【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种由各种碳和氢(h2)源生产包含一氧化碳(co)和氢气(h2)的合成气或还原气的方法和系统。更特别地，生产合成气或还原气的方法使用至少一种第一碳源，其是co2，和至少一种包含烃的第二碳源。
技术介绍
0、现有技术
1、基于一氧化碳和氢气的气体混合物-通常称为合成气或还原气(synthesis orreducing gas)-用于制造范围广泛的基础产品，如合成液体烃和醇。此外，它们可用于冶金工业中的还原气生产(例如，铁氧化物的直接还原)。为了生产这些包含一氧化碳(co)的气体，需要将碳源供入该方法。碳源可以来自化石资源，如天然气或煤。通过使用碳源和水蒸气，可以生产一氧化碳和氢气的混合物。在众所周知的实现其的方法中，可以提到天然气重整技术和煤的蒸汽气化(steam gasification of coal)。
2、对抗气候变化必须涉及大幅减少温室气体(ghg))排放，特别是co2和甲烷的排放等。目前正在作出相当大的努力以最小化消耗化石资源作为能量来源以及作为许多化学合成中的基础成分。使用co2作为合成气生产中的碳源是一种被考虑用于减少这些ghg排放的方法。
3、co2存在于环境空气中，但也存在于排放co2的工业过程(例如水泥厂、铝厂、钢铁厂等)的大气排放中。捕获来自环境空气、来自生物源或由工业过程释放的co2以将其再循环以供此后使用的方法也被称为“碳捕获利用”(carbon capture utilization，ccu)。由此捕获的co2可用作用于生产合成气的碳源，以便以改进的碳中和
4、有几种方式使用co2作为基础试剂以便为合成气的生产提供碳。最实用的方式在于根据被称为“反向水煤气变换(reverse water gas shift)”或rwgs的反应(a)将co2转化成一氧化碳(co)。
5、(a)co2+h2→co+h2o(蒸气)
6、通过使co2与过量的氢气(h2)反应，可以生产基于氢气和co的混合物。
7、通常使用催化床反应器进行rwgs反应(a)。但是，使用常规催化剂进行反应(a)在co2的所需转化率方面并非没有一定的限制。实际上，为了获得高转化率，需要高温(例如超过1200℃)，但是常规催化剂的使用在高温水平下是有问题的。
8、另一种生产合成气的方法基于在氧火焰(oxy-flamme)存在下用纯氧气燃烧氢气。氧火焰根据反应(b)生成热量和水蒸气。
9、(b)h2+1/2o2→h2o(蒸气)+热
10、在合成气生产过程中由氧火焰根据反应(b)生成以及由rwgs反应(a)生成的水蒸气可被认为是氢气的“损失”并对运行成本有影响。可以利用生成的水蒸气来生产合成气的方法将是理想的。
技术实现思路
0、概述
1、根据第一个方面，本技术涉及一种生产包含一氧化碳(co)和氢气(h2)的合成气的方法，所述方法包括：
2、将包含氧气(o2)的氧化剂料流和包含氢气(h2)的第一还原剂料流供入至少一个反应器的至少第一区，其中所述氧化剂料流和/或第一还原剂料流进一步包含第一碳源，其是co2；
3、在第一区中通过所述氧化剂料流的氧气和第一还原剂料流的氢气之间的反应生成氧火焰，和通过使所述氧化剂料流和第一还原剂料流与氧火焰接触而产生包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体；
4、向所述反应器中供入包含第二碳源的第二还原剂料流，所述第二碳源包含至少一种烃；
5、在所述反应器的第二反应区中由来自第一反应区的第一气体和第二还原剂料流通过涉及烃的反应生成包含合成气的第二气体。
6、根据一个实施方案，第一区中的包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体的生产在至少1000℃和至多2400℃的温度下进行。
7、根据另一实施方案，第一区中的包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体的生产在大约1000℃至大约1900℃之间的温度下进行。
8、根据另一实施方案，第二区中的合成气的生成在至少700℃和至多1500℃的温度下进行。
9、根据另一实施方案，第二区中的合成气的生成在大约700℃至大约1000℃之间的温度下进行。
10、根据另一实施方案，第二区中的合成气的生成在低于第一区中的温度的温度下进行。
11、根据另一实施方案，将氧化剂料流供入第一区的下部中心部分，并将第一还原剂料流在氧化剂料流的外周供入第一区的下部。
12、根据另一实施方案，在第二区中生成的第二气体包含合成气和残余co2，并且所述方法进一步包括将第二气体的一部分再循环到第一区。
13、根据另一实施方案，将第二气体的一部分再循环到第一还原剂料流中。
14、根据另一实施方案，所述方法进一步包括在再循环之前冷却第二气体的待再循环的部分。
15、根据另一实施方案，所述方法在多个并联的反应器中进行，各反应器具有接收氧化剂料流和第一还原剂料流并在其中产生第一气体的第一区，和接收第二还原剂料流并在其中生成第二气体的第二区。
16、根据进一步实施方案，所述反应器包含多个第一区和共用的第二区，并且其中：
17、将所述氧化剂料流和第一还原剂料流供入所述多个第一区的每个第一区并且在每个第一区中产生第一气体，
