的純氧流量為11.42kmol/hr、壓力為4MPa、溫度為40°C，經(jīng)集成換熱器預(yù)熱至410°C后，進(jìn)入甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器，反應(yīng)器操作壓力為4MPa。外界提供的二氧化碳流量為13.7kmol/hr，經(jīng)壓縮預(yù)熱后溫度為508°C，壓力為4.2MPa，與第二原料氣、氧氣一同進(jìn)入重整反應(yīng)器發(fā)生自熱重整反應(yīng)，得到第三轉(zhuǎn)化氣。反應(yīng)器出口溫度(甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器中的內(nèi)化劑床層工作溫度)為1093°C，第三轉(zhuǎn)化氣的摩爾組成為H2:46.P/oCO:28.5%C02:5.3%CH4:0.6%，其余為水分和惰性氣體，經(jīng)集成換熱器換熱后溫度降至913°C，經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量，再經(jīng)多級(jí)換熱后溫度降至40°C，與甲烷-水蒸汽重整路線的第二轉(zhuǎn)化氣混合。混合后的粗合成氣經(jīng)過脫水后，流量為241.lkmol/hr，壓力為 3.6MPa，溫度為 40°C，主要成分的摩爾組成為=H2:67.3%C0:22.1%C02:6.8%CH4:1.2%，(H2-CO2) / (C0+C02) =2.1，可直接用于甲醇合成工藝。
[0046]使用焦?fàn)t氣做原料氣制備甲醇合成氣，取消了脫碳裝置，取消了二氧化碳循環(huán)壓縮機(jī)，降低了系統(tǒng)工程資和運(yùn)行成本，工藝所需的二氧化碳由外界提供，整個(gè)系統(tǒng)為負(fù)碳排放。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用零碳或負(fù)碳排放系統(tǒng)制備合成氣的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)富含甲烷的第一原料氣脫硫后，配入水蒸汽，升壓至3?5MPa并升溫至400?7000C，進(jìn)入一段爐進(jìn)行甲烷-水蒸汽重整反應(yīng)，得到第一轉(zhuǎn)化氣并從一段爐輸出； 從一段爐輸出的第一轉(zhuǎn)化氣與純氧混合后，進(jìn)入二段爐再進(jìn)行反應(yīng)，得到第二轉(zhuǎn)化氣并從二段爐輸出； 2)富含甲烷的第二原料氣脫硫后，升壓至常壓?5MPa并升溫至400?700°C，將其與純氧以及二氧化碳混合后，進(jìn)入甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器發(fā)生重整反應(yīng)，得到第三轉(zhuǎn)化氣并從甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器輸出； 3 )第二轉(zhuǎn)化氣回收熱量后，將其與回收熱量后的第三轉(zhuǎn)化氣混合，形成粗合成氣，該粗合成氣通過或不通過用于二氧化碳回收的脫碳裝置后，作為后續(xù)的合成氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，富含甲烷的第一原料氣包括:富含甲烷的氣體以及同時(shí)富含甲烷與二氧化碳的氣體，其中，第一原料氣的甲烷摩爾含量彡10% ； 脫硫后的富含甲烷的第一原料氣的硫含量根據(jù)下游工藝需求應(yīng)低于10ppm ;富含甲烷的第一原料氣脫硫后的溫度為350?370°C ； 步驟I)中，配入水蒸汽的條件為:水蒸汽壓力4MPa，溫度為370°C ； 步驟I)中，富含甲烷的第一原料氣與水蒸汽的混合摩爾比為H20/CH4=2?5 段爐、二段爐的操作壓力為3?5MPa ;—段爐的出口溫度為700?920°C;—段爐的出口甲烷摩爾含量為12?15% ； 步驟I)中，第一轉(zhuǎn)化氣與純氧的混合摩爾比為02/CH4=0.3?0.6 ;二段爐的出口溫度為950?1050°C ;二段爐的出口甲烷摩爾含量為1%以內(nèi)，第二轉(zhuǎn)化氣中的H2/CO的摩爾比為3?5。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，富含甲烷的原料氣包括■?天然氣、焦?fàn)t氣、油田氣、煉廠氣、煤層氣、頁巖氣、沼氣、甲醇合成馳放氣、費(fèi)托合成馳放氣中的一種或多種； 步驟I)中，富含甲烷的第一原料氣與水蒸汽的混合摩爾比為H20/CH4=3?3.5 ;一段爐的出口溫度為700?750°C。 步驟I)中，第一轉(zhuǎn)化氣與純氧的混合摩爾比為02/CH4=0.4?0.5 ;二段爐的出口溫度為 950 ?990 °C。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，富含甲烷的第二原料氣包括:富含甲烷的氣體、以及同時(shí)富含甲烷與二氧化碳的氣體，其中，富含甲烷的第二原料氣的甲烷摩爾含量彡10% ； 脫硫后的富含甲烷的第二原料氣的硫含量根據(jù)下游工藝需求應(yīng)低于10ppm ;富含甲烷的第二原料氣脫硫后的溫度為350?370°C ； 步驟2)中，將富含甲烷的第二原料氣脫硫后，升壓至3.5?4.5MPa。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，富含甲烷的原料氣包括??