一种费托合成方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种费托合成方法及系统。该方法包括：ａ）使含有ＣＯ和Ｈ２的原料气体进入第一段费托合成反应器，进行费托合成反应，得到第一段费托合成反应产物；ｂ）对第一段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第一段费托合成反应的未转化尾气；ｃ）将步骤ｂ）中得到的未转化尾气进入第二段费托合成反应器，进行费托合成反应，得到第二段费托合成反应产物；ｄ）对第二段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第二段费托合成反应的未转化尾气，第二段费托合成反应的未转化尾气的一部分返回第二段费托合成反应器循环反应。本发明专利技术的方法和系统简化了工艺流程，并适合于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种费托合成方法(Fischer-Tropsch Synthesis)及系统，尤其涉及 一种两段式费托合成方法及系统。
技术介绍
随着近年来石油价格不断攀升，人们越来越重视开发生产替代油品的技术，通过 煤、天然气或其它物质生产合成气，再根据费托合成催化剂对合成气的要求，通过水煤气变 换和合成气净化工艺对合成气进行处理，以处理后合成气为原料通过费托合成生产烃类， 同时副产含氧化合物，然后采用成熟的石油加工技术进行加工，生产出高质量的环境友好 的油品，其核心是费托合成技术。可见开发新的费托合成工艺，对发展替代油品的生产技术 具有非常重要的意义。《煤液化技术》(高晋生、张德祥编著，化学工业出版社，2005年3月第1版)介绍 了 Sasol公司成熟的费托合成工艺，其工艺流程基本为单段工艺，根据反应器类型的不同 有采用固定床的Arge工艺、有采用流化床的Kellogg工艺和采用浆态床的Sasol浆态床费 托合成工艺，在Sasol I厂中Arge工艺的尾气作为Kellogg工艺的原料，未见有采用相同 反应器的两段式工艺流程。浆态床反应器是一个三相鼓泡塔，在中等温度下操作，由原料气(气相)在熔融的 费托合成蜡(液相)和催化剂颗粒(固相)中鼓泡。经预热的合成气原料从反应器底部进 入反应器，扩散入由生成的液体蜡和催化剂颗粒组成的淤浆中。在气泡上升的过程中合成 气不断地发生费托合成反应，生成更多的费托合成蜡。反应产生的热由内置式冷却盘管生 产蒸汽取出。蜡产品通过在反应器浆态床反应区内置的过滤器中得到分离而抽出反应器， 或者采用抽出浆液后通过外置的固液分离装置将费托合成蜡和催化剂固体颗粒分离的方 法得到。从反应器上部出来的尾气冷却后可回收轻质组分和水。获得的烃产品送往下游的 产品精炼装置，水则送往回收装置处理。浆态床反应器反应物混合好、具有良好的传热性能，有利于反应温度的控制和反 应热的移出，可等温操作，从而可用更高的平均操作温度而获得更高的反应速率；控制简 单，操作成本低；通过有规律的替换催化剂，平均催化剂寿命易于控制；更易于控制过程的 选择性，提高粗产品的质量。因此，浆态床费托合成在以生产合成蜡和柴油为主的情况下优 越性明显，成为费托合成技术发展趋势。浆态床反应器的设计有其独特性，为了保持淤浆床特性，首先是把催化剂制造成 细小的颗粒以使得能悬浮在液相区内，其二是在特定的反应温度区间操作以使得反应生成 的费托合成蜡以液相形式存在而提供浆态化条件外，除此之外，尚需要以一定的气体流速 (空塔气速)操作，既避免因气体流速小而造成催化剂颗粒沉积，又避免气体流速过高而将 催化剂颗粒携带出反应器。因此，当需要增加费托合成装置生产能力，即增加费托合成原料 气体流量时，通常需要提高反应器直径以维持需要的空塔气速。但是，当需要提高装置生产费托合成油能力达到50万吨/年以上规模时，由于反应器制造工艺、运输条件等限制，目前水平下反应器的直径最大仅能达到10米左右，因此 需要至少两台以上的浆态床反应器进行加工。目前已工业化生产的百万吨级费托合成装置 设计为两套完整的常规单台浆态床反应器费托合成工艺装置并联操作。每台反应器顶部产 物均设置油-水-气分离系统，大部分尾气循环回各自的反应器，以获得需要的总碳转化 率，少部分尾气放空。中国专利公开号CN1611565(申请号CN200310108146.X)公开了一种用合成气生 产液体燃料的工艺，该工艺方法包括费托合成单元、C3-C5回收单元、炼油单元三个部分。其 中费托合成单元分为两级，产物均为石蜡和冷凝物；两级费托合成装置分别进行部分尾气 循环；第一级费托合成气的剩余尾气作为原料气进入第二级费托合成装置；第二级费托合 成装置的剩余尾气进入到C3-C5回收单元。C3-C5回收单元是通过深度冷却的方法，回收尾 气中绝大部分的C3以上组分，这些组分和两级费托合成单元生产的石蜡和冷凝物一起进入 炼油单元进行液体燃料的生产。