18、将第二还原剂料流供入共用的第二区，其接收在每个第一区中产生的第一气体并且在共用的第二区中生成第二气体。
19、根据另一个方面，本技术涉及一种用于生产包含一氧化碳(co)和氢气(h2)的合成气的系统，所述系统包含至少一个反应器并且所述反应器包含至少一个第一反应区和至少一个第二反应区，其中：
20、向第一反应区供入包含氧气(o2)的氧化剂料流和包含氢气(h2)的第一还原剂料流，其中所述氧化剂料流和/或第一还原剂料流进一步包含第一碳源，其是co2，和在第一区中通过所述氧化剂料流的氧气和第一还原剂料流的氢气之间的反应生成氧火焰，以通过使所述氧化剂料流和第一还原剂料流与氧火焰接触而产生包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体；
21、向第二反应区供入包含第二碳源的第二还原剂料流，所述第二碳源包含至少一种烃，以在第二反应区中由来自第一反应区的第一气体和第二还原剂料流通过涉及烃的反应生成包含合成气的第二气体。
22、根据一个实施方案，第一区在包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体的生产过程中在至少1000℃和至多2400℃的温度下。
23、根据另一实施方案，第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生产包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂料流包含氧气和CO2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中第一还原剂料流包含氢气(H2)和CO2，和任选水蒸气，H2O/H2比为0至1，优选H2O/H2比为0至0.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂料流和第一还原剂料流各自包含CO2。
5.根据权利要求1所述的方法，其中只有所述氧化剂料流包含CO2。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中CO2来自工业废物，是来自生物气的生物源CO2，是直接从环境空气中捕获的CO2，或其混合物。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气由水电解反应产生。
8.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气由在产自可再生能源(例如产自太阳能、风能、水力能、生物质或地热能)或核能的电力驱动的电解器中的水电解反应产生。
9.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一
10.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气包含由甲烷热解反应产生的氢气。
11.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气包含由在产自可再生能源(例如产自太阳能、风能、水力能、生物质或地热能)或核能的电力驱动的电解器中的水电解反应产生的氢气，和由天然气或甲烷在其中生成的CO2至少部分被捕获和封存的方法中的蒸汽重整反应产生的氢气。
12.根据权利要求8、9和11任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气进一步包含由甲烷热解反应产生的氢气。
13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中氢气、氧气和CO2以至少2的H2/O2摩尔比和至少1.8的H2/CO2摩尔比供入第一区。
14.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中氢气、氧气和CO2以在2至10之间的H2/O2摩尔比和在1.8至9之间的H2/CO2摩尔比供入第一区。
15.根据权利要求1至14任一项所述的方法，其中氧气和CO2以至少0.5的O2/CO2摩尔比供入第一区。
16.根据权利要求1至14任一项所述的方法，其中氧气和CO2以在0.5至6之间的O2/CO2摩尔比供入第一区。
17.根据权利要求1至16任一项所述的方法，其中合成气的生成包括用第一气体中包含的水蒸气对烃进行蒸汽重整。
18.根据权利要求1至17任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含水蒸气，并且合成气的生成包括用第一气体中包含的水蒸气和第二还原剂料流中包含的水蒸气对烃进行蒸汽重整。
19.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含化石烃或可再生烃。
20.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含化石天然气或可再生天然气。
21.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含甲烷。
22.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含来自生物气的甲烷。
