天然氣的轉(zhuǎn)化制造技術(shù)

公開了用于將氫和一氧化碳的混合物轉(zhuǎn)化為烴的方法和裝置，包括在反應(yīng)性蒸餾塔內(nèi)、在升高的溫度和壓力下使氫和一氧化碳與合適的催化劑接觸而反應(yīng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
存在多種方法以將天然氣(NG)轉(zhuǎn)化為液體。這些方法中的大多數(shù)是基于催化性費(fèi)-托(Fischer-Ti^psch)反應(yīng)以將重整的合成氣轉(zhuǎn)化為石油液體。存在一些非費(fèi)-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(zhuǎn)化為液體。這些方法具有使用固定床、移動(dòng)床、流化床或淤漿相反應(yīng)器(漿液相反應(yīng)器)的工藝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。在與反應(yīng)器單元獨(dú)立的精煉廠配置中，這些方法也使用分餾單元。本專利技術(shù)涉及能夠用于提高反應(yīng)速率和分餾裝置分離效率的改進(jìn)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致提高的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，并能夠用于更緊湊和更為成本有效的整體工廠設(shè)計(jì)。
技術(shù)介紹
用于NG到石油液體的轉(zhuǎn)化的工藝通常被稱為“氣體至液體”(GTL)工藝。整體轉(zhuǎn)化過程涉及對(duì)所使用的技術(shù)是針對(duì)技術(shù)具體的一些個(gè)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(yīng)產(chǎn)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(yīng)過程-對(duì)于傳統(tǒng)的GTL工廠，通過眾多生產(chǎn)井從生產(chǎn)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(chǔ)罐提供天然氣。b.原料調(diào)整過程-當(dāng)直 接從井口進(jìn)料時(shí)，必須對(duì)NG進(jìn)行水和烴露點(diǎn)控制，以及處理任何存在的酸性氣體。對(duì)于CNG和LNG原料，在壓縮之前已經(jīng)調(diào)整過NG因此不需要進(jìn)一步調(diào)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(zhuǎn)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(chǔ)處理順序的所有變化方式。取決于所使用的轉(zhuǎn)化方法，合成氣可以具有不同的碳-氫比率。在進(jìn)一步的下游烴鏈增長反應(yīng)中，碳-氫比率至關(guān)重要。d.乙烯裂解過程-對(duì)于通過乙炔/乙烯路線的NG至液體的轉(zhuǎn)化，沒有使用重整過程以形成碳鏈增長前體或反應(yīng)物。在這個(gè)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)15乙烯是含有在受控條件下促進(jìn)碳原子數(shù)鏈增長的反應(yīng)性的多官能性分子。e.合成氣調(diào)整-在需要時(shí)，通過除去過量的二氧化碳(CO2)和氮?dú)?N2),以任何再循環(huán)的氣體將合成氣調(diào)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(huán)氣體，在它與合成氣在反應(yīng)器內(nèi)混合作為反應(yīng)器進(jìn)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(shù)，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(shù)中是否需要純氧。因此，在一般的氧氣生產(chǎn)裝置中，可將適用于GTL處理的空氣分離過程用于重整反應(yīng)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(yīng)過程-GTL工藝的核心是將調(diào)整后的反應(yīng)器進(jìn)料氣體(Cl (CO)或C2)轉(zhuǎn)化為大多在C4至C2tl碳原子數(shù)范圍內(nèi)的較長鏈長的烴類產(chǎn)物。最常見的處理路線是通過催化的費(fèi)-托工藝，其中的碳原子數(shù)斷鏈?zhǔn)撬褂玫墓に嚋囟群蛪毫σ约胺磻?yīng)器的類型和催化劑(鐵與鈷)的函數(shù)。對(duì)于乙烯反應(yīng)路線，使用在功能上與費(fèi)-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(yīng)機(jī)理不同，即來自重整器的進(jìn)料氣體(如一氧化碳，CO)中的氧僅適用于費(fèi)-托反應(yīng)。對(duì)于乙烯處理，僅存在烴類并且水不作為反應(yīng)產(chǎn)物形成。因此，這具有一些處理裝置的益處。現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)具有在固定床、移動(dòng)床、流化床或淤漿相結(jié)構(gòu)中的催化劑。1.來自主反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物包含碳基化合物的混合物，其必須精制到商業(yè)產(chǎn)品規(guī)格。