本發(fā)明涉及用于從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的系統(tǒng)，以及操作該系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

1、費(fèi)托工藝(fischer-tropsch?process)是將一氧化碳和氫氣的混合物轉(zhuǎn)化成液態(tài)烴的化學(xué)反應(yīng)的集合。這些反應(yīng)于金屬催化劑存在下發(fā)生，通常在150℃至300℃的溫度和一個(gè)大氣壓至幾十個(gè)大氣壓的壓力下發(fā)生。費(fèi)托工藝涉及一系列化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)生各種烴，理想地具有式(cnh2n+2)。更有用的反應(yīng)如下產(chǎn)生烷烴：

2、(2n+1)h2+n?co→cnh2n+2+n?h2o

3、其中n通常為1-100或更高。甲烷的形成(n＝1)是不希望的。所產(chǎn)生的大多數(shù)烷烴往往是直鏈的，適于改質(zhì)以產(chǎn)生中間餾分燃料，諸如柴油和噴氣燃料。除了形成烷烴外，競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)還產(chǎn)生少量烯烴以及醇和其他氧化烴。共同產(chǎn)生的水是副產(chǎn)物，其與費(fèi)托反應(yīng)的產(chǎn)物分離。由于標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓(δh)為-165kj/mol組合co，費(fèi)托反應(yīng)是一種高度放熱反應(yīng)。

4、wo2022/079408描述了一種用于生產(chǎn)包含一氧化碳的氣體料流的方法，該方法包括以下步驟：(a)將包含二氧化碳和氫氣的氣體混合物進(jìn)料到設(shè)置在反向水煤氣變換容器中的燃燒器，并將其與亞化學(xué)計(jì)量量的氧氣料流燃燒以形成包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣和蒸汽的燃燒氣體混合物，(b)使燃燒氣體混合物通過(guò)設(shè)置在反向水煤氣變換容器內(nèi)的反向水煤氣變換催化劑床以形成包含一氧化碳、蒸汽、氫氣和二氧化碳的粗產(chǎn)物氣體混合物，(c)將粗產(chǎn)物氣體混合物冷卻至露點(diǎn)以下并回收冷凝物以形成脫水產(chǎn)物氣體，(d)在二氧化碳去除單元中從脫水產(chǎn)物氣體中去除二氧化碳以形成包含一氧化碳的氣體料流，以及(e)將由二氧化碳去除單元回收的二氧化碳與進(jìn)料到反向水煤氣變換容器的包含氫氣和二氧化碳的氣體混合物合并。包含一氧化碳的產(chǎn)物氣體料流被進(jìn)料到費(fèi)托烴合成單元。由費(fèi)托烴合成單元產(chǎn)生的費(fèi)托尾氣在反富集反應(yīng)器中被預(yù)重整，以將含有多于一個(gè)碳原子的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。由甲烷和任選地從費(fèi)托工藝回收的不凝烴組成的氣體混合物被進(jìn)料到反向水煤氣變換單元。因此，該工藝的碳效率提高。

5、在費(fèi)托烴合成單元出現(xiàn)故障的情況下，整個(gè)裝置需要關(guān)閉。重新啟動(dòng)整個(gè)裝置，包括合成氣生成單元，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間，并且可能導(dǎo)致包含一氧化碳的氣體料流的浪費(fèi)。作為關(guān)閉整個(gè)裝置的另選方案是對(duì)反富集反應(yīng)器進(jìn)行隔離、降壓并用氮?dú)獯祾?。然而，這產(chǎn)生了許多問(wèn)題，并且會(huì)排放氮?dú)?，這是昂貴且浪費(fèi)的。此外，位于反富集反應(yīng)器下游的隔離閥必須以大約550℃的溫度操作，這意味著它們可能會(huì)表現(xiàn)不佳。

6、本發(fā)明試圖解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的至少一些問(wèn)題或至少提供其商業(yè)上可接受的替代解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種用于從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