23.根据权利要求1至22任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含衍生自生物质的有机化合物。
24.根据权利要求1至23任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含式CαHβOγ的化合物，其中α为1至5不等，β为2至10不等，且γ为1至4不等。
25.根据权利要求1至24任一项所述的方法，其中第二还原剂料流以在0至2.5之间的H2/CH4摩尔比包含甲烷(CH4)和任选氢气(H2)。
26.根据权利要求1至25任一项所述的方法，其中第二还原剂料流包含甲烷(CH4)和任选氢气(H2)，并且供入的CH4和供入这两个区的H2总量之间的摩尔比在0.1至1之间。
27.根据权利要求1至26任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含氢气(H2)。
28.根据权利要求27所述的方法，其中第二还原剂料流中存在的氢气由天然气或甲烷在其中生成的CO2至少部分被捕获和封存的方法中的蒸汽重整反应产生。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中第二还原剂料流包含一定量的氢气以平衡所述合成气的摩尔组成以具有H2/CO≥2和(H2-CO2)/(CO+CO2)≥2。
30.根据权利要求1至29任一项所述的方法，其中第二还原剂料流包含甲烷(...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种生产包含一氧化碳(co)和氢气(h2)的合成气的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂料流包含氧气和co2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中第一还原剂料流包含氢气(h2)和co2，和任选水蒸气，h2o/h2比为0至1，优选h2o/h2比为0至0.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂料流和第一还原剂料流各自包含co2。
5.根据权利要求1所述的方法，其中只有所述氧化剂料流包含co2。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中co2来自工业废物，是来自生物气的生物源co2，是直接从环境空气中捕获的co2，或其混合物。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气由水电解反应产生。
8.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气由在产自可再生能源(例如产自太阳能、风能、水力能、生物质或地热能)或核能的电力驱动的电解器中的水电解反应产生。
9.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气由天然气或甲烷在其中生成的co2至少部分被捕获和封存的方法中的蒸汽重整反应产生。
10.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气包含由甲烷热解反应产生的氢气。
11.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气包含由在产自可再生能源(例如产自太阳能、风能、水力能、生物质或地热能)或核能的电力驱动的电解器中的水电解反应产生的氢气，和由天然气或甲烷在其中生成的co2至少部分被捕获和封存的方法中的蒸汽重整反应产生的氢气。
12.根据权利要求8、9和11任一项所述的方法，其中第一还原剂料流中存在的氢气进一步包含由甲烷热解反应产生的氢气。
13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中氢气、氧气和co2以至少2的h2/o2摩尔比和至少1.8的h2/co2摩尔比供入第一区。
14.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中氢气、氧气和co2以在2至10之间的h2/o2摩尔比和在1.8至9之间的h2/co2摩尔比供入第一区。
15.根据权利要求1至14任一项所述的方法，其中氧气和co2以至少0.5的o2/co2摩尔比供入第一区。
16.根据权利要求1至14任一项所述的方法，其中氧气和co2以在0.5至6之间的o2/co2摩尔比供入第一区。
17.根据权利要求1至16任一项所述的方法，其中合成气的生成包括用第一气体中包含的水蒸气对烃进行蒸汽重整。
18.根据权利要求1至17任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含水蒸气，并且合成气的生成包括用第一气体中包含的水蒸气和第二还原剂料流中包含的水蒸气对烃进行蒸汽重整。
19.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含化石烃或可再生烃。
20.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含化石天然气或可再生天然气。
