[发明专利]具有连续费托反应器和补充氢的将气体转变为液体的装置

说明书

背景技术

在通过费托(Fischer-Tropsch，F-T)过程生产烃类时，对于原料有多种 选择，包括天然气、煤、重油、生物质等。此外，可以合成多种产品作为一 次产品或二次产品，例如蜡、柴油、烯烃、基础油、石油化学石脑油 (petrochemical naphtha)等。这些不同的产品的共同点是首先制成合成气， 然后通过F-T型聚合反应来转化该合成气。

有很多种合成气的技术和组合，但如今对于天然气(NG)原料的一个 富有吸引力的选择是，使用与预重整器(prereformer)和空气分离单元(air separation unit，ASU)结合的自热重整(autothermal reforming，ATR)。还 已知当前值得考虑的兴趣在于将这种基于NG的技术在主要产品为柴油和石 脑油的60.000bbl/d或以上的大型装置中商业化。现有两种转化天然气的中 型尺寸的装置，但认为这些装置没有使用效率最高的技术。

对于所有F-T装置以及新的大型装置的主要挑战是降低每桶产品的投资 以及高的碳效率(carbon efficiency)，即降低CO₂的排放。另外，对于可行 的F-T反应器尺寸不仅从技术和制造的角度会有限制，而且也是因为需要运 输到遥远的地区并在该地区组装所造成的。

发明内容

因此，根据本发明的一个方面，提供了使用费托合成反应将含有氢气和 一氧化碳的合成气体转化为烃类的方法，该方法包括以下步骤：

a)将含有氢气和一氧化碳的气体原料输送至第一F-T反应器中；

b)从第一反应器中除去烃类物流；

c)从第一反应器中除去第一气体流出物的物流；

d)将部分的第一气体流出物的物流输送至第二F-T反应器；

e)向第二F-T反应器中添加额外的氢源；

f)从第二反应器中除去烃类物流；和

g)从第二F-T反应器中除去第二气体流出物的物流。

本发明还延伸至实施所述方法的装置。

优选所述的合成气体基本上为氢气和一氧化碳，也可以含有一些未转化 的甲烷和二氧化碳。

优选从第一F-T反应器和/或第二F-T反应器除去的烃类物流为液体物 流。

已发现，在投资、碳效率和反应器尺寸方面可以通过使用至少两个串联 的F-T反应器来转化合成气以分别或同时实现F-T装置性能上的很大改善。 在这种F-T反应器模块中，重要的是以对一个或多个反应器为最佳的方式来 安排废气的循环，和优化F-T模块的尾气处理并循环至合成气单元。令人意 外地发现，向第二F-T反应器以及任选的第一F-T反应器的入口物流中添加 独立的氢气物流，可以处理所提到的挑战。甚至当通过产生氢气的独立的装 置(如蒸汽重整器)来产生这种氢气时发现性能得到了改善，并且来自于这 种单元的所有损失和排放都得到解决。

以这种方式添加氢气的效果，特别是在F-T反应器中使用钴催化剂时， 可以通过考虑以下内容来理解。

通常将非化学计量的合成气(即，H₂/CO＜2)进料至(第一)F-T反应 器以在反应器中得到低的H₂/CO比，这促进了很高的C5+选择性。然而，消 耗的比例为2左右或者略微大于2。这表示，如果要转化所有的CO，就应 该添加氢气。现在已发现，这可以通过串联两个(或更多个)反应器、并通 过向第二(并优选随后任何的)反应器中添加额外的氢气来最有效地完成。

可以预见对于具有用钴或铁催化剂运行的F-T反应器的CTL(煤转变为 液体)或BTL(生物质转变为液体)装置有相似的优点。在开始，基于煤或 生物质的气化的CTL或BTL装置产生了具有更低的H₂/CO比的合成气，但 该范围潜在地在很宽的范围上变化，从低于0.5至接近2(Martyn V.Twigg (ed.)，Catalyst Handbook，2nd ed.，Wolfe Publishing，1989，p.195)。在这些情况 下，用添加的氢气来平衡原料组合物会变得更重要。

在WO 0063141中，描述了使用具有铁催化剂的淤浆反应器(slurry reactor)的串联的多个费托反应器的系统。其中建立的观点是，对于Fe催化 剂，两种主要的反应为：