這包括汽油和柴油基產(chǎn)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(chǎn)物。在精煉廠中，主要根據(jù)沸點(diǎn)差和蒸餾切分點(diǎn)(蒸餾截取點(diǎn)，distillation cut points),使用多個(gè)分懼塔來分離這些產(chǎn)品。j.蒸汽和發(fā)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(qū)動(dòng)鍋爐系統(tǒng)或發(fā)電單元。k.效用過程一由使用廢氣產(chǎn)生的電力或共同產(chǎn)生(co-generated)的蒸汽作為工廠或聯(lián)合裝置(complex)廣泛效用用于能量優(yōu)化。也可以提供輕餾分廢氣作為效用燃料氣體用于在聯(lián)合裝置周圍的多個(gè)燃燒器單元中使用。提供從空氣分離過程中分離的氮?dú)庾鳛樵诼?lián)合裝置周圍用于安全惰性化和覆蓋目的效用。現(xiàn)有技術(shù)的描述在德國第一次使用了由Franz Fischer和Hans Tropsch開發(fā)的傳統(tǒng)工藝，并于1926年在美國申請(qǐng)了專利。催化劑是鐵基催化劑并在固定床反應(yīng)器中使用。費(fèi)-托法(Fisher-Tropsch法)用于由源于氣化煤的合成氣生產(chǎn)石油液體。在二十世紀(jì)五十年代在南非商業(yè)化使用了該煤至液體(CTL)技術(shù)以將煤炭轉(zhuǎn)化為汽車燃料。在南非建立了另外兩個(gè)基于費(fèi)-托法的CTL精煉廠聯(lián)合裝置。這兩個(gè)聯(lián)合裝置使用了基于移動(dòng)床技術(shù)的改進(jìn)的反應(yīng)器設(shè)`計(jì)。這些反應(yīng)器被稱為Synthol反應(yīng)器。在二十世紀(jì)九十年代末期，使用流化床技術(shù)將Synthol反應(yīng)器改進(jìn)為高級(jí)Synthol反應(yīng)器。隨后意識(shí)到，可以使用費(fèi)-托技術(shù)將重整的NG轉(zhuǎn)化為液體。在二十世紀(jì)八十年代末期由南非政府在南非莫塞爾灣(Mossel Bay, South Africa)建立了聯(lián)合裝置,基于Synthol反應(yīng)器系統(tǒng)將NG轉(zhuǎn)化為液體。該聯(lián)合裝置目前由PetroSA所擁有。2005年卡塔爾石油公司(QPC)在卡塔爾的Ras Laffan的叫做0RYXGTL的合資企業(yè)中建立了 GTL工廠。所使用的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是使用改進(jìn)的第四代淤漿相蒸餾工藝的淤漿相反應(yīng)器。殼牌(Shell)公司和其它公司最近開發(fā)了與基礎(chǔ)費(fèi)-托GTL工藝類似的技術(shù)，并在也位于Ras Laffan的Pearl GTL合資公司中，與卡塔爾石油公司(QPC)—起使之商業(yè)化。這將是世界上最大的GTL投資并且它是基于殼牌固定床技術(shù)的。在合成氣(C0/H2)至最終液體產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的正向過程中，費(fèi)-托反應(yīng)是放熱反應(yīng)。由催化的反應(yīng)釋放大量熱量，并且必須通過費(fèi)-托反應(yīng)器中的散熱器來去除。在費(fèi)-托反應(yīng)器中已經(jīng)使用了下列除熱設(shè)計(jì):a)固定床管式反應(yīng)器(這是第一代工藝)具有在反應(yīng)器的管內(nèi)的固定催化劑床。該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類似于殼式與管式換熱器并在反應(yīng)器的殼側(cè)使用熔融鹽或水以消除在管中產(chǎn)生的熱量。也可以在裝填于管內(nèi)的催化劑的區(qū)段內(nèi)插入惰性催化劑以促進(jìn)稀釋效應(yīng)并防止反應(yīng)熱點(diǎn)(reaction hot spots)。需要精確的設(shè)計(jì)模型以在每個(gè)管中正確設(shè)計(jì)裝填區(qū)段以防止熱點(diǎn)和失控反應(yīng)(run-away reactions)。散發(fā)進(jìn)入熔融鹽的熱量或直接由蒸汽沸騰散發(fā)的熱量，被有效地轉(zhuǎn)化成高壓和高溫出口蒸汽，并在石化聯(lián)合裝置內(nèi)可以用作公用工程(common utility)。在固定床反應(yīng)器中的該流動(dòng)結(jié)構(gòu)類似于活塞流模型。氣態(tài)進(jìn)料反應(yīng)物和所形成的產(chǎn)物通常是氣相的，并以顯著的速度通過催化劑。這導(dǎo)致與反應(yīng)性損失相關(guān)的催化劑移動(dòng)、磨損和最終形成催化劑細(xì)粉。固定床結(jié)構(gòu)給出主要在蠟范圍內(nèi)的烴類產(chǎn)品，需要蠟后續(xù)裂解為汽油和柴油范圍內(nèi)的汽車用產(chǎn)品。b)移動(dòng)床反應(yīng)器(這是第二代工藝)，其特征在于，反應(yīng)器的頂部上的大的180°塔頂(overheads)彎曲以促進(jìn)反應(yīng)產(chǎn)物和催化劑的氣體或蒸汽相流動(dòng)。這是相當(dāng)大的瑞流并與固定床結(jié)構(gòu)相比引起了在反應(yīng)動(dòng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：里安·斯泰恩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：ASA能源轉(zhuǎn)換有限公司，
類型：
國別省市：