2、(i)合成氣生成單元，該合成氣生成單元包括：

3、第一入口，該第一入口用于將包含氫氣和二氧化碳的第一進(jìn)料氣體的流供應(yīng)到該合成氣生成單元中，

4、一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)，該一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)位于第一入口下游并且與第一入口流體連通，該一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)將第一進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化成富一氧化碳合成氣，以及

5、第一出口，該第一出口位于該一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)下游并且與該一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)流體連通，該第一出口用于傳遞來(lái)自該合成氣生成單元的該富一氧化碳合成氣的流；

6、(ii)費(fèi)托單元，該費(fèi)托單元包括反應(yīng)器，該反應(yīng)器用于將包含富一氧化碳合成氣和再循環(huán)氣體混合物的第二進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化為包含烴產(chǎn)物和水的液體產(chǎn)物混合物，該費(fèi)托反應(yīng)器包括：

7、第二入口，該第二入口用于將該第二進(jìn)料氣體的流供應(yīng)到該費(fèi)托反應(yīng)器中，

8、費(fèi)托催化劑床，該費(fèi)托催化劑床位于該第二入口下游并且與該第二入口流體連通，該費(fèi)托催化劑床用于將該第二進(jìn)料氣體轉(zhuǎn)化為包含該烴產(chǎn)物和水的該液體產(chǎn)物混合物，

9、第二出口，該第二出口位于該費(fèi)托催化劑床下游并且與該費(fèi)托催化劑床流體連通，該第二出口用于傳遞來(lái)自該費(fèi)托反應(yīng)器的該液體產(chǎn)物混合物以及包含氣態(tài)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的合成氣的氣體

10、混合物；

11、(iii)分離單元，該分離單元位于第二出口下游并且與第二出口流體連

12、通，該分離單元用于分離液體產(chǎn)物混合物和氣體混合物，該分離單元包括用于氣體混合物的第三出口和用于液體產(chǎn)物混合物的第

13、四出口；

14、(iv)再循環(huán)管線，該再循環(huán)管線用于將來(lái)自第三出口的氣體混合物的一部分作為再循環(huán)氣體混合物輸送到進(jìn)料到第二入口的第二進(jìn)料

15、氣體；

16、(v)反富集反應(yīng)器，該反富集反應(yīng)器用于轉(zhuǎn)化來(lái)自第三出口的氣體混

17、合物的另外的部分以形成反富集的含甲烷尾氣，該反富集反應(yīng)器

18、包括：

19、第三入口，該第三入口用于將包含來(lái)自該第三出口的該氣體混合物的該另外的部分和蒸汽的第三進(jìn)料氣體供應(yīng)到該反富集反應(yīng)器中，

20、源，該源用于經(jīng)由該第三入口或第四入口將氫氣的流供應(yīng)到該反富集反應(yīng)器中，

21、反富集催化劑床，該反富集催化劑床位于該第三入口和該第四入口下游并且與該第三入口和該第四入口流體連通，用于將該氣體混合物的該另外的部分和蒸汽轉(zhuǎn)化為反富集的含甲烷尾氣，以及

22、第五出口，該第五出口位于該反富集催化劑床下游并且與該反富集催化劑床流體連通，該第五出口用于傳遞來(lái)自該反富集反應(yīng)器的該反富集的含甲烷尾氣或該氫氣的流，該第五出口與該第

23、一入口流體連通；

24、(vi)二氧化碳源，該二氧化碳源與該第一入口流體連通；

25、(vii)氫氣源，該氫氣源與該第一入口流體連通；以及

26、(viii)閥系統(tǒng)，該閥系統(tǒng)被配置為在第一配置或第二配置中建立流體連通，

27、其中：

28、在該第一配置中：

29、該合成氣生成單元的該第一出口與該費(fèi)托反應(yīng)器的該第二入口流體連通，

30、該分離單元的該第三出口與該反富集反應(yīng)器的該第三入口流體連通，并且

31、該氫氣源不與該反富集反應(yīng)器的該第三入口或該第四入口流體連通；以及

32、在該第二配置中：

33、該合成氣生成單元的該第一出口不與該費(fèi)托反應(yīng)器的該第二入口流體連通，

34、該分離單元的該第三出口不與該反富集反應(yīng)器的該第三入口流體連通，并且

35、該氫氣源與該反富集反應(yīng)器的該第三入口或該第四入口流體連通。

36、本公開(kāi)的另一個(gè)方面涉及一種操作系統(tǒng)以從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的方法，該方法包括：

