由合成氣產生氣體產品的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于獲得主要由氫組成的第一氣體產品(13)和含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(12)的方法和設備，其中通過部分氧化(POX)由含有煤和／或重油的進料(3)產生的合成氣(4)通過轉化過程(S)、隨后的干燥過程及去除酸性氣體的過程(A)而反應生成富含氫的氣體混合物(6)，該氣體混合物被分離成為具有產品純度的氫餾份(7)以及含有氫和一氧化碳的殘余氣體(8)。根據本發(fā)明，將所述含有氫和一氧化碳的殘余氣體(8)的至少一部分(10)用于獲得含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(12)。
【專利說明】由合成氣產生氣體產品的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于獲得主要由氫組成的第一氣體產品和含有氫和一氧化碳的第二氣體產品的方法，其中通過部分氧化由含有煤和/或重油的進料產生的合成氣通過轉化、隨后的干燥及去除酸性氣體而反應生成富含氫的氣體混合物，該氣體混合物又被分離成為具有產品純度的氫餾份以及含有氫和一氧化碳的殘余氣體。本發(fā)明進一步涉及實施該方法的設備。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)規(guī)模上主要通過含碳進料的氣化生產氫。一種在工業(yè)上廣泛應用的氣化方法是部分氧化(POX)，通過部分氧化由烴類尤其是由更高沸點的烴類或煤產生所謂的“合成氣”。在此，一般預熱的進料與水蒸汽和氧化劑在反應室內在1300至1500°C的溫度下以及高達100巴的壓力下反應生成合成粗煤氣，其大部分由氫、一氧化碳、二氧化碳和水組成。該反應所需的熱量是通過進料中的烴類的不完全(部分)氧化產生的，為此將不足以使進料物質完全轉化的量的氧引入反應室內。
[0003]為了提高氫的量，對合成氣實施轉化，其中一氧化碳和水在存在催化劑的情況下反應生成二氧化碳和氫。在轉化后，將二氧化碳及其他酸性氣體例如在甲醇洗滌裝置中從轉化的氣體分離出，從而獲得富含氫的氣體混合物，然而該氣體混合物不具有氫氣產品所需的高于99體積％的純度。因此，根據現有技術，將富含氫的氣體混合物送入例如低溫氣體分離裝置，在其中產生對于許多應用具有足夠高的純度的氫氣產品以及氫含量低的殘余氣體。
[0004]除了氫氣產品以外 ，經常還應當產生所謂的“合成煤氣(Oxogas) ”作為產品，該合成煤氣是氫、一氧化碳以及可能存在的二氧化碳的具有確定組成的混合物。合成煤氣的一個例子是甲醇合成氣，其由 氫(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)組成，其化學計量數S具有約為2的數值，該化學計量數由組分[H2]、[CO]和[CO2]的摩爾濃度根據S= ([H2]-[CO2]) / ([CO]+ [CO2])計算得出。
[0005]根據現有技術，一部分合成氣在轉化之前被分流以產生合成煤氣，并在一個分離的處理過程中進行干燥及例如在物理洗氣裝置中從酸性氣體分離出。如此獲得的氣體混合物的化學計量數S的數值通常小于合成煤氣所需的數值。因此，為了調節(jié)S，從具有產品純度的氫餾份分流出氫，并送至氣體混合物中。若應當產生含有二氧化碳的合成煤氣，則在酸性氣體分離步驟中將二氧化碳不完全地從合成氣去除。
[0006]用于對合成氣的為了產生合成煤氣而分流出的部分進行處理所需的裝置涉及相當可觀的投資成本，若與氫氣產品的量相比所產生的合成煤氣的量越少，則投資成本的大小越發(fā)揮決定性作用。若氫氣產品的量比合成煤氣的量多出超過四倍，則根據經驗而言，實施該方法是不經濟的。

【發(fā)明內容】
[0007]因此，本發(fā)明的目的是提出克服了現有技術的缺點的前述類型的方法和設備。
[0008]所提出的目的在方法方面根據本發(fā)明是通過將至少一部分含有氫和一氧化碳的殘余氣體用于獲得含有氫和一氧化碳的第二氣體產品而實現的。
[0009]殘余氣體通常含有所有成分，這些成分也存在于待分離的富含氫的氣體混合物中，其由該氣體混合物分離出；但是具有不同的組成。若該富含氫的氣體混合物除了含有氫以外還含有一氧化碳和二氧化碳，則殘余氣體也含有這些物質，但是其中氫含量明顯更低，而一氧化碳和二氧化碳的含量明顯更高。該殘余氣體已經可以具有經濟上可利用的合成煤氣的組成，或者可以例如通過分離出二氧化碳和/或混入氫而進行處理以獲得合成煤氣。
