[发明专利]处理氢气和一氧化碳的系统和方法

说明书

优先权声明

本申请要求于2008年2月20日提交的美国专利申请序列号61/030,207的优先权，以及于2008年2月20日提交的美国专利申请序列号61/030,199的优先权，这些申请的全文通过参考结合于本文。

技术领域

本发明涉及处理一氧化碳和氢气的方法和系统。

背景技术

烃和含碳原料可转化为各种H₂与CO的比例的H₂+CO合成气混合物。采用催化方法可将这些合成气混合物转化为有价值的烃和化学品。所述原料的例子有煤、天然气、石油馏分、沥青和焦油类精炼废弃物、石油焦(pet-coke)和各种形式的生物质。用于制备合成气的主要转化方法的例子是部分氧化、蒸汽转化、自热重整、对流重整、一氧化碳变换、以及这些方法的组合。

发明概述

在各种实施中，未转化的合成气是合成方法中合成气催化转化后留下的副产物，除了氢气和一氧化碳外还包括不参与反应的惰性气体组分，以及转化过程的一些残余产物和副产物。例如，催化方法例如费-托(Fischer-Tropsch(FT))，烃、甲醇、羰基合成醇和甲烷一般不会导致进料合成气完全转化为所需产物。仍会有一些未转化的合成气最好能再循环返回催化转化工艺的进口。未转化的合成气一般伴随有惰性气体，例如氩气、氮气、二氧化碳和甲烷，它们由和用于部分氧化或自动热重整产生合成气的氧的混合物产生，或由所用的含碳原料或烃原料产生。此外，在催化合成气转化过程中可能存在副反应，产生如CH₄、CO₂的副产物，以及可能的C₃和C₄组分以及氧化的有机组分。

为提高工艺经济性，通过对催化合成气转化工艺的最后排出气体进行处理可以使原料转化为最终产物的转化率达到最高或者得到提高，所述处理具有以下一个或多个总体特征：

·分离未转化的合成气和最小比例的惰性产物和其他副产物，并将未转化的合成气和惰性产物和气体副产物返回合成气转化工艺的进料点。选择再循环的惰性产物的比例，以抑制催化转化工艺中累积的惰性气体的浓度，惰性气体的浓度可能会影响反应的转化率和/或平衡。

·分离自反应系统排出的未转化气体中的烃馏分并将特定量(如，最大量、阈值)的烃再循环返回合成气生产工艺。

·分离二氧化碳和其他惰性气体如氩气和氮气，以及特定浓度(如，最小、阈值)的易燃性组分，并将这些作为放空气流排放到燃料气体主体，进行燃烧并将燃烧产物释放到大气或者进行进一步的处理。

这些特征可以通过将气体分离和再循环组合来实现，气体分离和再循环的组合可随用于产生合成气的工艺技术以及考虑的催化合成工艺气工艺、和用于该合成气生产工艺的原料而变化。

在附图和以下描述中提供本发明的一个或多个详细的实施方式。由这些描述和附图，本发明的其他特征、目标和优点将是显而易见的。

附图简要描述

图1是常规甲醇装置的例子。

图2图示具有变压吸附系统的合成气转化工艺的例子。

图3图示具有变化吸附系统处理的循环的费-托处理系统的例子；和

图4图示示例的吸附器系统。

各附图中相同的标记表示相同的部件。

发明详述

在优选将未转化的合成气再循环和/或限制合成气进料中惰性组分浓度的系统中，基于合成气在该系统中转化为产物的各种实施方式中，根据变压吸附工艺设计废气处理系统，变压吸附工艺不是用来产生纯产物而是用来以合理回收率分离CH₄和低分子量烃以及痕量氧化产物(oxygenate)和其他高分子量副产物，然后进行第二变压吸附工艺从富含合成气的再循环物料分离非烃惰性产物，例如氩气和氮气。该系统的特征是产生高比例的任何存在的CO₂与烃馏分。这种最小合成气含量的CO₂/烃馏分可以再循环返回合成气生产工艺，可以用作合成气生产的原料或者作为燃料气体，或者两种的组合。

图1示出常规甲醇装置例子100，该装置使用天然气进料106和氧气进料110至自动热重整器101，该自动热重整器产生合成气进料107，至一次通过型催化甲醇反应器102和产物甲醇分离系统，产生甲醇产物流111。表1包括了在图1所示的系统100的示例物流。

表1