專利名稱：用于生產(chǎn)合成氣的碳吸收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)合成氣的系統(tǒng)及其生產(chǎn)，優(yōu)選該系統(tǒng)是凈二氧化碳吸收系統(tǒng)以及本發(fā)明還旨在涉及用于開發(fā)該工藝的方法以及用于實(shí)施該工藝的系統(tǒng)，包括要求的實(shí)用系統(tǒng)。發(fā)明簡介“合成氣體”或“合成氣”是以少得多的量存在其他組分的一氧化碳(CO)、氫(H2) 以及二氧化碳(CO2)的混合物，通常當(dāng)CO H2以1 3和1 0.7之間的摩爾比生產(chǎn)時(shí)。當(dāng)前的合成氣體由兩種工藝之中的一種制得，或者由煤通過用氧進(jìn)行氣化制得， 通常由空氣和水提取，或者由甲烷通過用氧或水重整制得。重整是這樣的工藝，通過它， 輕質(zhì)烴如甲烷和/或丙烷等形成一氧化碳、二氧化碳和氫的氣體混合物。一般的重整裝置放出一些二氧化碳以及通過產(chǎn)生高溫蒸汽而釋放熱。根據(jù)New York State Energy and Research Development Authority，工業(yè)重整裝置的效率估計(jì)在65-75%之間。在對(duì)甲烷采用蒸汽重整工藝時(shí)，合成氣體可通過以下反應(yīng)生產(chǎn)CH4+H20->C0+3H2以這種方式產(chǎn)生的CO H2比例可能對(duì)用于下游合成方法不是最佳的，如下所述的水煤氣變換(WGS)反應(yīng)可用于調(diào)節(jié)CO H2比例。C0+H20<-> “ C02+H2該調(diào)節(jié)導(dǎo)致取決于所要求的調(diào)整而在工藝中的某個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生并且之后放出二氧化碳或水。氣化以及蒸汽重整合成氣體生產(chǎn)過程是吸熱的，因此需要大量的能量來運(yùn)行這些過程。此外，還有大量的二氧化碳排放，這是值得關(guān)注的，因?yàn)槎趸际怯泻Φ臏厥覛怏w。本專利說明書描述了用于生產(chǎn)合成氣體的生產(chǎn)系統(tǒng)，其中這樣的系統(tǒng)的益處在于具有高碳效率(導(dǎo)致提高原料中的碳轉(zhuǎn)化為合成氣體中可用的碳的轉(zhuǎn)化率)，在一些情況中是凈二氧化碳吸收系統(tǒng)，同時(shí)是凈功產(chǎn)生系統(tǒng)(net work generating system)。在設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)時(shí)，相比于順序設(shè)計(jì)方法，發(fā)明人利用了替代的設(shè)計(jì)方法。該新方法利用焓和吉布斯自由能的性質(zhì)，采用圖示法在設(shè)計(jì)最早階段分析各個(gè)工藝裝置之間的相互作用。該方法容許選擇運(yùn)行溫度和壓力以產(chǎn)生盡可能有效的流程圖(flow sheets) 0 該技術(shù)包括以下一般步驟，其在下文中更詳細(xì)地解釋，然后用于氣體重整工藝以設(shè)計(jì)形成本發(fā)明主題的系統(tǒng)1.1.定義簡單系統(tǒng)；1. 2.計(jì)算該系統(tǒng)要求的熱和功；1. 3.在焓的變化相對(duì)吉布斯自由能變化的圖上圖解表示所要求的熱和功；1. 1.定義簡單過程將簡單系統(tǒng)定義為這樣的系統(tǒng)，其中在環(huán)境條件下進(jìn)料進(jìn)入并且產(chǎn)物離開該系統(tǒng)。進(jìn)一步地，在系統(tǒng)中存在一個(gè)以溫度T運(yùn)行的容許將熱加入該系統(tǒng)的位置，如下面的圖 A所示
權(quán)利要求
1.碳有效的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其包括連接的蒸汽重整反應(yīng)器，以接收來自烴氣來源的第一烴氣以及來自相變反應(yīng)器的氣態(tài)水以及來自燃燒室的二氧化碳和氣態(tài)水，其中的相變反應(yīng)器在使用時(shí)采用熱將液態(tài)水轉(zhuǎn)化為蒸汽，其中的燃燒室燃燒第二烴氣和氧以產(chǎn)生二氧化碳和氣態(tài)水，并且第一烴氣轉(zhuǎn)化為一氧化碳，一氧化碳與過量的二氧化碳和氫一起轉(zhuǎn)移到水煤氣變換(WGQ反應(yīng)器，其在使用時(shí)將一氧化碳、二氧化碳和氫轉(zhuǎn)化為合成氣體、二氧化碳副產(chǎn)物和氣態(tài)水副產(chǎn)物，將二氧化碳副產(chǎn)物返回至WGS反應(yīng)器用于進(jìn)一步反應(yīng)，可將產(chǎn)生的合成氣體送至該合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)外部的進(jìn)一步反應(yīng)，并且來自外部來源的另外的二氧化碳也進(jìn)料到WGS反