含碳进料的转化制造技术

本发明专利技术涉及用于将含碳进料转化成液体化学产品，尤其是液体燃料产品的方法，其中通过所述进料与含氧气体和共进料物质反应来使得二氧化碳排放最小化，所述共进料物质位于通过在C-H-O三元相图上的CH2-H2O-H2点所限定的区域中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含碳进料向诸如液体化学品和燃料的其他物质的转化。具体地，本专利技术涉及用于生产液体化学品或燃料产品的方法，其中CO2排放得以最小化。
技术介绍
在含碳进料向其他物质的转化中，传统的转化车间同义于多个过程的合并，这些过程无不导致ニ氧化碳(CO2)( —种温室气体)的产生。例如，Fischer-Tropsch过程中，一系列化学反应将一氧化碳(CO)与氢气(H2)的混合物转化为液体烃类(CH2)。CO和H2最初由的诸如煤(C)的含碳进料与与蒸汽(H2O)和氧(O2)的吸热反应产生，如下面的气化过程表示的C+aH20+b02 — dC0+eH2然后，CO通过以下水气转换过程被部分转化成CO2和H2,以达到期望的ー氧化碳对氢气比率(合成气体比率)CCHH2O — C02+H2水气转换过程受控制，以提供对于Fischer-Tropsch过程所要求的CO : H2摩尔比，其中合成气体被进ー步反应成化学品与燃料的混杂物。典型地，CO H2摩尔气体比为I 2。然而，在气体转换过程中生成过量的CO2，并且过量的CO2必须经由气体清除步骤从体系去除，这是不合期望且耗费成本的。该方法还要求相当量的能量输入，以驱动吸热反应。因此，本专利技术的目标是解决至少ー些以上提及的问题。
技术实现思路
根据本专利技术，提供ー种用于生产液体化学品或燃料产品的方法，其中CO2排放最小化，所述方法包括使反应中的含碳进料与含氧气体和共进料物质(co-feed substance)反应，所述共进料物质可在C-H-O三元相图中描述，并且其位于由所述图上的CH2-H2O-H2点所限定的区域中。根据本专利技术的第一实施方案，提供的反应发生在単一容器中，反应总体上为热平衡的，要求最少的02，并且产生最少的或没有C02。优选地，H2O作为反应物添加到反应的含碳进料、含氧气体和共进料物质。进ー步提供的反应在所述C-H-O三元相图上连接CH2和H2O的边界线上或非常接近该边界线进行。而且，提供的产品为合成气体；或者为ニ甲醚，进一歩或者为Fisher-Ti^psch燃料产品。所述方法也可设置来生产Fisher-Tropsch燃料产品、H2O,以及未转化的合成气体，其中所述未转化的合成气体可在涡轮机中燃烧以生成电力。根据本专利技术的第二实施方案，提供的多个反应在多个容器中发生，第一容器设置为使所述含碳进料在第一反应中经历热平衡的气化反应。根据本专利技术该实施方案的一方面，H2O优选作为反应物添加到第一反应。进ー步优选地，CO2作为反应物添加到第一反应。反应物H2O和CO2可通过从发生在另外的ー个容器或多个容器中的另外的一个反应或多个反应的反应产物再循环作为来源。根据本专利技术该实施方案的另一方面，提供的产品为合成气体；或者为ニ甲醚；进ー步或者为Fisher-Tropsch燃料产品。根据本专利技术的第三实施方案，提供的多个反应发生在多个容器中，主容器设置为使含碳进料在主反应中经历热平衡的吸热气化反应，另外的一个反应或多个反应发生在另外的ー个容器或多个容器中，并且为放热的，以使用于生产液体化学品或燃料产品的总体方法为热平衡的。根据本专利技术该实施方案的一方面，主反应是合成气体产生反应，并且另外的反应为ニ甲醚产生反应，所述反应总体上为热平衡的。 根据本专利技术该实施方案的另一方面，主反应为合成气体产生反应，另外的反应为ニ甲醚产生反应，并且另一反应为期望的Fisher-Tropsch燃料产生反应，所述反应总体上为热平衡的。根据本专利技术该实施方案的另外方面，H2O优选地作为反应物添加到主反应。进ー步优选地，CO2作为反应物添加到主反应。反应物H2O和CO2可通过从发生在另外的ー个容器或多个容器中的另外的一个反应或多个反应的反应产物再循环作为来源。还提供含碳进料，可选自煤、石油精炼残留物、生物质和废弃物。本专利技术的ー个特定实施方案中，提供的共进料物质为甲烷、或者氢气。含氧气体可为空气、富氧空气(enriched air)或氧。附图说明现在參考所附非限定性附图以举例的方式来描述本专利技术。