CN106414313A - 通过反向水煤气变换提高合成气中的co/co2比率 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种生产设备，其包括：‑合成气生成装置(1)，其被设置为接收烃或碳质原料(2)，并且在合成气生成工序中生成合成气；‑生产装置(4)，其被设置为接收合成气并产生产物流(5)；‑反向水煤气变换装置(4)，其被设置为接收富H2气流(7)和CO2进料(8)，并且在RWGS装置中获得反向变换气流(9)，以及‑用于将所述反向变换气流(9)加入到合成气流(3)中的装置(10)。
Description
在现有设备的改造中，现有的反应器、重整器等可能会约束待更新的工艺和/或设备的可能性。例如，现有设备中的催化剂体积可能会对工艺造成限制，这意味着改造需要增大催化剂体积，而不能以有利的设置进行。
因此，在现有设备或其中对于重整器、反应器等有限制的其他情况中，需要可替代的工艺和设备，其提高效率，而不增加超出现有能力的产能需求。
在本发明的方法和设备的第一个目的中，提供了用于改进合成气的量和组成而不增加对于重整器/反应器/催化剂体积的需求的装置。
这些和其他优点通过包括以下的生产设备来实现：
-合成气生成装置，其被设置为接收烃或碳质原料，并且在合成气生成工序中生成合成气；
-生产装置，其被设置为接收合成气并产生产物流；
-反向水煤气变换装置，其被设置为接收富H2气流和CO2进料，并且在RWGS过程中获得反向变换气流，以及
-用于将所述反向变换气流加入到合成气流中的装置，由此提供了这样一种设备，其使得能够生产具有改善的CO/CO2比率的混合合成气流而不给合成气生成装置增加额外的工作，例如，包括生产装置中的重整器和/或增大的催化剂体积/传热面积。
生产装置可以是甲醇合成回路，其被设置为接收合成气/反向变换气体混合物，并产生富甲醇产物流。
生产装置也可以例如是产生富一氧化碳的产物气体的纯化单元。
在一些有利的实施方案中，合成气生成装置可以是重整装置、气化装置或部分氧化装置，这取决于提供的进料和/或生产装置。也就是说，可以选择合成气生成装置，以向生产装置提供优化的入口气体。
如果在合成气生成装置的下游提供反向变换气流，则不需要设计合成气生成装置的尺寸以接收反向变换气流。这在其中合成气生成装置的体积/产能是问题的装置(例如其可以是现有设备改造的情况)中是非常期望的。
如果RWGS装置包括RWGS工艺上游的氢气回收单元，则进入RWGS工艺的流与进入RWGS装置的流相比具有增加的H2比率和降低的其他物质含量。
根据所使用的装置，氢气回收单元可以是不同类型的，例如膜单元、PSA单元或低温单元。
可从回收单元提供残余气流到例如燃烧器等。
例如，富H2气流可以是来自甲醇生产回路的吹扫气体。吹扫气体可以含有各种物质，在吹扫气体可通过如上所述的氢气回收单元的情况中，有利地吹扫气体可在进料至RWGS工艺之前被去除。或者，富H2流可以直接被送至RWGS装置。
CO2进料可以通过各种方式提供。例如，CO2可以从地下天然的富含CO2的气体储层提供。
还可以从用于从合成气、烟道气或天然气中除去CO2的纯化单元(胺洗涤、PSA等)提供CO2，这取决于在给定装置中可获得或其它期望的CO2源。
RWGS装置可以不同方式设置有一系列适合的催化剂。例如，RWGS装置可包括用于RWGS工艺的高温变换催化剂(High Temperature Shift Catalyst)(例如SK-201或SK-501)或超高温变换催化剂(UltraHigh Temperature Shift Catalyst)。
在其中生产单元是产生CO流或富CO流的纯化单元中，生产单元可以例如是膜单元或低温单元。
还提供了一种用于调节合成气中的CO/CO2比率的方法，所述方法包括：
-在生产回路中从合成气生产产物流；
-在RWGS反应器中，至少从CO2进料和富H2气流产生反向变换气流；
-将所产生的反向变换气流加入到生产回路上游的合成气中。也就是说，在本发明的方法中，使用RWGS生产装置来提供具有增加的CO含量的流，该具有增加的CO含量的流被加入到合成气中以获得具有较高CO含量的混合合成气，由此优化生产回路中的生产。
生产回路可以例如是产生富甲醇产物流的甲醇生产单元，或例如是产生富CO流的CO生产/纯化单元。
如果富H2气流是来自甲醇回路的吹扫气体，则实现高效的工艺，其中来自甲醇生产的废气被用于优化甲醇生产中所使用的合成气的组成。
在本发明的方法中，RWGS变换气流可有利地在高温变换催化剂(例如SK-201或SK-501)或超高温变换催化剂上产生。
RWGS入口温度可以在250-750℃的范围内。通常较高的温度可能是优选的，因为较高的温度有利于RWGS转化率。例如，入口温度可以为350℃或更高，例如500℃或更高。
由于反向水煤气变换反应是吸热反应，绝热反应器中的出口温度将低于入口温度，通常温度降在50-250℃，例如60-125℃的范围内。
在几个有利的实施方案中，反向变换反应将5-75％的CO2转化为CO，产生具有0.05-3，例如高于0.1和/或低于2的CO/CO2比率的反向变换气体。