21.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含甲烷。
22.根据权利要求1至18任一项所述的方法，其中第二碳源包含来自生物气的甲烷。
23.根据权利要求1至22任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含衍生自生物质的有机化合物。
24.根据权利要求1至23任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含式cαhβoγ的化合物，其中α为1至5不等，β为2至10不等，且γ为1至4不等。
25.根据权利要求1至24任一项所述的方法，其中第二还原剂料流以在0至2.5之间的h2/ch4摩尔比包含甲烷(ch4)和任选氢气(h2)。
26.根据权利要求1至25任一项所述的方法，其中第二还原剂料流包含甲烷(ch4)和任选氢气(h2)，并且供入的ch4和供入这两个区的h2总量之间的摩尔比在0.1至1之间。
27.根据权利要求1至26任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含氢气(h2)。
28.根据权利要求27所述的方法，其中第二还原剂料流中存在的氢气由天然气或甲烷在其中生成的co2至少部分被捕获和封存的方法中的蒸汽重整反应产生。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中第二还原剂料流包含一定量的氢气以平衡所述合成气的摩尔组成以具有h2/co≥2和(h2-co2)/(co+co2)≥2。
30.根据权利要求1至29任一项所述的方法，其中第二还原剂料流包含甲烷(ch4)和任选水蒸气(h2o)，并且水蒸气(h2o)与ch4的摩尔比在0至2之间。
31.根据权利要求1至30任一项所述的方法，其中第二还原剂料流进一步包含水蒸气。
32.根据权利要求1至31任一项所述的方法，其中第一区中的包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体的生产在至少1000℃和至多2400℃的温度下进行。
33.根据权利要求1至32任一项所述的方法，其中第一区中的包含至少一氧化碳(co)和水蒸气(h2o)的第一气体的生产在大约1000℃至大约1900℃之间的温度下进行。
34.根据权利要求1至33任一项所述的方法，其中第二区中的合成气的生成在至少700℃和至多1500℃的温度下进行。
35.根据权利要求1至34任一项所述的方法，其中第二区中的合成气的生成在大约700℃至大约1000℃之间的温度下进行。
36.根据权利要求1至35任一项所述的方法，其中第二区中的合成气的生成在低于第一区中的温度的温度下进行。
37.根据权利要求1至36任一项所述的方法，其中第一区中的一氧化碳和水蒸气的产生在不存在催化剂的情况下进行。
38.根据权利要求1至37任一项所述的方法，其中所述反应器的第二区中的包含合成气的第二气体的生成在不存在催化剂的情况下进行。
39.根据权利要求1至38任一项所述的方法，其中所述氧化剂料流中存在的氧气(o2)由水电解反应产生。
40.根据权利要求1至39任一项所述的方法，其中所述氧化剂料流中存在的氧气(o2)来自空气分离单元(asu)。
41.根据权利要求1至40任一项所述的方法，其中将所述氧化剂料流供入第一区的下部中心部分，并将第一还原剂料流在所述氧化剂料流的外周供入第一区的下部。
42.根据权利要求1至41任一项所述的方法，其中在第二区中生成的第二气体包含合成气和残余co2，并且所述方法进一步包括将第二气体的一部分再循环到第一区。
43.根据权利要求42所述的方法，其中将第二气体的所述部分再循环到第一还原剂料流中。
44.根据权利要求42或43所述的方法，其进一步包括在再循环之前冷却第二气体的待再循环的部分。
45.根据权利要求1至44任一项所述的方法，其中所述方法在多个并联的反应器中进行，各反应器具有接收氧化剂料流和第一还原剂料流并在其中产生第一气体的第一区，和接收第二还原剂料流并在其中生成第二气体的第二区。
46.根据权利要求1至44任一项所述的方法，其中所述反应器包含多个第一区和共用的第二区，并且其中：
47.一种用于生产包含一氧化碳(co)和氢气(h2)的合成气的系统，所述系统包含至少一个反应器并且所述反应器包含至少一个第一反应区和至少一个第二反应区，其中：
48.根据权利要求47所述的系统，其中所述氧化剂料流包含氧气和co2。
49.根据权利要求47所述的系统，其中第一还原剂料流包含氢气(h2)和co2，和任选水蒸气，h2o/h2比为0至1，优选h2o/h2比为0至0.5。
50.根据权利要求47所述的系统，其中所述氧化剂料流和第一还原剂料流各自包含co2。
51.根据权利要求47所述的系统，其中只有所述氧化剂料流包含co2。
52.根据权利要求47至...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·拉布雷克，R·舒尔茨，A·谢卡里，M·维埃诺，G·拉罗克，
申请(专利权)人：魁北克电力公司，
类型：发明
国别省市：
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