Способ и устройство для проведения синтеза фишера-тропша

Способ и устройство для проведения синтеза фишера-тропша

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Данное изобретение относится к способу и устройству для проведения синтеза Фишера-Тропша, в частности к способу и устройству для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша.

Уровень техники

Поскольку в последние годы значительно растут цены на нефть, больше внимания стали уделять технологии разработки и получения альтернативных нефтепродуктов. Синтез-газы получают с использованием угля, природного газа и других веществ; полученные синтез-газы подвергают обработке способами конверсии водяного газа и очистки синтез-газа в соответствии с требованиями катализаторов синтеза Фишера-Тропша для синтез-газов; обработанные синтез-газы используют в качестве сырья для получения углеводородов и побочных продуктов - кислородсодержащих соединений - посредством синтеза Фишера-Тропша, а затем перерабатывают их с использованием отработанных методов переработки нефти для получения высококачественных, не наносящих вреда окружающей среде нефтепродуктов. Основой процесса является способ синтеза Фишера-Тропша. Таким образом, можно видеть, что разработка новых способов синтеза Фишера-Тропша имеет большое значение для разработки способов получения альтернативных нефтепродуктов.

Технология сжижения угля (авторы: Gao Jinsheng, Zhang Dexiang, Chemical Industry Press, March 2005, Ed. 1) описывает отработанный способ синтеза Фишера-Тропша фирмы Sasol. Этот способ по сути является одностадийным процессом. В соответствии с типами реакторов, способ разделяют на способ Arge, где применяют неподвижные слои катализатора; способ Kellogg, где применяют флюидизированные слои катализатора; и способ Sasol синтеза по Фишеру-Тропшу с псевдоожиженным слоем, где применяют псевдоожиженные слои. На предприятии Sasol 1 остаточный газ процесса Arge используют в качестве сырья для процесса Kellogg, и это не является двухстадийным технологическим процессом с использованием одного и того же реактора.

Реактор с псевдоожиженным слоем является трехфазной колонной с барботажем, работающей в среднем диапазоне температур, в которой газообразное сырье (газовую фазу) барботируют через расплавленный синтетический парафин Фишера-Тропша (жидкая фаза) и гранулы катализаторов (твердая фаза). Сырье в виде предварительно подогретого синтез-газа поступает в реактор со дна и диффундирует в суспензию, состоящую из полученного жидкого парафина и гранул катализатора. В ходе подъема пузырьков снизу вверх, синтез-газ постоянно участвует в реакциях синтеза Фишера-Тропша с образованием еще большего количества синтетических парафинов Фишера-Тропша. Тепло, образующееся в ходе реакции, отводят посредством пара, который получают с помощью встроенного охлаждающего змеевика. Полученные парафиновые продукты отделяют на встроенном фильтре в реакционной зоне псевдоожиженного слоя реактора, чтобы вывести их из реактора; или парафиновые продукты получают в процессе отделения парафинов, полученных синтезом Фишера-Тропша, от твердых частиц катализаторов с помощью устройства для разделения жидкости и твердого вещества, расположенного снаружи, после извлечения суспензии. После охлаждения остаточного газа, выходящего из верхней части реактора, можно получить легкие компоненты и воду. Полученные углеводородные продукты направляют на расположенное ниже по ходу технологического потока устройство для очистки продукта, а воду направляют на отделяющее устройство для утилизации.

Реактор с псевдоожиженным слоем обладает хорошими возможностями по выносу тепла, позволяет хорошо перемешивать реагенты в нем, является предпочтительным для регулирования температуры реакции и вывода реакционного тепла, а также позволяет работать в изотермических условиях, таким образом достигая более высокой скорости реакции при более высокой средней рабочей температуре; отличительными особенностями реактора являются простота контроля и низкая стоимость работы; при регулярной замене катализатора легко контролировать срок службы катализаторов; селективность процесса контролировать еще легче, улучшая, таким образом, качество промежуточных продуктов. Таким образом, если в основном получают синтетические парафины и дизельное топливо, реактор Фишера-Тропша с псевдоожиженным слоем имеет явные преимущества и становится основным направлением развития технологии синтеза Фишера-Тропша.

