由合成气制备二氧化碳和氢气的方法技术

本发明专利技术涉及从氢气设备（１）中形成的合成气物流（１８）生产二氧化碳产物物流（７５６）的方法，所述氢气设备（１）具有合成气反应器（１０）、位于合成气反应器下游用以形成合成气物流（１２）的水煤气变换反应器（１４），和用以产生从所述合成气物流回收的氢气产物（２２）的氢气变压吸附单元（２０）。根据本发明专利技术，在真空变压吸附系统（８０）中从所述合成气物流中分离二氧化碳，以产生氢气富集的合成气物流（７６）和粗二氧化碳物流（８２），并随后通过低于环境温度蒸馏过程纯化所述粗二氧化碳物流，从而产生二氧化碳产物（７５６）。对氢气变压吸附单元的氢气合成气进料物流（７８）至少部分由所述氢气富集的物流形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
[0001]本专利技术涉及从在氢气设备中形成的合成气物流中生产二氧化碳产物物流的方法，所述氢气设备具有合成气反应器、水煤气变换反应器以形成所述合成气流、以及氢气变压吸附单元以形成氢气产物。更具体地，本专利技术涉及从合成气物流中回收二氧化碳的方法，其中所述回收通过序贯地真空变压吸附过程和低于环境温度(sub-ambient)的蒸馏过程从合成气流中分离二氧化碳而进行。更具体地，本专利技术涉及具有如下应用的方法：将所述二氧化碳产物物流用于强化采油或封存。
技术介绍
[0002]含一氧化碳和氢气的合成气可进一步纯化以生产氢气和一氧化碳产物，或者可在这种下游化学过程(例如，包括生产甲醇)或者通过费-托方法用于合成燃料的公知气-液体方法中进一步反应。[0003]通过向位于蒸汽甲烷重整器的辐射段内的蒸汽甲烷重整器管中引入含碳氢化合物的进料(典型地是天然气)，在蒸汽甲烷重整器内产生合成气。所述重整器管填充有用于促进蒸汽甲烷重整反应的催化剂。蒸汽甲烷重整反应是吸热的，因此通过供热入蒸汽甲烷重整器的辐射段的燃烧器来向重整器管供热，以支持所述反应。还可以通过在部分氧化反应器中通过碳氢化合物与氧化剂(如氧气)之间的反应，或者在自热重整器中通过碳氢化合物、氧化剂和蒸汽之间的反应来产生合成气。[0004]当合成气物流冷却后，合成气的蒸汽和一氧化碳组分可在水煤气变换反应器中进一步反应，以提高合成气的氢气含量。[0005]集成的蒸汽发生系统位于所述合成气设备内，以产生用于蒸汽甲烷重整反应、用于水煤气变换反应以及用于输出的蒸汽。输出的蒸汽本身可构成有用的产物，该产物可影响氢气设备的经济生存能力。蒸汽甲烷重整器通常具有与辐射段连接的对流热交换段。为了上述目的，给辐射段供热的燃烧器产生的热烟道气通过所述对流段，以产生蒸汽以及使蒸汽过热。所述蒸汽发生系统还利用水煤气变换反应器上游和下游的-->热交换器。在这方面，蒸汽甲烷重整器中产生的合成气物流必须降温至适于水煤气变换反应器的水平，因此位于水煤气变换反应器上游的热交换器既冷却合成气物流又产生部分蒸汽。由于水煤气变换反应器是放热过程，所以变换后物流中所含的热量通常在位于水煤气变换反应器下游的热交换器中用于产生额外的蒸汽。所有这些蒸汽均导引至蒸汽汇集器，并随后在蒸汽甲烷重整器的对流段进行过热。[0006]蒸汽甲烷重整反应产生的合成气具有二氧化碳含量。在水煤气变换反应器后，由于蒸汽与一氧化碳的反应，合成气的二氧化碳含量进一步提高。为了合成气的下游处理例如生产甲醇，通常必须从合成气中分离二氧化碳。此外，二氧化碳本身是有价值的产品。例如，强化采油过程利用二氧化碳，其中在注入井中将二氧化碳注入井下以将油驱入生产井。在强化采油过程中，在储油层中注入二氧化碳降低了油的粘度，使得油更容易流动，从而提高了从储层回收的油量。然而，应当指出，当二氧化碳用于这类用途时，其必须非常纯净，因此并不容易从蒸汽甲烷重整设备获得。