[发明专利]含碳原料的加氢甲烷化方法

权利要求书

1.一种用于从含碳原料产生多种气体产物，并产生甲烷产物流的方法，所述方法包含下列步骤：

(a)向加氢甲烷化反应器供应含碳原料、富氧气体流、加氢甲烷化催化剂和蒸汽流，所述含碳原料包含碳和水分；

(b)在氧气存在下在加氢甲烷化反应器中使来自含碳原料的一部分碳反应以产生一氧化碳、氢气和热能；

(c)在一氧化碳、氢气、蒸汽和加氢甲烷化催化剂存在下在加氢甲烷化反应器中使含碳原料反应以产生富甲烷粗制产物流，其包含甲烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳和热能；

(d)从加氢甲烷化反应器中撤出富甲烷粗制产物流；

(e)将富甲烷粗制产物流引入热交换器以回收热能并产生冷却的富甲烷粗制产物流；

(f)使用步骤e中回收的热能用于(1)在引入加氢甲烷化反应器之前使蒸汽流过热，以及(2)产生第一次工艺蒸汽流；

(g)酸变换冷却的富甲烷粗制产物流中的一部分一氧化碳以产生热能和富氢处理产物流，其具有氢气与一氧化碳的摩尔比至少3:1；

(h)任选回收步骤g的热能，其中至少一部分回收的热能用于产生第二次工艺蒸汽流；

(i)任选在耐硫甲烷化催化剂存在下在催化甲烷转化器中使富氢处理产物流中的一部分氢气和至少一部分一氧化碳反应以产生富甲烷处理产物流；

(j)任选回收步骤i的热能，如果存在，其中至少一部分回收的热能用于产生第三次工艺蒸汽流；

(k)从富氢处理产物流中，或者如果存在步骤i时从富甲烷处理产物流中去除大部分二氧化碳和大部分硫化氢以产生脱硫气体流，其包含来自富氢处理产物流，或者如果存在步骤i时来自富甲烷处理产物流，的大部分氢气、一氧化碳和甲烷；

(l)任选从脱硫气体流中分离一部分氢气以产生贫氢脱硫气体流，其包含甲烷、氢气和一氧化碳；

(m)在甲烷化催化剂存在下在催化甲烷转化器中使脱硫气体流，或者如果存在步骤l时使贫氢脱硫气体流中的一氧化碳和氢气反应以产生热能和富甲烷脱硫气体流；

(n)回收步骤m的热能，其中至少一部分回收的热能用于产生第四次工艺蒸汽流；以及

(o)回收至少一部分富甲烷脱硫气体流作为甲烷产物流，

其中:

所述富氧气体流任选包含蒸汽；

所述加氢甲烷化反应器在温度至少700°F(371℃)到1500°F(816℃)下操作；

步骤c中的反应具有蒸汽需求、合成气需求和热需求，

所述蒸汽需求基本上由蒸汽流、从含碳原料的水分产生的蒸汽、以及如果存在，富氧气体流中的蒸汽满足，

所述蒸汽流基本上由第一次工艺蒸汽流、第四次工艺蒸汽流、第二次工艺蒸汽流(存在步骤h时)、和第三次工艺蒸汽流(存在步骤j时)中的一项或多项的至少一部分组成，

步骤b中的反应足以满足步骤c中的反应的合成气需求，以及

所述蒸汽流包含热能，且步骤b中的反应产生热能，结合起来，足以基本满足步骤c中的反应的热需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蒸汽需求由蒸汽流、从含碳原料的水分产生的蒸汽、以及如果存在，富氧气体流中的蒸汽满足。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：所述蒸汽流包含热能，且步骤b中的反应产生热能，结合起来，足以满足步骤c中的反应的热需求。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：(i)所述富甲烷粗制产物流包含至少20mol％甲烷(基于所述富甲烷粗制产物流中甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数)，或(ii)所述富甲烷粗制产物流包含至少50mol％甲烷加二氧化碳(基于所述富甲烷粗制产物流中甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氢气的摩尔数)，或同时具有(i)和(ii)。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤b和c产生炭副产物，其连续或定期从加氢甲烷化反应器中撤出；加氢甲烷化催化剂包含碱金属；所述炭副产物包含来自加氢甲烷化催化剂的碱金属；处理至少一部分所述炭副产物以回收至少一部分碱金属；至少一部分回收的碱金属再循环用作加氢甲烷化催化剂；含碳原料在供应到加氢甲烷化反应器之前使用加氢甲烷化催化剂浸渍；以及用于浸渍含碳原料的加氢甲烷化催化剂包含再循环的加氢甲烷化催化剂和补充的加氢甲烷化催化剂。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法为连续方法，其中步骤a-g、k和m-o以连续方式进行。