天然氣、焦?fàn)t氣、油田氣、煉廠氣、煤層氣、頁巖氣、沼氣、甲醇合成馳放氣、費(fèi)托合成馳放氣中的一種或多種； 富含甲烷的第二原料氣和氧氣的摩爾比為02/CH4=0.1?0.8 ; 富含甲烷的第二原料氣和二氧化碳的摩爾比為CH4/C02=0.5?3 ; 甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器中的內(nèi)化劑床層工作溫度為700?1250°C ;甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器的出口甲烷摩爾含量為1%以內(nèi)；第三轉(zhuǎn)化氣中的仏/⑶的摩爾比為0.5 ?I。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，富含甲烷的第二原料氣和氧氣的摩爾比為02/CH4=0.6 ; 富含甲烷的第二原料氣和二氧化碳的摩爾比為CH4/C02=1?1.5 ; 甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器中的內(nèi)化劑床層工作溫度為1000?1100°C。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述富含甲烷的第一原料氣和富含甲烷的第二原料氣為甲烷摩爾含量> 60%的原料氣時(shí)，步驟3)中的后續(xù)的合成氣為費(fèi)托合成氣； 富含甲烷的第一原料氣和富含甲烷的第二原料氣為氫氣摩爾含量> 50%的原料氣時(shí)，步驟3)中的后續(xù)的合成氣為甲醇合成氣。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述甲烷摩爾含量>60%的原料氣包括:天然氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、頁巖氣或沼氣； 氫氣摩爾含量> 50%的原料氣包括:焦?fàn)t氣、甲醇合成馳放氣或費(fèi)托馳放氣。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述工藝方法為利用零碳排放系統(tǒng)制備合成氣的工藝方法時(shí)，步驟3)中的后續(xù)的合成氣為費(fèi)托合成氣，步驟3)的具體操作為:第二轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行熱量回收后，溫度降至40?160°C，將其與換熱后的溫度為40?160°C的第三轉(zhuǎn)化氣混合，形成粗合成氣，該粗合成氣通過脫碳裝置后，作為后續(xù)的合成氣；甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器所需的二氧化碳原料氣全部由脫碳裝置回收的二氧化碳提供； 所述工藝方法為利用負(fù)碳排放系統(tǒng)制備合成氣的工藝方法時(shí)，步驟3)中的后續(xù)的合成氣為甲醇合成氣，步驟3)的具體操作為:第二轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行熱量回收后，溫度降至40?160°C，將其與換熱后的溫度為40?160°C的第三轉(zhuǎn)化氣混合，形成粗合成氣，該粗合成氣不通過脫碳裝置，直接作為后續(xù)的合成氣；并且甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器所需二氧化碳原料氣全部由外界提供。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，第三轉(zhuǎn)化氣的熱量回收是通過預(yù)熱進(jìn)入甲烷-二氧化碳自熱重整反應(yīng)器的原料氣或氧氣或二氧化碳，減少系統(tǒng)的氧氣用量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用零碳或負(fù)碳排放系統(tǒng)制備合成氣的工藝方法，包括步驟：1）第一原料氣脫硫后，配入水蒸汽，升壓并升溫，進(jìn)行反應(yīng)，得第一轉(zhuǎn)化氣并輸出；輸出的第一轉(zhuǎn)化氣與純氧混合，進(jìn)入二段爐再進(jìn)行反應(yīng)，得第二轉(zhuǎn)化氣并從二段爐輸出；2）第二原料氣脫硫后，升壓并升溫，將其與純氧以及二氧化碳混合，發(fā)生重整反應(yīng)，得第三轉(zhuǎn)化氣并從重整反應(yīng)器輸出；3）第二轉(zhuǎn)化氣回收熱量后，將其與第三轉(zhuǎn)化氣混合，形成粗合成氣，該粗合成氣通過或不通過脫碳裝置后，作為后續(xù)的合成氣。本發(fā)明減少溫室氣體排放，提高碳效率，實(shí)現(xiàn)能源化學(xué)品的碳資源循環(huán)利用，并使合成氣的氫碳比達(dá)到下游工藝要求的理想比例和實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的零碳或負(fù)碳排放。
【IPC分類】C01B3-34
【公開號(hào)】CN104709876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310683298
【發(fā)明人】孫予罕, 唐志永, 趙鐵均, 陳倩倩, 汪丹峰, 祝賀, 沈國飛, 黃巍, 王東飛, 章清
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海高等研究院, 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月13日