[0010]在根據本發(fā)明的方法的一個實施方案中，將殘余氣體與一部分具有產品純度的氫餾份混合以生產第二氣體產品。該第二氣體產品優(yōu)選為甲醇合成氣。
[0011]此外還建議，以如下方式實施轉化和/或去除酸性氣體，產生富含氫的氣體混合物，其具有確定的一氧化碳含量和/或二氧化碳含量。以此方式可以控制殘余氣體的組成和量。優(yōu)選以如下方式調節(jié)富含氫的氣體混合物的組成，使產生的殘余氣體的組成對應于在經濟上可利用的合成煤氣的組成。為此，轉化過程例如可以分為兩步進行，其中在第一轉化步驟之后將合成氣分離成第一和第二支流。為了降低一氧化碳濃度，隨后將第一支流在第二步驟中實施進一步轉化，而第二支流最終與在第二轉化步驟中得到的氣體混合物合并成為部分轉化的氣體混合物。在此，這兩股支流的體積流量以如下方式加以調節(jié)，使部分轉化的氣體混合物的氫/一氧化碳比例符合規(guī)定。
[0012]若二氧化碳在含有氫和一氧化碳的第二氣體產品中是需要的，則可以在去除酸性氣體的過程中僅不完全地并以可調節(jié)的分離程度將二氧化碳從已轉化的氣體混合物分離出。去除酸性氣體的過程優(yōu)選通過物理洗氣裝置進行，其中特別優(yōu)選使用深冷的甲醇作為以物理方式發(fā)揮作用的洗滌劑。此類洗氣裝置可以所謂的“co2滑動”的方式運行，其中與技術上可能達到的程度相比，不太徹底地將二氧化碳從待洗滌的氣體混合物分離出，并將洗滌的氣體的二氧化碳含量調節(jié)至預定的數值。
[0013]優(yōu)選對通過去除酸性氣體的`過程獲得的富含氫的氣體混合物實施變壓吸附過程，其中分離出具有產品純度的氫餾份并產生含有氫的殘余氣體。但也可以將該氣體混合物在低溫過程中實施分離。將至少一部分量的氫餾份作為第一氣體產品在設備邊緣處排放出。
[0014]此外，本發(fā)明還涉及用于獲得主要由氫組成的第一氣體產品和含有氫和一氧化碳的第二氣體產品的設備，該設備具有:氣化裝置，于其中可以由含有煤和/或重油的進料通過部分氧化產生合成氣；轉化反應器，于其中可以對合成氣實施轉化；由通過轉化過程獲得的氣體混合物分離出水和酸性氣體的裝置；以及分離裝置，于其中將通過分離出水和酸性氣體獲得的氣體混合物分離成為具有產品純度的氫餾份和含有氫的殘余氣體。
[0015]所提出的目的在設備方面是通過如下方式實現的，該設備具有用于處理殘余氣體的裝置，于其中可由殘余氣體產生含有氫和一氧化碳的第二氣體產品。
[0016]用于處理殘余氣體的裝置例如可以包括分離裝置，于其中可以從殘余氣體分離出組分。其優(yōu)選具有混合裝置，可以將殘余氣體導入其中，并以受控制的量送入一部分具有產品純度的氫餾份。
[0017]根據本發(fā)明的設備優(yōu)選包括轉化裝置，于其中可以產生具有確定的一氧化碳含量的氣體混合物。該轉化裝置例如包括第一轉化反應器以及與其以串聯(lián)方式排列的第二轉化反應器，在第一轉化反應器中可以對全部的合成氣實施轉化，其中產生第一轉化氣體混合物。在第一轉化反應器下游設置調節(jié)裝置，于其中可以將第一轉化氣體混合物分離成為第一支流和第二支流。將第一支流導入第二轉化反應器并在此轉化成為第二轉化氣體混合物，同時可以將第二支流經由旁路管線繞過第二轉化反應器，并與第二轉化氣體混合物合并成為部分轉化的氣體混合物。這兩股支流的參數可以通過調節(jié)裝置以如下方式加以控制，使部分轉化的氣體混合物的氫/一氧化碳比例符合規(guī)定。[0018]在根據本發(fā)明的設備的一個實施方案中，設置有用于分離出酸性氣體的裝置，其允許調節(jié)分離出二氧化碳的程度。該用于分離出酸性氣體的裝置優(yōu)選為物理洗氣裝置，于其中特別優(yōu)選可以使用深冷的甲醇作為以物理方式發(fā)揮作用的洗滌劑。
[0019]根據本發(fā)明的設備的分離裝置例如可以是低溫氣體分離裝置的形式。但其優(yōu)選為變壓吸附器。
[0020]本發(fā)明除了允許生產氫氣產品，還允許在不產生或僅產生小的額外成本的情況下生產合成煤氣作為產品。在氫氣產品的需要量明顯高于合成煤氣時，使用本發(fā)明是特別有利的。
[0021]下面依照圖1中所圖示的實施例更詳細地闡述本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1所示為用于由煤和/或重油產生氫氣產品和合成煤氣的設備。
【具體實施方式】
