[发明专利]碳质原料的气化方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备气体产物的方法，具体地讲，本发明涉及在蒸汽存在下通过碳质原料催化气化制备甲烷的方法，其中没有一氧化碳或氢气循环到催化气化器。

发明背景

鉴于诸如较高能源价格和环境问题等许多因素，从较低燃料值碳质原料(如石油焦和煤)制备增值气体产物正得到更新的关注。例如在以下专利中公开了此类物质的催化气化，以制造甲烷和其他增值气体：US3828474、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、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、US2009/0217575A1、US2009/0217587A1和GB1599932。

通常，在碱金属催化剂源和蒸汽存在下，在升高的温度和压力下通过物质的气化，可使碳质物质(如煤或石油焦)转化成多种气体，包括增值的气体，如甲烷。将未反应的细碳质物质从气化器产生的粗气体去除，使气体冷却并在多个过程中洗涤，以去除不合乎需要的污染物和其他副产物，包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和硫化氢。

为了保持反应净热尽可能接近中性(只略微放热或吸热，即，反应在热中性条件下进行)，通常将循环一氧化碳和氢气流送到气化反应器。参见例如US4094650、US6955595和US2007/083072A1。此气体循环回路一般需要至少另外的加热元件和加压元件使循环气流达到适用于引入气化反应器的温度和压力。另外，产生甲烷的这些方法可能需要从循环气体分离甲烷，例如通过低温蒸馏。在如此进行时，制备甲烷的工程复杂性和总成本极大增加。

因此，需要改进的气化方法，其中使气体循环回路最小化和/或排除，以减小制备甲烷的复杂性和成本。

发明概述

一方面，本发明提供了一种从碳质原料产生多种气体产物以及回收甲烷产物流的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)向吹氧气化器提供(i)第一碳质原料、(ii)富氧气流和(iii)包含水和/或蒸汽的含水流；

(b)在适合温度和压力下，在所述吹氧气化器中，用所述富氧气流使所述第一碳质原料至少部分燃烧，以产生含氢气、一氧化碳和过热蒸汽的第一气流；

(c)将第二碳质原料、气化催化剂和所述第一气流引入催化气化器，所述催化气化器与所述吹氧气化器连通；

(d)在适合温度和压力下，在所述气化催化剂存在下，在所述催化气化器中，使所述第二碳质原料和所述第一气流反应，以生成含多种气体产物的第二气流，所述多种气体产物包括甲烷、二氧化碳、氢气、一氧化碳和硫化氢；

(e)在耐硫甲烷化催化剂存在下，在催化甲烷转化器中，使所述第二气流中的至少一部分一氧化碳和至少一部分氢气任选反应，以产生富集甲烷的第二气流；

(f)从所述第二气流(或富集甲烷的第二气流，如果存在)去除显著部分二氧化碳和显著部分硫化氢，以从第二气流(或富集甲烷的第二气流，如果存在)产生含显著部分甲烷的第三气流；

(g)如果所述第三气流包含氢气和大于约100ppm一氧化碳，在甲烷化催化剂存在下，在催化甲烷转化器中，使所述第三气流中存在的一氧化碳和氢气任选反应，以产生富集甲烷的第三气流；和

(h)回收所述第三气流(或富集甲烷的第三气流，如果存在)，