Реактор с псевдоожиженным слоем имеет уникальную конструкцию. Для того, чтобы поддерживать характеристики псевдоожиженного слоя, во-первых, катализаторы следует производить в виде мелких гранул, для суспендирования их в зоне жидкой фазы; во-вторых, работу следует проводить в конкретном диапазоне реакционных температур, так, чтобы полученные в синтезе Фишера-Тропша парафины, образующиеся при реакции, существовали в жидкой фазе, для обеспечения суспензионных условий. Кроме того, работу следует проводить при определенном расходе газа (приведенной скорости газа), таким образом предотвращая седиментацию гранул катализатора при слишком низком расходе газа и предотвращая унос гранул катализатора газом из реактора при слишком высоком расходе газа. Таким образом, если имеется необходимость увеличить производительность устройства для синтеза по Фишеру-Тропшу, то есть увеличить расход газового сырья для синтеза Фишера-Тропша, диаметр реактора следует увеличить, чтобы поддерживать скорость газа, необходимую для пустой колонны.

Однако, если имеется необходимость повысить возможности устройства для получения синтетической нефти Фишера-Тропша в количестве, превышающем 500000 тонн/год, которые ограничены технологиями получения, применяемыми в реакторе, условиями транспортировки и т.д., то максимальный диаметр реактора в настоящее время может достигать величины только около 10 метров. Таким образом, для переработки требуются по меньшей мере два реактора с псевдоожиженным слоем. В настоящее время мегатонное устройство для проведения синтеза Фишера-Тропша, внедренное в промышленное производство, конструируют в виде двух комплектов из целых обычных однокомплектных реакторов с псевдоожиженным слоем, с процессом синтеза по Фишеру-Тропшу и параллельным действием. В верхней части каждого реактора размещены разделительные устройства типа нефтепродукты-вода-газ для продуктов; основную часть остаточного газа снова направляют в каждый из реакторов для обеспечения необходимой общей степени превращения углерода, а небольшую порцию остаточного газа выпускают наружу.

Китайский патент № CN 1611565 (заявка № CN 2003 10108146 X) раскрывает способ получения жидкого топлива с использованием синтез-газа, включающий блок синтеза Фишера-Тропша, блок извлечения C₃-C₅ и блок очистки нефтепродуктов. Блок синтеза Фишера-Тропша разделен на две стадии, и все его продукты представляют собой парафин и конденсаты; две стадии устройств для проведения синтеза Фишера-Тропша, соответственно, частично рециркулируют остаточный газ; остальной остаточный газ от синтез-газа первой стадии процесса Фишера-Тропша вводят, в качестве газового сырья, на вторую стадию устройства для проведения синтеза Фишера-Тропша; оставшийся остаточный газ со второй стадии устройства для проведения синтеза Фишера-Тропша вводят в блок извлечения C₃-C₅. Блок извлечения C₃-C₅ извлекает из остаточного газа большую часть компонентов выше C₃ способом глубокого охлаждения, и компоненты направляют в блок очистки нефтепродуктов, совместно с парафинами и конденсатами, полученными в блоках на двух стадиях синтеза Фишера-Тропша, с получением жидкого топлива. В этом способе применяется двухстадийное устройство для проведения синтеза Фишера-Тропша, которое может снизить производительность по CH₄, снижая степень превращения СО на одной стадии. Однако в этом процессе частично рециркулируют остаточный газ на первой стадии устройства для проведения синтеза Фишера-Тропша, что увеличивает капиталовложения и эксплуатационные расходы на систему компрессора для рециркуляции и снижает экономическую эффективность процесса в целом. Кроме того, в устройстве для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша применяется частичная рециркуляция остаточного газа, что снижает загрузку реактора по перерабатываемому сырью (свежему синтез-газу) и снижает выход нефтепродуктов.

