本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)合成氣的零排放方法。具體地，本發(fā)明涉及一種自熱凈零排放逆水煤氣變換反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有高質(zhì)量生產(chǎn)合成氣的工藝電氣化功能。

背景技術(shù)：

0、現(xiàn)有技術(shù)

1、眾所周知，生產(chǎn)合成氣的方式多種多樣。其中之一是根據(jù)以下反應(yīng)通過蒸汽甲烷重整的總反應(yīng)對天然氣進行重整(quirino?et?al.,2021,2020)：

2、ch4+h2o＝co+3h2

3、或根據(jù)以下反應(yīng)通過自熱路徑進行重整：

4、ch4+0.5o2＝co+2h2

5、產(chǎn)生合成氣的另一種方式是煤(或固體燃料)氣化，如以下簡化的集總方案所示：

6、c+h2o＝co+h2

7、還有其他產(chǎn)生合成氣(和氫氣)的途徑和方法，如甲醇重整(palo?et?al.,2007)、氨分解(cha?et?al.,2021)、酸性氣體轉(zhuǎn)化為合成氣或其他來源(如生物質(zhì)、沼氣、城市固體廢棄物、塑料廢棄物等)，但這些方法都沒有如此廣泛地應(yīng)用于批量生產(chǎn)。

8、此外，可再生能源的整合與合成氣及其衍生物(氨、甲醇、二甲醚等)的生產(chǎn)尚不相關(guān)。

9、事實上，合成氣是產(chǎn)生氫氣的起始來源。所有生物和化石精煉廠均按照上述反應(yīng)對天然氣進行重整

10、ch4+h2o＝co+3h2

11、以獲得合成氣，然后根據(jù)水煤氣變換反應(yīng)將合成氣變換為氫氣：

12、co+h2o＝co2+h2

13、如果在變換后采用任何碳捕獲技術(shù)，則產(chǎn)生的氫氣將呈現(xiàn)“藍色“標(biāo)記。

14、然而，待封存的co2不僅指的是水煤氣變換反應(yīng)器產(chǎn)生的co2，還指的是甲烷與空氣中的氧氣發(fā)生放熱燃燒反應(yīng)后，在蒸汽重整器的燃燒室中以煙氣釋放的co2(大部分)。

15、ch4+2o2＝co2+2h2o

16、加熱蒸汽重整器的管道，其中發(fā)生蒸汽吸熱重整反應(yīng)。

17、ch4+h2o＝co+3h2

18、因此，上述已知方法存在兩個主要缺點：一是在蒸汽重整器中進行吸熱蒸汽重整反應(yīng)所需的反應(yīng)器負荷的產(chǎn)生，二是煙氣的釋放。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述問題，本發(fā)明設(shè)想了一種生產(chǎn)合成氣的方法和相關(guān)設(shè)備，以減少，并優(yōu)選避免從甲烷(或天然氣)開始的排放。

2、因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包含以下步驟：

3、a)根據(jù)以下反應(yīng)，使用氧氣和任選地水蒸氣燃燒甲烷或天然氣，以生產(chǎn)包含co2和h2o的煙氣：

4、[1]ch4+2o2→co2+2h2o

5、b)通過與水流進行熱交換以冷卻來自前一步驟的煙氣，從而使水流蒸發(fā)；

6、c)冷凝并除去來自步驟b)的煙氣中的水分，從而得到基本上由co2組成的混合物；

7、d)優(yōu)選在固體氧化物電解池(soec)中對蒸汽流進行電解，并根據(jù)以下反應(yīng)方案將蒸汽電解為氧氣和氫氣：

8、[2]h2o(g)→h2+1/2o2

9、e)從氫氣中分離出氧氣并干燥氫氣

10、f)根據(jù)以下方案，在來自步驟c)的co2和來自步驟e)的h2之間進行逆水煤氣變換反應(yīng)：

11、[3]co2+h2→co+h2o。

12、有利地，該方法可以在不排放任何甲烷(或天然氣)的情況下生產(chǎn)合成氣。此外，產(chǎn)生的co2直接通過逆水煤氣變換(rwgs)催化床進行氫化。值得注意的是，通過這種方式，該方法和設(shè)備能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的合成氣，從而減少co2總體足跡。用于rwgs工藝的(綠色)氫氣直接由固體氧化物電解池(soec)提供，該電解池將去礦物質(zhì)的水電解為氫氣和氧氣。因此，該電解可以進一步減少碳源消耗(即，當(dāng)不需要藍色和/或灰色氫氣時)。soec和燃燒器單元的耦合呈現(xiàn)多種優(yōu)點：

