[发明专利]纯化气体的方法

说明书

发明背景。

发明领域

本发明涉及气体纯化（gas purification）。本发明特别涉及从通过生物质气化生成的气体中任选与氨和氯化氢一起除去硫化氢和类似的含硫化合物的方法。

相关技术描述

在费托反应器（在下文中也缩写为FT反应器）中，氢和一氧化碳在过渡金属催化剂，如钴或铁存在下反应以形成含有高至蜡的多种多样的直链烷烃的组合物。在合适的处理后，这种产物形成可用作燃烧发动机，特别是柴油机的燃料的液态烃组合物。

许多碳质源已用作用于生产可送入FT工艺的含氢和一氧化碳的气体（也称作“合成气”）的原材料。最初，使用煤作为主要原材料，但后来在商业生产过程中也开始使用天然气。更最近已开发出气化和加工生物材料，如植物油、植物蜡和其它植物产品和植物部分或甚至动物来源的油和蜡以产生合适的进料的多种方法。在另一可选方法中，即在BTL法（生物质至液法）中，使用包含全部植物的生物质作为原材料。BTL法允许利用林业残余物。

照惯例，BTL法包括生物质进料预处理、生物质气化、粗制合成气冷却和过滤、粗制气体纯化、用于平衡H₂/CO比的变换反应、FT法和FT产物精制的步骤。为了生物质的气化，可以使用氧气（例如通过将其鼓入气化区中）将合成气中的惰性物减至最少。

对于通过FT法生产燃料，优选使用鼓入气化中的蒸汽或氧气或其组合。典型温度范围是大约500至大约900℃。

在这些条件下，生物质，如木质纤维素材料会产生含有一氧化碳、二氧化碳、氢气和水煤气的气体。此外，该气体还含有一些烃和杂质，如硫化合物和痕量金属化合物。这些必须除去。

因此，该方法还含有合成气纯化和保护（guarding）步骤（即用于保护该方法下游的催化剂）。

实际上，由生物质气化获得的气体（该气体通常已经经过进一步重整）在费托反应前冷却并从任选重整的气体中除去杂质，如COS、HCN、CO₂、痕量碱金属化合物和羰基金属（Ni、Fe）化合物、HCl、NH₃、焦油化合物和硫化合物。

提到典型组合物的一个实例：进行H₂S脱除法的进料气体通常含有100至400 ppm H₂S、20至40 vol-% CO₂、0.5至6 vol-% CH₄、20至40 vol-% H₂、10至30 vol-% CO。

根据气化器运行压力，进料气体的压力优选为4至30巴。进料的温度为大约30至大约100℃。

为了除去杂质，使用至少一个，照惯例多个单独的处理步骤。通常利用甲醇洗涤分离硫化合物和二氧化碳。这些洗涤法在商业上用于在低硫含量下有效脱除CO₂。常规的甲醇洗涤在大约–40℃的温度下操作，因此需要大量能量。通常通过额外的物理洗涤除去焦油化合物（如萘和苯）并通过热处理或保护床（guard beds）除去羰基金属。

发明概述

本发明的一个目的是消除至少一部分与已知技术相关的问题。

特别地，本发明旨在提供从合成气中有效脱除硫化氢和其它杂质，如NH₃、COS、HCN和少量碱金属化合物的方法。

本发明基于将合成气中存在的杂质，例如硫化合物（特别是硫化物，如H₂S）吸收到含有金属离子的含水溶液中并使吸收的硫化合物与金属离子一起沉淀以形成固体金属硫化物的理念。

本领域中已知的是，可以如下从含有大量硫化氢的气体中脱除硫化氢：首先将该气体流导入在水中含有铜离子的水溶液中以吸收硫化氢、然后用空气或氧气氧化由此形成的硫化铜以产生元素硫。

在DE 2304497中公开的这种已知技术中，该含水吸收介质含有相当高浓度的铜离子（28.9克Cu在1400毫升水中）并通过将气体鼓入该含水介质中来进行硫化氢的吸收。