用于升高合成氣的氫含量的方法技術(shù)

描述了一種用于升高包含一種或多種硫化合物的合成氣的氫含量的方法，包括以下步驟：（ｉ）加熱合成氣和（ｉｉ）使至少部分加熱后合成氣和蒸汽通過含有酸性變換催化劑的反應(yīng)器，其中通過使合成氣以與所述合成氣流動(dòng)通過催化劑并流的方向通過所述催化劑內(nèi)布置的多根管而加熱合成氣。所得合成氣可以通過一個(gè)或多個(gè)含有酸性變換催化劑的附加反應(yīng)器，以使氫的產(chǎn)率最大化，或用于甲醇生產(chǎn)、用于液體烴的費(fèi)－托合成或用于生產(chǎn)合成天然氣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及，特別是用于升高由碳質(zhì)原料產(chǎn)生的 合成氣的氫含量的方法。
技術(shù)介紹
合成氣(也稱為合成氣體)可以通過在升高的溫度和壓力下，利用氧或空氣和蒸 汽使碳質(zhì)原料例如煤、石油焦或其它富碳原料氣化而生產(chǎn)。對(duì)于生產(chǎn)甲醇或烴，所需的化學(xué)計(jì)量比R(其指氣體組分的摩爾濃度比，)，優(yōu)選為1.4-2.5。對(duì)于產(chǎn)生合成天然氣(SNG)，所述范圍優(yōu)選為 2.8-3.3。其它方法(例如氨生產(chǎn)，提取氫用于燃料電池或燃?xì)廨啓C(jī))需要?dú)涞漠a(chǎn)率最大 化。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要在蒸汽存在下，通過使未加工的合成氣在升高的溫度和壓力下 通過適合的水煤氣變換催化劑，從而使未加工的合成氣進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)。隨后在下游 氣體洗滌單元去除形成的CO2,以獲得所需的R比或富氫產(chǎn)物氣體。合成氣通常含有一種或 多種硫化合物，因此必須使用耐硫催化劑(稱為“酸性變換”催化劑)進(jìn)行處理。反應(yīng)可以 描繪為如下h2o+co<->h2+co2該反應(yīng)是放熱的，通常使它絕熱運(yùn)行，即不施加冷卻，通過進(jìn)料氣體入口溫度、組 成和通過圍繞反應(yīng)器旁通一些合成氣控制排出溫度。可能發(fā)生副反應(yīng)，特別是甲烷化，這通常是不希望的。為避免如此，變換反應(yīng)需要 加入大量的蒸汽以確保在使另外的甲烷形成最小化的條件下獲得所需的合成氣組成。產(chǎn)生 蒸汽的成本可能是相當(dāng)大的，因此在可能的情況下希望減少產(chǎn)生蒸汽。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)提供用于升高包含氫和碳氧化物且含有一種或多種硫化合物的未加 工的合成氣的氫含量的方法，包括以下步驟(i)加熱未加工的合成氣和(ii)使至少部分加熱后未加工的合成氣和蒸汽通過含有酸性變換催化劑的反應(yīng) 器以形成變換后氣體物流，其中通過使未加工的合成氣以與所述合成氣流動(dòng)通過催化劑并流的方向通過所 述催化劑內(nèi)布置的多根管而加熱未加工的合成氣。本專利技術(shù)還提供一種變換反應(yīng)器，所述變換反應(yīng)器包含水煤氣變換催化劑的床層， 水煤氣變換催化劑的床層具有其中布置的多根冷卻管，其中所述反應(yīng)器和管經(jīng)配置使得合 成氣可以以一個(gè)方向通過所述管和隨后以基本上相同的方向通過催化劑。通過以并流布置在變換反應(yīng)器中加熱未加工的合成氣，申請人發(fā)現(xiàn)可能降低用于 獲得理想的合成氣組成所需的蒸汽量。在本專利技術(shù)中，可以通過任意方法生產(chǎn)包含氫和碳氧化物且含有一種或多種硫化合物的未加工的合成氣，雖然特別適合于通過在升高的溫度和壓力下氣化碳質(zhì)原料而生產(chǎn)合 成氣。可以使用任意已知的氣化技術(shù)。碳質(zhì)原料可以是煤，石油焦或另一種富碳原料。優(yōu) 選碳質(zhì)原料是煤。在煤氣化中，可以利用氧或空氣和在蒸汽存在下，在至多約75bar abs的 壓力和至多約1450°C、優(yōu)選至多約1400°C的排出溫度下，在非催化方法中，在氣化器內(nèi)部 分燃燒煤粉或含水漿料，以產(chǎn)生包含氫和碳氧化物(一氧化碳和二氧化碳)且含有一種或 多種硫化合物例如硫化氫和硫化羰的未加工的合成氣。在使未加工的合成氣進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)之前，優(yōu)選對(duì)氣體進(jìn)行冷卻和洗滌或過 濾，例如以去除微粒例如煤灰。可以將蒸汽加入未加工的合成氣，例如通過新鮮蒸汽加入或飽和或這些組合進(jìn) 行，但是優(yōu)選在加熱后未加工的合成氣通過所述管但在加入催化劑之前將蒸汽加入加熱后 未加工的合成氣。根據(jù)用于從合成氣中去除微粒的上游處理步驟，可能希望根據(jù)反應(yīng)器的過程設(shè)計(jì) 和變換催化劑的操作性能調(diào)節(jié)通過變換反應(yīng)器的管的合成氣的入口溫度。例如，如果對(duì)合 成氣進(jìn)行洗滌從而使它明顯冷卻，可能有利的是對(duì)通過反應(yīng)器冷卻管的合成氣進(jìn)行預(yù)熱。 相反，如果已經(jīng)在高溫下在上游過濾氣體，則可能有利的是冷卻合成氣。