13、(i)消耗更少的化石燃料，

14、(ii)利用綠色氫氣進行co2氫化，

15、和

16、(iii)將溫室氣體(ghg)排放降至零。

技術(shù)特征：

1.一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中輸送至步驟a)的o2部分地來自外部氧氣源，其余部分來自步驟e)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中輸送至步驟a)的o2全部來自步驟e)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中步驟a)在蒸汽存在下進行，并且在步驟a)中，蒸汽調(diào)節(jié)的富氧燃燒在1050至1200℃的溫度范圍內(nèi)進行，其中甲烷、o2和水蒸氣的質(zhì)量比為1:4:7至1:4:9，優(yōu)選地為1:3.97:7.2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中步驟b)在廢熱鍋爐中進行，其中來自步驟a)的熱煙氣進入管側(cè)，導(dǎo)致殼側(cè)的進料水流沸騰，產(chǎn)生20至40巴，優(yōu)選30巴的中壓(mp)蒸汽。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中離開所述廢熱鍋爐的所述中壓蒸汽被分成兩股流，其中第一股流被輸送至步驟a)，而預(yù)先加熱至500-600℃之間，優(yōu)選550℃溫度下的第二股中壓流被進一步分成兩股流，其中第一股流在渦輪機中膨脹，第二股流被輸送至步驟d)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中步驟d)在800至900℃之間，優(yōu)選850℃的溫度下，以20至40巴，優(yōu)選30巴的壓力下進行。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中步驟f)中的逆水煤氣變換反應(yīng)在催化管束中于800至900℃之間，優(yōu)選850℃的溫度下，以20至40巴，優(yōu)選30巴的壓力下進行。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中在步驟f)中，氫氣以相對于co2的摩爾比進料，所述摩爾比為3和5.5之間，優(yōu)選為3.1和5.0之間。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述方法包含步驟g)，其將步驟e)的濕合成氣進行脫水，以從合成氣中分離h2。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中干合成氣的h2/co比在3.0至5.5之間，優(yōu)選3.1和5.0之間。

12.一種根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法生產(chǎn)合成氣的設(shè)備，其包含：

技術(shù)總結(jié)
一種生產(chǎn)合成氣的方法，其包含以下步驟：a)根據(jù)以下反應(yīng)，使用氧氣和任選地水蒸氣燃燒甲烷或天然氣，以生產(chǎn)包含CO<subgt;2</subgt;和H<subgt;2</subgt;O的煙氣：[1]CH<subgt;4</subgt;+2O<subgt;2</subgt;→CO<subgt;2</subgt;+2H<subgt;2</subgt;Ob)通過與水流進行熱交換以冷卻來自步驟a)的煙氣，從而使水流蒸發(fā)；c)冷凝并除去步驟b)煙氣中的水分，從而得到基本上由CO2組成的混合物；d)在固體氧化物電解池(SOEC)中對蒸汽流進行電解，并根據(jù)以下反應(yīng)方案將蒸汽分離為氧氣和氫氣：[2]H2O(g)→H2+1/2O2e)分離并干燥氫氣f)根據(jù)以下方案，在來自步驟c)的CO2和來自步驟e)的H2之間進行逆水煤氣變換反應(yīng)：[3]CO2+H2→CO+H2O。

技術(shù)研發(fā)人員：F·馬南蒂,菲利波·比索蒂,克里斯托夫·貢納爾·帕索
受保護的技術(shù)使用者：米蘭綜合工科大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2