[发明专利]将一氧化碳和水转化成二氧化碳和氢并随之分离出一种或多种产物的方法和设备

说明书

本发明总体涉及一氧化碳变换反应CO + H₂O → CO₂ + H₂。考虑到这种反应的大型工业的利用。

该一氧化碳变换反应属于化学工业的最重要的反应。近年来这种反应对使用化石燃料的发电厂也已变得很重要。其背景是目前基于化石燃料的化石发电厂的低二氧化碳发电的趋向。该一氧化碳变换反应可与同时分离形成的二氧化碳相组合。按目前的现有技术，可能有三种基本的解决方法：预燃烧、后燃烧和氧燃料(Oxyfuel)。

在预燃烧-CO₂俘获方法中，在燃烧前必须按一氧化碳变换反应的化学式将一氧化碳转化成二氧化碳，以可以二氧化碳形式分离全部的碳成分。将一氧化碳的大部分能量转移（迁移）到在燃气轮机中可利用的氢上。

其缺点是，在气相中分离该两产物即氢和二氧化碳是耗能的。

按现有技术的常见的有代表性的组合是与气相中一氧化碳变换反应相组合的带有二氧化碳分离的预燃烧方法。其中将含水蒸气的混合物形式的合成气“迁移”到在300-500℃的催化剂上。接着在第二部分方法中通过物理气洗涤如Rectisol-W?sche法分离出二氧化碳。其中该二氧化碳被吸收进约-40℃的冷甲醇中。因为该低温对能足够分离二氧化碳是必要的，所以为冷却需耗费大量能量，这就降低了发电厂的总效率。

从欧洲专利文献EP 0299995 B1中已知一种用于将一氧化碳和水转化成二氧化碳和氢的方法。其中所述的一氧化碳变换反应与同时从燃气中分离所形成的二氧化碳的组合在液相中实现。特别要提及该专利文献中的实施例 6以及图2。在该方法中使用含约2 %水含量的甲醇作为溶剂，其中该甲醇的pH-值通过加入碳酸盐如碳酸钾升高。各自在空间上分开地进行的化学反应如下：

CO + CO₃^2- + H₂O → HCOO^- + HCO₃^-          (1)

2 HCO₃^- → CO₂ + CO₃^2- + H₂O                 (2)

HCOO^- + H₂O → HCO₃^- + H₂                  (3)

在对应于反应式(1)的第一步骤中，一氧化碳由气相结合进溶液中，并与合成气的伴生成分分离。接着通过将温度升高到至少150℃使溶解的按反应式(1)和(3)形成的碳酸氢根HCO₃^-发生热分解，其中形成二氧化碳，并应尽可能完全将其分离出。对应于反应式(1)、(2)和(3)的反应在每一情形下在相同标号的反应器中进行。作为最后步骤，从反应式(1)形成的甲酸根HCOO^-按反应式(3)分解，并形成氢。按反应式(3)形成的氢在另一步骤中在空间上与二氧化碳分离地从该方法中排出。

已表明，按专利文献EP 0299995 B1中的方法对本发明的应用是不足够的。

例如在第二反应器中，不能充分分离出二氧化碳。取而代之的是，二氧化碳连同部分氢和剩余气体被排出。此外，随第二反应器中的二氧化碳排出，还造成大量的溶剂即甲醇的损失。该溶剂必须例如通过水洗并接着蒸馏再次回收。由此需要增加的工艺技术复杂度和能量消耗。

在该方法中由二氧化碳物流的夹带并未分离出的氢损失总计约为8%。该损失导致按该工艺具有二氧化碳分离的发电厂以非常不经济的方式运行。

基于反应式(1)和(3)，由此得到二氧化碳分离或氢获取方面的相对低的产率，因为该两气体不能以足够的纯度分离，而且部分随之出现在各其它气体的出口处。

本发明的目的在于，提供方法和设备以用于实施一氧化碳变换反应，其具有改进的总效率。本发明目的的实现与独立表述的权利要求的各特征组合相符合。有利的实施方案列于从属权利要求中。