[发明专利]低二氧化碳排放的蒸汽重整工艺

说明书

一种由烃生产合成气的蒸汽重整工艺，包括：第一蒸汽重整步骤，其中将烃原料的气流供应到包含至少第一气体加热重整器的第一重整段(51)，在其中发生蒸汽重整反应，形成部分地重整的流出物；第二蒸汽重整流出物，其中离开第一重整段(51)的部分地重整的流出物被供应到包括至少一个第二重整器的第二蒸汽重整段(52)，其中在管外的辐射室中发生空气燃烧；第二重整器是气体加热重整器。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年6月6日提交的，意大利专利申请号为102019000008280的优先权。其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种蒸汽重整工艺，特别是用于生产合成气，确保二氧化碳排放量大幅减少，减幅高于90％。

背景技术

众所周知，合成气(syngas)是一种气体混合物，主要由氢气(H₂)和一氧化碳(CO)组成，并含有少量甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)、氮气和其他惰性气体。

合成气通常通过在重整反应器(重整器)中进行的烃(例如甲烷)蒸汽重整反应来生产。

通常，蒸汽重整过程在管式反应器中进行，该管式反应器由布置在燃烧室内部的一排或多排管组成，该燃烧室通过主要是辐射的热交换为进行反应(高吸热反应)提供热量。在管式反应器之前可能有一绝热预重整步骤，并且通常在这之前有一进料纯化步骤。已知在重整反应器的下游布置用于通过变换反应转化一氧化碳的段，随后是用于冷却合成气和纯化获得的氢气的段，其通常包括所谓的变压吸附(Pressure Swing Adsorption，PSA)单元。

已知的蒸汽重整工艺并不尽如人意，并且具有一些缺点。

首先，与该工艺相关的二氧化碳排放量非常大：对于通过这种方法生产的每吨氢气，也会产生9吨二氧化碳。

此外，如果与CO₂捕获步骤相结合，该工艺的能源效率在减少排放方面并不令人满意，如果它是在气体转化段进行的话。实际上，由于燃烧段导入可燃气体，最大捕获百分比被限制在产生的CO₂总量的约65％。对于替代的烟气捕获系统，这一限制被克服了，并且可以获得高达90-95％的捕获量，结果导致在生成纯化所需能量方面的整体效率的巨大损失，同时安装成本增加，这实际上导致工厂的总成本翻倍。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种蒸汽重整工艺，特别是用于生产合成气，其克服了在此指出的现有技术的缺点。

本发明的另一目的是提供一种在CO₂捕获功效和效率方面特别有利的工艺，特别是使用重整反应器，用作传统蒸汽重整器的补充，其甚至不受相关热膨胀的影响并且不仅完全高效可靠，而且具有简单且成本效益高的构造和安装。这种反应器利用来自超高温蒸汽重整器(超过920℃)的气体流出物作为加热手段，使得在集成段出口处保持合成气中甲烷含量低于2％，这一结果是使用现有的集成装置无法获得的，而且成本效益高。

特别地，本发明的一个目的是提供一种在操作成本和安装要求方面有利并且进一步允许高CO₂排放减少量(高于90％，大约在92％和98％之间)的工艺。

这样的结果可以通过将以下段落中描述的特定设备(气体加热重整器)应用于一个创新的工艺链中而得到，该工艺链通过提供具有中间冷却的中低温双变换段和CO₂捕获单元，允许获得高度脱碳的合成气(在PSA纯化段之前氢含量甚至超过97％)。使用这种合成气作为重整段的可燃物(而不是甲烷或燃气)可能允许获得总体非常高的CO₂捕获率，高于至少90％甚至高达98％，这是现有技术无法达到的结果。

因此，本发明涉及一种蒸汽重整工艺，特别是用于生产合成气的工艺，如所附权利要求1所限定，关于优选附加特征，在从属权利要求中进行了限定。