[0023]將氧經由管線1，水蒸汽經由管線2，煤或重油或煤和重油的混合物經由管線3作為進料物質送至氣化裝置Ρ0Χ。在氣化裝置POX的反應室內，通過部分氧化使進料物質轉化為含有水、氫和一氧化碳及酸性氣體的合成氣4。將該合成氣4導入轉化反應器S，在此在兩步轉化過程中使受控制的量的一氧化碳與水完全反應生成氫和二氧化碳，從而可以排出具有確定的氫/ 一氧化碳比例的流5。為了分離出水和酸性氣體，將該流5導入酸性氣體洗氣裝置A，例如甲醇洗滌器，于其中獲得富含氫的還含有一氧化碳的氣體混合物6。將該氣體混合物6送至變壓吸附器DWA中，于其中以吸附方式分離成為具有產品純度的氫餾份
7以及含有一氧化碳和氫的殘余氣體8，其已經具有與合成煤氣相似的組成。將一小部分氫餾份7經由管線9分流，并與在壓縮機Pl中壓縮的殘余氣體10 —起按計量導入混合裝置M，并合并成為具有產品組成的合成煤氣11。在壓縮P2之后，將合成煤氣11以及氫餾份7的剩余部分13作為產品12引導至設備邊緣。
【權利要求】
1.用于獲得主要由氫組成的第一氣體產品(13)和含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(12)的方法，其中通過部分氧化(POX)由含有煤和/或重油的進料(3)產生的合成氣(4)通過轉化過程(S)、隨后的干燥過程及去除酸性氣體的過程(A)而反應生成富含氫的氣體混合物出)，該氣體混合物被分離成為具有產品純度的氫餾份(7)以及含有氫和一氧化碳的殘余氣體(8)，其特征在于，將所述含有氫和一氧化碳的殘余氣體(8)的至少一部分(10)用于獲得含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(12)。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，為了產生所述第二氣體產品(12)，將殘余氣體(8)與所述具有產品純度的氫餾份(7)的一部分(9)混合。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，通過所述轉化過程(S)產生具有確定的氫/ 一氧化碳比例的部分轉化的氣體混合物(5)。
4.根據權利要求1至3之一的方法，其特征在于，在所述去除酸性氣體的過程(A)中僅不完全地并以可調節(jié)的分離程度將二氧化碳從所述部分轉化的氣體混合物(5)分離出。
5.根據權利要求1至4之一的方法，其特征在于，通過變壓吸附將具有產品純度的氫餾份(7)從所述富含氫的氣體混合物(6)分離出。
6.用于獲得主要由氫組成的第一氣體產品(12)和含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(11)的設備，該設備具有:氣化裝置(Ρ0Χ)，于其中可以由含有煤和/或重油的進料(3)通過部分氧化產生合成氣(4);轉化裝置(S)，于其中可以對所述合成氣實施轉化過程；由通過轉化過程獲得的氣體混合物分離出水和酸性氣體的裝置㈧；以及分離裝置(DWA)，于其中可以將通過分離出水和酸性氣體獲得的氣體混合物(6)分離成為具有產品純度的氫餾份(7)和含有氫的殘余氣體(8)，其特征在于，該設備具有用于處理所述殘余氣體(8)的裝置，于其中可由所述殘余氣體(8)產生含有氫和一氧化碳的第二氣體產品(12)。
7.根據權利要求6的設備，其特征在于，所述用于處理所述殘余氣體(8)的裝置(P1，M，P2)具有混合裝置(M)，可以將殘余氣體(10)導入其中，并以受控制的量送入一部分(9)具有產品純度的氫餾份(7)。
8.根據權利要求6或7的設備，其特征在于，所述轉化裝置(S)包括第一轉化反應器及與其以串聯(lián)方式排列的第二轉化反應器以及具有調節(jié)裝置的旁路管線，將一部分在所述第一轉化反應器中產生的氣體混合物經由所述旁路管線以受控制的方式繞過所述第二轉化反應器，并與在所述第二轉化反應器中產生的氣體混合物合并成為具有確定的氫/一氧化碳比例的部分轉化的氣體混合物(5)。
9.根據權利要求6至8之一的設備，其特征在于，該設備包括用于分離出酸性氣體的裝置(A)，其允許調節(jié)分離出二氧化碳的程度。
10.根據權利要求6至9之一的設備，其特征在于，所述分離裝置(DWA)是變壓吸附器的形式。
【文檔編號】C01B3/50GK103562125SQ201280018128
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月5日 優(yōu)先權日:2011年4月12日
【發(fā)明者】J·格拉澤 申請人:林德股份公司