[发明专利]由固体碳和水生产重质烃的方法和系统

说明书

                        发明的背景

1.发明领域

本发明涉及由天然气生产重质烃的方法和系统，更确切地说，涉及由天然气转化的合成气生产重质烃的方法和设备。

2.相关技术的描述

人们对由气体制液体油的转化方法，即所谓的GTL系统中从天然气产生清洁烃类的方法已经进行了广泛的研究和开发工作。

美国专利4,579,985，美国专利4, 579,986，美国专利4,628,133，美国专利4,709,108，美国专利4,714,796，美国专利4,721,828，美国专利4,727,205，美国专利5,037,856，美国专利5,723,505，美国专利5,763,716，美国专利6,011,073和美国专利6,085,512公开了将天然气转化为重质烃的技术。在这些现有技术中，通常是将天然气进行蒸气转化形成合成气。然而，天然气的开采、液化和运输的成本高，所以，天然气的原料成本增加很大。此外，因为天然气含有硫，要用大的和复杂的设备除去硫，这些设备的制造是昂贵的，因此，增大了重质烃生产设备的尺寸，并且生产成本提高。此外，即使用脱硫设备将原料气脱硫，也难以从原料气中完全除去硫，由这样的原料气生产的合成气含有少量的硫化合物，硫化合物积聚在系统中导致催化剂降解。为此，在短的操作时间内就要多次将催化剂替换为新的催化剂，并要中断生产装置的操作。这反映在装置的低效率操作以及生产费用的明显提高。此外，现有技术的特征是使用费/托反应(F/T反应法)，通过该反应将合成气转化成重质烃。在该方法操作期间，尽管反应产物含有大量的例如水、醇、烃和废气这样的产物，但是，反应产物中所含的重质烃的量是非常少的，因此，该烃的生产装置具有非常低的产品收率。

对于上述问题，美国专利4,433,192，美国专利4,465,893，美国专利4,467,130和美国专利4,513,164提出了一些新的方法，每种方法是使用固体过酸催化剂，这些催化剂直接将天然气转化为汽油沸程的烃类。正如美国专利4,973,776所公开的那样，也提出过进一步改善该生产方法以进一步提高烃类的产品收率。现有技术可将甲烷和乙炔的混合物以95％的高收率转化成作为中间体的异丁烯。然后，该中间体与低聚催化剂反应以高的产率形成汽油沸程和喷气燃料沸程的烃类。

该两段法(其中异丁烯作为中间体而形成)在用简化步骤提高天然气转化成烃类的转化率方面是非常有效的，并且优于费/托法。然而，使用天然气和乙炔气使得原料成本明显提高。此外，将天然气和乙炔运输到最终烃类生产设备要求极高的技术，这样又进一步提高了运输成本。因此，很难以低的成本大量生产汽油沸程和喷射燃料沸程烃类。

                          发明概述

所以，本发明的目的是提供一种以非常低的成本从低成本固体碳物质和水大量产生汽油沸程和喷气燃料沸程烃类的方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供了从固体碳和进料水生产烃类的方法，该方法包括步骤：准备一个具有反应室和位于该反应室中的电弧电极的电弧等离子体反应器；将固体碳颗粒供入反应室，并在固体碳颗粒中形成许许多多细小的电弧通道。给电弧电极分别供电以在细小的电弧通道中产生电弧放电等离子体；将水蒸气通过细小的电弧通道，在电弧放电等离子体存在下碳颗粒与水蒸气反应，生成含有H₂和CO的合成气；将合成气通入甲烷化反应器的甲烷化催化剂中以合成甲烷；制备第一和第二甲烷物流；将第二甲烷物流转化成乙炔；在固体过酸催化剂存在下将甲烷和乙炔的混合物反应形成异丁烯；在低聚催化剂存在下将异丁烯产物转化成烃类。