Китайский патент № CN 1948438 (заявка CN 200610140020.4) относится к способу синтеза Фишера-Тропша, включающему следующие стадии: a) введение сырья из синтез-газа на первую стадию реактора синтеза Фишера-Тропша для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов; b) разделение продуктов первой стадии реакции синтеза Фишера-Тропша; при этом часть остаточного газа возвращают на первую стадию реакции синтеза Фишера-Тропша для проведения реакций при рециркуляции, a C₁-C₄ углеводороды, содержащиеся в других остаточных газах, превращают в синтез-газы; c) смешивание прореагировавшего остаточного газа со стадии b) с рециркулированным остаточным газом со второй стадии реакции синтеза Фишера-Тропша, введение смешанного газа на вторую ступень реактора синтеза Фишера-Тропша для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов; а) разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша, при этом большую часть остаточного газа возвращают в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакций при рециркуляции, а оставшийся остаточный газ выпускают наружу. В этом способе применяют процесс рециркуляции газа, и на первой стадии обеспечен компрессор для рециркуляции газа, что снижает способность реактора перерабатывать свежие синтез-газы; более того, если остаточный газ вводят на вторую ступень, то для превращения C₁-C₄ легких углеводородов в синтез-газы требуется процесс переработки природного газа в синтез-газ посредством окисления с саморазогревом, что увеличивает стоимость устройств.

Китайская патентная публикация № CN 100575457C (патент № ZL 200610140019.1) относится к способу синтеза Фишера-Тропша, включающему следующие стадии: (1) введение угольного сырья для получения синтез-газов на первую ступень реактора синтеза Фишера-Тропша, для приведения его в контакт с катализаторами на основе железа, и проведение реакции в условиях синтеза Фишера-Тропша; (2) отделение продуктов реакции первой стадии, при этом остаточный газ, оставшийся после реакции, представляет собой CO₂, и введение их в устройство для конверсии C1-C4 углеводородов с получением СО и H₂; введение прореагировавшего остаточного газа на вторую ступень реактора синтеза Фишера-Тропша для приведения его в контакт с катализаторами на основе кобальта в условиях проведения реакции синтеза Фишера-Тропша и проведения реакции; (3) отделение продуктов второй стадии реакции, выпуская в атмосферу часть остаточного газа, при этом другие остаточные газы возвращают в реактор первой ступени синтеза Фишера-Тропша для использования при рециркуляции. В этом способе в реакторе первой ступени используют псевдоожиженный слой, а часть газообразного сырья представляет собой рециркулированный газ из остаточного газа реакции второй стадии. Для реакции второй стадии используют катализаторы на основе кобальта, хотя эта реакция имеет более высокую объемную производительность, и отвод реакционного тепла трудно контролировать, так как используют реактор с неподвижным слоем. Кроме того, процесс с неподвижным слоем трудно применять в большом масштабе.

Сущность изобретения

Задачей данного изобретения является обеспечение способа и устройства для проведения синтеза Фишера-Тропша, в частности, двухстадийного способа и устройства для синтеза Фишера-Тропша.

Один из аспектов данного изобретения относится к способу синтеза Фишера-Тропша, включающему следующие стадии:

a) проведение реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша:

введение газообразного сырья, содержащего СО и H₂, в реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов с получением продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

b) разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша:

разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша, с отделением воды от непрореагировавшего остаточного газа и получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

c) проведение реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша:

введение непрореагировавшего остаточного газа, полученного на стадии b), в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов с получением продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

d) разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша:

разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша, с отделением воды от непрореагировавшего остаточного газа и получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша, при этом часть непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша возвращают в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакций при рециркуляции.

