[发明专利]用于生产合成气的方法

说明书

一种用于生产合成气的方法，包括以下步骤：通过使烃气体与处于第一非化学计量状态M_xO_y‑α的金属氧化物接触以将所述处于第一非化学计量状态M_xO_y‑α的金属氧化物还原成第二非化学计量状态M_xO_y‑β，来由所述烃气体产生氢气和/或一氧化碳；通过使处于第二非化学计量状态M_xO_y‑β的金属氧化物与再生气体接触以将处于第二非化学计量状态M_xO_y‑β的金属氧化物氧化成第一非化学计量状态M_xO_y‑α，来由所述再生气体产生氢气和/或一氧化碳；其特征在于βα且α0且βy。

技术领域

本发明涉及用于生产合成气的方法，特别是经由金属氧化物的两步氧化还原循环来生产合成气的方法。

背景技术

合成气(syngas或synthesis gas)是主要由氢气和一氧化碳组成的燃料气体混合物，可以用于生产氢气、氨、甲醇，以及重要地，可以用于生产合成烃燃料。合成气可以由多种来源生产，包括天然气(甲烷)、煤、生物质或几乎任何烃原料以及H₂O/CO₂。

已知合成气的生产可以经由金属氧化物的两步氧化还原循环(也称为化学循环，chemical looping)通过甲烷的部分氧化来实现。两步氧化还原循环通常在低于1300℃的温度下进行，并且包括：金属氧化物(M_xO_y)朝向处于非化学计量状态(M_xO_y-β)的金属氧化物的第一吸热还原，其中甲烷被部分氧化以产生氢气(H₂)和一氧化碳(CO)；以及处于非化学计量状态(M_xO_y-β)的金属氧化物朝向金属氧化物(M_xO_y)的第二放热氧化，其中水和/或二氧化碳被还原以产生另外的H₂和/或CO。

然而，用于生产合成气的已知方法存在许多缺点，特别是在其中金属氧化物被还原并且甲烷被部分氧化以产生氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的步骤期间。一方面，对氢气和一氧化碳的选择性最优，但是甲烷的转化率次优，很少达到超过60％，这意味着几乎一半的甲烷未经反应就直接离开了过程；或者另一方面，甲烷的转化率最优，不过对氢气和一氧化碳的选择性次优，很少达到对氢气55％的值或对一氧化碳65％的值，原因是已知方法存在形成不希望的副产物例如水和二氧化碳的缺点。因此，通常以转化率为代价来实现选择性，反之亦然。由上述在转化率和选择性方面的缺陷，可以进一步得出，根据式计算出的能量升级因子U与对于100％转化率和100％选择性的理论最大值1.28仍然差得远。其中n_CO是CO的量，是H₂的量，是入口处的甲烷的量，是出口处的未转化的甲烷的量，HV_CO是CO的热值，是H₂的高热值，是CH₄的高热值。除了上述考虑之外，金属氧化物的氧化还原循环可能花费超过10分钟的时间，这限制了总生产量。

因此，期望提供一种经由金属氧化物的两步氧化还原循环来形成合成气的方法，其中可以避免低的烃气体转化率和不希望的副反应。

发明内容

本发明提供了一种用于生产合成气的方法，其中与经由两步氧化还原循环生产合成气的已知方法相比，烃气体转化率和氢气/一氧化碳选择性二者均可以得到提高，并且用于生产合成气的本发明方法还可以减少循环时间。

本发明的一个目的是提供一种用于生产合成气的方法，其包括以下步骤：