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)為凈二氧化碳吸收系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中碳效率在100%和104%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)為凈功產(chǎn)生系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中將產(chǎn)生的凈功轉(zhuǎn)化為電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中第一烴和第二烴選自下組甲烷、天然氣、含甲烷的氣體或其任意組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中第一烴氣和第二烴氣來自于相同的來源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中所述合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生具有2 1 的氫對(duì)一氧化碳比例的合成氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中功到電能的轉(zhuǎn)化通過位于WGS反應(yīng)器之后的壓力渦輪機(jī)進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中使用至少一個(gè)分離器將合成氣體與二氧化碳副產(chǎn)物和氣態(tài)水副產(chǎn)物分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中使用至少一個(gè)分離器將二氧化碳副產(chǎn)物與氣態(tài)水副產(chǎn)物分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中將氣態(tài)水副產(chǎn)物進(jìn)料回蒸汽重整反應(yīng)器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的合成氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，其中WGS反應(yīng)器的溫度在500°C和1000°C之間，優(yōu)選在680和720°C之間。
14.在本發(fā)明的進(jìn)一步的具體實(shí)施方案中，WGS反應(yīng)器導(dǎo)致發(fā)生這樣的反應(yīng)，該反應(yīng)以至少0.的平衡運(yùn)行。
15.用于生產(chǎn)合成氣體的方法，其中該方法包括如下步驟將反應(yīng)物進(jìn)料到重整過程， 其中重整過程包括如下步驟液態(tài)水到氣態(tài)水的相變、第一烴氣的蒸汽重整和第二烴氣的燃燒；將由重整過程產(chǎn)生的熱、功和產(chǎn)物傳遞至水煤氣轉(zhuǎn)換(WGS)反應(yīng)器以完成WGS反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣體、氣態(tài)水副產(chǎn)物和二氧化碳副產(chǎn)物；將二氧化碳副產(chǎn)物返回至WGS反應(yīng)器用于進(jìn)一步反應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中將氣態(tài)水副產(chǎn)物返回至重整過程用于進(jìn)一步反應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中蒸汽重整步驟包括以下反應(yīng)CH4 (g)+H2O (g) — C0(g)+3H2(g)CH4 (g) +2 (g) — CO2 (g) +2H20 (g) H2O(I) — H20(g)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中WGS反應(yīng)步驟包括以下平衡反應(yīng)CO2 (g) + H2 (g) — CO (g) + H2O (g)。
全文摘要
用于生產(chǎn)合成氣體的系統(tǒng)及其生產(chǎn)，其中該系統(tǒng)優(yōu)選為凈二氧化碳吸收系統(tǒng)。本發(fā)明涉及開發(fā)該工藝的方法以及實(shí)施該工藝的系統(tǒng)，包括要求的實(shí)用系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C01B3/50GK102482080SQ201080027869
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者B·C·塞姆普加, B·帕特爾, B·豪斯伯格, D·希爾德布朗特, D·格拉瑟, J·A·?？怂?申請(qǐng)人:約翰內(nèi)斯堡金山大學(xué)