還原法的合成氣生產(chǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種起始于C〇2和也S的合成氣體生產(chǎn)方法，所述反應(yīng)物通過工業(yè)常規(guī) 工藝產(chǎn)生或者通過常規(guī)工業(yè)純化工藝分離。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成氣體(合成氣）主要通過控(通常是甲燒)的部分氧化獲得。該工藝的代表是卡 氏爐（cathe化al oven),其設(shè)置有包含催化劑的管，甲燒和蒸汽流經(jīng)該管W將運些反應(yīng)物 轉(zhuǎn)化為C0和也，即合成氣。所述爐的目的是通過熱福射加熱管W達到最高至800°C的反應(yīng)溫 度。然后使合成氣冷卻并在爐下游將其分離?；蛘?，合成氣由煤氣化來生產(chǎn)。將煤、氧和蒸汽 供給至氣化反應(yīng)器W通過煤自身的部分氧化反應(yīng)來獲得合成氣流。如今，氣化對于生物質(zhì) 和農(nóng)業(yè)/工業(yè)殘留物或固體城市廢物在技術(shù)上也是可行的，但基本上具有相同的結(jié)果一一 部分氧化反應(yīng)物W獲得合成氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本申請人發(fā)現(xiàn)了一種用于生產(chǎn)合成氣體(合成氣）的方法，該方法包括C〇2與也S之 間的吸熱反應(yīng)。
[0004] 該合成氣生產(chǎn)方法的能量供應(yīng)通過使一部分也討良據(jù)下述反應(yīng)方案放熱氧化成S〇2 來提供：
[000引 R2:也 S+1.5 化一 S02+也 0
[0006] 在不考慮前述R2反應(yīng)的情況下，該合成氣生產(chǎn)方法根據(jù)下述總體理論反應(yīng)方案R1 來進行：
[0007] R1: C02+2也 S 一 CO+H2+S2+也 0
[0008] 該方法的特征還在于，相對于所供給的反應(yīng)物氣態(tài)混合物的總體積，所供給的氧 的量占5體積％至25體積％。
【附圖說明】
[0009] 圖1表示本發(fā)明方法中所使用的熱反應(yīng)器的框圖。
[0010] 圖2表示在氧或空氣的存在下本發(fā)明方法中所使用的再生式熱反應(yīng)器的圖。
[0011] 圖3表示用W進行本發(fā)明方法的獨立生產(chǎn)單元的框圖。
[0012] 圖4表示用于硫回收的常規(guī)克勞斯(Claus)型生產(chǎn)單元的框圖。
[0013] 圖5表示與克勞斯型催化系列裝置整合的用W進行本發(fā)明方法的生產(chǎn)單元的框 圖。
[0014] 圖6表示用于生產(chǎn)硫酸的常規(guī)型生產(chǎn)單元的框圖。
[0015] 圖7表示與用于生產(chǎn)硫酸的生產(chǎn)單元整合的用于進行本發(fā)明方法的生產(chǎn)單元的框 圖。
[0016] 圖8表示與預(yù)定生產(chǎn)甲醇的生產(chǎn)單元結(jié)合的用于進行本發(fā)明方法的生產(chǎn)單元的框 圖。
[0017] 圖9表示與用于根據(jù)費托氣液工藝生產(chǎn)汽油/柴油的生產(chǎn)單元聯(lián)合的用于進行本 發(fā)明方法的生產(chǎn)單元的框圖。
[0018] 圖10表示與用于由煤的氣化生產(chǎn)合成氣的生產(chǎn)單元結(jié)合的用于進行本發(fā)明方法 的生產(chǎn)單元的框圖。
[0019] 發(fā)明詳述
[0020] 出于本發(fā)明的目的，詞語"總體理論反應(yīng)方案"意指一般的和化學(xué)計量的反應(yīng)物轉(zhuǎn) 化方案。該方案和所有相關(guān)的化學(xué)計量可W根據(jù)反應(yīng)器方法學(xué)及其運行條件而變化。
[0021] 出于本發(fā)明的目的，定義"克勞斯單元的催化系列裝置"意指克勞斯單元中位于熱 區(qū)下游的用于硫回收的一系列催化轉(zhuǎn)化器和冷凝器。
[0022] 出于本發(fā)明的目的，詞語"氧"意指純氧、空氣、富氧空氣、燃燒空氣等。優(yōu)選地，氧 為純氧或空氣。
[0023] 出于本發(fā)明的目的，詞語"工作單元"意指用于進行本發(fā)明方法的設(shè)備，包括反應(yīng) 器、使合成氣與離開所述熱反應(yīng)器或再生式反應(yīng)器的煙氣的其他組分分離的至少一個分離 區(qū)、W及未轉(zhuǎn)化反應(yīng)物的至少一個再循環(huán)區(qū)。
[0024] 出于本發(fā)明的目的，詞語"獨立工作單元"意指用W進行根據(jù)本發(fā)明的方法的工作 單元，其中至少一個分離區(qū)和/或至少一個再循環(huán)區(qū)分離于預(yù)定進行不同工業(yè)過程的其他 工作單元的那些。
[002引出于本發(fā)明的目的，"小部分出S"是指根據(jù)前述反應(yīng)R2與化直接反應(yīng)的出S的體 積％，因此(根據(jù)進入反應(yīng)器的化的體積)基于所供應(yīng)的出S的總體積計算。
[0026] 出于本發(fā)明的目的，詞語"有效再生"意指反應(yīng)器的再生區(qū)能夠?qū)⑦M料大幅預(yù)熱直 至接近反應(yīng)器熱區(qū)條件的溫度（即超過1 〇〇〇°C)。
[0027] I)在氧/空氣存在下的合成氣生產(chǎn)
