[发明专利]用于通过二氧化碳再循环产生合成气的方法和装置

说明书

本发明涉及用于产生含有一氧化碳和氢气的合成气(10)的一种方法以及一种装置，其中提供具有第一二氧化碳分压(二氧化碳压力)的天然气(1)并且此外通过提高压力(P)将其处理成用于热化学转化(K)的天然气进料(6)，在所述热化学转化(K)中产生具有高于所述第一二氧化碳压力的第二二氧化碳压力的合成原料气(2)，随后从所述合成原料气中至少分离出二氧化碳(3,11)，以便获得合成气(9)以及二氧化碳，所述二氧化碳的至少一部分被再循环并且被用在所述天然气进料(6)的热化学转化中。本发明的特征在于，将用于分离二氧化碳的所述合成原料气(2)在渗余侧引导经过对二氧化碳而言可渗透的膜(M)，所述膜(M)在渗入侧被所提供的所述天然气(1)冲洗。

本发明涉及一种用于产生含有一氧化碳和氢气的合成气的方法，其中提供具有第一二氧化碳分压(二氧化碳压力)的天然气并且此外通过提高压力将其处理成用于热化学转化的天然气进料，在该热化学转化中产生具有高于第一二氧化碳压力的第二二氧化碳压力的合成原料气，随后从该合成原料气中至少分离出二氧化碳，以便获得合成气以及二氧化碳，该二氧化碳的至少一部分被再循环并且被用在天然气进料的热化学转化中。

此外，本发明涉及一种用于执行所述方法的装置。

含有一氧化碳和氢气的合成气主要通过自热重整(ATR)、部分氧化(POX)、蒸汽重整(SMR)或这些从现有技术中已知多年的方法的组合从天然气中产生。在此，天然气例如通过脱硫、加热和压缩来处理成天然气进料，该天然气进料随后热化学地转化成合成原料气，该合成原料气除了一氧化碳和氢气之外还含有更大量的二氧化碳以及水和其他在合成气中不期望的物质。因此，其压力基本上对应于天然气进料的压力的合成原料气经受多个分离步骤，以便获得所需组成成分的合成气。

从现有技术中已知的是，将二氧化碳从合成原料气中分离出来、再循环并在天然气进料的转化中使用。再循环的二氧化碳与氢气反应成一氧化碳和水或与元素碳反应成一氧化碳，由此增加合成原料气中的一氧化碳比例。

为了分离二氧化碳，使合成原料气经受气体洗涤，其中二氧化碳被洗涤剂吸收，该洗涤剂在此随着二氧化碳的加载而累积。随后降低所加载的洗涤剂的压力，以便使二氧化碳脱附，从而除了用于在气体洗涤中重新使用的再生洗涤剂之外，还获得二氧化碳，该二氧化碳的压力明显低于合成原料气或天然气进料的压力。

适用于从合成原料气中分离二氧化碳的气体洗涤，例如甲醇洗涤或胺洗涤，引起高的投资和运行成本，并且仅由于这个原因就对合成气产生的经济性产生负面影响。如果在气体洗涤中获得的二氧化碳再循环并且在天然气进料的转化中使用，则必要的二氧化碳压缩所需的设备和能量耗费会额外地损害经济性。

因此，本发明的目的在于，提出一种通用类型的方法以及一种用于执行该方法的装置，其适合于克服现有技术的所描述的缺点并且提高合成气产生的经济性。

根据本发明，所提出的目的在方法方面通过如下方式实现：将用于分离二氧化碳的合成原料气在渗余侧引导经过对二氧化碳而言可渗透的膜，该膜在渗入侧被所提供的天然气冲洗。

借助于膜从含有二氧化碳的气体混合物中分离二氧化碳长期以来一直是现有技术。适用于此的膜具有高的渗透性(渗入性)和对于二氧化碳的选择性，而其对于所有或至少大多数剩余组分要么是不可渗透的，要么具有明显更小的渗入性。因此，在膜的渗入侧，分离的二氧化碳可以在渗入流中获得，而气体混合物的剩余组分作为渗余流从膜的另一渗余侧排出。

除了膜的材料特性、厚度和横截面积之外，决定渗入性的高度的主要因素是渗余侧和渗入侧的二氧化碳压力之间的差。该差越大，渗入性越高，并且能够越有效地从含有二氧化碳的气体混合物中分离二氧化碳。为了防止由于二氧化碳在渗入侧上的积聚而减小该压差，用具有低二氧化碳压力的冲洗气体掠过渗入侧。