此外，源自使用碳氢化合物排放的二氧化碳关系到全球变暖。为了解决这一问题，已经建议从工业来源俘获二氧化碳，并注入地下盐水层(brine aquifer)或深海中，以永久地俘获二氧化碳，从而稳定大气二氧化碳水平。[0007]然而，已经将各种二氧化碳去除系统与蒸汽甲烷重整设备集成起来，最低限度用以从合成气分离二氧化碳，并且回收该二氧化碳用于封存(sequestration)目的，或者用作价值增加的产品。[0008]U.S.5,000,925描述了从采用蒸汽甲烷重整器的氢气设备回收氢气和二氧化碳的方法。在该方法中，水煤气变换反应器产生的合成气物流被引入氢气变压吸附单元，以产生产物氢气物流和尾气物流。该尾气压缩，并随后用二氧化碳变压吸附单元进行分离，以产生氢气-富集的物流和二氧化碳-富集的物流。将该二氧化碳-富集的物流压缩，并在深冷单元中进一步纯化，以产生液态二氧化碳。所述氢气-富集的物流再循环回蒸汽甲烷重整器。[0009]U.S.6,551,380公开了一种方法，其中在氢气设备中的水煤气变换反应器产生的合成气物流常规引入氢气变化吸附单元中，以回收氢气并从而产生尾气物流。将该尾气物流压缩，并随后在吸附单元中处理以回收二氧化碳。来自吸附单元的二氧化碳被送至液化器，以产生纯化的-->液态二氧化碳产物，来自吸附单元的废气被送至第二氢气变压吸附单元以产生氢气。[0010]由于均使用尾气流作为蒸汽甲烷重整器的一部分燃料，实际上采用任一上述专利中所述方法均存在问题。燃料的任何中断导致蒸汽甲烷重整器系统停机，致使需进行高成本的重新启动，其中蒸汽甲烷重整器的主要燃料(通常为天然气)必须用来使重整器返回到其操作温度。使用尾气的另一问题是，在可以在真空变压吸附过程中对粗二氧化碳物流进行分离之前，必须对尾气进行压缩。压缩步骤导致额外的能量消耗和固定投资。[0011]如以下将论述的，本专利技术不从尾气中提取二氧化碳，从而避免了上述问题。此外，本专利技术通过将二氧化碳回收设置在氢气设备内，相对于现有技术还有其他优点。
技术实现思路
[0012]本专利技术提供了从氢气设备生产二氧化碳产物物流的方法。所述氢气设备采用合成气反应器、位于合成气反应器下游的水煤气变换反应器和氢气变压吸附单元来产生氢气产物。[0013]根据所述方法，通过在真空变压吸附过程中从合成气物流的至少一部分中分离二氧化碳来从水煤气变换反应器制备的合成气物流的至少一部分回收二氧化碳。这种分离产生了氢气富集的合成气物流和粗二氧化碳物流。该粗二氧化塔物流通过低于环境温度的蒸馏过程来纯化，从而产生蒸气形式的二氧化塔产物。氢气合成气进料物流至少部分由所述氢气富集的物流形成，并且引入所述氢气变压吸附单元，从而产生氢气产物。[0014]如上述描述所证明的，二氧化碳取自所述合成气物流而非尾气物流。此外，由于在氢气变压吸附过程之前去除了二氧化碳，所以有益地改善氢气的回收。[0015]优选地，所述低于环境温度的蒸馏过程包括压缩和干燥所述粗二氧化碳物流。随后将该粗二氧化碳物流冷却至所述低于环境温度的温度，并在汽提塔中汽提，以从液体塔底物产生液态二氧化碳产物并产生塔顶馏出物。使液态二氧化碳产物物流在至少一个压力膨胀以致冷，并随后蒸发以产生至少一股二氧化碳产物物流作为所述二氧化碳产物。-->[0016]粗二氧化碳物流可以在具有经过变温吸附过程的吸附剂的干燥单元中干燥，其中通过使用热再生气流从吸附剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
