[发明专利]集成氢化甲烷化联合循环方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种在蒸汽、一氧化碳、氢气、氢化甲烷化催化剂和任选的氧气存在下，通过碳质原料的氢化甲烷化制备可燃气态产品以及由那些可燃气态产品产生电能的集成方法。

发明背景

考虑众多因素比如较高的能源价格和环境关注，由较低燃料值的碳质原料(比如石油焦炭、煤和生物质)生产增值气态产品正重新受到关注。将这些材料催化气化以生产甲烷和其它增值气体公开于例如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。

总的来说，在升高的温度和压力下，在催化剂源和蒸汽存在下，通过材料的反应，碳质材料(比如煤、生物质、沥青烯、液体石油残余物和/或石油焦炭)可转化为多种气体，包括增值气体比如甲烷和氢气。将原料气体冷却并在多个过程中洗涤，以除去副产物(比如一氧化碳)和不期望的污染物(包括二氧化碳和硫化氢)，以生产甲烷产品流。

碳源向甲烷的氢化甲烷化通常涉及四个并存的反应：

蒸汽碳：C+H₂O→CO+H₂                (I)

水煤气转化：CO+H₂O→H₂+CO₂          (II)

CO甲烷化：CO+3H₂→CH₄+H₂O           (III)

加氢气化：2H₂+C→CH₄                (IV)

在氢化甲烷化反应中，前三个反应(I-III)为主导致以下总反应：

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

该总反应基本上为热平衡的；然而，由于过程热量损失和其它能量需求(比如需要与原料一起进入反应器的水分蒸发)，必须加入一些热量以保持热平衡。

该反应也基本上为合成气(氢气和一氧化碳)平衡的(合成气产生并消耗)；因此，由于一氧化碳和氢气与产品气体一起取出，需要按需将一氧化碳和氢气加入到反应中，以避免缺乏。

为了保持反应的净热量尽可能接近中性(仅稍微放热或吸热)，并保持合成气平衡，通常将蒸汽、一氧化碳和氢气的过热气体流进料至氢化甲烷化反应器。常常，一氧化碳和氢气流为从产品气体分离的再循环流，和/或通过使一部分产品甲烷重整而提供。参见例如US4094650、US6955595和US2007/083072A1。

从甲烷产品分离再循环气体(例如通过低温蒸馏)和甲烷产品的重整大大提高生产甲烷的工程复杂性和总的成本，并降低总的系统效率。

蒸汽发生为提高总的系统的工程复杂性的另一个区域。例如，使用外部燃烧的锅炉可大大降低总的系统效率。