通常，合成气可主要包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水(也可存在少量的氮、氩和氦气)。在甲醇生产的情况中，合成气可包括：
如果生产装置是CO纯化装置，合成气在CO2去除装置(其中可有利地添加反向变换气体)之前通常包括氢气、一氧化碳、甲烷、水和二氧化碳(也可存在少量例如氮、氩和氦气)：
富H2气流可例如包括氢、一氧化碳、二氧化碳、水和甲烷。在甲醇回路吹扫气体的情况中，富H2流包括：
本发明的方法和设备可以有利地是现有设备(例如甲醇生产设备)改造的一部分。
下面给出了RWGS装置的参数的示例：
图1示出了根据本发明的设备/方法的图，其中合成气生成装置1被设置为接收烃或碳质原料2，并且在合成气生成工序中生成合成气3。生产装置4被设置为接收合成气并产生产物流(5)。反向水煤气变换装置6被设置为接收富H2气流7和CO2进料8，并且在RWGS工艺中获得反向变换气流9。该设备/方法还具有用于将所述反向变换气流添加到合成气流的装置10。在反向水煤气变换工艺的上游，H2回收单元11可被设置为提供气流7，与从生产装置4接收的那些相比，气流7具有增大的H2浓度。这样的H2回收单元可以例如用于以下情形中，其中使用来自生产装置4的吹扫气体12来提供富H2流。可从回收单元提供残余气流13到燃烧器等。
因此，根据本发明，提供了一种方法和设备，通过其将CO2和H2流的混合物送入到具有对水煤气变换反应呈活性的催化剂的反应器中，可获得RWG变换改善CO/CO2比率，以及因此改善合成气的反应性，减少生产装置如甲醇合成反应器中所需的催化剂体积和/或传热面积。本发明的方法和设备对于其中现有结构限制了重整器和/或甲醇反应器的尺寸的改造项目可以是特别有利的。
Claims (18)
1.生产设备，其包括
-合成气生成装置，其被设置为接收烃或碳质原料，并且在合成气生成工序中生成合成气；
-生产装置，其被设置为接收合成气并产生产物流；
-反向水煤气变换装置，其被设置为接收富H2气流和CO2进料，并且在RWGS装置中获得反向变换气流，以及
-用于将所述反向变换气流加入到合成气流中的装置。
2.根据权利要求1所述的生产设备，其中所述生产装置是甲醇合成回路，其被设置为用于接收合成气/反向转化气体混合物，并产生富甲醇产物流。
3.根据权利要求1所述的生产设备，其中所述生产装置是产生富一氧化碳的产物气体的纯化单元。
4.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述合成气生成装置是重整装置、气化装置或部分氧化装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述反向变换气流在所述合成气生成装置的下游提供。
6.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述RWGS装置包括在RWGS装置上游的氢气回收单元。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述富H2气流是来自所述生产装置的吹扫气体12。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述CO2进料由地下天然的富含CO2的气体储层提供。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述CO2进料由用于从合成气、烟道气或天然气中除去CO2的纯化单元如胺洗涤、PSA等提供。
10.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述RWGS装置包括高温变换催化剂(例如SK-201或SK-501)或超高温变换催化剂。
11.根据前述权利要求中任一项所述的生产设备，其中所述氢气回收单元是膜单元、PSA单元或低温单元。
12.根据权利要求3所述的生产设备，其中产生CO流或富CO流的纯化单元是膜单元或低温单元。
13.一种用于调节合成气中的CO/CO2比率的方法，所述方法包括：
-在甲醇回路中从合成气生产甲醇流；
-在RWGS回路中，在RWGS装置中至少从CO2进料和富H2气流产生变换气流；
-将所产生的变换气流加入到甲醇回路上游的合成气中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述富H2气流是来自甲醇回路的吹扫气体。
15.根据前述权利要求13-14中任一项所述的方法，其中所述变换气流在高温变换催化剂(例如SK-201或SK-501)或超高温变换催化剂上产生。
16.根据前述权利要求13-15中任一项所述的方法，其中所述RWGS入口温度为250-750℃。
17.根据前述权利要求13-16中任一项所述的方法，其中所述RWGS出口温度为200-700℃。
18.根据前述权利要求13-17中任一项所述的方法，其中所产生的反向变换气体具有0.05-3的CO/CO2比率。
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2015
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