[发明专利]用于生产合成气的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于生产合成气的方法，所述方法包括以下步骤：a)在重整反应器中，使烃进料流与氧化剂气体流一起反应，从而产生第一合成气流；b)向绝热的后转化器提供经加热的富含COsubgt;2/subgt;的气体流，所述绝热的后转化器包含第二催化剂，所述第二催化剂对于催化蒸汽甲烷重整、甲烷化和反向水煤气变换反应是有活性的；c)在所述绝热的后转化器中，使第一合成气流的至少一部分和所述经加热的富含COsubgt;2/subgt;的气体流经受蒸汽甲烷重整、甲烷化和反向水煤气变换反应，从而提供产物气体流，所述产物气体流是合成气流。本发明还涉及一种用于生产合成气的系统。

发明领域

本发明的实施方案总体上涉及用于生产合成气的系统和方法。特别地，本发明涉及旨在生产具有相对较低的H₂/CO比的重整流的系统和方法。

背景

数十年来已知通过烃进料的蒸汽重整来生产催化合成气。吸热蒸汽重整反应通常在蒸汽甲烷重整器(SMR)中进行。蒸汽重整器或蒸汽甲烷重整器具有许多填充有催化剂的管，这些管放置在炉或火焰加热器中，为吸热反应提供热量。管通常具有10-14米的长度和7-15cm的内径。用于吸热反应的热量是通过炉内燃烧器中的燃料燃烧来提供的。来自蒸汽重整器的合成气出口温度取决于合成气的应用，但通常会在650℃至980℃的范围内。

已知在通过蒸汽重整生产催化合成气中使用的催化剂上的碳形成是一个挑战，特别是对于生产具有相对较低的H₂/CO比的合成气而言。因此，需要耐碳形成的催化剂。这样的耐碳催化剂为例如贵金属催化剂、部分钝化的镍催化剂和经促进的镍催化剂。此外，富含CO₂的气体的工业规模重整通常需要水的共同进料以降低气体对于碳形成的严重性。从热力学观点来看，在进料流中具有高浓度的CO₂和低浓度的蒸汽有利于促进具有低的H₂/CO比的合成气的生产。然而，由于可能在催化剂上发生碳形成，在这样的条件下操作可能是不可行的。

通过蒸汽重整生产具有低H₂/CO比的合成气的替代方法是硫钝化重整(SPARG)工艺，其可用于生产具有相对低的H₂/CO比的合成气。该方法需要将生产的合成气脱硫以生产无硫的合成气。

可以在以下文献中找到有关生产具有低H₂/CO比的合成气的各种方法的更多详细信息：“Industrial scale experience on steam reforming of CO₂-rich gas”,P.M.MortensenI.Applied Catalysis A:General,495(2015),141-151。

术语“重整”和“甲烷重整”旨在表示根据以下一个或多个反应进行的重整反应：

反应(i)和(ii)是蒸汽甲烷重整反应，而反应(iii)是干甲烷重整反应。

对于高级烃，即C_nH_m，其中n≥2，m≥4，式(i)概括为：

C_nH_m+n H₂O→nCO+(n+m/2)H₂(iv)，其中n≥2，m≥4

通常，重整伴随着水煤气变换反应(v)：