37、在該第一配置中操作該系統(tǒng)，

38、監(jiān)測(cè)該費(fèi)托單元存在還是不存在故障，以及

39、響應(yīng)于該費(fèi)托單元存在故障而將該系統(tǒng)切換到該第二配置。

技術(shù)特征：

1.一種用于從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括：

4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置為在檢測(cè)到所述費(fèi)托單元的故障時(shí)從所述第一配置切換到所述第二配置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置為一旦此類故障已經(jīng)被糾正，從所述第二配置切換回到所述第一配置。

7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述合成氣生成單元的所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)包含反向水煤氣變換催化劑。

8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述合成氣生成單元包括

9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述反向水煤氣變換催化劑包含鎳。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述反向水煤氣變換催化劑包含基于所述反向水煤氣變換催化劑的總重量在耐火金屬氧化物載體上的3wt.％至20wt.％的以nio表示的鎳。

11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述費(fèi)托催化劑包含鈷、鐵和/或釕，優(yōu)選地鈷。

12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述反富集催化劑包含鎳，優(yōu)選地具有按重量計(jì)在30％至90％的范圍內(nèi)的以nio表示的鎳含量。

13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于提供所述氧氣源的電解單元和/或空氣分離單元。

14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括用于提供所述氫氣源的電解單元、高純度氫氣分離單元和/或氫氣儲(chǔ)存單元，所述氫氣源與所述第三入口或所述第四入口流體連通并且任選地與所述第一入口流體連通。

15.一種操作根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)以從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的方法，所述方法包括：

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一進(jìn)料氣體具有2:1至10:1的氫氣與二氧化碳摩爾比。

18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一進(jìn)料氣體包含15體積％至50體積％的二氧化碳，優(yōu)選地25體積％至40體積％的二氧化碳。

19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述二氧化碳源從合成氣體獲得，或從爐或鍋爐煙道氣獲得，或從空氣或海水獲得，所述合成氣體由烴的部分氧化或蒸汽重整生成或由含碳進(jìn)料的氣化生成，其中所述爐或鍋爐通過(guò)化石燃料或含碳廢物的燃燒加熱。

20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述富一氧化碳合成氣具有1.0至2.5:1、優(yōu)選地1.2至2.5:1、更優(yōu)選地1.6至2.2:1、甚至更優(yōu)選地2.0至2.1:1的氫氣與一氧化碳摩爾比。

21.根據(jù)權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述第一配置中，所述費(fèi)托催化劑床的溫度為150℃至300℃。

22.根據(jù)權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)料到所述反富集反應(yīng)器的所述第三進(jìn)料氣體的溫度為250℃至650℃、優(yōu)選地300℃至550℃。

23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第三進(jìn)料氣體具有0.2:1至5:1、優(yōu)選地0.3:1至3:1的蒸汽與碳摩爾比。

24.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反富集反應(yīng)器在10bara至50bara的壓力下操作。

25.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述第二配置中，接觸所述反富集催化劑的氣體具有10至1的最大蒸汽與氫氣(h2)比。

26.根據(jù)權(quán)利要求15至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述系統(tǒng)包括第二分離單元、另外的并聯(lián)反富集反應(yīng)器和另外的閥系統(tǒng)，所述另外的閥系統(tǒng)被配置為在第三配置或第四配置中建立流體連通，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于從合成氣生產(chǎn)烴產(chǎn)物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：合成氣生成單元、費(fèi)托單元、分離單元、再循環(huán)管線、反富集反應(yīng)器、二氧化碳源、氫氣源和閥系統(tǒng)，該閥系統(tǒng)被配置為在第一配置或第二配置中建立流體連通。

技術(shù)研發(fā)人員：A·L·S·庫(kù)克,C·T·馬丁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：莊信萬(wàn)豐戴維科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19