产生合成气的方法及装置与流程

本发明涉及一种生成合成气体的改进的工艺及装置。

背景技术：

1、目前，对使用可再生电力产生燃料和化学品的兴趣迅速增长。对于含碳产物(比如甲醇或碳氢化合物)，原料可以是二氧化碳、水和电力。

2、最简单地，合成气体能够由co2和电解水生成的和氢气组成。

3、如果合成气体还包括一氧化碳，则由于动力学和热力学平衡的原因，其将会更具反应性。在使用钴基催化剂的fischer-tropsch合成的情况下，co2实际上没有反应性，并且不能用作原料。

4、能够根据下式，通过在逆向水煤气变换(rwgs)反应器中使氢气与二氧化碳反应来制备包含气体的co：

5、co2+h2＝co+h2o(1)

6、由此，“多余的”氧气以水的形式被去除。rwgs反应是温和的吸热反应，因此应该在高温下进行，以实现合理的转化。由托普索公司(htas)开发的esmr技术平台为进行rwgs提供了极好的方式。

7、然而，也能够通过在固体氧化物电解池堆中共电解co2和蒸汽来非常有效地产生包含一氧化碳的合成气体。

8、因此本发明描述了一种结合电解(优选soec)和重整(优选esmr技术)的方法，以产生富含一氧化碳(co)的合成气体(优选地包括超过5摩尔％的co)，提供几种协同作用并且克服soec技术的一些局限性，如在下一部分中所述。就富含一氧化碳的合成气体、富含一氧化碳的合成气或富含一氧化碳的第二工艺流(5)而言，其被理解为优选地包括至少co和h2的混合气体，其h2/co比为4或更低(诸如3、2或1)。

9、文献ep 2491998公开了一种借助电能从co2和水产生合成气体的方法，首先通过蒸汽电解生成氢气，然后部分用于根据逆向水煤气变换反应(rwgs反应)来转化co2并生成co。

10、文献ep 2491998b1没有公开高温共电解的操作限制，因为其只涉及蒸汽电解，也没有如本发明那样，解决电加热逆向水煤气变换(rwgs)反应器或者实际上提到的在rwgs反应器之后的进料/污水收回器中形成碳的风险，本发明提供了碳问题的消除以及最小化在工艺中形成的甲烷含量。

11、文献ep 3472370公开了一种合成气体生成装置，该装置通过共电解以及利用至少一个电解堆的相应合成气体生成方法从co2和h2o生成合成气体。高温电解池，即固体氧化物电解池(soec)，用于通过电解(共电解)从h2o和co2生成包含h2和co的气体，通常在约为850℃-865℃的最高工艺温度下工作。主要是由于材料技术的原因，利用soec不可能有更高的工艺温度。该文献中提到，除了电解的h2o和co2分解程度外，产生的气体质量主要受由温度和压力确定的化学平衡的影响。没有讨论任何对共电解中气体质量的进一步影响。

12、文献ep 3472370b1没有公开如本发明那样直接将esmr与soec连续操作的协同作用，本发明提供了解决碳的形成问题，否则会限制操作规程以及转化可能在soec中形成的甲烷。

13、特别地，esmr的使用使得逆向水煤气变换和甲烷蒸汽的建立能在高温下重整，并且下游锅炉的使用消除了任何冷却富含co的气体的金属粉尘的问题。

技术实现思路

1.一种产生包括co的合成气体的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一进料流(1)还包括co。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述第一进料流(1)还包括富含二氧化碳的流(6)，所述富含二氧化碳的流(6)包括至少25摩尔％，或至少30摩尔％，或至少35摩尔％，或至少40摩尔％，或至少45摩尔％，或至少50摩尔％，或至少55摩尔％，或至少60摩尔％，或至少65摩尔％，或至少70摩尔％，或至少75摩尔％，或至少80摩尔％，或至少85摩尔％，或至少90摩尔％，或至少95摩尔％，或至少98摩尔％，或高达100摩尔％的co2。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述第二进料流(4)还包括富含二氧化碳的流(3)，所述富含二氧化碳的流(3)包括至少25摩尔％，或至少30摩尔％，或至少35摩尔％，或至少40摩尔％，或至少45摩尔％，或至少50摩尔％，或至少55摩尔％，或至少60摩尔％，或至少65摩尔％，或至少70摩尔％，或至少75摩尔％，或至少80摩尔％，或至少85摩尔％，或至少90摩尔％，或至少95摩尔％，或至少98摩尔％，或高达100摩尔％的co2。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，流(3)优选比流(6)包括更多co2。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过将碳导入流与富含co2的流(3)合并，所述第二进料流(4)还包括co、h2、n2、ch4。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过将碳导入流与所述富含co2的流(3)合并，所述第二进料流(4)还包括o2、碳氢化合物、醇和/或酮。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过在富含co2的流(3)和流(6)之间分离碳导入流，所述第一进料流(1)还包括co、h2、n2、ch4。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，通过在富含co2的流(3)和流(6)之间分离碳导入流，所述第一进料流(1)还包括o2、碳氢化合物、醇和/或酮。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一工艺流(2)在离开电解槽时的温度约为600℃至1000℃，优选为700℃至850℃，该温度低于所述第二工艺流(5)在离开重整器时的温度，所述第二工艺流(5)在离开重整器时的温度约为850℃至1200℃，优选为950℃至1050℃。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一进料流(1)和所述第二进料流(4)通过电加热、冷凝蒸汽、气体加热热交换器或其组合进行加热。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述合成气体和空气气流中的部分剩余焓回收用于下游合成，并且将包括合成气和蒸汽的第二工艺流(5)冷却到大约室温，冷凝并重复使用未转化的水。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将部分生成的合成气回收到所述第一进料流(1)中，用于soec。

14.一种产生包括co的合成气体的装置，其中，至少一个电解槽(a)布置在至少一个重整器(b)的上游，使得：

15.根据权利要求14所述的装置，其中，电解槽(a)是soec，重整器(b)是esmr，热交换器(c)是锅炉。

16.根据权利要求14或15中任一项所述的装置，其中，合成单元在产生合成气体的下游。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述合成单元是用于产生燃料的fischer-tropsch合成反应器系统。

18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述合成单元是用于产生甲醇的甲醇反应器系统。

19.一种在权利要求14至18中任一项所述的装置中根据权利要求1至13中任一项所述的方法获得的合成气，其中，所述合成气具有范围为1.8至2.2的(h2-co2)/(co+co2)的模块，所述合成气适用于甲醇产生中在下游甲醇反应器系统中的甲醇合成。

20.一种在权利要求14至18中任一项所述的装置中根据权利要求1至13中任一项所述的方法获得的合成气，其中，所述合成气具有范围为1.8至2.2的h2/co的比率，所述合成气适用于原油和/或蜡产生中在下游fischer-tropsch合成系统中的fischer-tropsch合成。

21.一种在权利要求14至18中任一项所述的装置中根据权利要求1至13中任一项所述的方法获得的合成气，其中，所述合成气具有(co+h2)/(co2+h2o)>7.5的模块，所述合成气适合作为还原剂。

22.一种在权利要求14至18中任一项所述的装置中根据权利要求1至13中任一项所述的方法获得的合成气，其中，所述合成气具有h2/co<1.5的比率，所述合成气适合作为co的来源。