碳质原料的气化方法技术

本发明专利技术涉及经由碳质原料在蒸汽存在下的催化气化制备气态产物，特别是甲烷的方法和连续方法。在本发明专利技术的一个方面中，该方法包括在吹氧气化器中在合适的温度和压力下用富氧气流、再循环蒸汽流和水性补充流至少部分燃烧第一碳质原料，以生成包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的第一气流；和在催化气化器中在气化催化剂存在下在合适的温度和压力下使第二碳质原料和第一气流反应以形成包含多种气态产物，包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢的第二气流。该方法可包括使用至少一个催化甲烷化反应器将气态产物中的一氧化碳和氢气转化成甲烷，并在某些实施方案中不使一氧化碳或氢气再循环至气化器。从催化气化中回收的热能可用于生成再循环蒸汽流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及经由碳质原料在蒸汽存在下的催化气化制备气态产物，特别是甲烷的方法，其中无一氧化碳或氢气再循环至催化气化器。
技术介绍
考虑到许多因素，如更高的能源价格和环境考虑，由较低燃料值的碳质原料， 如石油焦和煤生产增值气态产物受到持续的关注。例如在US3^8474、US3998607、 US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、 US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、 US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007//000177AUUS2007/083072A1、US2007/0277437A1、US2009/0048476A1、US2009/'0090056A1、US2009//0090055A1、US2009,/0165383A1、US2009//0166588A1,US2009/'0165379A1、US2009,/0170968A1、US2009,/0165380A1、US2009,/0165381A1、US2009/,0165361A1、US2009,/0165382A1、US2009/0169449A1、US2009,/0169448A1、US2009//0165376A1、US2009,/0165384A1、US2009/0217584A1、US2009,/0217585A1、US2009,/0217590A1、US2009,/0217586A1、US2009/0217588A1、US2009,/0217589A1、US2009/0217575AUUS2009/0217587A1和GB1599932中公开了此类材料的催化气化以制造甲烷和其它增值气体。通常，碳质材料，如煤或石油焦可通过该材料在碱金属催化剂源和蒸汽存在下在升高的温度和压力下的气化转化成多种气体，包括增值气体，如甲烷。从气化器产生的粗制气体中除去细的未反应碳质材料，在多个工艺中冷却和洗涤该气体以除去不合意的污染物和其它副产物，包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和硫化氢。为使反应净热保持尽可能接近中性(仅略微放热或吸热；即该反应在热中性条件下进行)，常常将再循环的一氧化碳和氢气流供入气化反应器。参见例如US4094650、 US6955595和US2007/083072A1。这种气体再循环回路通常需要至少附加的加热元件和加压元件以使再循环气流达到适于引入气化反应器的温度和压力。此外，用于生成甲烷的这些方法要求例如通过低温蒸馏将甲烷与再循环气体分离。这样做时，生产甲烷的工程复杂性和总成本极大提高。因此，仍然需要改进的气化方法，其中尽量减少和/或消除气体再循环回路以降低生产甲烷的复杂性和成本。专利技术概述一方面，本专利技术提供由碳质原料生成多种气态产物并回收甲烷产物流的方法，该方法包括下列步骤(a)向吹氧气化器(oxygen-blowngasifier )供应第一碳质原料、富氧气流和至少一部分的再循环蒸汽流；(b)任选向该吹氧气化器供应包含水和补充蒸汽之一或两者的第一水性补充流；(c)在该吹氧气化器中在第一温度和第一压力下用富氧气流至少部分燃烧第一碳质原料，其适合生成在第二温度和第二压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的第一气流；(d)任选将第一气流与(dl)包含水和补充蒸汽之一或两者的第二水性补充流，或(d2) 剩余部分的再循环蒸汽流，或(d3) (dl)和(d2)两者合并，以生成在第三温度和第三压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的合并的第一气流；(e)将第二碳质原料、气化催化剂和至少一部分第一气流(或如果存在，至少一部分合并的第一气流)引入催化气化器；(f)使第二碳质原料和第一气流(或如果存在，合并的第一气流)在该催化气化器中在气化催化剂存在下在第四温度和第四压力下反应，其适合产生包含多种气态产物，包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢的第二气流，所述第二气流含有可供回收的热能；(g)从第二气流中回收一部分的热能，其中利用至少一部分回收的热能以生成第一蒸汽再循环流；(h)在第二气流中氢气/一氧化碳的摩尔比小于大约3:1的情况下，任选耐硫变换 (sour