[发明专利]纯化原料气流的方法

说明书

本发明涉及一种通过选择性催化氧化来纯化原料气流的方法，其中在基本上不氧化存在于气体中的低级烃和基本上不将气体中的含硫化合物氧化为三氧化硫的情况下，将有机和无机硫化合物、卤代和非卤代的挥发性有机化合物选择性地氧化，并且通过加入至催化氧化上游的原料气流中的低级醇、醚或氢而除去过量的氧。

本发明涉及一种纯化含有低级烃的原料气流的方法，该原料气流可用作燃料、用作下游化学反应的进料气体，或用于注入天然气管道中，以在适当的分离和纯化后生产用于车辆燃料或类似应用的经压缩的甲烷气体。

典型的原料气流是来自包括生物气流的源的废气或产物气体。除了所需的低级烃之外，这些原料气流还含有杂质，在将原料气流用于其他用途之前，必须除去或显著减少该杂质的含量。生物气是来自包括垃圾填埋场和厌氧消化池的废气或产物气体。通常，许多原料气流含有各种杂质，包括有机和无机硫化合物、卤代和非卤代的挥发性有机化合物。

在使用这些原料气流之前需要进行气体净化和纯化。在使用前必须净化原料气流的原因之一是硫和卤代的杂质会在发电设备内产生腐蚀性环境甚至使可能存在于任何下游应用中的催化剂中毒。同样，通常必须除去硫和卤代杂质或显著减少硫和卤代杂质，以使气流具有适合注入天然气管道或适于类似应用的质量。此外，存在于燃气发动机的进料气体中的硫化氢将导致润滑油的降解并导致需要频繁的维护。净化生物气的另一个原因是其他杂质(例如硅氧烷)可能沉积在发热和发电设备中，并对内部组件造成严重损害。

原料气净化和纯化的其他原因是，当原料气单独使用或与甲烷或天然气结合使用作为管道质量的可再生能源形式或作为制备化学品的原料气时，挥发性有机化合物(VOC)是不期望的。

此外，在许多应用中，当与甲烷或天然气结合使用作为管道质量的可再生能源形式或作为制备化学品的原料气时，不期望纯化的原料气中存在氧。

通过使用已知的分离和纯化技术，例如变压和/或变温吸附(PSA/TSA)、胺洗涤、膜、固体和液体再生或非再生清除剂等，从这种混合物中分离和纯化低级烃，特别是甲烷以满足规定的组成或天然气管道限度是困难的、麻烦的和昂贵的。

以上从废气流，尤其是来自垃圾填埋场和厌氧消化池的生物气流中去除含硫化合物和卤代的化合物的技术的主要问题是它们增加了大量的资金成本以及操作成本。它们还显著增加了这些相对较小的处理装置的操作和设备复杂性。

作为一个实例，将典型的原料气流升级为适合注入天然气管道或类似应用的质量所需的典型纯化生产线是首先使原料气进入胺洗涤装置，这有利于从低级烃、N₂、O₂和大多数其他疏水性组分中分离CO₂、H₂S和部分其他亲水性组分。含有低级烃的流需要随后多个纯化步骤以除去(当存在时)VOC、卤代的有机化合物、以及任选存在的N₂、O₂、水和硅氧烷。

我们发现通过使原料气流经受催化氧化，其中有机和无机硫化合物，卤代和非卤代的挥发性有机化合物被选择性氧化，且基本上不将气体中存在的低级烃和含硫化合物氧化成三氧化硫，实现了明显更简单，成本更低的分离和纯化，以满足进料气或管道要求。

在许多应用中，当与甲烷或天然气结合用作管道质量的可再生能源形式或用作制备化学品的进料气体时，不期望在纯化的原料气中存在氧气。

此外，我们发现，在催化氧化之前将易氧化的化合物注入原料气流中可以有效地除去过量的氧，其在硫和挥发性有机化合物的氧化中未被消耗。

由于它们与烃相比具有更高的还原潜力，所以低级醇(包括甲醇、乙醇和丙醇或其混合物)和相应的低级醚和氢是本发明的方法中优选的还原剂。

将还原剂在一个或多个氧化步骤的上游或在第一氧化步骤和第二氧化步骤之间加入到气体中。