[發明專利]天然氣的轉化

有效

• 申請號: 201180052352.6
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103228766A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 里安·斯泰恩
• 申請（專利權）人: ASA能源轉換有限公司
• 主分類號: C10G2/00
• 分類號: C10G2/00;C10G45/00;C10L1/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;張英

技術領域

存在多種方法以將天然氣（NG）轉化為液體。這些方法中的大多數是基于催化性費-托（Fischer-Tropsch）反應以將重整的合成氣轉化為石油液體。存在一些非費-托合成方法，其通過將甲烷裂解和氫化處理（hydro-treating）成為乙烯將NG轉化為液體。這些方法具有使用固定床、移動床、流化床或淤漿相反應器（漿液相反應器）的工藝反應器結構。在與反應器單元獨立的精煉廠配置中，這些方法也使用分餾單元。本發明涉及能夠用于提高反應速率和分餾裝置分離效率的改進的反應器設計結構。這導致提高的經濟規模，并能夠用于更緊湊和更為成本有效的整體工廠設計。

背景技術

用于NG到石油液體的轉化的工藝通常被稱為“氣體至液體”（GTL）工藝。整體轉化過程涉及對所使用的技術是針對技術具體的一些個別的處理步驟。這些具體的步驟也取決于所使用的原料和中間反應產物或者所選擇的處理路線。

處理步驟一般遵循以下序列：

a.原料供應過程-對于傳統的GTL工廠，通過眾多生產井從生產天然氣田直接提取NG。然而，也可以由壓縮天然氣（CNG）源或涉及再氣化的液化天然氣（LNG）儲罐提供天然氣。

b.原料調整過程-當直接從井口進料時，必須對NG進行水和烴露點控制，以及處理任何存在的酸性氣體。對于CNG和LNG原料，在壓縮之前已經調整過NG因此不需要進一步調整。

c.重整過程-大量的重整工藝路線是可用的。蒸汽重整、部分氧化重整、和自熱重整是轉化甲烷（CH₄）（NG通常是85%至99%的甲烷）成為由一氧化碳（CO）和氫氣（H₂）組成的合成氣的相同基礎處理順序的所有變化方式。取決于所使用的轉化方法，合成氣可以具有不同的碳-氫比率。在進一步的下游烴鏈增長反應中，碳-氫比率至關重要。

d.乙烯裂解過程–對于通過乙炔/乙烯路線的NG至液體的轉化，沒有使用重整過程以形成碳鏈增長前體或反應物。在這個過程中，甲烷（CH₄）在高溫下缺氧條件下裂解為乙炔（C₂H₂），其使用氫將乙炔氫化處理為乙烯（C₂H₄）。乙烯是含有在受控條件下促進碳原子數鏈增長的反應性的多官能性分子。

e.合成氣調整-在需要時，通過除去過量的二氧化碳（CO₂）和氮氣（N₂），以任何再循環的氣體將合成氣調整為純的合成氣。

f.氫氣凈化過程-含有主要是氫（H₂）的主組成的再循環氣體，在它與合成氣在反應器內混合作為反應器進料氣體之前，必須以至少90vol%濃度的氫清洗。取決于所使用的技術，氫單元通常是膜或變壓吸附單元。

g.空氣分離過程-此步驟取決于所使用的重整工藝以及在重整技術中是否需要純氧。因此，在一般的氧氣生產裝置中，可將適用于GTL處理的空氣分離過程用于重整反應物。這通常是變壓吸附、膜或低溫分離過程所特有的。

h.主反應過程-GTL工藝的核心是將調整后的反應器進料氣體（C₁（CO）或C₂）轉化為大多在C₄至C₂₀碳原子數范圍內的較長鏈長的烴類產物。最常見的處理路線是通過催化的費-托工藝，其中的碳原子數斷鏈是所使用的工藝溫度和壓力以及反應器的類型和催化劑（鐵與鈷）的函數。對于乙烯反應路線，使用在功能上與費-托催化劑類似的堿性烴鏈增長催化劑或酸性沸石。然而，由于在工藝分子中不存在氧，因此反應機理不同，即來自重整器的進料氣體（如一氧化碳，CO）中的氧僅適用于費-托反應。對于乙烯處理，僅存在烴類并且水不作為反應產物形成。因此，這具有一些處理裝置的益處。現有技術的反應器設計具有在固定床、移動床、流化床或淤漿相結構中的催化劑。

i.來自主反應器的反應產物包含碳基化合物的混合物，其必須精制到商業產品規格。這包括汽油和柴油基產品，以及液化石油氣（LPG）、煤油、航空燃料、輕餾分烯烴和較重的蠟和裂解型原料產物。在精煉廠中，主要根據沸點差和蒸餾切分點（蒸餾截取點，distillation?cut?points），使用多個分餾塔來分離這些產品。

j.蒸汽和發電過程-雖然所有的輕餾分廢氣都可以燃燒，但它們通常用作能量源以驅動鍋爐系統或發電單元。