[发明专利]蒸汽重整过程中的碳再循环

说明书

本发明提供了用于提高合成气设备的碳利用率的方法，以及布置为进行所述方法的合成气设备。经压缩的富碳气体被再循环至合成气设备的重整段，所述富碳气体包括至少一部分冷箱废气和至少一部分产自CO₂去除单元(CO₂洗涤)的经纯化的CO₂流。

技术领域

本发明涉及天然气原料的蒸汽重整领域。特别地，提供了一种用于提高合成气设备的碳利用率的方法，以及被布置为执行所述方法的合成气设备。各种气流可以合并和再循环，以允许有效利用天然气原料。

发明背景

在典型的合成气(此处的合成气表示包含氢和一氧化碳的混合物)设备中，通过去除CO₂和冷箱(有时还包括PSA)的组合将合成气纯化为H₂和CO。合成气通常通过天然气的蒸汽重整产生。

通过蒸汽重整包含烃的进料气来生产催化合成气已有数十年的历史。吸热蒸汽重整反应通常在也称为蒸汽甲烷重整器的蒸汽重整器(SMR)中进行。蒸汽重整器具有置于炉中的多个填充有催化剂的管。管的长度通常为10-14米，内径为7-15cm。优选地，蒸汽重整在15-30barg的压力下进行，以允许直接从重整器生产经加压的合成气产物。吸热反应的热量通过炉内燃烧器中的燃料燃烧来提供。来自蒸汽重整器的合成气出口温度取决于合成气的应用，但是通常在650℃至980℃的范围内。

还已知，从热力学观点来看，进料流中具有高浓度的CO₂和低浓度的蒸汽是有利的，以促进具有低的H₂/CO比的合成气的生产。然而，由于可能在催化剂上形成碳，在这样条件下操作可能是不可行的。

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

可以在以下文献中找到生产具有低的H₂/CO比的合成气的各种方法的更多细节：P.M.MortensenI.“Industrial scale experience on steam reforming ofCO₂-rich gas”,Applied Catalysis A:General,495(2015),141-151。

已知方法包括US2010074811、US4732596和EP0411506的方法。与EP0411506相比，当前技术具有以下总体优势：来自CO₂去除的CO₂流和来自冷箱的废气处于相似的压力下(2-3bar之内)。相比之下，EP0411506的配置将需要一个流的单独膨胀，或另一流的单独压缩，然后才能混合-总体而言，这使得EP0411506的方法效率低下。

已经努力优化合成气的生产和纯化。纯化过程本身提供了许多单独的气流，其在各种温度和压力下具有各种组成，最有效地利用它们将是有益的，这样可以避免浪费和/或燃尽。应以最节省成本和最节能的方式进行利用。

这些问题通过本发明的技术解决。通过说明书的以下内容、实施例和本专利的权利要求，该技术的其他优点将变得显而易见。

发明内容

已经发现合适的气流的有效再循环可用于控制合成气设备中的CO产生。根据以下详细描述和实施方案，本发明的技术的其他益处是显而易见的。

在第一方面，提供了一种用于提高合成气设备的碳利用率的方法，所述合成气设备包括重整段，其中在至少一个重整步骤中首先将工艺气体重整成经重整的气流；以及冷却段，其中经重整的气流被冷却以提供包含CH₄、CO、CO₂和H₂的干重整流；所述方法包括以下步骤：

a.将重整流输送至CO₂去除单元，以将其至少分离为：