[發明專利]一種兩段串聯費托合成系統及其工藝

有效

• 申請號: 201310353571.9
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103396826A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 石玉林;杜冰;胡云劍;呂毅軍;羅明生
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: C10G2/00
• 分類號: C10G2/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

技術領域

本發明涉及一種兩段串聯費托合成系統及其工藝，特別是，涉及一種反應產物和反應原料互補的兩段串聯費托合成系統及其工藝。

背景技術

費托合成反應是指合成氣(H₂+CO)在催化劑作用下、在一定溫度和壓力下轉化成烴和其它化學品的反應。近年來,由于石油資源日趨緊張和原油價格的持續攀升,費托合成受到世界各國研究者的廣泛關注。通常，費托合成生成烴的反應可用以下反應式表示：

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)

費托合成反應通常是在費托合成反應器中進行，這樣的反應器包括固定床反應器、流化床反應器和漿態床反應器，例如漿態鼓泡床反應器（SBCR）。由于固定床反應器比漿態床反應器昂貴，并且，費托合成反應是放熱反應，其反應溫度難以控制，所以，漿態床反應器由于傳熱和散熱良好而得到廣泛應用。

在上述費托合成過程中，除了上述合成烴的反應外，還會發生一些副反應，從而生成含氧化合物、例如甲醇和高級醇類以及其它物質。

CO+2H₂→CH₃OH????(4)

nCO+2nH₂→C_nH_2n+1OH+(n-1)H₂O????(5)

CO+H₂O→CO₂+H₂????(6)

2CO→CO₂+C????(7)

在上述費托合成過程中的各種反應中，一些反應是可逆反應，例如水煤氣變換反應（6）和積炭反應（7），這些反應產物如果保留在反應體系中，會影響反應的完成率和反應轉化率，而如果將這些反應產物及時從反應體系中除去，反應的完成率和反應轉化率都會明顯改善。

為了達到上述目的，人們提出了兩段串聯費托合成反應工藝，在第一段費托合成反應器中未反應掉的合成氣尾氣與反應產物分離后，在第二段費托合成反應器中繼續進行費托合成反應，與一段費托合成反應工藝相比，兩段串聯費托合成反應工藝的反應完成率和反應轉化率都得到較大的提高，因為在第二段反應器中，第一段反應器中的反應產物被從反應體系中除去，反應得以繼續進行。

CN1281714C公開了一種用合成氣生產液體燃料的工藝，該工藝包括費托合成單元、C₃-C₅烴回收單元、煉油單元三個部分。其中，費托合成單元分為兩段，產物均為石蠟和冷凝物；兩段費托合成裝置分別進行部分尾氣循環；第一段費托合成氣的剩余尾氣作為原料氣進入第二段費托合成裝置中；第二段費托合成裝置的剩余尾氣進入到C₃-C₅烴回收單元中。C₃-C₅烴回收單元是通過深度冷卻的方法，回收尾氣中絕大部分C₃+烴組分，這些組分和兩段費托合成單元生產的石蠟和冷凝物一起進入煉油單元中，進行液體燃料的生產。該工藝采用兩段費托合成裝置，通過降低單段CO轉化率來降低CH₄產率。但第一段費托合成裝置的尾氣直接進入第二段費托合成裝置中，第一段費托合成裝置中生成的CO₂和CH₄等惰性氣體會在第二段費托合成裝置中積聚，導致在實際操作中不得不通過加大第二段費托合成裝置尾氣排放量以降低第二段費托合成裝置循環氣體中惰性氣體的濃度來維持第二段費托合成裝置的操作，這樣，就降低了整個工藝的經濟性。