[发明专利]用于产生合成气体的过程和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于从碳氢化合物和水产生合成气体的过程和系统。

背景技术

世界经济的重要组成部分是基于作为原材料或作为能量源的原油。因此，从原油生产用于个人和货物运输的奥托(Otto)和柴油燃料、用于船只且作为电机具的燃料的重油以及用于家庭住宅的供热的轻油。而且，可从原油直接或间接衍生出用于化学工业的许多原材料。目前，进行了重大的努力以用其它原材料或替代的过程来替代原油产物。在能源部门，使用天然气和可再生能源(renewable energy)来代替发电机具的操作中的原油。针对交通应用来测试电发动机、天然气发动机和氢燃料电池，但所述发动机不可在商业基础上建立。

尝试在工业规模上从天然气或煤中生产油。举例来说，用于将天然气转变为液体燃料的过程是已知的(所谓的气体到液体(Gas-to-Liquid)或GtL过程)。然而，这些过程一般涉及显著的CO₂排放和高成本。另外，所述过程通常不能够独立于CO或CO₂来提供氢气。因此，这些尝试通常归因于经济和生态原因而限于几个孤立的应用。

合成气体(或简称为合成气(syngas))为一氧化碳与氢气的气体混合物，其还可含有二氧化碳。举例来说，合成气是通过将含碳燃料气化为气态产物(具有一定热值(calorific value)的合成气)而产生的。合成气体具有大致50％的天然气的能量密度。合成气体可燃烧且因此用作燃料源。合成气体还可在其它化学产物的产生中用作中间产物(intermediate product)。举例来说，合成气体可通过煤或废料的气化而产生。在合成气体的产生过程中，碳可与水反应，或碳氢化合物可与氧反应。存在用于处理合成气体以便产生工业气体、肥料、化学制品和其它化学产物的商业上可用的技术。然而，用于产生和转变合成气体的大多数已知的技术(例如，水移反应(water-shift-reaction))具有以下问题：合成所需量的氢气导致产生较大量的过剩的CO₂，这些CO₂最终作为对气候有害的气体被排放到大气中。用于生产合成气体的另一已知技术，根据方程式2CH₄+O₂→2CO+4H₂的甲烷的部分氧化能够达到H₂∶CO的最大比为2.0。然而，缺点在于产生纯氧使用的密集能量。

因此，将通过本发明解决的第一问题是在不产生显著量的CO₂的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。

发明内容

所述问题通过根据权利要求1、14和15所述的方法并且通过根据权利要求19和28所述的设备来解决。其它实施例可从附属权利要求得出。

具体来说，一种用于产生合成气体的方法包括：借助于引入至少部分由热提供的能量而将含有碳氢化合物的流体分解为碳和氢气，其中在分解步骤之后碳和氢气具有至少200℃的温度。接着在介于800与1700℃之间的温度下使通过分解步骤而产生的碳的一部分与水接触，其中在使通过分解步骤而产生的碳与水接触之后所述碳相对于其在分解步骤之后的温度冷却不超过以℃为单位的50％。此处，水的至少部分与通过分裂过程而产生的碳一起转变为合成气体。此方法能够在不产生显著量的CO₂的情况下将含有碳氢化合物的流体转变为具有可变氢气含量的合成气体。在有利方式中，用于提供碳(通过碳氢化合物的分裂)所需的能量的至少部分以热的形式被引入以用于转变。另外，可产生氢气和不同种类的碳作为副产物。

这在以下情况下尤其成立：分解步骤在高于1000℃的温度下发生且碳与水在至少1000℃的温度下、确切地说在介于1000℃与1200℃之间的温度下接触，这是因为在此情况下，不需要额外的热或仅少量额外的热需要提供用于所述转变。优选地，用于所述转变的达到800到1700℃(确切地说从1000℃到1200℃)的温度所需的热基本上完全由用于分裂含有碳氢化合物的流体的热来提供。此处，“基本上完全”意味来源于分解步骤的所需热的至少80％、具体来说至少90％。

在一个实施例中，使在分解步骤中获得的碳和在分解步骤中获得的氢气这两者均与水共同接触。氢气不会损害所述转变而可充当额外的热传递物质。在碳和氢气具有1000℃(优选转变温度)或1000℃以上的温度的情况下，这是尤其有利的。在此情况下，在转变之后的气体并非纯水煤气(water gas)而是具有不同的混合比率的合成气体。