由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w的方法和體系的制作方法
【專利說明】由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w的方法和體系
[0001 ] 本申請是申請日為2010年4月14日、申請?zhí)枮?01080017001.7的中國專利申請的分案申請。
[0002]本發(fā)明涉及一種由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w的方法，包含:
[0003]?在600-1000°C的溫度和小于10巴的壓力下，將燃料轉(zhuǎn)化成至少包含CH4、C0、H2、CO2、h2o和高級烴的可燃?xì)怏w
[0004]?在小于10巴的壓力下，將存在于可燃?xì)怏w中的至少部分高級烴催化轉(zhuǎn)化成至少CH4、C0、H2、C02 和 H20。
[0005]在本專利申請中使用的術(shù)語“氣化”表示氣化、裂解或氣化和裂解的組合。實(shí)際上，裂解在某種程度上與氣化同時發(fā)生。
[0006]當(dāng)燃料在反應(yīng)器裝置中加熱至600-1000°C的溫度下時，發(fā)生燃料的氣化和/或熱解。當(dāng)在高壓下操作反應(yīng)器裝置時，尤其是如果燃料含有生物質(zhì)，那么將燃料引入到反應(yīng)器裝置中是成問題的。因此，如果反應(yīng)器裝置中的壓力相對低的話，將是有利的。通過氣化和/或裂解形成的可燃?xì)怏w含有CH4、CO、H2、CO2、H2O和高級烴。對于可燃?xì)怏w的下游應(yīng)用，例如通過在燃?xì)廨啓C(jī)中將其燃燒或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成合成天然氣(SNG)，有必要壓縮可燃?xì)怏w。然而，對于壓縮，這需要相當(dāng)大量的工作。
[0007]WO 2009/007061公開了一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成合成天然氣(SNG)的方法。生物質(zhì)的氣化給出包含CH4、CO、H2、CO2和高級烴的氣體混合物。所述氣體混合物與具有流化床的反應(yīng)器中的催化劑接觸，通過甲烷化和同時的水-氣轉(zhuǎn)化(WGS)將其直接轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體。為了生產(chǎn)適合于引入天然氣網(wǎng)的產(chǎn)品氣體，產(chǎn)品氣體需要在甲烷化后被干燥，除去CO2并壓縮至5-70 巴。
[0008]R.W.W.Zwart等人的論文，標(biāo)題為“由生物質(zhì)生產(chǎn)合成天然氣(SNG)” (ECNDocument ECN-E-06-018，2006年11月)描述了一種SNG加工，其中僅僅在加工鏈的單獨(dú)的甲烷化步驟后，類似地將產(chǎn)品氣體干燥并去除C02。
[0009]US Patent 4，822，935描述了一種生物質(zhì)的加氫氣化的體系。所述體系不含去除CO2的步驟，或任何所述步驟應(yīng)當(dāng)被包括在整個方法中的指示。
[0010]本發(fā)明的目標(biāo)之一是提供改善的方法，用于由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w。
[0011 ]依據(jù)本發(fā)明，通過由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w的方法可以達(dá)到所述目標(biāo)，所述方法包含:
[0012]?在600-1000°C的溫度和小于10巴的壓力下，將燃料轉(zhuǎn)化成至少包含CH4、C0、H2、CO2、h2o和高級烴的可燃?xì)怏w，
[0013]?在小于10巴的壓力下，將存在于可燃?xì)怏w中的至少部分高級烴催化轉(zhuǎn)化成至少CH4、C0、H2、C02 和 H20，
[0014]?在催化轉(zhuǎn)化后，在小于10巴的壓力下從可燃?xì)怏w中去除一定量的H2O和一定量的 C02，
[0015]?在去除H2O和CO2后，借助壓縮機(jī)升高可燃?xì)怏w的壓力。
[0016]通過反應(yīng)器裝置中的氣化和/或裂解轉(zhuǎn)化燃料。為了進(jìn)行氣化，將一定量的氧氣引入，其小于燃燒燃料所需要的量。當(dāng)不足量的氧被使用后，燃料被氣化，而裂解在無氧存在下進(jìn)行。然而，實(shí)踐中氣化和一定程度的裂解同時發(fā)生。
[0017]反應(yīng)器裝置中常用的壓力為小于10巴，優(yōu)選小于5巴，如1-2巴。由于此相對低的壓力，燃料可以以簡單的方式供給進(jìn)反應(yīng)器裝置中。反應(yīng)器裝置中的溫度為600-100(TC，使得在反應(yīng)器裝置中發(fā)生低溫氣化。在反應(yīng)器裝置中形成包含CH4、C0、H2、C02、H20和高級烴的可燃?xì)怏w。在反應(yīng)器裝置中形成的可燃?xì)怏w是氣體混合物。
[0018]所述氣體混合物包含不可燃組分，如⑶2和出0。因此，氣體混合物的可燃組分被所述非可燃組分稀釋。由于涉及大體積，因而需要相當(dāng)大量的能量來升高所述氣體混合物的壓力。由于在氣體混合物中存在相當(dāng)大量的高級烴，如苯和甲苯，因而去除COdPH2O是有問題的。而且，當(dāng)壓縮時，所述烴可以凝結(jié)，這可以通過保持壓縮機(jī)中的溫度足夠高而避免，但是從需要的壓縮工作量的角度出發(fā)，以及從壓縮機(jī)的能耗的角度出發(fā)，這還是不期望的。