可以將適合的換熱 器放置在到達(dá)冷卻管的進(jìn)料合成氣物流上。根據(jù)方法的特定細(xì)節(jié)，用于換熱的適合介質(zhì)與 入口氣體可以與例如另一種氣體物流(蒸汽或水)在不同的溫度下。此外，使用這樣的換 熱器(圍繞它提供旁通)，能夠獨(dú)立于其它參數(shù)的變化而控制管的入口溫度以及因此催化 劑床層的入口溫度。變換催化劑可以是任何適合的穩(wěn)定和活性水煤氣變換催化劑，其可以是微粒或獨(dú) 石形式。未加工的合成氣含有一種或多種硫化合物，水煤氣變換催化劑必須在這些化合物 的存在下操作。特別地，可以使用所謂的“酸性變換”催化劑，其中活性組分是金屬硫化物。 適合的酸性變換催化劑包括通過與未加工的合成氣物流中存在的硫化氫反應(yīng)而原位形成 硫化鉬的載帶鈷-鉬催化劑。或者，催化劑可以以預(yù)硫化形式進(jìn)行供應(yīng)。特別優(yōu)選的酸性 變換催化劑是載帶的鈷-鉬酸鹽催化劑例如可從Johnson Matthey PLC獲得的KATALC0 K8-11，其由含有氧化鎂和氧化鋁的惰性載體上載帶的3wt% CoO和10wt% MoO3組成。如果需要，可以在水煤氣變換階段之前，將未加工的合成氣分成第一和第二物流， 其中第一物流加入變換反應(yīng)器(其中它在管內(nèi)進(jìn)行加熱且至少部分通過酸性變換催化 劑)，可以稱為反應(yīng)器旁通物流的第二物流加入變換后氣體物流或單獨(dú)加入下游過程。反應(yīng) 器旁通物流可以是未加工的合成氣的0-50vol %，優(yōu)選0-30vol %，更優(yōu)選0-20vol %，特別 是< IOvol %。認(rèn)為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)通常通過使冷卻能力最大化、即通過使流過管的氣流最大 化而得到增強(qiáng)。沒有旁通水煤氣變換反應(yīng)器的合成氣首先加入變換反應(yīng)器內(nèi)布置的酸性變換催 化劑床層中布置的多根管。反應(yīng)器的尺寸和管的數(shù)目取決于未加工的合成氣的等級(jí)和組成 以及所需的排出組成，和可以利用普通化學(xué)工程實(shí)踐進(jìn)行確定。反應(yīng)器和管的配置應(yīng)該使 得催化劑可以容易地裝入反應(yīng)器中和從反應(yīng)器中去除。管的進(jìn)料應(yīng)該配置使得未加工的合 成氣一旦通過所述管就以基本上相同的方向通過催化劑的方式加入催化劑，即流動(dòng)通過催 化劑的方向與流動(dòng)通過管的方向并流。以這種方式，可以控制通過床層的溫度分布，以提供 準(zhǔn)-等溫條件，申請人發(fā)現(xiàn)該準(zhǔn)-等溫條件是有利的，因?yàn)槟軌蛟跊]有過多的副產(chǎn)物甲烷形成的條件下使蒸汽消耗最小化。優(yōu)選地，反應(yīng)器包括配有合成氣入口和出口且包含微粒酸 性變換催化劑床層的圓柱殼，其配置使得加熱后合成氣可以沿垂直軸流動(dòng)通過反應(yīng)器和催 化劑，合成氣可以流動(dòng)通過其中的多根管垂直且同軸通過催化劑布置，所述多根管在一端 通過適合的總管排列連接至未加工的合成氣源和在另一端通過適合的集合管排列連接至 將至少一部分加熱后氣體(與蒸汽混合)返回催化劑的管線。利用普通工程實(shí)踐，在知道 了未加工的合成氣組成、溫度以及所需的變換量和催化劑體積后，可以確定管的尺寸、管中 心距(pitch)和數(shù)目。未加工的合成氣通過所述管和進(jìn)行加熱，從而冷卻催化劑和反應(yīng)氣體。未加工的 合成氣因此充當(dāng)反應(yīng)器的冷卻劑。加熱后未加工的合成氣可以隨后與蒸汽組合和加入催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中， 將加熱后未加工的合成氣分成第一和第二物流，其中第一物流任選與蒸汽組合和通過變換 催化劑，可以稱為催化劑旁通物流的第二物流加入變換后氣體物流或下游過程。這提供了 控制CO整體轉(zhuǎn)化率的措施。當(dāng)所述方法需要控制R比時(shí)，可以使0-50%的加熱后未加工的 合成氣旁通催化劑。當(dāng)希望使至氫的轉(zhuǎn)化率最大化時(shí)，最佳的是最小化(例如< IOvol% ) 或沒有催化劑旁通物流或反應(yīng)器旁通物流。在升高的溫度和壓力(優(yōu)選溫度為250-500°C、更優(yōu)選350_450°C，壓力至多約 75bar abs)下，使加熱后未加工的合成氣和蒸汽通過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種用于升高包含氫和碳氧化物且含有一種或多種硫化合物的未加工的合成氣的氫含量的方法，包括以下步驟：（ｉ）加熱未加工的合成氣和（ｉｉ）使至少部分加熱后未加工的合成氣和蒸汽通過含有酸性變換催化劑的反應(yīng)器以形成變換后氣體物流，其中通過使合成氣以與所述合成氣流動(dòng)通過催化劑并流的方向通過所述催化劑內(nèi)布置的多根管而加熱合成氣。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P·E·J·阿伯特，
申請(專利權(quán))人：約翰森·馬瑟公開有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：GB