将二氧化碳和水转化成合成气以生产甲醇和烃产物制造技术

一种用于生产合成气(其用于生产甲醇)或烃产物(例如合成燃料)的方法和系统，该方法包括以下步骤：提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流；提供水原料并使其通过电解单元以产生包含H2的进料流；将所述包含CO和CO2的进料流与所述包含H2的进料流合并成所述合成气；将所述合成气转化成所述甲醇或所述烃产物。成所述甲醇或所述烃产物。成所述甲醇或所述烃产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将二氧化碳和水转化成合成气以生产甲醇和烃产物


[0001]本专利技术涉及一种用于从富含二氧化碳的流和水原料生产合成气的方法和系统，其中合成气用于通过甲醇合成来生产甲醇，或通过费托合成(FT)生产烃产物，特别是合成燃料如柴油。
[0002]专利技术背景
[0003]目前，从H2和CO2(例如从合成气)生产甲醇和FT烃产物通常效率低下且存在问题，合成气是一种富含H2和CO2的气体，通常通过烃原料(例如天然气)的蒸汽重整来生产。对于甲醇合成，合成气中的高CO2/CO比会导致更大的甲醇转化反应器和更昂贵的下游纯化工艺。对于FT，部分CO2必须通过使用逆向水煤气变换反应(水煤气变换反应，WGS：CO+H2O＝CO2+H2)转化成CO。这代表昂贵且复杂的解决方案，尤其涉及使用变换转化器进行逆向WGS反应。
[0004]为了生产甲醇，已知使用电解水来生产H2，然后将其与CO2混合形成合成气。对于FT，没有标准解决方案，使用逆向WGS是迄今为止最可行的解决方案，但还没有任何商业化的解决方案。
[0005]因此，已知的生产甲醇的方法是采用水原料并通过电解将其转化成H2，然后与单独的富含CO2的流合并并压缩，从而形成H2/CO2摩尔比约为3的合成气。然后将该合成气送入常规甲醇回路，包括在甲醇合成反应器中根据以下反应将其转化成甲醇(CH3OH)：3H2+CO2＝CH3OH+H2O，CO+2H2＝CH3OH。然后通过蒸馏将生成的粗甲醇流纯化，即，使其富含甲醇，从而生产具有至少98wt％甲醇的产物流以及单独的水流。
[0006]申请人的WO 20208008 A1公开了一种设备，例如烃设备，其由合成气(synthesis gas)阶段和合成阶段组成，合成气阶段包含用于合成气生成的自热重整，在合成阶段合成所述合成气以生产合成气衍生产物，例如烃产物或甲醇。该设备有效地利用了各种流；特别是CO2和H2。该设备不包括烃的外部进料。
[0007]US 2007045125 A1公开了一种使用钠导电的电化学电池从大气或其他可用的二氧化碳源获得的二氧化碳和水来合成合成气的方法。合成气还通过固体氧化物电解池中的二氧化碳和蒸汽的共电解生产。所生产的合成气随后可进一步加工并最终转化成适于运输或其他应用的液体燃料。该引文至少没有提到使用固体氧化物电解单元将CO2转化成CO和CO2的特定混合物。
[0008]US 20090289227 A1公开了一种利用CO2废物的方法，其包括从生产废物流的工业过程中回收二氧化碳，该废物流包含的二氧化碳的量大于工业过程起始材料中存在的二氧化碳的量。该方法还包括使用可再生能源生产氢气以及使用生产的氢气和回收的二氧化碳生产烃材料。二氧化碳可通过电解转化成CO，水可通过电解转化成氢气。该引文至少没有提及使用固体氧化物电解单元将CO2转化成CO和CO2的特定混合物。
[0009]US 20180127668 A1公开了一种可再生燃料生产系统，其包括用于从大气中提取二氧化碳的二氧化碳捕获单元、用于将二氧化碳转化成一氧化碳的二氧化碳电解装置、用于将水转化成氢气的水电解装置、用于将二氧化碳电解装置生产的一氧化碳和水电解装置
生产的氢气转化成燃料的合成燃料发生器。生产的燃料可以是合成汽油和/或合成柴油。通过CO2的电化学转化将二氧化碳转化成CO，这是指任何电化学过程，其中二氧化碳、碳酸盐或碳酸氢盐在该过程的任何步骤中被转化成另一种化学物质。因此，该引文至少没有提到使用固体氧化物电解单元来转化CO2，以及将CO2转化成CO和CO2的特定混合物。

