用於生產合成氣的碳吸收系統的製作方法
2023-11-02 09:52:22 1
專利名稱：用於生產合成氣的碳吸收系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於生產合成氣的系統及其生產，優選該系統是淨二氧化碳吸收系統以及本發明還旨在涉及用於開發該工藝的方法以及用於實施該工藝的系統，包括要求的實用系統。發明簡介「合成氣體」或「合成氣」是以少得多的量存在其他組分的一氧化碳(CO)、氫(H2) 以及二氧化碳(CO2)的混合物，通常當CO H2以1 3和1 0.7之間的摩爾比生產時。當前的合成氣體由兩種工藝之中的一種製得，或者由煤通過用氧進行氣化製得， 通常由空氣和水提取，或者由甲烷通過用氧或水重整製得。重整是這樣的工藝，通過它， 輕質烴如甲烷和/或丙烷等形成一氧化碳、二氧化碳和氫的氣體混合物。一般的重整裝置放出一些二氧化碳以及通過產生高溫蒸汽而釋放熱。根據New York State Energy and Research Development Authority，工業重整裝置的效率估計在65-75%之間。在對甲烷採用蒸汽重整工藝時，合成氣體可通過以下反應生產CH4+H20->C0+3H2以這種方式產生的CO H2比例可能對用於下遊合成方法不是最佳的，如下所述的水煤氣變換(WGS)反應可用於調節CO H2比例。C0+H20 「 C02+H2該調節導致取決於所要求的調整而在工藝中的某個點產生並且之後放出二氧化碳或水。氣化以及蒸汽重整合成氣體生產過程是吸熱的，因此需要大量的能量來運行這些過程。此外，還有大量的二氧化碳排放，這是值得關注的，因為二氧化碳是有害的溫室氣體。本專利說明書描述了用於生產合成氣體的生產系統，其中這樣的系統的益處在於具有高碳效率(導致提高原料中的碳轉化為合成氣體中可用的碳的轉化率)，在一些情況中是淨二氧化碳吸收系統，同時是淨功產生系統(net work generating system)。在設計這樣的系統時，相比於順序設計方法，發明人利用了替代的設計方法。該新方法利用焓和吉布斯自由能的性質，採用圖示法在設計最早階段分析各個工藝裝置之間的相互作用。該方法容許選擇運行溫度和壓力以產生儘可能有效的流程圖(flow sheets) 0 該技術包括以下一般步驟，其在下文中更詳細地解釋，然後用於氣體重整工藝以設計形成本發明主題的系統1.1.定義簡單系統；1. 2.計算該系統要求的熱和功；1. 3.在焓的變化相對吉布斯自由能變化的圖上圖解表示所要求的熱和功；1. 1.定義簡單過程將簡單系統定義為這樣的系統，其中在環境條件下進料進入並且產物離開該系統。進一步地，在系統中存在一個以溫度T運行的容許將熱加入該系統的位置，如下面的圖 A所示
權利要求
1.碳有效的合成氣體生產系統，其包括連接的蒸汽重整反應器，以接收來自烴氣來源的第一烴氣以及來自相變反應器的氣態水以及來自燃燒室的二氧化碳和氣態水，其中的相變反應器在使用時採用熱將液態水轉化為蒸汽，其中的燃燒室燃燒第二烴氣和氧以產生二氧化碳和氣態水，並且第一烴氣轉化為一氧化碳，一氧化碳與過量的二氧化碳和氫一起轉移到水煤氣變換(WGQ反應器，其在使用時將一氧化碳、二氧化碳和氫轉化為合成氣體、二氧化碳副產物和氣態水副產物，將二氧化碳副產物返回至WGS反應器用於進一步反應，可將產生的合成氣體送至該合成氣體生產系統外部的進一步反應，並且來自外部來源的另外的二氧化碳也進料到WGS反應器。
2.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中所述合成氣體生產系統為淨二氧化碳吸收系統。
3.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中碳效率在100%和104%之間。
4.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中所述系統為淨功產生系統。
5.根據權利要求4的合成氣體生產系統，其中將產生的淨功轉化為電能。
6.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中第一烴和第二烴選自下組甲烷、天然氣、含甲烷的氣體或其任意組合。
7.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中第一烴氣和第二烴氣來自於相同的來源。
8.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中所述合成氣體生產系統產生具有2 1 的氫對一氧化碳比例的合成氣體。
9.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中功到電能的轉化通過位於WGS反應器之後的壓力渦輪機進行。
10.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中使用至少一個分離器將合成氣體與二氧化碳副產物和氣態水副產物分離。
11.根據權利要求10的合成氣體生產系統，其中使用至少一個分離器將二氧化碳副產物與氣態水副產物分離。
12.根據權利要求10和11的合成氣體生產系統，其中將氣態水副產物進料回蒸汽重整反應器中。
13.根據權利要求1的合成氣體生產系統，其中WGS反應器的溫度在500°C和1000°C之間，優選在680和720°C之間。
14.在本發明的進一步的具體實施方案中，WGS反應器導致發生這樣的反應，該反應以至少0.的平衡運行。
15.用於生產合成氣體的方法，其中該方法包括如下步驟將反應物進料到重整過程， 其中重整過程包括如下步驟液態水到氣態水的相變、第一烴氣的蒸汽重整和第二烴氣的燃燒；將由重整過程產生的熱、功和產物傳遞至水煤氣轉換(WGS)反應器以完成WGS反應以產生合成氣體、氣態水副產物和二氧化碳副產物；將二氧化碳副產物返回至WGS反應器用於進一步反應。
16.根據權利要求15的方法，其中將氣態水副產物返回至重整過程用於進一步反應。
17.根據權利要求15的方法，其中蒸汽重整步驟包括以下反應CH4 (g)+H2O (g) — C0(g)+3H2(g)CH4 (g) +2 (g) — CO2 (g) +2H20 (g) H2O(I) — H20(g)。
18.根據權利要求15的方法，其中WGS反應步驟包括以下平衡反應CO2 (g) + H2 (g) — CO (g) + H2O (g)。
全文摘要
用於生產合成氣體的系統及其生產，其中該系統優選為淨二氧化碳吸收系統。本發明涉及開發該工藝的方法以及實施該工藝的系統，包括要求的實用系統。
文檔編號C01B3/50GK102482080SQ201080027869
公開日2012年5月30日 申請日期2010年5月26日 優先權日2009年5月26日
發明者B·C·塞姆普加, B·帕特爾, B·豪斯伯格, D·希爾德布朗特, D·格拉瑟, J·A·福克斯 申請人:約翰尼斯堡金山大學