[发明专利]由合成气制备二氧化碳和氢气的方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及从在氢气设备中形成的合成气物流中生产二氧化碳 产物物流的方法，所述氢气设备具有合成气反应器、水煤气变换反应器 以形成所述合成气流、以及氢气变压吸附单元以形成氢气产物。更具体 地，本发明涉及从合成气物流中回收二氧化碳的方法，其中所述回收通 过序贯地真空变压吸附过程和低于环境温度(sub-ambient)的蒸馏过程从 合成气流中分离二氧化碳而进行。更具体地，本发明涉及具有如下应用 的方法：将所述二氧化碳产物物流用于强化采油或封存。

背景技术

[0002]含一氧化碳和氢气的合成气可进一步纯化以生产氢气和一氧 化碳产物，或者可在这种下游化学过程(例如，包括生产甲醇)或者通 过费-托方法用于合成燃料的公知气-液体方法中进一步反应。

[0003]通过向位于蒸汽甲烷重整器的辐射段内的蒸汽甲烷重整器管中 引入含碳氢化合物的进料(典型地是天然气)，在蒸汽甲烷重整器内产生 合成气。所述重整器管填充有用于促进蒸汽甲烷重整反应的催化剂。蒸 汽甲烷重整反应是吸热的，因此通过供热入蒸汽甲烷重整器的辐射段的 燃烧器来向重整器管供热，以支持所述反应。还可以通过在部分氧化反 应器中通过碳氢化合物与氧化剂(如氧气)之间的反应，或者在自热重整 器中通过碳氢化合物、氧化剂和蒸汽之间的反应来产生合成气。

[0004]当合成气物流冷却后，合成气的蒸汽和一氧化碳组分可在水煤 气变换反应器中进一步反应，以提高合成气的氢气含量。

[0005]集成的蒸汽发生系统位于所述合成气设备内，以产生用于蒸汽 甲烷重整反应、用于水煤气变换反应以及用于输出的蒸汽。输出的蒸汽 本身可构成有用的产物，该产物可影响氢气设备的经济生存能力。蒸汽 甲烷重整器通常具有与辐射段连接的对流热交换段。为了上述目的，给 辐射段供热的燃烧器产生的热烟道气通过所述对流段，以产生蒸汽以及 使蒸汽过热。所述蒸汽发生系统还利用水煤气变换反应器上游和下游的 热交换器。在这方面，蒸汽甲烷重整器中产生的合成气物流必须降温至 适于水煤气变换反应器的水平，因此位于水煤气变换反应器上游的热交 换器既冷却合成气物流又产生部分蒸汽。由于水煤气变换反应器是放热 过程，所以变换后物流中所含的热量通常在位于水煤气变换反应器下游 的热交换器中用于产生额外的蒸汽。所有这些蒸汽均导引至蒸汽汇集 器，并随后在蒸汽甲烷重整器的对流段进行过热。

[0006]蒸汽甲烷重整反应产生的合成气具有二氧化碳含量。在水煤气 变换反应器后，由于蒸汽与一氧化碳的反应，合成气的二氧化碳含量进 一步提高。为了合成气的下游处理例如生产甲醇，通常必须从合成气中 分离二氧化碳。此外，二氧化碳本身是有价值的产品。例如，强化采油 过程利用二氧化碳，其中在注入井中将二氧化碳注入井下以将油驱入生 产井。在强化采油过程中，在储油层中注入二氧化碳降低了油的粘度， 使得油更容易流动，从而提高了从储层回收的油量。然而，应当指出， 当二氧化碳用于这类用途时，其必须非常纯净，因此并不容易从蒸汽甲 烷重整设备获得。此外，源自使用碳氢化合物排放的二氧化碳关系到全 球变暖。为了解决这一问题，已经建议从工业来源俘获二氧化碳，并注 入地下盐水层(brine aquifer)或深海中，以永久地俘获二氧化碳，从而 稳定大气二氧化碳水平。

[0007]然而，已经将各种二氧化碳去除系统与蒸汽甲烷重整设备集成 起来，最低限度用以从合成气分离二氧化碳，并且回收该二氧化碳用于 封存(sequestration)目的，或者用作价值增加的产品。

[0008]U.S.5,000,925描述了从采用蒸汽甲烷重整器的氢气设备回收 氢气和二氧化碳的方法。在该方法中，水煤气变换反应器产生的合成气 物流被引入氢气变压吸附单元，以产生产物氢气物流和尾气物流。该尾 气压缩，并随后用二氧化碳变压吸附单元进行分离，以产生氢气-富集的 物流和二氧化碳-富集的物流。将该二氧化碳-富集的物流压缩，并在深 冷单元中进一步纯化，以产生液态二氧化碳。所述氢气-富集的物流再循 环回蒸汽甲烷重整器。