shifting)所述第二气流中的一部分一氧化碳以生成热能和具有至少大约3:1的氢气/一氧化碳的摩尔比的富氢第二气流；(i)如果存在步骤(h)，任选从步骤(h)中回收一部分热能，其中利用至少一部分回收的热能以生成第二蒸汽再循环流；(j)从第二气流(或如果存在，富氢第二气流)中除去大(substantial)部分的二氧化碳和大部分的硫化氢以产生包含来自第二气流(或如果存在，富氢第二气流)的大部分甲烷的脱除酸气的第三气流；(k)在催化甲烷化反应器中在甲烷化催化剂存在下使所述脱除酸气的第三气流中存在的一氧化碳和氢气反应以产生热能和富甲烷的第三气流；(1)任选从步骤(k)中回收一部分热能，其中利用至少一部分回收的热能以生成第三蒸汽再循环流；和(m)回收富甲烷的第三气流， 其中(1)存在第一和第二水性补充流中的至少一项；(2)步骤(f)的总蒸汽需求量由再循环蒸汽流和在存在的程度上，所述第一和第二水性补充流构成；(3)所述第一和第二水性补充流供应步骤(f)的总蒸汽需求量的大约15重量％或更少；(4)所述再循环蒸汽流包含第一蒸汽再循环流和如果存在，第二和第三蒸汽再循环流之一或两者；(5)第二温度高于第四温度；(6)如果存在所述合并的第一气流，则第三温度低于第二温度并高于第四温度；且(7)所述第三气流(或如果存在，所述富甲烷的第三气流)是甲烷产物流，或将所述第三气流(或如果存在，所述富甲烷的第三气流)提纯以生成甲烷产物流。 第二方面，本专利技术提供由碳质原料生成多种气态产物并回收甲烷产物流的连续方法。在该连续方法中，步骤(a)、(c)、(e)、(f)、(g)、(j)、(k)和(m)以连续方式进行。其余步骤可以定期(分批)、半连续或连续进行。6 因此，根据所述第二方面，该连续方法可包含下列步骤(a)向吹氧气化器连续供应第一碳质原料、富氧气流和至少一部分再循环蒸汽流；(b)任选向该吹氧气化器供应包含水和补充蒸汽之一或两者的第一水性补充流；(c)连续地在该吹氧气化器中在第一温度和第一压力下用富氧气流至少部分燃烧第一碳质原料，其适合生成在第二温度和第二压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的第一气流；(d)任选将第一气流与(dl)包含水、补充蒸汽或两者的第二水性补充流，或(d2)剩余部分的再循环蒸汽流，或(d3) (dl)和(d2)两者合并，以生成在第三温度和第三压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的合并的第一气流；(e)将第二碳质原料、气化催化剂和至少一部分第一气流(或如果存在，至少一部分合并的第一气流)连续引入催化气化器，该催化气化器与吹氧气化器连通；(f)使第二碳质原料和第一气流(或如果存在，合并的第一气流)在该催化气化器中在气化催化剂存在下在第四温度和第四压力下连续反应，其适合产本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．由碳质原料生成多种气态产物并回收甲烷产物流的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）向吹氧气化器供应第一碳质原料、富氧气流和至少一部分再循环蒸汽流；（ｂ）任选向该吹氧气化器供应包含水和补充蒸汽之一或两者的第一水性补充流；（ｃ）在该吹氧气化器中在第一温度和第一压力下用富氧气流至少部分燃烧第一碳质原料，其适合生成在第二温度和第二压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的第一气流；（ｄ）任选将第一气流与（ｄ１）包含水和补充蒸汽之一或两者的第二水性补充流，或（ｄ２）剩余部分的再循环蒸汽流，或（ｄ３）（ｄ１）和（ｄ２）两者合并，以生成在第三温度和第三压力下的包含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的合并的第一气流；（ｅ）将第二碳质原料、气化催化剂和至少一部分第一气流（或如果存在，至少一部分合并的第一气流）引入催化气化器；（ｆ）使第二碳质原料和第一气流（或如果存在，合并的第一气流）在该催化气化器中在气化催化剂存在下在第四温度和第四压力下反应，其适合产生包含多种气态产物，包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢的第二气流，所述第二气流含有可供回收的热能；（ｇ）从第二气流中回收一部分热能，其中利用至少一部分回收的热能生成第一蒸汽再循环流；（ｈ）在第二气流中氢气／一氧化碳的摩尔比小于大约３：１的情况下，任选耐硫变换所述第二气流中的一部分的一氧化碳以生成热能和具有至少大约３：１的氢气／一氧化碳的摩尔比的富氢第二气流；（ｉ）如果存在步骤（ｈ），任选从步骤（ｈ）中回收一部分的热能，其中利用至少一部分回收的热能以生成第二蒸汽再循环流；（ｊ）从第二气流（或如果存在，富氢第二气流）中除去大部分二氧化碳和大部分硫化氢以产生包含来自第二气流（或如果存在，富氢第二气流）的大部分甲烷的脱除酸气的第三气流；（ｋ）在催化甲烷化反应器中在甲烷化催化剂存在下使所述脱除酸气的第三气流中存在的一氧化碳和氢气反应以产生热能和富甲烷的第三气流；（ｌ）任选从步骤（ｋ）中回收一部分的热能，其中利用至少一部分回收的热能以生成第三蒸汽再循环流；和（ｍ）　　回收富甲烷的第三气流，其中：（１）存在第一和第二水性补充流中的至少一项；（２）步骤（ｆ）的总蒸汽需求量由再循环蒸汽流和在存在的程度上，所述第一和第二水性补充流构成；（３）所述第一和第二水性补充流供应步骤（ｆ）的总蒸汽需求量的大约１５％或更少；（４）所述再循环蒸汽流包含第一蒸汽再循环流和如果存在，第二和第三蒸汽再循环流之一或两者；（５）第二温度高于第四温度；（６）如果存在所述合并的第一气流，则第三温度低于第二温度并高于第四温度；且（７）所述第三气流（或如果存在，所述富甲烷的第三气流）是甲烷产物流，或将所述第三气流（或如果存在，所述富甲烷的第三气流）提纯以生成甲烷产物流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·T·罗宾逊，
申请(专利权)人：格雷特波因特能源公司，
类型：发明
国别省市：US