Другой аспект данного изобретения относится к устройству для проведения синтеза Фишера-Тропша, включающему:

A) реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза Фишера-Тропша, причем реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша включает по меньшей мере:

вход в реактор первой стадии, расположенный в нижней части реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

верхний выход реактора первой стадии, расположенный в верхней части реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

выход для парафина или суспензии, полученных на первой стадии синтеза Фишера-Тропша, расположенный в зоне псевдоожиженного слоя реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

B) разделительное устройство первой стадии, для разделения верхних продуктов, полученных из верхнего выхода реактора первой стадии, отделяя при этом воду от непрореагировавшего остаточного газа, с получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша; причем разделительное устройство первой стадии включает:

вход разделительного устройства первой стадии, соединенный с верхним выходом реактора первой стадии;

множество выходов разделительного устройства первой стадии, включающих:

выход для углеводородного продукта первой стадии; и

выход для непрореагировавшего остаточного газа первой стадии;

C) реактор для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза; причем реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша включает по меньшей мере:

вход реактора второй стадии, расположенный в нижней части реактора для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша и соединенный с выходом для непрореагировавшего остаточного газа первой стадии;

верхний выход реактора второй стадии, расположенный в верхней части реактора для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

выход для парафина или суспензии, образованных на второй стадии синтеза Фишера-Тропша, в зоне псевдоожиженного слоя реактора для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

D) разделительное устройство второй стадии, для разделения верхних продуктов, выходящих их верхнего выхода реактора второй стадии, с отделением воды от непрореагировавшего остаточного газа для получения углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша, причем разделительное устройство второй стадии включает:

вход разделительного устройства второй стадии, соединенный с верхним выходом реактора второй стадии;

множество выходов разделительного устройства второй стадии, включающих:

выход для углеводородного продукта второй стадии; и

выход для непрореагировавшего остаточного газа второй стадии.

Способ и устройство согласно данному изобретению преодолевают недостатки обычного способа синтеза Фишера-Тропша для получения жидких продуктов, такие как высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы для устройства, низкая объемная производительность и низкий коэффициент использования СО; они упрощают технологический процесс и пригодны для крупномасштабного промышленного производства.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему способа двухстадийного крупномасштабного синтеза Фишера-Тропша согласно данному изобретению.

Подробное описание примеров воплощения

Данное изобретение осуществляют на основе понимания основных особенностей реакции синтеза Фишера-Тропша (особенно реакции синтеза Фишера-Тропша с катализаторами на основе железа).

Реакцию синтеза Фишера-Тропша с катализаторами на основе железа разделяют на два типа:

C O + H 2 → H C ( у г л е в о д о р о д ) + H 2 O             ( 1 )

C O + H 2 O ↔ C O 2 + H 2                         ( 2 )

где реакция (2) второго типа представляет собой реакцию конверсии водяного газа (КВГ), и это обратимая реакция, в которой степень превращения СО составляет 15-35% от общей степени превращения углерода.

Очевидно, способ повышения скорости реакции синтеза Фишера-Тропша, повышающий возможности устройства производить синтетические нефтепродукты Фишера-Тропша и повышающий коэффициент использования СО, заключается в повышении объемного расхода эффективного синтез-газа (CO+H₂) на входе в реактор (который можно выразить как парциальное давление эффективного синтез-газа при поддержании конкретной приведенной скорости газа), и снижении скорости реакции КВГ в прямом направлении. Из характеристик реакции КВГ можно видеть, что имеются два эффективных средства снижения скорости реакции КВГ в прямом направлении и увеличения коэффициента использования CO: а) снижение парциального давления H₂O в системе; b) повышение парциального давления CO₂ в системе.

С другой стороны, так как на катализаторах на основе железа протекают реакции КВГ второго типа, снижение парциального давления воды в системе благоприятно для снижения скорости реакции КВГ в прямом направлении, что относительно увеличивает концентрацию реагентов CO, которые превращаются в углеводороды в реакциях синтеза Фишера-Тропша первого типа, и это благоприятно для повышения скорости реакции синтеза Фишера-Тропша.

