[发明专利]用于将合成气转化为液态烃产物的方法和系统

说明书

背景

本公开涉及用于将合成气转化为液态烃产物例如燃料的方法和系统。

对高质量燃料保持着高的需求。费-托合成，其涉及通过一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的混合物(也称作合成气或合成气体)的催化反应生产烃，能将碳基材料例如天然气转化为液态燃料或高价值化学品。费-托合成是更有吸引力的、直接的和环境可接受的衍生自天然气的高质量运输燃料的合成路管线之一。根据催化剂和工艺条件所述费-托方法能产生多种多样的材料。费-托催化剂基于VIII族金属例如铁、钴、镍和钌。例如，钴和钌制备初始链烷烃产物，钴趋向于更重的产物谱，例如包含C₂₀₊，而钌趋向于生产更多馏出物类型链烷烃，例如C₅–C₂₀。使用这样的催化剂的方法通常被Anderson-Schulz-Flory(ASF)聚合动力学控制。总的来说，在所述费-托方法过程中形成的烃的产物分步能表示为：

W_n/n＝(1-α)²α^n-1

其中W_n是含有n个碳原子的烃分子的重量分数，且α是给定的催化剂及工艺条件的链增长概率。

通常地，在产物中的高比例的正构烷烃必须被转化成更有用的产物，例如运输燃料。该转化主要通过氢气处理完成，涉及加氢处理、加氢异构化和加氢裂化。非常长链的烃即所述C₂₁₊馏分，在室温下是固体的蜡。蜡产物提供了差的低温流动性，使这样的产物在低温流动性至关重要的地方难以或不可能被使用，例如在润滑油、汽油燃料、柴油燃料、喷气燃料。因此，为了液态运输燃料的生产，可能必须裂化所述费-托蜡产物中的一些。通常地，这将涉及进一步的商业方法例如加氢裂化和/或加氢处理。这些额外的方法涉及复杂的和昂贵的硬件，大大增加了在精炼上的资本支出和运营费用。在例如近海平台上的区域，由于空间和安全限制加氢裂化是不可取的。

还包括酸性成分例如沸石的混合费-托催化系统已经被开发，其能够在费-托反应中限制产物链增长到期望的产物分布。

已知的利用费-托工艺将合成气转化为液态烃产物的商业化方法产生含有固体蜡馏分以及C_1-4轻气、C₅₊液态产物和水的流出物。经过离开所述反应器，所述蜡馏分必须在所述轻气体之前从所述流出物中分离，液态产物和水能被彼此分离且进一步被加工。为了除去所述蜡馏分，加热分离步骤通常是必须的来将所述蜡保持在液体状态。在一些情况下，必须从流出物中将显著量(在一些情况下基于总流出物的高达50wt.％)的蜡除去。一旦将所述蜡分离了，也需要在闪蒸分离步骤中的蜡的脱气以将甲烷从所述蜡中去除。在浆床操作中，必须将蜡与所述催化剂分离，接着将蜡过滤。

在流出物中固体蜡馏分的存在在几个方面是成问题的。举例来说，所述蜡馏分能导致其他流体处理设备的泵和喷嘴的堵塞或抑制产物通过导管的流动。费-托蜡通常在约80℃凝结或停止流动，所以在任何环境温度下通常需要将管道用伴热或夹套保持加热。在低于0℃的环境温度下，蒸汽伴热的问题经常在任何地方发生以至于蒸汽伴热中的冷凝物冻住，这将阻止新鲜蒸汽的流动。这导致了在导管中的冷点且蜡完全冻住。费-托蜡通常具有在窄的范围的高的冷凝点温度，以至于在管线和设备中的冷点处它硬化得非常快。当发生流体扰动，必须停止操作来定位和修复堵塞。流体扰动要求安装昂贵的加热系统例如油-或蒸汽-夹套或复杂的蒸汽伴热；这些系统都增加了设备的成本和操作花费。

蜡也能导致乳化液，其中蜡的小颗粒分散在流动性液体中。所述系统中，乳化液能因蜡被包括反应水的反应产物所夹带而形成在液体流出物中，或因少量蜡变得夹带在顶部产物中而形成在来自费托反应器的轻质顶部产物中。将反应器顶部产物和反应水冷却所以它们将冷凝成用于回收的液体。在该方法中，蜡具有在冷凝管里面凝固的趋势。最初地，沉积在所述冷凝管表面的蜡，导致在传热效率上的损失，所以可回收的烃未被冷凝和捕获。如果不早修复，那么所述蜡沉积物长得太大以至于它们限制流动，导致在反应器里的压力控制问题，导致潜在的不受控的关机和/或泄压阀启动。然后必须将装备脱机来除去沉积在冷凝器和分离器顶部里的蜡，或者手工地使用水枪除去或者化学地通过将热溶剂循环通过设备除去。

为了阻止乳化液的形成，通常将破乳剂和消泡剂添加到设备例如分离器中。费-托蜡的问题是乳化液的特点随时间改变，以致于难以确定将不断地阻止乳化剂形成的溶液。所述乳化液变化，因为生产的所述蜡随着费-托催化剂老化和退化而变化。