[发明专利]生产合成气的方法

说明书

本发明涉及一种将烃加工成有价值的化学产品或液体燃料的连续方 法。所用烃优选为甲烷、天然气或沼气。本方法还利用由固定系统或非固 定系统产生的二氧化碳，其中本方法部分地由使用可再生能源而支持。除 了使用可再生能源之外，借助合适的工艺控制系统，本方法还部分地通过 利用在各工艺步骤中以热能释放的工艺能量而操作。

本方法还涉及干重整、蒸汽重整和部分氧化，其提供在加工成有价值 产品的过程中(例如通过FT(费-托法)或甲醇合成)转化的限定合成气。在本 方法的太阳能辅助操作情况下，在日间操作过程中主要进行强吸热反应， 在夜间操作过程中主要进行放热反应，但是夜间操作过程中获得的过量比 例的能量用于维持吸热反应。可再生能源与操作过程中形成的能量结合使 用允许以非常有能效的方式进行本方法，这意味着本方法过程中二氧化碳 的形成达到最小化。

在化学工艺中使用二氧化碳作为起始原料在许多情况下是非常不利 的，因为二氧化碳为非常惰性的化合物，并且为了使二氧化碳反应必须克 服高能垒。在发电或化学工艺中获得的二氧化碳通常被视为废产物并被排 放到大气中。由于二氧化碳作为温室气体的特性和其对全球气候改变的影 响，由固定系统(例如发电装置)或非固定系统(例如汽车)中化石燃料燃烧而 向大气中排放二氧化碳是非常不希望的。为了降低或防止对气候改变的不 利影响，使排放到大气中的二氧化碳最小化是主要目标。

已经存在防止或减少二氧化碳向大气中排放的方法。这些方法中的一 些基于地下或水下沉积物而螯合二氧化碳(还参见G.A.Olah， A.Goeppert，G.K.Surya Parkash；Beyond Oil and Gas：The Methanol Economy；Wiley-VCH(2006)第7章，第82页)。然而，这类方法由于总 能量平衡而被认为是不利的，因为向沉积物供应二氧化碳仅能在消耗能量 的情况下进行，这产生额外的二氧化碳。除此之外，可能与大量存储二氧 化碳相关的可能影响基本上是未知的。

使用可再生能源进行其中烃或碳用作起始原料的工业规模工艺是已知 的。

DE 3933285公开了通过太阳能重整甲烷而连续产生合成气的方法，其 中使用甲烷借助辅助点火操作夜间循环并且中间存储形成的二氧化碳用于 CO₂重整。没有提及将该方法与蒸汽重整结合。该方法仅提供具有非常高 的一氧化碳含量的合成气。没有描述利用释放的反应热，其产生自甲烷的 部分氧化或者合成气的随后转化。

例如从US 4,229,184得知煤的太阳能气化装置，其中煤的气化提供具 有高比例一氧化碳的产物气体。此外，US 4,229,184也没有给出任何关于 如何在连续操作(即日间操作与夜间操作之间的循环)中使用煤气化装置的 方案。

US 4,668,494公开了一种化学合成方法，其涉及烃的蒸汽重整或者含 碳燃料的气化并可以使用太阳能进行操作。太阳能用于产生无CO的氨合 成气，其可以在其中不能获得太阳辐射的装置的操作阶段中燃烧用于发电 以维持该操作。该方法形成含氧化氮燃烧产物，其必须作为硝酸收集。

US 6,670,058和US 7,033,570公开了将太阳能用于烃的热分解以产生 氢气，其形成碳作为副产物。该方法的优点是在由化石燃料制备氢气的情 况下，仅释放非常少量的二氧化碳。没有给出在连续操作中使用该方法的 启示。

本发明的目的是开发一种将由固定工业装置或非固定装置如车辆产生 的二氧化碳转化成有价值产品的经济可行的方法。二氧化碳的转化应尽可 能基于可再生能源进行并同时整合到基本上非常连续的操作中。

本发明的该目的和其它目的已通过开发一种其中结合干重整、蒸汽重 整和部分氧化的各反应的方法实现，其中吸热步骤借助可再生能源进行。 在优选的实施方案中，可再生能源包括太阳能。

本方法具有多个不同的操作阶段，其主要由相互交替的(i)日间操作和 (ii)夜间操作组成，其中日间操作主要包括供应可再生能源下的干重整和蒸 汽重整，并且夜间操作(ii)主要包括烃的部分氧化。在优选的实施方案中， 本方法包括将产生的合成气转化成有价值产品，其中产生的一些反应热还 可以用于进行吸热工艺步骤。