Авторы изобретения обнаружили, что если реактор организован в несколько стадий, и между стадиями проводят удаление газовой фазы, скорость реакции синтеза Фишера-Тропша можно повысить, а производительность устройства можно увеличить.

При использовании катализаторов на основе кобальта, хотя реакция КВГ протекает слабо, присутствие воды, полученной при реакции синтеза Фишера-Тропша, также будет влиять на скорость реакции синтеза Фишера-Тропша.

Данное изобретение создано на основе понимания особенностей реакции синтеза Фишера-Тропша и на основе проведенных экспериментов.

В данном изобретении термины «связанный с…» и «соединенный с…» означают, что два объекта соединены непосредственно или посредством общих деталей или устройств (например, клапана, насоса, теплообменника).

Если не имеется противоречий, все примеры, формы воплощения и признаки данного изобретения можно объединять друг с другом.

Данное изобретение относится к способу синтеза Фишера-Тропша, включающему следующие стадии:

a) реакцию первой стадии синтеза Фишера-Тропша:

введение газообразного сырья, содержащего CO и N₂, в реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов, с получением продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

b) разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша:

разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша с отделением воды от непрореагировавшего остаточного газа и получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

c) реакцию второй стадии синтеза Фишера-Тропша:

введение непрореагировавшего остаточного газа, полученного на стадии b), в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов, с получением продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

d) разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша:

разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша с отделением воды от непрореагировавшего остаточного газа и получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша; при этом часть непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша возвращают в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакций при рециркуляции.

Предпочтительно, непрореагировавший остаточный газ реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша не возвращают в реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша, для проведения реакций при рециркуляции.

Предпочтительно, на стадии а) свежий синтез-газ, в качестве газового сырья, проходит через реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша за один проход.

Предпочтительно степень превращения СО в реакторе первой стадии синтеза Фишера-Тропша регулируют на уровне 30-70%, более предпочтительно 40-65%, и еще более предпочтительно 50-60%.

Предпочтительно, содержание воды в газообразном сырье составляет менее 0,05%, предпочтительно менее 0,01%, более предпочтительно менее 0,005%, и наиболее предпочтительно - менее 0,0001% (об.).

Предпочтительно содержание воды в непрореагировавшем остаточном газе, поступающем в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша, составляет менее 0,05%, предпочтительно менее 0,01%, более предпочтительно менее 0,005% и наиболее предпочтительно менее 0,0001% (об.).

Предпочтительно степень превращения СО в реакторе первой стадии синтеза Фишера-Тропша регулируют до уровня 30-70%, более предпочтительно 45-65%, и еще более предпочтительно 50-60%.

Разделение на стадиях b) и d) включает разделение нефтепродуктов-воды-газа для верхних продуктов реакции синтеза Фишера-Тропша. Предпочтительно, разделение нефтепродуктов-воды-газа для верхних продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии b) и/или разделение нефтепродуктов-воды-газа для верхних продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии d) включает следующие стадии:

во-первых, проведение мгновенного разделения с использованием высокотемпературного сепаратора высокого давления, с получением жидкостей и газов из высокотемпературного сепаратора высокого давления;

затем проведение мгновенного разделения газов из высокотемпературного сепаратора высокого давления с использованием холодного сепаратора высокого давления, с получением двух фаз: жидкости из холодного сепаратора высокого давления, которая представляет собой смешанный жидкофазный продукт из легких дистиллятных нефтепродуктов и воды, и газа из холодного сепаратора высокого давления, который представляет собой непрореагировавший остаточный газ.

Предпочтительно, высокотемпературный сепаратор высокого давления работает при 120-220°С, предпочтительно при 140-180°С. Предпочтительно, холодный сепаратор высокого давления работает при 5-60°С, более предпочтительно при 10-50°С.

