[发明专利]一种两段串联费托合成系统及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种两段串联费托合成系统及其工艺，特别是，涉及一种反应产物和反应原料互补的两段串联费托合成系统及其工艺。

背景技术

费托合成反应是指合成气(H₂+CO)在催化剂作用下、在一定温度和压力下转化成烃和其它化学品的反应。近年来,由于石油资源日趋紧张和原油价格的持续攀升,费托合成受到世界各国研究者的广泛关注。通常，费托合成生成烃的反应可用以下反应式表示：

mCO+(2m+1)H₂→C_mH_2m+2+mH₂O    (1)

mCO+2mH₂→C_mH_2m+mH₂O    (2)

2mCO+(m+1)H₂→C_mH_2m+2+mCO₂    (3)

费托合成反应通常是在费托合成反应器中进行，这样的反应器包括固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器，例如浆态鼓泡床反应器（SBCR）。由于固定床反应器比浆态床反应器昂贵，并且，费托合成反应是放热反应，其反应温度难以控制，所以，浆态床反应器由于传热和散热良好而得到广泛应用。

在上述费托合成过程中，除了上述合成烃的反应外，还会发生一些副反应，从而生成含氧化合物、例如甲醇和高级醇类以及其它物质。

CO+2H₂→CH₃OH    (4)

nCO+2nH₂→C_nH_2n+1OH+(n-1)H₂O    (5)

CO+H₂O→CO₂+H₂    (6)

2CO→CO₂+C    (7)

在上述费托合成过程中的各种反应中，一些反应是可逆反应，例如水煤气变换反应（6）和积炭反应（7），这些反应产物如果保留在反应体系中，会影响反应的完成率和反应转化率，而如果将这些反应产物及时从反应体系中除去，反应的完成率和反应转化率都会明显改善。

为了达到上述目的，人们提出了两段串联费托合成反应工艺，在第一段费托合成反应器中未反应掉的合成气尾气与反应产物分离后，在第二段费托合成反应器中继续进行费托合成反应，与一段费托合成反应工艺相比，两段串联费托合成反应工艺的反应完成率和反应转化率都得到较大的提高，因为在第二段反应器中，第一段反应器中的反应产物被从反应体系中除去，反应得以继续进行。

CN1281714C公开了一种用合成气生产液体燃料的工艺，该工艺包括费托合成单元、C₃-C₅烃回收单元、炼油单元三个部分。其中，费托合成单元分为两段，产物均为石蜡和冷凝物；两段费托合成装置分别进行部分尾气循环；第一段费托合成气的剩余尾气作为原料气进入第二段费托合成装置中；第二段费托合成装置的剩余尾气进入到C₃-C₅烃回收单元中。C₃-C₅烃回收单元是通过深度冷却的方法，回收尾气中绝大部分C₃+烃组分，这些组分和两段费托合成单元生产的石蜡和冷凝物一起进入炼油单元中，进行液体燃料的生产。该工艺采用两段费托合成装置，通过降低单段CO转化率来降低CH₄产率。但第一段费托合成装置的尾气直接进入第二段费托合成装置中，第一段费托合成装置中生成的CO₂和CH₄等惰性气体会在第二段费托合成装置中积聚，导致在实际操作中不得不通过加大第二段费托合成装置尾气排放量以降低第二段费托合成装置循环气体中惰性气体的浓度来维持第二段费托合成装置的操作，这样，就降低了整个工艺的经济性。