技术实现思路

[0010]现在已经发现，通过对水进料和CO2进料使用电解步骤的组合，现在可以形成更具反应性的合成气，以用于随后的甲醇转化和/或用于生产烃产物，例如合成燃料，结果特别是减小反应器尺寸，例如甲醇转化器的尺寸，减少水的形成，尤其是碳足迹的大幅减少。此外，还实现了特别是甲醇转化的氢消耗量的节省。从以下实施方案，其他相关益处将变得明显。
[0011]因此，在第一方面，本专利技术是一种生产甲醇的方法，其包括以下步骤：
[0012]‑
提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流，
[0013]‑
提供水原料并使其通过电解单元以生产包含H2的进料流，
[0014]‑
将所述包含CO和CO2的进料流与所述包含H2的进料流合并成合成气，
[0015]‑
将所述合成气转化成所述甲醇，
[0016]其中提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流的步骤作为单程操作在固体氧化物电解池单元(即，SOEC
‑
CO2)中进行，并且
[0017]其中包含CO和CO2的进料流或合成气中的CO/CO2摩尔比在0.2
‑
0.6的范围内，例如0.25、0.30或0.35、0.40或0.45、0.50或0.55。
[0018]如本文所用，术语“使其通过”是指电解过程发生在电解单元中，由此例如二氧化碳的至少一部分在电流的帮助下转化成CO。
[0019]根据本专利技术，包含CO和CO2的进料流或合成气的CO/CO2摩尔比在0.2
‑
0.6范围内，例如0.25或0.30或0.35、0.40或0.45、0.50或0.55。CO/CO2在该范围内，特别是例如摩尔比为0.55(即约65:35的CO2:CO，大约对应于1.82的CO2/CO摩尔比)的合成气比基于纯CO2的气体反应活性高得多。因此，当使用如此部分转化的CO2流时，甲醇设备的成本和能源消耗会降低。以高于0.6或更高的CO/CO2摩尔比运行，由于气体中较高的CO含量，存在碳形成的风险，而以低于0.2的CO/CO2摩尔比运行是不合适的，因为特别是每个转化产生的CO分子的电解单元的相关资本支出变得太高。
[0020]如上文所述，包含CO和CO2的进料流或合成气具有0.2或更高的CO/CO2摩尔比，因此能够进行部分转化。从而有目的地进行电解以生产更多的CO并且所得的CO/CO2摩尔比为0.2或大于0.2，例如大于0.3或大于0.4或0.5，例如0.6，从而能够更容易地将所得合成气中的CO、CO2和H2的量调整到如下文所述的适当的模数，用于当CO/CO2的摩尔比为0.2
‑
0.6时，随后转化成甲醇；或调整到适当的H2/CO摩尔比，用于当CO/CO2的摩尔比为0.8或更高，例如0.9时，转化成烃产物，这也在以下单独的实施方案中更详细地描述。在该实施方案中，CO/CO2的摩尔比为0.8或更高，例如0.9，或甚至更高，使得合成气更适合用于在下游将合成气转化成烃产物，其中与CO2相比，期望具有尽可能多的CO。例如，由水原料电解形成的氢气量通常过高，无法确保模数或H2/CO摩尔比达到所需范围内的值，从而迫使将一部分氢气用于其他目的。换句话说，如果生产过多的H2，则H2/CO比将远高于2，因此需要利用过量的H2。通
过本专利技术，可以在合成气的制备中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产甲醇的方法，其包括以下步骤：
‑
提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流，
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提供水原料并使其通过电解单元以生产包含H2的进料流，
‑
将所述包含CO和CO2的进料流与所述包含H2的进料流合并成合成气，
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将所述合成气转化成所述甲醇，其中提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流的步骤作为单程操作在固体氧化物电解池单元中进行，并且其中包含CO和CO2的进料流或合成气中的CO/CO2摩尔比在0.2
‑
0.6的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中包含CO和CO2的进料流或合成气中的CO/CO2摩尔比为0.25、0.30或0.35、0.40或0.45、0.50或0.55。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的方法，其中分别进行提供富含二氧化碳的流并使其通过电解单元以生产包含CO和CO2的进料流的步骤以及提供水原料并使其通过电解单元以生产包含H2的进料流的步骤。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其包括在使所述富含二氧化碳的流通过所述固体氧化物电解单元之前将其一部分分流。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其包括冷却由将所述包含CO和CO2的进料流和所述包含H2的进料流合并所得的所述合成气，合适地从800℃冷却到400℃。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，其中将所述包含CO和CO2的进料流与所述包含H2的进料流合并的步骤在压缩任一流之后进行。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中通过使二氧化碳进料流通过用于去除诸如Cl、硫、Si、As的杂质的CO2清洁单元来生产富含二氧化碳的流。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中用于生产包含H2的进料流的电解单元是碱/聚合物电解质膜电解单元，即碱和/或PEM电解单元。9.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中用于生产包含H2的进料流的电解单元是固体氧化物电解池单元。10.根据权利要求1
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7和9中任一项所述的方法，其中所述水原料包括蒸汽，例如从该方法的其他过程生产的蒸汽，例如从蒸汽产生或下游蒸馏生产的蒸汽。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：