附图中图I示出可用于本专利技术的实施方案中的典型三元C-H-O相图；图2 不出 C-H-O 键等效相图(C-H-0 bond equivalent phase diagram)上化学物质的图形表不;图3示出C-H-O键等效相图上各种供料(仅C、H2O和O2)和最小CO2排放的图形表不;图4示出C-H-O键等效相图上包含根据本专利技术的共进料物质的选择的区域；图5示出C-H-O键等效相图上重要的气化反应的图形表示；图6示出根据本专利技术实施方案的用于从CO2和H2气生产燃料或化学品的方法流程图；图7示出根据本专利技术实施方案的用于从再循环的CO2生产Fisher Tropsch(FT)产品的方法流程图；图8示出根据本专利技术实施方案的利用再循环的CO2经由ニ甲醚(DME)生产FT产品的方法流程图；图9示出根据本专利技术实施方案的利用再循环的CO2生产燃料/化学品的方法流程图；图10示出根据本专利技术实施方案的利用CO2和再循环的H2O经由DME生产FT产品的方法流程图。具体实施例方式诸如煤的含碳进料向其他物质的转化中，碳/氢/氧三元相图尤其有用。这种图的使用允许人们将组成标绘成键等效百分数，即，给每种元素以其与其他元素的结合能力相适应的权重。由此，该图允许人们在其上表示燃料生产中的各种过程步骤。如图I中所示，可示出C、02、H2、CO, CO2, CH4, CH2和H2O键等效摩尔分数。相图的顶点为C、O2和H2,并且内部的任何点表示包括C-H-O的任何实际分子。如图2中所示，可通过以直线连接各组分来创建各种边界。这些线表示重要的理化单元操作,如混合、反应或分离。使用天然气(甲烷)的传统方法有可能生产液体燃料或化学品而同时产生CO2到 环境中。这是CH4的显著特点，在本专利技术中利用该特点以避免使用煤产生的任何C02。重要的总体过程可总结为C+aCH4+b02— > dCH2+eH20。共进料物质的混合允许该过程的进料紧密地位于连接CH2和H2O点的线上，并且注意到，该过程不产生C02。这与传统的煤过程(工艺)大有不同，传统过程中，总体过程可由3C+2H20— > 2CH2+C02或3C+4H20— >2CH2+2H20+C02来表示，其固有地产生CO2。参考图2，特别关注的是碳-蒸汽、H2-C0、H2-CO2边界线。为了最小化，或消除CO2-排放过程，必须要在CH2-H2O边界线上，或非常接近该边界线来操作，该边界线表示典型的FT过程的产品。在该边界上操作的过程不要求以杠杆规则(lever arm rule)排放CO2，而是排放H2O作为替代。图3表示三种进料条件(A、B、C)，这三种条件表示各种比率的C H2O O2，并且位于CH2-CO2线之间。可表明，如果煤被用作与蒸汽和氧一起的唯一进料(点A)，则碳-蒸汽边界线代表针对最小CO2排放的极端操作条件。如果使用任何其他点(如，B或C)，则根据杠杆规则，由于进料点更接近CO2点，较多的CO2将被排放。而且，CO2排放在这样的过程中不可避免，因为杠杆规则要求C在直线的任意侧均产生CO2和燃料(CH2)两者。严格来讲，在由C-H2O-O2点描述的区域(阴影区域)内的操作将要求CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.28 ZA 2009/075561.ー种用于生产液体化学品或燃料产品的方法，其中CO2排放最小化，所述方法包括使反应中的含碳进料与含氧气体和共进料物质反应，所述共进料物质可在C-H-O三元相图中描述并且位于由所述图上的CH2-H2O-H2点所限定的区域中。2.权利要求I所述的方法，其中所述反应在单个容器中发生，总体上是热平衡的，要求最少的O2，并且产生最少的CO2或不产生CO2。3.权利要求2所述的方法，其中H2O作为反应物添加到所述反应的含碳进料、含氧气体以及共进料物质。4.前述权利要求之任一项所述的方法，其中所述反应在所述C-H-O三元相图上连接CH2和H2O的边界线上进行或非常接近该边界线进行。5.权利要求4所述的方法，其中所述产品是ニ甲醚。6.权利要求4所述的方法,其中所述产品是Fisher-Tropsch燃料。7.权利要求4所述的方法,其中所述产品是Fisher-Tropsch燃料、H2O,以及未转化的合 成气。8.权利要求7所述的方法，其中所述未转化的合成气在涡轮机中燃烧以生成电力。9.权利要求5所述的方法，其中所述产品是ニ甲醚燃料和未转化的合成气。10.权利要求9所述的方法，其中所述未转化的合成气在涡轮机中燃烧以生成电力。11.权利要求I所述的方法，其中多个反应在多个容器中发生，第一容器设置为使所述含碳进料在第一反应中经受热平衡的气化反应。12.权利要求11所述的方法，其中H2O作为反应物添加到所述第一反应。13.权利要求12所述的方法，其中H2O从在所述方法的另外ー个或多个容器中发生的另外ー个或多个反应的反应产物中再循环利用。14.权利要求12或13所述的方法，其中CO2作为反应物添加到所述第一反应。15.权利要求14所述的方法，其中CO2从在所述方法的另外ー个或多个容器中发生的另外ー个或多个反应的反应产物中再循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢赫扎德·考查利，
申请(专利权)人：约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学，
类型：发明
国别省市：