[发明专利]用于改进合成气的氢气含量的方法

说明书

本发明涉及用于调节合成气中氢气与一氧化碳的比例的方法。

合成气能由多种方法生产。在一些布置方案中，气化器用于由例如煤炭或生物质来生产合成气。这类气化器产生的合成气具有固定的氢气和一氧化碳的总量。在理想系统中，氢气和一氧化碳将以化学计量比而产生。然而，由于系统通常不为理想状态，因而氢气与一氧化碳的比通常不为化学计量的。根据气化器的设计，合成气还将包含显著水平的惰性物质如氮气以及显著的烃含量。通常，烃含量主要为甲烷，但也可能存在C₂化合物。

合成气可用于多种反应。例如，其用作制备甲醇的起始材料。对于最大限度的甲醇制造，原料合成气的R比应接近于2，其中R=(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)。通常，当合成气原料具有低R比时(这是由于气化器通常使合成气具有一氧化碳的化学计量剩余而出现)，从甲醇合成回路中取出驰放物(purge)。然后，从该驰放物分离氢气并将其再循环至甲醇合成回路以解决与低R比相关的问题。剩余的碳富集流被排除并发送至燃料系统。碳富集流通常会包含烃以及氮气和其它惰性物质。这些常规方法的实例能在US4226795和WO2007/045966中得到。

尽管该方法以某种方式趋于解决与合成气的低R比相关的问题，但仍需要改进的方法。通常，活动已集中于改进甲醇设备的合成气原料中的一氧化碳和氢气的比。这类方法的实例能在US5496859、US4888130、WO2008/122399、EP1230203和US7220505中得到。在这些方法中，合成气的原料流进行重整反应以使存在的任何烃转化为氢气。尽管这些方法改进了R比，但它们遭遇了某些劣势和缺点。尤其，它们需要大的重整反应器和相关设备，这增加了资本成本和操作成本。

EP195200描述了一种方法，其中来自甲醇合成的驰放气进行催化重整并随后进行一氧化碳转化。变压吸附单元用于将转化的气体分离为氢气和惰性物质。

已经发现能提供改进的方法，其中来自合成回路的驰放物的烃含量使氢气在进行重整反应之前去除，所述重整反应产生另外的氢气，其被再循环至合成回路。这提升了向合成回路供给的合成气的R比。氮气和其它可以存在于驰放物中的惰性物质可以在废燃料流中除去。通常预期的是，重整来自反应回路的驰放物流将导致惰性物质的不可接受地高度增加。然而，本发明的方法使该问题得以克服。

根据本发明，提供了用于改进合成回路的合成气流的氢气含量的方法，其包括步骤：

(a)从合成回路除去包含氢气和烃的驰放物流；

(b)从驰放物流分离氢气；

(c)使驰放物流经过重整器并与蒸汽和氧气反应，以产生包含氢气和一氧化碳的流；

(d)使重整的反应产物流进行转移反应，以产生包含二氧化碳和氢气的流；

(e)使来自转移反应的产物流进行分离，以使氢气与二氧化碳分离；

(f)向合成回路供给分离的氢气；以及

(g)除去二氧化碳。

使驰放物流的烃含量进行本发明的重整步骤能产生另外的氢气并将其返回至合成回路，以改进合成气流的氢气含量。这导致在合成回路中所进行的反应的所需产物增产。因此，例如，当R小于2的合成气用于生产甲醇时，根据本发明来处理驰放气并使氢气返回甲醇合成回路将导致甲醇生成增加。此外，通过驰放物流将存在最小的碳损失，从而增加总的碳效率。

分离步骤(b)的存在能实现改进的方法。

此外，因为来自合成回路的驰放物流的流速将低于合成回路的合成气原料的流速，所以与原料进行重整的现有技术的布置方案相比，本发明的重整反应所需的设备尺寸将明显更小。

向从其中取出驰放物的反应回路供给的合成气可以具有任何合适的组成。因为本发明的方法能从任何存在的烃获得氢气，所以气体可以具有相对高的烃含量。通常，可以使用4%或更高的烃含量。

合成气通常还包括惰性物质，例如氮气，并因此驰放物流还将包含惰性物质。本发明的方法能有效处理惰性物质，因为惰性物质将与碳组分一起经过本发明的方法，并将与二氧化碳一起除去。由于惰性物质能被有效地处理，所以合成气可以具有相对高的惰性物质含量。因此，其可以具有1%或更高的惰性物质。实际上，其可以甚至具有4%或更高的惰性物质。