[發(fā)明專(zhuān)利]碳至液系統(tǒng)及操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310628569.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103849420B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: V.V.利相斯基;S.P.辛赫;D.A.班達(dá)里
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): C10G2/00
• 分類(lèi)號(hào): C10G2/00
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周李軍,林森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開(kāi)的領(lǐng)域通常涉及碳至液（carbon to liquids）系統(tǒng)，更具體地，涉及具有增加的碳至液轉(zhuǎn)化率的費(fèi)-托（Fischer-Tropsch）反應(yīng)器。

背景技術(shù)

術(shù)語(yǔ)C5+和“液態(tài)烴”以同義詞的形式使用，指具有五（5）個(gè)或更多數(shù)目的碳的烴或含氧化合物，包括例如戊烷、己烷、庚烷、戊醇和戊烯，其在正常大氣條件下是液體。術(shù)語(yǔ)C4-和“氣態(tài)烴”以同義詞的形式使用，指具有四（4）個(gè)或更少數(shù)目的碳的烴或含氧化合物，包括例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丁醇、丁烯和丙烯，其在正常大氣條件下是氣態(tài)。

至少一些已知的費(fèi)-托（FT）單元與蒸汽甲烷重整（SMR，steam methane reforming）單元的組合已經(jīng)被優(yōu)化以從天然氣生產(chǎn)合成燃料（synfuel），從天然氣生產(chǎn)合成燃料又稱(chēng)為氣至液工藝（GTL，Gas-to-Liquids）。通常，天然氣是指富含甲烷的氣體混合物，所述氣體混合物可以以不同比例包含二氧化碳、氮?dú)?、硫化氫和其它烴類(lèi)。在至少一些已知的GTL工藝中，用在FT反應(yīng)器中使用的蒸汽重整器將天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣（syngas）。已知的蒸汽重整器通常在約800℃的溫度處操作，其需要預(yù)加熱其中所用的天然氣和蒸汽。蒸汽重整是吸熱過(guò)程，因此需要外部熱源以維持適當(dāng)?shù)墓に嚋囟取Ｒ虼?，在這些已知的重整器中，部分天然氣被燃燒以產(chǎn)生預(yù)加熱和重整工藝所需的熱。但是，為這些目的使用部分天然氣降低了GTL系統(tǒng)的整體成本效益。

FT工藝的反應(yīng)化學(xué)涉及用催化劑將氫氣和一氧化碳轉(zhuǎn)化成多種烴類(lèi)和水。雖然這些已知的催化劑活化FT反應(yīng)，但是FT合成過(guò)程中產(chǎn)生的水通過(guò)失活催化劑可以減少一氧化碳的轉(zhuǎn)化。例如，高的水的分壓可以通過(guò)氧化活性催化劑位點(diǎn)引起催化劑的失活，而低的水的分壓可以引起水、一氧化碳和氫氣分子之間在催化劑活性位點(diǎn)上的競(jìng)爭(zhēng)吸附。用于幫助防止FT催化劑失活的至少一些已知的方法包括控制在FT合成中產(chǎn)生的水的分壓和/或通過(guò)添加一定量的鈦來(lái)增加催化劑的耐磨耗性（resistance）。然而，這些已知的方法的實(shí)施可能是昂貴并可能僅有助于整體一氧化碳轉(zhuǎn)化中小的改善。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，提供了操作碳至液系統(tǒng)的方法。所述方法包括接收合成氣流并且在反應(yīng)器中，在費(fèi)-托反應(yīng)中使所述合成氣和催化劑反應(yīng)以產(chǎn)生包含蒸汽的產(chǎn)品，其中所述反應(yīng)器包含被配置成允許蒸汽滲透穿過(guò)其中的聚合物材料。所述方法還包括將該滲透的蒸汽再循環(huán)到位于反應(yīng)器上游的容器。

進(jìn)一步的，還包括將所述合成氣變換以幫助增加所述合成氣的氫氣與一氧化碳的比例，其中使變換的所述合成氣在所述反應(yīng)器中反應(yīng)。

進(jìn)一步的，還包括引導(dǎo)冷卻流體流經(jīng)過(guò)所述反應(yīng)器，其中所述冷卻流體至少部分地包含天然氣。

進(jìn)一步的，將所述滲透的蒸汽再循環(huán)還包括將所述滲透的蒸汽在被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)所述反應(yīng)器的所述冷卻流體流中再循環(huán)。

進(jìn)一步的，將所述滲透的蒸汽再循環(huán)還包括將所述滲透的蒸汽和冷卻流體再循環(huán)到蒸汽甲烷重整器和催化部分氧化反應(yīng)器中的至少一個(gè)。

進(jìn)一步的，將所述滲透的蒸汽再循環(huán)還包括在將所述滲透的蒸汽和冷卻流體再循環(huán)到所述蒸汽甲烷重整器之前，將所述滲透的蒸汽和冷卻流體再循環(huán)到鍋爐和熱交換器中的至少一個(gè)。

進(jìn)一步的，將所述滲透的蒸汽和冷卻流體再循環(huán)到鍋爐和熱交換器中的至少一個(gè)還包括將所述滲透的蒸汽和冷卻流體直接引導(dǎo)到所述鍋爐和所述熱交換器中的至少一個(gè)。

進(jìn)一步的，將所述滲透的蒸汽再循環(huán)有助于使在所述費(fèi)-托反應(yīng)過(guò)程中所述合成氣的轉(zhuǎn)化率增加至大于約45％。

在另一個(gè)方面，提供了碳至液系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括合成氣源以及與合成氣源流動(dòng)連通地聯(lián)接并且被配置成在其中接收合成氣流的第一反應(yīng)器。所述第一反應(yīng)器包含聚合物材料并且使得合成氣和催化劑在費(fèi)-托反應(yīng)中反應(yīng)以產(chǎn)生包含蒸汽的產(chǎn)品。所述聚合物材料被配置成允許蒸汽滲透穿過(guò)其中。所述系統(tǒng)還包括與第一反應(yīng)器流動(dòng)連通地聯(lián)接的再循環(huán)通路，其中所述再循環(huán)通路被配置成引導(dǎo)滲透的蒸汽到位于第一反應(yīng)器上游的容器。

進(jìn)一步的，還包括與所述合成氣源流動(dòng)連通地聯(lián)接并且位于所述第一反應(yīng)器上游的第二反應(yīng)器，其中所述第二反應(yīng)器被配置成使所述合成氣變換以幫助增加所述合成氣的氫氣與一氧化碳的比例。

進(jìn)一步的，還包括被配置成引導(dǎo)冷卻流體流經(jīng)過(guò)所述第一反應(yīng)器的冷卻流體源，以幫助降低所述第一反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的溫度，其中所述冷卻流體至少部分地包含天然氣。