[发明专利]减少二氧化碳排放的制备氢气的方法

说明书

本发明涉及一种结合捕捉二氧化碳的制备氢气的方法，在其中烃类混合物被重整以产生合成气，所述合成气被冷却，接着被富集氢气和二氧化碳，任选的被干燥，并在PSA氢气纯化单元中被处理以产生氢气，处理废弃产物以捕捉二氧化碳；它还涉及一种适用于实施该方法的设备。

气候变化是当前主要的环境问题之一；大气中温室气体特别是二氧化碳的浓度的增加是该问题的一个基本原因。减少温室气体的排放特别是减少二氧化碳的排放，是人类面临的重大挑战之一。

人类来源的CO₂产生于各种途径；每种排放都不得不减少。然而，基本的排放之一是燃烧燃料(非常特别是化石燃料)的结果。

欧盟承诺在2008年到2012年实现其温室气体的排放比1990年的水平下降8%。为了有助于实现这一结果，已经建立了温室气体的排放市场(ETS，排放交易体系)。因此，工业场所必须为它们的温室气体特别是二氧化碳的排放购买排放配额。

制备氢气和一氧化碳的单元通过碳基燃料的燃烧释放二氧化碳。因此在烟道气中存在的CO₂产生于在此过程中产生的不具有经济价值的并以燃料形式再循环的气体和额外的燃料例如石油脑和天然气的燃烧。

如果它们还没有受到影响，生产H₂/CO的场所自2013年开始将被包括在ETS中。

此外，其他许多国家，如美国和加拿大，也打算建立二氧化碳排放配额市场。

因此，因为它们将很快受到约束，这些场所特别是生产氢的场所现在必须开发高效捕捉CO₂的解决方案。

烟道气中排放的二氧化碳的一部分来源于在过程中再循环的碳基燃料的燃烧；此不具有经济价值被送去燃烧的气体包括：可变比例的甲烷、二氧化碳、氮气以及氢气。

为了减少通过烟道气的CO₂的排放，一种解决方案包括为了捕捉燃烧的下游的CO₂而处理烟道气；第二种解决方案包括减少源于再循环气体的二氧化碳的贡献。

本发明的目标是改善所述第二种解决方案。这是因为第一种解决方案处理烟道气，其中的CO₂被燃烧空气中的氮气稀释，这使得它分离二氧化碳更加昂贵。

本发明的目的是维持燃烧的效率的同时减少源于再循环气体的产生二氧化碳的物质的贡献。它不仅涉及减少CO₂的贡献，还涉及减少通过燃烧产生CO₂的物质(主要是CO和CH₄)的贡献。

本发明特别适用于在特定的情况下氢气的生产。

当希望从富含氢气的气体生产氢气——通常是一种在蒸汽的存在下经高温轮换反应(HT轮换)(根据反应CO+H₂O→CO₂+H₂)的富含氢气的合成气——时，用于氢气的分离和纯化的方法是变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)法。此方法使得可以产生纯的氢气物流——一般具有大于99％(体积)的纯度——和浓缩在起始混合物中存在的有待于纯化的其他物质(包括二氧化碳)的贫氢废气。

目前使用的捕捉工艺气体中存在的CO₂的解决方案包括经由压缩和纯化单元(CPU)回收相对于来自用于纯化氢气的单元的废弃产物——由此在稀释在燃烧空气的氮气中的CO₂的燃烧前。该解决方案是在文件WO2006/054008中特别描述的。

一种用于生产氢气的方法必须包含捕捉CO₂的方法，表现出高的二氧化碳捕捉效率。

因此，为了减少烟道气中CO₂的排放，本发明的目标之一是不是在燃烧期间而是在再循环的上游将产生CO₂的物质转化为CO₂，由此使得可以使产生的额外的CO₂被专门捕捉或者与预先存在的CO₂一起被捕捉。

通过处理源于纯化氢气的单元(变压吸附单元——PSA H₂)的废弃产物回收二氧化碳。此处理是在压缩和纯化单元(CPU)中实施的，其中通过冷却来自PSA的废弃产物直到它部分冷凝并得到富含二氧化碳的液体和新的包括源于通过CPU的处理的非冷凝性的化合物的气态废弃产物。