[发明专利]制备纯化合成气的方法

说明书

本发明涉及由含污染物的原料合成气物流制备纯化合成气物流的方法。

合成气物流为主要含一氧化碳和氢的气态物流。合成气物流通常通过部分氧化或蒸汽重整包括天然气、煤层甲烷、馏分油和渣油的烃以及气化固体化石燃料如生物质或煤或焦炭来生产。

有许多固体或很重(粘)的化石燃料可以用作产生合成气的原料，包括生物质、固体燃料如无烟煤、褐煤、烟煤、亚烟煤、褐煤、石油焦、泥煤等，和重渣油如由焦油砂提取的烃、直接源自原油或油转化过程如热裂化、催化裂化、加氢裂化等的炼厂渣油如沸点高于360℃的渣油馏分。所有这些类型的燃料具有不同的碳氢比例以及不同的被称为污染物的物质。

根据用于产生合成气的原料，合成气将含有污染物如二氧化碳、硫化氢、羰基硫和羰基二硫以及氮、含氮组分(如HCN和NH₃)、金属、羰基金属(特别是羰基镍和羰基铁)、以及在一些情况下的硫醇。

纯化合成气可用于催化化学转化或发电。世界能源供应的很大一部分由燃料、特别是天然气或合成气在电厂中燃烧来提供。合成气在一个或多个燃气涡轮中利用空气燃烧，和所得气体用于产生蒸汽。然后所述蒸汽用于发电。

利用合成气发电的特别合适的系统为整合气化联合循环(IGCC)系统。IGCC系统设计为在燃气涡轮电厂中应用煤作为燃料源。IGCC是两个系统的组合。第一个系统是应用煤产生合成气的煤气化。然后使合成气纯化以脱除污染物。纯化合成气可以用于燃气涡轮中发电。IGCC中的第二个系统是联合循环或电力循环，该循环是在工业上发电的有效方法。联合循环包括燃烧涡轮/发电机、热回收蒸汽发生器(HRSG)和蒸汽涡轮/发生器。来自燃烧涡轮的废热可以在HRSG中回收以产生蒸汽。然后该蒸汽通过蒸汽涡轮驱动另一个发电机产生更多的电。联合循环通常比常规的发电系统更有效，因为它重新利用废热产生更多的电。IGCC系统是清洁的，且通常比常规的煤电厂更有效。

正如上文所指出的，当合成气用于发电时，通常需要脱除污染物以避免污染物在燃气涡轮部件上沉积。

当合成气用于催化化学转化时，需要脱除污染物至低浓度以防止催化剂中毒。

制备纯化合成气物流的方法通常包括应用昂贵的装置。例如，可应用冷甲醇通过物理吸收脱除硫化氢和二氧化碳。在纯化合成气中这些污染物的浓度仍相当高。对于合成气要进行催化转化的应用而言，可能要求更低的污染物浓度。应用甲醇基方法将合成气物流纯化至较高程度将是不经济的，这是因为冷却和后来再生甲醇要求太多能量。

本发明的目的是提供纯化源自多种含碳燃料的合成气物流的优化方法，从而使纯化合成气适合于进一步应用，特别是用于发电。

为此目的，本发明提供一种由原料合成气物流生产纯化合成气物流的方法，所述原料合成气物流除了主要成分一氧化碳和氢外还包含硫化氢、羰基硫和/或氰化氢及任选的氨，所述方法包括：(a)在变换反应器中在水和/或蒸汽存在下使原料合成气物流与水煤气变换催化剂接触，以使至少一部分一氧化碳反应为二氧化碳和氢、和至少一部分氰化氢反应为氨、和/或至少一部分羰基硫反应为硫化氢，从而获得富含H₂S和CO₂及任选包含氨的变换后合成气物流；(b)通过使变换后合成气物流与吸收液体接触而从变换后合成气物流中脱除H₂S和CO₂，从而获得半纯化合成气及富含H₂S和CO₂的吸收液体；(c)在加热器中将至少一部分富含H₂S和CO₂的吸收液体加热，从而获得富含H₂S和CO₂的加热后吸收液体；(d)在闪蒸容器中使富含H₂S和CO₂的加热后吸收液体降压，从而获得富含CO₂的闪蒸气和富含H₂S的吸收液体；(e)在高温下使富含H₂S的吸收液体与汽提气接触而将H₂S转移至汽提气中，从而获得再生的吸收液体和富含H₂S的汽提气；(f)将富含H₂S的汽提气中的H₂S转化为元素硫；(g)通过在H₂S脱除区中使半纯化合成气物流与含水碱性洗涤液体接触而从该气体物流中脱除H₂S，从而获得贫含H₂S的合成气物流和含硫化物的含水物流；(h)在生物反应器中在氧存在下使含硫化物的含水物流与硫化物氧化细菌接触，以获得硫浆液和再生的含水碱性洗涤液体。