[发明专利]产生用于加氢甲酰化反应的合成气的方法

说明书

本发明涉及一种产生用于加氢甲酰化工厂的包含CO、CO₂和H₂的气体混合物的方法，该方法包括以下步骤：将水蒸发成蒸汽；在足以使固体氧化物电解池(SOEC)或SOEC电解池堆运行的温度下，将蒸汽送入电解池或电解池堆，同时向电解池或电解池堆提供电流，以使蒸汽部分转化为H₂；任选地，通过冷却粗产物气流以使至少一部分蒸汽冷凝成液态水，并从液体中分离出剩余的产物气体而从粗产物气流中去除一些或全部剩余蒸汽；将包含H₂的流出物SOEC气体与来自外部来源的CO₂一起用作发生RWGS反应的逆水煤气变换(RWGS)反应器的进料，以将一些CO₂和H₂转化为CO和H₂O；通过冷却粗产物气流以使至少一部分蒸汽冷凝成液态水，并从液体中分离出剩余的产物气体而从粗产物气流中去除一些或全部剩余蒸汽；以及将包含CO、CO₂和H₂的所述气体混合物用于利用CO和H₂作为反应物的液相加氢甲酰化反应，同时将CO₂再循环至RWGS反应器。

技术领域

本发明涉及产生包含一氧化碳和氢气的气体的方法及所述气体在加氢甲酰化反应中的用途。

发明背景

加氢甲酰化，也称为“羰基合成(oxo synthesis)”或“羰基合成法”(oxoprocess)，是一种从烯烃生产醛的工业方法。更具体地，加氢甲酰化反应是将一氧化碳(CO)和氢(H₂)加成至烯烃。该化学反应需要将甲酰基(CHO)和氢原子净加成到碳-碳双键。该反应生成的醛比母体烯烃的碳链长一个单元。如果醛是所需产物，则合成气的组成应接近CO：H₂＝1：1。

在某些情况下，与醛相对应的醇是所需产物。在这种情况下，会消耗更多的氢以将中间体醛还原为醇，因此合成气的组成应大约为CO:H₂＝1:2。

有时需要在将中间体醛转化为醇之前将其纯化。因此，在这种情况下，必须首先使用组成为CO：H₂＝1：1的合成气，然后再使用纯H₂。

因此，加氢甲酰化反应的特征是需要低模数合成气(low-module syngas)(即，低的氢/一氧化碳比)。提供这种合成气组合物相当昂贵，因为它不能直接从天然气或石脑油的蒸汽重整中获得。至少必须安装用于冷凝CO的冷箱来分离CO。这是一种昂贵的解决方案，因为会存在过量氢气，并且必须为其找到用途。

或者，气化厂可以提供低模数合成气，但是气化厂需要非常大才能有效，并且就CAPEX和OPEX而言它们也很昂贵。此外，由于大量的环境影响和大量的CO₂足迹，基于煤炭的气化厂越来越不受欢迎。

因此，用于加氢甲酰化的低模数(即，富含CO的)合成气通常是昂贵的。大型加氢甲酰化工厂通常位于工业区，因此可以从附近的合成气生产商那里就近获得必要的合成气。然而，在许多情况下，这对于中型或小型加氢甲酰化工厂是不可能的。取而代之的是，这样的小型工厂将需要例如以气瓶方式引入合成气，这非常昂贵。此外，由于合成气(尤其是低模数合成气)剧毒且极易燃烧，并且合成气可能与空气形成爆炸性混合物，因此，这种气体容器的运输和处理存在一定的风险。无论是在成本还是在安全性方面，通过管式拖车引入CO或合成气都将面临类似的挑战。

CO的可持续来源是CO₂。通过逆水煤气变换(RWGS)反应，即反应

CO₂+H₂-CO+H₂O