该工艺采用两级装置费托合成，可通过降低单级CO转化率 的方法，降低CH4的产率。但是该工艺第一级费托合成装置的部分尾气进行了循环，增加了 循环压缩机系统投资和操作费用，降低了整个工艺的经济性。此外，第一级费托合成装置采 用了部分尾气循环，降低了反应器加工新鲜合成气原料的负荷，降低了油收率。中国专利公开号CN1948438(申请号CN200610140020. 4)介绍了一种费托合成方 法，包括以下步骤a)使合成气原料进入第一段费托合成反应器，在催化剂的作用下进行 费托合成反应；b)分离第一段费托合成反应产物，部分尾气返回第一段费托合成反应器循 环反应，然后将其余尾气中含有的Cl C4烃类转化为合成气；c)将来自步骤b)的转化后 的尾气与第二段费托合成反应的循环尾气混合，进入第二段费托合成反应器，在催化剂的 作用下进行费托合成反应；d)分离第二段费托合成反应产物，大部分尾气返回第二段费托 合成反应器循环反应，排出其余的尾气。该方法在第一段采用了气体循环流程，设置了气体 循环压缩机，降低了反应器加工新鲜合成气的能力，且尾气进入第二段时需采用天然气自 热氧化制合成气工艺将C1 C4轻烃转化为合成气，增加了设备成本。中国专利公开号CN100575457C(专利号ZL200610140019. 1)介绍了一种费托合 成方法，包括以下步骤(1)使煤制合成气原料进入第一级费托合成反应器，与铁基催化剂 接触，并在费托合成反应条件下进行反应；(2)分离一级反应产物，反应后剩余的尾气脱除 CO2后，进入C1-C4烃类转化装置以生产CO和H2,然后使转化后的尾气进入第二级费托合成 反应器，与钴基催化剂接触，并在费托合成反应条件下进行反应；(3)分离二级反应产物， 排出部分尾气，其余的尾气返回第一级费托合成反应器循环使用。该方法第一级反应器采 用了浆态床，有部分进料气体为第二级反应的尾气循环气，第二级反应采用钴基催化剂，虽 然时空产率较高，但由于反应器为固定床，反应取热较难控制，且固定床工艺难以大规模应 用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模费托合成方法和系统，尤其是两段式费托合成方法 和系统。本专利技术的一个方面涉及一种费托合成方法，包括以下步骤a)第一段费托合成反应使含有CO和H2的原料气体进入第一段费托合成反应器，在催化剂的作用下进行 费托合成反应，得到第一段费托合成反应产物；b)第一段费托合成反应产物的分离对第一段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第一 段费托合成反应的未转化尾气；c)第二段费托合成反应将步骤b)中得到的未转化尾气进入第二段费托合成反应器，在催化剂的作用下 进行费托合成反应，得到第二段费托合成反应产物；d)第二段费托合成反应产物的分离对第二段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第二 段费托合成反应的未转化尾气，第二段费托合成反应的未转化尾气的一部分返回第二段费 托合成反应器循环反应。本专利技术了另一方面涉及费托合成系统，包括A)第一段费托合成反应器，其中容纳有费托合成催化剂，第一段费托合成反应器 至少具有第一段反应器入口，位于第一段费托合成反应器的底部；第一段反应器顶部出口，位于第一段费托合成反应器的顶部；第一段费托合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种费托合成方法，包括以下步骤：　　ａ）第一段费托合成反应　　使含有ＣＯ和Ｈ↓［２］的原料气体进入第一段费托合成反应器（１０２），在催化剂的作用下进行费托合成反应，得到第一段费托合成反应产物；　　ｂ）第一段费托合成反应产物的分离　　对所述第一段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第一段费托合成反应的未转化尾气（４）；　　ｃ）第二段费托合成反应　　将步骤ｂ）中得到的所述未转化尾气（４）进入第二段费托合成反应器（１１２），在催化剂的作用下进行费托合成反应，得到第二段费托合成反应产物；　　ｄ）第二段费托合成反应产物的分离　　对所述第二段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第二段费托合成反应的未转化尾气（１０），所述第二段费托合成反应的未转化尾气的一部分（２７）返回所述第二段费托合成反应器（１１２）循环反应。

【技术特征摘要】
