[发明专利]用于提高合成气体的转化率的2段Ｆ-Ｔ反应器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在煤炭液化(CTL)及天然气液化(GTL)工序中，借助与残渣(油、蜡)中含有的催化剂的费托合成(Fischer-Tropsch)反应生成合成燃料的2段F-T反应器系统，尤其涉及用于提高合成气体的转化率的2段F-T反应器系统，构成由鼓泡塔反应器形成的第1反应器和由鼓泡塔反应器或固定床反应器形成的第2反应器，在两反应器之间安装用于冷却和加热的2个热交换器，通过分离水分及低沸点的油，最大限度地提高合成燃料的收率，延长使用的催化剂的寿命。

背景技术

一般而言，F-T反应工序是煤炭间接液化系统(CLT)、天然气液化系统(GTL)、对木材等生物质及废弃物等多种原料进行气化制油的液化系统(XTL)的核心工序。

其中，在CTL、GTL、XTL工序的气化工序中生成的氢与一氧化碳的配合比(H₂/CO比)随原料物质而多样地分布。在把煤炭、石油焦、重质渣油及诸如木材等生物质的固体用作原料时，配合比大致分布为0.6～1.2，在把天然气及工程废气等气体用作原料的情况下，显示出1.2～2.0的分布。

其中，F-T反应工序是使合成气体(CO+H₂)流入，与反应器主体内的催化剂反应，生成液体状态的合成燃料。

此时，在F-T反应器中使用的催化剂以Fe(铁)催化剂和Co(钴)催化剂为主。在F-T反应器中使用的催化剂的种类根据流入反应器的合成气体的配合比(H₂/CO比)决定。

其中，就Fe催化剂而言，由于催化剂中含有的成份引起将CO转化成氢的水煤气转化反应(water gas shift reaction)，所以，H₂/CO比可在0.6～3.5的广阔范围使用。但是，Fe催化剂由于活性低于Co催化剂，为获得高活性，反应温度和压力升高，带来催化剂寿命缩短的结果。

相反，钴催化剂由于活性高，反应温度和压力与Fe催化剂相比虽然较低，但如果未将H₂/CO比维持在1.8～2.0，则催化剂的钝化现象会加速，催化剂的寿命缩短。因此，在煤炭液化工序中，在使用Co催化剂的情况下，需要在F-T反应器前添加水煤气反应器，把流入F-T反应器的合成气体的H₂/CO比保持于1.8～2.0。另外，Co催化剂的缺点是即使合成气体中少量含有诸如H₂S等杂质，反应活性也会急剧下降，因此，在应用于从煤炭生成的合成气体方向存在困难。

如上所述，Fe催化剂和Co催化剂由于分别具有优缺点，需要开发一种组合反应工序，在相互弥补他们优缺点的同时，提高工序的效率。

发明内容

本发明正是鉴于如上问题而提出的，本发明的第1目的在于提供一种用于提高合成气体的转化率的2段F-T反应器系统，相互连接主要使用Fe催化剂的一个以上的第1反应器与主要使用Fe.Co或Co催化剂的第2反应器，分别形成2个反应区域，在各反应区域具有互不相同的催化剂和反应条件，能够提高合成气体的总转化率，实现合成燃料收率最大化，延长催化剂寿命。

另外，第2目的在于提供一种用于提高合成气体的转化率的2段F-T反应器系统，调节第1反应器的温度、压力及供应的合成气体的流量，通过调节CO的转化率，把注入第2反应器的气体的H₂/CO比调整为1.8～2.0，从而能够提供适合第2反应器的反应条件。

另外，第3目的在于提供一种用于提高合成气体的转化率的2段F-T反应器系统，利用第1热交换器，去除第1反应器排出的合成气体中的水分低沸点油，从而使第2反应器的杂质流入实现最小化，并利用第1反应器和第2反应器中发生的热，加热流入第2反应器的合成气体温度，能够在提高能源效率的同时，最大限度提高反应效率。