[0028] 基于運送至反應(yīng)器的全部氣態(tài)混合物，本發(fā)明的方法通常通過向反應(yīng)器供給量為 混合物的5體積％至25體積％的氧/空氣來進行，W在能量上維持經(jīng)由C〇2還原的合成氣的 吸熱生產(chǎn)，優(yōu)選地，當再生極為高效時在5 %至15 %的范圍內(nèi)。
[0029] 本發(fā)明的方法在反應(yīng)器如再生式熱反應(yīng)器或熱反應(yīng)器中進行，但前者為更優(yōu)選 的。
[0030] 其中生產(chǎn)合成氣的再生式熱反應(yīng)器（圖2)優(yōu)選地對于再生區(qū)為管式塞流反應(yīng)器 (PFR)，并且對于熱區(qū)為內(nèi)部覆蓋有耐火材料并且優(yōu)選地在下游設(shè)置有廢熱鍋爐的PFR。根 據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案，該反應(yīng)器區(qū)為覆蓋有耐火材料并且在下游設(shè)置有廢熱鍋爐的 熱爐，其中由經(jīng)冷卻的反應(yīng)器煙氣在殼側(cè)生成中/高壓蒸氣，所述反應(yīng)器煙氣在管側(cè)進入廢 熱鍋爐。
[0031] 本發(fā)明方法中優(yōu)選使用的再生式熱反應(yīng)器可W具有不同的構(gòu)造，并且反應(yīng)物進料 位于一個反應(yīng)器區(qū)域或不同的反應(yīng)器區(qū)域。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的方法也可W在熱反應(yīng)器（即PFR)中進行，氣體W端流通過該熱反應(yīng) 器，并且如前文所述，該熱反應(yīng)器在下游設(shè)置有廢熱鍋爐。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的方法的反應(yīng)溫度優(yōu)選地為800°C至1550°C。
[0034] 更優(yōu)選地，當需要高度捕獲從而高度轉(zhuǎn)化C〇2和此S時，反應(yīng)溫度為1300°C至1550 °c，然而當目標為獲得相對較高的出/ω比時，該方法在較低溫度(900°c至iioo°c)下進行。
[0035] 所供給的氧根據(jù)下述反應(yīng)方案通過燃燒小部分出SW在熱量上維持反應(yīng)R1:
[0036] R2:出 S+1.5 化一 S〇2+出 0
[0037] 施加的壓力優(yōu)選地為1個絕對大氣壓至2個絕對大氣壓，更優(yōu)選地為1.5個大氣壓 至2個大氣壓。
[003引接觸時間優(yōu)選地為0.1秒至3秒，更優(yōu)選地為0.5秒至1.5秒。
[0039] 運些參數(shù)通過進行本文中的下述模擬而獲得，該描述僅為了舉例說明而非限制性 的目的。
[0040] 通過使用包括2426個化學(xué)反應(yīng)和142種化學(xué)物質(zhì)的復(fù)雜動力學(xué)方案(Manenti等， Multiscale modelling of Claus thermal furnace and waste heat boiler using detailed kinetics,Computers and Chemical Engineering，59,219-225,2013)，對根據(jù) 本發(fā)明的方法中使用的再生式熱反應(yīng)器或者熱反應(yīng)器進行了模擬。模擬不能通過使用商業(yè) 軟件來進行，原因是主要的過程模擬器沒有提供復(fù)雜動力學(xué)方案。因此，本發(fā)明的模擬用預(yù) 先原位驗證的上述工具進行。
[0041] 圖1中示意性地示出了熱反應(yīng)器。下表1中報道了模擬數(shù)據(jù)。
[0042] 表1.熱反應(yīng)器
[0043]
[0044] 乂 口溫度
[004引2反應(yīng)器溫度
[0046]反應(yīng)器的另一構(gòu)造為所提出的再生式(能量整合)熱反應(yīng)器，并且在圖2中示意性 示出。該反應(yīng)器在相對較低的溫度(例如250°C)下接收C〇2和此S反應(yīng)物流。該進料用離開爐 的煙氣預(yù)熱(例如最高至700°C)。一旦達到上述溫度，就供給氧W使溫度進一步提高直至期 望值（1300°C至1550°C)。然后通過與入口氣體交換熱使煙氣冷卻。W運種方式實現(xiàn)了大幅 的熱回收，并且維持合成氣生產(chǎn)所需的氧量顯然低于熱反應(yīng)器中所需的氧量。
[0047]下表2中報道了再生式反應(yīng)器的模擬數(shù)據(jù)。
[004引表2.再生式反應(yīng)器 ΓΩΩ4Ρ?
[0050] 乂 口溫度
[0051] 2反應(yīng)器溫度
[0052] 最佳條件在如下文所報道的不同運行條件下變化，所述運行條件用于舉例說明而 非限制性的目的。
[0053] W下數(shù)據(jù)設(shè)及在1300°C、1.8己和1秒的滯留時間下進行的所提出的反應(yīng)。每當進 料溫度低于反應(yīng)溫度時，需要另外的化W提高自身溫度。 巧化4] 條件1--高出S含量
[005引 T = 1300°C P = 1.8己滯留時間=1秒
[0056] 入口摩爾分數(shù):82% 出S，10%C02,8%02
[0057] 出口 ： 24.4體積％合成氣，出/CO比=3，未產(chǎn)生S〇2，出S的轉(zhuǎn)化率=60體積％，0)2的 轉(zhuǎn)化率=70體積％
[0058] 因為未產(chǎn)生S〇2,所W對出具有高選擇性，并且該方法無需與設(shè)及耗盡S〇2的設(shè)備聯(lián) 合，所述設(shè)備例如存在于克勞斯催化系列裝置或如之后報