从氢气设备中形成的合成气物流生产二氧化碳产物物流的方法，所述氢气设备具有合成气反应器、位于合成气反应器下游用以形成合成气物流的水煤气变换反应器、和用以产生从所述合成气物流回收的氢气产物的氢气变压吸附单元，所述方法包括：　通过在真空变压 吸附系统中从所述合成气物流的至少一部分中分离二氧化碳，来从所述合成气物流的所述至少一部分中回收二氧化碳，从而产生氢气富集的合成气物流和粗二氧化碳物流，并通过低于环境温度蒸馏过程对所述粗二氧化碳物流进行纯化，从而产生蒸气形式的二氧化碳产物；以及　至少部分由所述氢气富集的物流形成氢气合成气进料物流，并将所述氢气合成气物流引入所述氢气变压吸附单元，从而产生所述氢气产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-3 11/395,1371.从氢气设备中形成的合成气物流生产二氧化碳产物物流的方法，
所述氢气设备具有合成气反应器、位于合成气反应器下游用以形成合成
气物流的水煤气变换反应器、和用以产生从所述合成气物流回收的氢气
产物的氢气变压吸附单元，所述方法包括：
通过在真空变压吸附系统中从所述合成气物流的至少一部分中分
离二氧化碳，来从所述合成气物流的所述至少一部分中回收二氧化碳，
从而产生氢气富集的合成气物流和粗二氧化碳物流，并通过低于环境温
度蒸馏过程对所述粗二氧化碳物流进行纯化，从而产生蒸气形式的二氧
化碳产物；以及
至少部分由所述氢气富集的物流形成氢气合成气进料物流，并将所
述氢气合成气物流引入所述氢气变压吸附单元，从而产生所述氢气产
物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低于环境温度蒸馏过程包
括压缩并干燥所述粗二氧化碳物流，将所述粗二氧化碳物流冷却至低于
所述环境温度，在汽提塔中对所述粗二氧化碳物流进行汽提，以从液塔
底部产生液态二氧化碳产物并产生塔顶馏出物，在至少一个压力对液态
二氧化碳产物物流进行膨胀以产生致冷，蒸发所述液体二氧化碳产物物
流以产生至少一股二氧化碳产物物流作为所述二氧化碳产物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
在具有经受了变温吸附过程的吸附剂的干燥单元中对所述粗二氧
化碳物流进行干燥，在所述变温吸附过程中用热再生气体物流从所述吸
附剂中解吸水分；
所述低于环境温度蒸馏过程包括进一步精炼由塔顶馏出物构成的
塔顶馏出物物流，以产生二氧化碳富集的蒸气物流和二氧化碳消耗的蒸
气物流；
所述二氧化碳富集的蒸气物流用作所述再生气体物流，且之后循环
回在压缩所述粗二氧化碳物流中使用的压缩机；和
所述二氧化碳消耗的蒸气物流循环回并与所述合成气物流一起进
料给所述真空变压吸附过程。
4.根据权利要求2所述的方法，其中：
在具有经受了变温吸附过程的吸附剂的干燥单元中对所述粗二氧
化碳物流进行干燥，在所述变温吸附过程中用热再生气体物流从所述吸
附剂中解吸水分；
所述低于环境温度蒸馏过程包括进一步精炼由塔顶馏出物构成的
塔顶馏出物物流，以产生二氧化碳富集的蒸气物流和二氧化碳消耗的蒸
气物流；
所述二氧化碳富集的蒸气物流用作所述再生气体物流，且之后循环
回在压缩所述粗二氧化碳物流中使用的压缩机；
所述二氧化碳消耗的蒸气物流与所述氢气富集的合成气物流合并，
以形成所述氢气合成气进料物流。
5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括在所述压缩机之前或之
后，从所述粗二氧化碳物流中催化去除氧气。
6.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述低于环境温度蒸馏过程包括进一步精炼由塔顶馏出物构成的
塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：HE霍沃德，MM沙，JF比林厄姆，R库马，BT诺伊，DP博纳奎斯特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]