[發(fā)明專利]將一氧化碳和水轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫并隨之分離出一種或多種產(chǎn)物的方法和設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080033865.8
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN102471052A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.巴爾多夫;C.格雷貝爾;M.哈內(nèi)布特;G.齊默曼
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: C01B3/12
• 分類號: C01B3/12;C01B31/20;C01B3/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石克虎;林森

本發(fā)明總體涉及一氧化碳變換反應(yīng)CO?+?H₂O?→?CO₂?+?H₂。考慮到這種反應(yīng)的大型工業(yè)的利用。

該一氧化碳變換反應(yīng)屬于化學(xué)工業(yè)的最重要的反應(yīng)。近年來這種反應(yīng)對使用化石燃料的發(fā)電廠也已變得很重要。其背景是目前基于化石燃料的化石發(fā)電廠的低二氧化碳發(fā)電的趨向。該一氧化碳變換反應(yīng)可與同時分離形成的二氧化碳相組合。按目前的現(xiàn)有技術(shù)，可能有三種基本的解決方法：預(yù)燃燒、后燃燒和氧燃料(Oxyfuel)。

在預(yù)燃燒-CO₂俘獲方法中，在燃燒前必須按一氧化碳變換反應(yīng)的化學(xué)式將一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，以可以二氧化碳形式分離全部的碳成分。將一氧化碳的大部分能量轉(zhuǎn)移（遷移）到在燃氣輪機中可利用的氫上。

其缺點是，在氣相中分離該兩產(chǎn)物即氫和二氧化碳是耗能的。

按現(xiàn)有技術(shù)的常見的有代表性的組合是與氣相中一氧化碳變換反應(yīng)相組合的帶有二氧化碳分離的預(yù)燃燒方法。其中將含水蒸氣的混合物形式的合成氣“遷移”到在300-500℃的催化劑上。接著在第二部分方法中通過物理氣洗滌如Rectisol-W?sche法分離出二氧化碳。其中該二氧化碳被吸收進約-40℃的冷甲醇中。因為該低溫對能足夠分離二氧化碳是必要的，所以為冷卻需耗費大量能量，這就降低了發(fā)電廠的總效率。

從歐洲專利文獻EP?0299995?B1中已知一種用于將一氧化碳和水轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫的方法。其中所述的一氧化碳變換反應(yīng)與同時從燃氣中分離所形成的二氧化碳的組合在液相中實現(xiàn)。特別要提及該專利文獻中的實施例?6以及圖2。在該方法中使用含約2?%水含量的甲醇作為溶劑，其中該甲醇的pH-值通過加入碳酸鹽如碳酸鉀升高。各自在空間上分開地進行的化學(xué)反應(yīng)如下：

CO?+?CO₃^2-?+?H₂O?→?HCOO^-?+?HCO₃^-??????????(1)

2?HCO₃^-?→?CO₂?+?CO₃^2-?+?H₂O?????????????????(2)

HCOO^-?+?H₂O?→?HCO₃^-?+?H₂??????????????????(3)

在對應(yīng)于反應(yīng)式(1)的第一步驟中，一氧化碳由氣相結(jié)合進溶液中，并與合成氣的伴生成分分離。接著通過將溫度升高到至少150℃使溶解的按反應(yīng)式(1)和(3)形成的碳酸氫根HCO₃^-發(fā)生熱分解，其中形成二氧化碳，并應(yīng)盡可能完全將其分離出。對應(yīng)于反應(yīng)式(1)、(2)和(3)的反應(yīng)在每一情形下在相同標(biāo)號的反應(yīng)器中進行。作為最后步驟，從反應(yīng)式(1)形成的甲酸根HCOO^-按反應(yīng)式(3)分解，并形成氫。按反應(yīng)式(3)形成的氫在另一步驟中在空間上與二氧化碳分離地從該方法中排出。

已表明，按專利文獻EP?0299995?B1中的方法對本發(fā)明的應(yīng)用是不足夠的。

例如在第二反應(yīng)器中，不能充分分離出二氧化碳。取而代之的是，二氧化碳連同部分氫和剩余氣體被排出。此外，隨第二反應(yīng)器中的二氧化碳排出，還造成大量的溶劑即甲醇的損失。該溶劑必須例如通過水洗并接著蒸餾再次回收。由此需要增加的工藝技術(shù)復(fù)雜度和能量消耗。

在該方法中由二氧化碳物流的夾帶并未分離出的氫損失總計約為8%。該損失導(dǎo)致按該工藝具有二氧化碳分離的發(fā)電廠以非常不經(jīng)濟的方式運行。

基于反應(yīng)式(1)和(3)，由此得到二氧化碳分離或氫獲取方面的相對低的產(chǎn)率，因為該兩氣體不能以足夠的純度分離，而且部分隨之出現(xiàn)在各其它氣體的出口處。

本發(fā)明的目的在于，提供方法和設(shè)備以用于實施一氧化碳變換反應(yīng)，其具有改進的總效率。本發(fā)明目的的實現(xiàn)與獨立表述的權(quán)利要求的各特征組合相符合。有利的實施方案列于從屬權(quán)利要求中。