[发明专利]双模式制氢法

说明书

发明领域

本发明涉及通过在第一模式中碳质原料在蒸汽、一氧化碳、氢气和加氢甲烷化催化剂存在下的加氢甲烷化和在第二模式中甲烷的部分氧化制备气态产物，特别是氢气产物流的双模式方法。

发明背景

考虑到许多因素，如更高的能源价格和环境关系，由较低燃料值的碳质原料，如石油焦、煤和生物质生产增值气态产物受到新的关注。例如在US3828474、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、US2007/0277437A1、US2009/0048476A1、US2009/0090056A1、US2009/0090055A1、US2009/0165383A1、US2009/0166588A1、US2009/0165379A1、US2009/0170968A1、US2009/0165380A1、US2009/0165381A1、US2009/0165361A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1、US2009/0169448A1、US2009/0165376A1、US2009/0165384A1、US2009/0217584A1、US2009/0217585A1、US2009/0217590A1、US2009/0217586A1、US2009/0217588A1、US2009/0217589A1、US2009/0217575A1、US2009/0217587A1和GB1599932中公开了此类材料的催化气化以制造甲烷和其它增值气体。

通常，碳质材料，如煤、生物质、沥青质、液体石油残渣和/或石油焦可通过该材料在催化剂源和蒸汽存在下在升高的温度和压力下的反应转化成多种气体，包括增值气体，如甲烷。在多个工艺中冷却和洗涤粗制气体以除去副产物，如氢气和一氧化碳和不合意的污染物，包括二氧化碳和硫化氢，以产生甲烷产物流。

碳源加氢甲烷化成甲烷通常涉及四个单独反应:

蒸汽碳：C + H₂O → CO + H₂                (I)

水煤气变换：CO + H₂O → H₂ + CO₂          (II)

CO甲烷化：CO+3H₂ → CH₄ + H₂O      (III)

加氢气化：2H₂ + C → CH₄                 (IV)

在加氢甲烷化反应中，前三个反应（I-III）主导以产生下列总反应：

2C + 2H₂O → CH₄ + CO₂             (V)。

该总反应基本热平衡；但是，由于工艺热损失和其它能量需求（如随原料进入反应器的水分的蒸发所需），必须添加一些热以保持热平衡。

这些反应也基本合成气（氢气和一氧化碳）平衡（产生和消耗合成气）；因此，在一氧化碳和氢气随产物气体取出时，需要按要求将一氧化碳和氢气添加到该反应中以避免短缺。

为使反应净热保持尽可能接近中性（仅略微放热或吸热）和保持合成气平衡，常常将蒸汽、一氧化碳和氢气的过热气流供入加氢甲烷化反应器。该一氧化碳和氢气流常常是从产物气体中分离的再循环流和/或通过重整一部分产物甲烷提供。参见例如US4094650、US6955595和US2007/083072A1。

例如通过低温蒸馏从甲烷产物中分离再循环气体和甲烷产物的重整极大提高生产甲烷的工程复杂性和总成本并降低总系统效率。

蒸汽发生是会提高整个系统的工程复杂性的另一领域。外燃锅炉的使用例如可极大降低总系统效率。