[发明专利]用于费-托转化的流化床工艺和催化剂体系

说明书

公开了用于进行费‑托(FT)合成以产生C₄⁺烃，例如汽油沸程烃和/或柴油沸程烃的工艺和催化剂体系。有利地，本文描述的催化剂体系对于蜡的原位加氢异构化和/或加氢裂化具有另外的活性(除了FT活性之外)，所述蜡根据从FT合成反应获得的烃的分布而产生。这不仅提高了可用于运输燃料的烃(例如，C_4‑19烃)的收率，而且还允许可选择的反应器类型，诸如流化床反应器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月27日提交的美国临时申请第62/711,103号的优先权，该美国临时申请通过引用以其整体并入。

发明领域

本发明的方面涉及与催化剂混合物或双功能催化剂(bi-functional catalyst)组合的流化床反应器用于在液态烃(例如汽油沸程烃(gasoline boiling-rangehydrocarbon)和/或柴油沸程烃)的产生中进行费-托合成反应(Fischer-Tropschsynthesis reaction)的用途。

背景技术

为产生烃燃料而对于原油的替代品正在进行的研究越来越受到多种因素的驱动。这些包括减少的石油储量、更高预期的能源需求以及对从不可再生碳源中的温室气体(GHG)排放物的提高的关注。鉴于甲烷在天然气储量中以及在从生物源(生物气)获得的气流中的丰富性，甲烷已经成为用于提供液态烃的许多可能途径的焦点。用于将甲烷转化为燃料的关键商业化工艺涉及产生合成气(synthesis gas)(合成气(syngas))的第一转化步骤，随后是第二、下游的费-托(FT)转化步骤。

关于第一转化步骤，已知的用于从甲烷产生合成气的工艺包括基于甲烷与氧气的放热氧化的部分氧化重整和自热重整(autothermal reforming)(ATR)。相比之下，蒸汽甲烷重整(steam methane reforming)(SMR)使用蒸汽作为氧化剂，使得热力学明显不同，这不仅是因为蒸汽本身的产生可能需要能量投资(energy investment)，而且还因为涉及甲烷和水的反应是吸热的。最近，还已经提出使用二氧化碳(CO₂)作为用于甲烷的氧化剂，使得通过呈其最氧化形式的碳(CO₂)与呈其最还原形式的碳(CH₄)的反应形成期望的合成气。这种反应已经被称为甲烷的“干重整”，并且因为它是高度吸热的，所以与ATR或甚至SMR相比，甲烷的干重整的热力学不太有利。然而，每摩尔甲烷1摩尔二氧化碳的化学计量消耗具有减少液体燃料生产的总碳足迹的潜力，这提供甲烷的“更绿色的”消耗。

在涉及FT转化的第二步骤中，含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的混合物的合成气经历连续的C-O键的断裂和C-C键的形成，其中并入氢。这种机制提供了烃并且特别是直链烷烃的形成，所述烃具有可以通过改变FT反应条件和催化剂性质在一定程度上被控制的分子量的分布。这样的性质包括载体材料的孔径和其他特性。催化剂的选择在其他方面可以影响FT产物的收率。例如，铁基FT催化剂倾向于产生更多的含氧化合物(oxygenate)，而钌作为活性金属倾向于只产生石蜡。

在向期望的烃，特别是汽油沸程烃和/或柴油沸程烃的经济转化水平下，FT反应总是导致在室温是固体并且通常被称为“蜡”的较高分子量烃的共形成。这是FT反应化学的结果，根据该FT反应化学，在每个碳添加步骤中，以某种有限的概率发生产生依次更高分子量的分子的链增长。就例如在单独的加氢裂化步骤中将蜡转化为所需的烃的进一步加工要求而言，该蜡的产生显著地增加了工艺复杂性。此外，与从FT催化剂中去除蜡副产物相关的困难对可以使用的可能的反应器类型施加限制。也就是说，蜡形成的问题使得使用某些反应器不切实际，否则这些反应器将是用于FT合成的理想选择。

发明概述