专利名称：用于生产合成气的碳吸收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生产合成气的系统及其生产，优选该系统是净二氧化碳吸收系统以及本发明还旨在涉及用于开发该工艺的方法以及用于实施该工艺的系统，包括要求的实用系统。发明简介“合成气体”或“合成气”是以少得多的量存在其他组分的一氧化碳(CO)、氢(H2) 以及二氧化碳(CO2)的混合物，通常当CO H2以1 3和1 0.7之间的摩尔比生产时。当前的合成气体由两种工艺之中的一种制得，或者由煤通过用氧进行气化制得， 通常由空气和水提取，或者由甲烷通过用氧或水重整制得。重整是这样的工艺，通过它， 轻质烃如甲烷和/或丙烷等形成一氧化碳、二氧化碳和氢的气体混合物。一般的重整装置放出一些二氧化碳以及通过产生高温蒸汽而释放热。根据New York State Energy and Research Development Authority，工业重整装置的效率估计在65-75%之间。在对甲烷采用蒸汽重整工艺时，合成气体可通过以下反应生产CH4+H20->C0+3H2以这种方式产生的CO H2比例可能对用于下游合成方法不是最佳的，如下所述的水煤气变换(WGS)反应可用于调节CO H2比例。C0+H20<-> “ C02+H2该调节导致取决于所要求的调整而在工艺中的某个点产生并且之后放出二氧化碳或水。气化以及蒸汽重整合成气体生产过程是吸热的，因此需要大量的能量来运行这些过程。此外，还有大量的二氧化碳排放，这是值得关注的，因为二氧化碳是有害的温室气体。本专利说明书描述了用于生产合成气体的生产系统，其中这样的系统的益处在于具有高碳效率(导致提高原料中的碳转化为合成气体中可用的碳的转化率)，在一些情况中是净二氧化碳吸收系统，同时是净功产生系统(net work generating system)。在设计这样的系统时，相比于顺序设计方法，发明人利用了替代的设计方法。该新方法利用焓和吉布斯自由能的性质，采用图示法在设计最早阶段分析各个工艺装置之间的相互作用。该方法容许选择运行温度和压力以产生尽可能有效的流程图(flow sheets) 0 该技术包括以下一般步骤，其在下文中更详细地解释，然后用于气体重整工艺以设计形成本发明主题的系统1.1.定义简单系统；1. 2.计算该系统要求的热和功；1. 3.在焓的变化相对吉布斯自由能变化的图上图解表示所要求的热和功；1. 1.定义简单过程将简单系统定义为这样的系统，其中在环境条件下进料进入并且产物离开该系统。进一步地，在系统中存在一个以温度T运行的容许将热加入该系统的位置，如下面的图 A所示
权利要求
1.碳有效的合成气体生产系统，其包括连接的蒸汽重整反应器，以接收来自烃气来源的第一烃气以及来自相变反应器的气态水以及来自燃烧室的二氧化碳和气态水，其中的相变反应器在使用时采用热将液态水转化为蒸汽，其中的燃烧室燃烧第二烃气和氧以产生二氧化碳和气态水，并且第一烃气转化为一氧化碳，一氧化碳与过量的二氧化碳和氢一起转移到水煤气变换(WGQ反应器，其在使用时将一氧化碳、二氧化碳和氢转化为合成气体、二氧化碳副产物和气态水副产物，将二氧化碳副产物返回至WGS反应器用于进一步反应，可将产生的合成气体送至该合成气体生产系统外部的进一步反应，并且来自外部来源的另外的二氧化碳也进料到WGS反应器。
2.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中所述合成气体生产系统为净二氧化碳吸收系统。
3.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中碳效率在100%和104%之间。
4.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中所述系统为净功产生系统。
5.根据权利要求4的合成气体生产系统，其中将产生的净功转化为电能。
6.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中第一烃和第二烃选自下组甲烷、天然气、含甲烷的气体或其任意组合。
7.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中第一烃气和第二烃气来自于相同的来源。
8.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中所述合成气体生产系统产生具有2 1 的氢对一氧化碳比例的合成气体。
9.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中功到电能的转化通过位于WGS反应器之后的压力涡轮机进行。
10.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中使用至少一个分离器将合成气体与二氧化碳副产物和气态水副产物分离。
11.根据权利要求10的合成气体生产系统，其中使用至少一个分离器将二氧化碳副产物与气态水副产物分离。
12.根据权利要求10和11的合成气体生产系统，其中将气态水副产物进料回蒸汽重整反应器中。
13.根据权利要求1的合成气体生产系统，其中WGS反应器的温度在500°C和1000°C之间，优选在680和720°C之间。
14.在本发明的进一步的具体实施方案中，WGS反应器导致发生这样的反应，该反应以至少0.的平衡运行。
15.用于生产合成气体的方法，其中该方法包括如下步骤将反应物进料到重整过程， 其中重整过程包括如下步骤液态水到气态水的相变、第一烃气的蒸汽重整和第二烃气的燃烧；将由重整过程产生的热、功和产物传递至水煤气转换(WGS)反应器以完成WGS反应以产生合成气体、气态水副产物和二氧化碳副产物；将二氧化碳副产物返回至WGS反应器用于进一步反应。
16.根据权利要求15的方法，其中将气态水副产物返回至重整过程用于进一步反应。
17.根据权利要求15的方法，其中蒸汽重整步骤包括以下反应CH4 (g)+H2O (g) — C0(g)+3H2(g)CH4 (g) +2 (g) — CO2 (g) +2H20 (g) H2O(I) — H20(g)。
18.根据权利要求15的方法，其中WGS反应步骤包括以下平衡反应CO2 (g) + H2 (g) — CO (g) + H2O (g)。
全文摘要
用于生产合成气体的系统及其生产，其中该系统优选为净二氧化碳吸收系统。本发明涉及开发该工艺的方法以及实施该工艺的系统，包括要求的实用系统。
文档编号C01B3/50GK102482080SQ201080027869
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者B·C·塞姆普加, B·帕特尔, B·豪斯伯格, D·希尔德布朗特, D·格拉瑟, J·A·福克斯 申请人:约翰内斯堡金山大学