[0019]依據(jù)本發(fā)明，首先通過催化轉(zhuǎn)化將一定量的氣體混合物中的高級烴還原成CH4、co、h2、co#ph2o。換句話說，依據(jù)本發(fā)明對可燃?xì)怏w進(jìn)行催化調(diào)節(jié)，使在壓縮步驟中可以凝結(jié)的組分轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性組分。
[0020]應(yīng)當(dāng)指出的是，甲燒化(由CO和C02形成CH4)可以在此發(fā)生，但是由于在催化轉(zhuǎn)化步驟中涉及的加工條件(相對低的壓力和相對高的溫度)一一甲烷化僅起非常有限的作用，而完全的甲烷化肯定無法發(fā)生。
[0021]方法中涉及的催化轉(zhuǎn)化步驟使氣體適合于在低壓下從氣體中用傳統(tǒng)方法去除CO2和H20。這僅產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生可燃?xì)怏w的總熱值的減少。當(dāng)氣體的CO2和H2O含量降低后，通過壓縮機(jī)升高可燃?xì)怏w的壓力用于下游應(yīng)用。因?yàn)閴嚎s機(jī)中的可燃?xì)怏w僅含有很少或沒有0)2和出0，可燃?xì)怏w的壓縮率相當(dāng)高，并且壓縮機(jī)的能耗降低。
[0022]在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，當(dāng)通過壓縮機(jī)升高可燃?xì)怏w的壓力時，可燃?xì)怏w被甲烷化以產(chǎn)生SNG。在所述情況下，壓縮機(jī)升高可燃?xì)怏w的壓力至5巴或更高，因?yàn)樗鰤毫χ涤欣诳扇細(xì)怏w的甲烷化。依據(jù)本發(fā)明的壓縮是有效率的，因?yàn)樵诩淄榛耙呀?jīng)從可燃?xì)怏w中去除了相當(dāng)量的C04PH20。原因是這降低了需要壓縮的可燃?xì)怏w的體積。
[0023]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，在通過壓縮機(jī)升高壓力后，可燃?xì)怏w被用于下游應(yīng)用單元。達(dá)到需要的壓力的可燃?xì)怏w被燃燒，例如在燃?xì)廨啓C(jī)中，其通常需要20巴或更高的壓力。在所述情況下，由于從可燃?xì)怏w中去除了一定量的0)2和出0，也就降低了壓縮所需的能量。
[0024]在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，存在于可燃?xì)怏w中的高級烴包含不飽和烴，如C2H2和C2H4，飽和烴，如C2H6，和芳香烴，如C6H6和C7H8。另外，可燃?xì)怏w還含有其他高級烴，其在反應(yīng)器裝置中通過氣化形成。
[0025]在反應(yīng)器裝置中，將燃料轉(zhuǎn)化成至少一種可燃?xì)怏w可以在低于5巴的壓力下進(jìn)行，例如1-2巴，在所述情況下，催化轉(zhuǎn)化在低于5巴的壓力下進(jìn)行，例如1-2巴，0)2和出0的去除在低于5巴的壓力下進(jìn)行，例如1-2巴。
[0026]取決于可燃?xì)怏w的下游應(yīng)用，壓縮機(jī)將可燃?xì)怏w壓縮至一定壓力。例如，壓縮機(jī)升高可燃?xì)怏w的壓力至至少5巴，優(yōu)選至少10巴，例如40巴或更高。如果可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)化成SNG，而后供給進(jìn)天然氣網(wǎng)中，那么在轉(zhuǎn)化成SNG后得到的氣體的壓力上升至天然氣網(wǎng)常用的壓力，其例如可以為60巴或更高。
[0027]在去除CO2和H2O的步驟中，存在于可燃?xì)怏w中的至少70%的H2O和至少70%的⑶2可被去除?？扇?xì)怏w中基本上不含COdPH2O也是可以的，例如在可燃?xì)怏w中含有低于1%的這些化合物。
[0028]在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，從可燃?xì)怏w中去除H2O包含降低溫度至一定值，在所述溫度下，H2O從可燃?xì)怏w中凝結(jié)，形成冷凝物。當(dāng)存在于可燃?xì)怏w中的高級烴的催化轉(zhuǎn)化后，可以通過降低溫度使水凝結(jié)。凝結(jié)的水幾乎不含任何烴，因?yàn)楫?dāng)溫度降低時可以凝結(jié)的可燃組分已經(jīng)被催化轉(zhuǎn)化了。
[0029]在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，從可燃?xì)怏w中去除CO2包含CO2的化學(xué)吸收。例如，將可燃?xì)怏w供給到吸收器裝置中，其中可燃?xì)怏w與CO2的吸收劑接觸，例如胺。傳統(tǒng)的胺洗滌塔適用于從可燃?xì)怏w中去除C02，在所述可燃?xì)怏w中，高級烴已經(jīng)被催化轉(zhuǎn)化。胺洗滌塔可以在低壓和低溫下操作。
[0030]各種不同的催化劑適用于催化轉(zhuǎn)化存在于可燃?xì)怏w中的至少部分高級烴，例如其中之一的活性組分含有至少一種貴金屬?丨、？(1、1^、1?11、(08、10和/或至少一種過渡金屬附、Co、Mo和W。所述金屬的化合物，例如NiMoS，也是可以的。
[0031]如果催化劑對諸如焦油、硫和/或氯的雜質(zhì)不穩(wěn)定，可以在催化轉(zhuǎn)化之前，從可燃?xì)怏w中去除一定量的焦油和/或一定量的硫和/或一定量的氯。然而，當(dāng)所用的催化劑對焦油、硫和/或氯穩(wěn)定時，此步驟是不必要的。
[0032]依據(jù)本發(fā)明的方法特別適于由生物質(zhì)生產(chǎn)可燃?xì)怏w。得到的可燃?xì)怏w被稱為“產(chǎn)品氣體”。
[0033]本發(fā)明還涉及由燃料生產(chǎn)可燃?xì)怏w的體系，包含:
[0034]