CN 2010-7-9 201010228831.6一种费托合成方法，包括以下步骤a)第一段费托合成反应使含有CO和H2的原料气体进入第一段费托合成反应器(102)，在催化剂的作用下进行费托合成反应，得到第一段费托合成反应产物；b)第一段费托合成反应产物的分离对所述第一段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第一段费托合成反应的未转化尾气(4)；c)第二段费托合成反应将步骤b)中得到的所述未转化尾气(4)进入第二段费托合成反应器(112)，在催化剂的作用下进行费托合成反应，得到第二段费托合成反应产物；d)第二段费托合成反应产物的分离对所述第二段费托合成反应产物进行分离，使水与未转化尾气分离，得到烃产物、第二段费托合成反应的未转化尾气(10)，所述第二段费托合成反应的未转化尾气的一部分(27)返回所述第二段费托合成反应器(112)循环反应。2.根据权利要求1所述的费托合成方法，其中，所述第一段费托合成反应的未转化尾 气(4)不返回所述第一段费托合成反应器(102)循环反应。3.根据权利要求1至2任一项所述的费托合成方法，其中，步骤b)和步骤d)中的所述 分离包括费托合成反应的顶部产物(2 ；33)的油-水-气分离；优选所述b)第一段费托合 成反应的顶部产物(2)的油-水-气分离和/或所述d)第二段费托合成反应的顶部产物 (33)的油-水-气分离包括以下步骤首先，采用热高压分离器(104 ； 114)进行闪蒸分离，得到热高压分离器液体(11 ；37)、 热高压分离器气体(3 ；34)；然后，将所述热高压分离器气体(3 ；34)采用冷高压分离器(106 ；116)进行闪蒸分离， 得到两相冷高压分离器液体为轻质馏分油和水的混合液相产物(6 ；36)，冷高压分离器气 体为未转化尾气(4;10)。4.根据权利要求3所述的费托合成方法，其中，进一步包括e)将所述第一段、第二段费托合成反应的所述热高压分离器液体(11；37)通入热低压 分离器(117)，闪蒸分离得到重质馏分油产品作为热低压分离器液体(78)和热低压分离器 气体(39)；以及f)可选地，将所述第一段、第二段费托合成反应的所述冷高压分离器液体(6；36)以及 可选的所述热低压分离器气体(39)通入冷低压分离器(118)，闪蒸分离得到冷低压分离器 气体(48)、轻质馏分油产品(58)、水(68)。5.根据权利要求3所述的费托合成方法，其中，所述热高压分离器(104 ； 114)在120 220°C，优选在140 180°C下运行；所述冷高压分离器(106 ；116)在5 60°C下，更优选在10 50°C下运行。6.根据权利要求4所述的费托合成方法，其中，所述热低压分离器(117)在60 200°C、优选70 180°C、更优选80 160°C、最优选 90 140°C下运行；所述冷低压分离器(118)在5 60°C、优选20 50°C下运行。7.根据权利要求1至5任一项所述的费托合成方法，其中，控制所述第一段费托合成反 应器(102)中CO转化率在30% -70%,更优选40% 65%，进一步优选50% 60%。8.根据权利要求1至7任一项所述的费托合成方法，其中，步骤a)中所述第一段费托 合成反应和/或步骤c)中所述第二段费托合成反应在以下反应条件下进行反应温度为200 320°C，优选为235 275°C，更优选245 265°C ；反应压力为15 50bar，优选为20 40bar，更优选25 35bar ；反应器入口气体空塔气速为10 40cm/s，优选为15 35cm/s，更优选15 25cm/s ；反应器入口气体体积流量与催化剂质量之比(即气剂比)为2000 50000Nml/ g-cat. /h，优选为 5000 30000Nml/g-cat. /h，更优选 8000 20000Nml/g_cat. /h。9.根据权利要求1至8任一项所述的费托合成方法，其中，所述第一段费托合成反应 器(102)和所述第二段费托合成反应器(112)为一个或并联的多个浆态床反应器；优选所 述第一段费托合成反应器(102)的数目等于或多于所述第二段费托合成反应器(112)的数 目；例如，所述第一段费托合成反应器(102)为一个浆态床反应器或并联的多个浆态床反应器，所述第二段费托合成反应器 (112)为一个浆态床反应器。10.根据权利要求1至9任一项所述的费托合成方法，其中，所述原料气体中CO和H2 的体积比为0. 67 2. 2，优选0. 8 2，更优选1 2，最优选1. 4 2。11.根据权利要求1至10任一项所述的费托合成方法，其中，步骤a)和c)中所使用的 催化剂为铁系催化剂或钴系催化剂；优选地，当采用铁系催化剂时，原料气体的H2与CO的 体积比为1. 4 1. 8，优选1. 4 1. 7，更优选1. 5 1. 7，最优选1. 5 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：石玉林，吴秀章，公磊，林泉，吕毅军，卜亿峰，王洪学，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，中国神华煤制油化工有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]