Предпочтительно, способ согласно изобретению дополнительно включает:

е) введение жидкостей из высокотемпературного сепаратора высокого давления, полученных в реакциях первой и второй стадии синтеза Фишера-Тропша, в высокотемпературный сепаратор низкого давления, и проведение повторного мгновенного разделения с получением тяжелых дистиллятных нефтепродуктов и газов из высокотемпературного сепаратора низкого давления; и, возможно

f) введение смешанных жидкофазных продуктов из холодного сепаратора высокого давления, полученных в реакциях первой и второй стадии синтеза Фишера-Тропша, и, возможно, газов из высокотемпературного сепаратора низкого давления, в холодный сепаратор низкого давления, и проведение мгновенного разделения с получением газов из холодного сепаратора низкого давления, легких дистиллятных нефтепродуктов и воды.

Высокотемпературный сепаратор низкого давления может работать при 60-200°С, предпочтительно при 70-180°С, более предпочтительно при 80-160°С и наиболее предпочтительно при 90-140°С. Холодный сепаратор низкого давления может работать при 5-60°С, предпочтительно при 20-50°С.

Предпочтительно, реакцию первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а) проводят при следующих реакционных условиях:

Предпочтительно, в отношении реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), температура реакции составляет 200-320°С, предпочтительно 235-275°С, а более предпочтительно 245-265°С.

Предпочтительно, в отношении реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), давление реакции составляет 1,5-5 МПа (15-50 бар); предпочтительно 2-4 МПа (20-40 бар); и более предпочтительно 2,5-3,5 МПа (25-35 бар).

Предпочтительно, в отношении реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), приведенная скорость газа на входе в реактор составляет 10-40 см/с, предпочтительно 15-35 см/с, и более предпочтительно 15-25 см/с.

Предпочтительно, в отношении реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), отношение объемного расхода газового сырья (газа на входе в реактор) к массе катализатора (то есть отношение газ/катализатор) составляет 2000-50000 мл (н.у.)/г кат./ч, предпочтительно 5000-30000 мл (н.у.)/г кат./ч, и более предпочтительно 8000-20000 мл (н.у.)/г кат./ч.

Предпочтительно, реакцию второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии с) проводят при следующих реакционных условиях:

Предпочтительно, в отношении реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), температура реакции составляет 200-320°С, предпочтительно 235-275°С и более предпочтительно 245-265°С.

Предпочтительно, в отношении реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), реакционное давление составляет 1,5-5,0 МПа (15-50 бар), предпочтительно 1,8-3,8 МПа (18-38 бар), и более предпочтительно 2,5-3,5 МПа (25-35 бар).

Предпочтительно, в отношении реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), приведенная скорость газа на входе в реактор составляет 10-40 см/с, предпочтительно 15-35 см/с, и более предпочтительно - 15-25 см/с.

Предпочтительно, в отношении реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), отношение объемного расхода газа к массе катализатора составляет 2000-50000 мл (н.у.)/г кат/ч, предпочтительно 5000-30000 мл (н.у.)/г кат/ч, и более предпочтительно 8000-20000 мл (н.у.)/г кат/ч.

Предпочтительно, в отношении реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а), объемное отношение СО к H₂ в газовом сырье составляет 0,67-2,2, предпочтительно 0,8-2, более предпочтительно 1-2, и наиболее предпочтительно 1,4-2.

Предпочтительно, газовое сырье на стадии а) представляет собой синтез-газ, и предпочтительно представляет собой синтез-газ, подвергнутый очистке и реакции конверсии водяного газа. Предпочтительным газообразным сырьем является свежий синтез-газ.

Предпочтительно, катализаторы, применяемые на стадиях а) и с), являются катализаторами на основе железа или кобальта. Предпочтительно, при использовании катализаторов на основе железа, объемное отношение H₂ к CO в газовом сырье составляет 1,4-1,8, предпочтительно 1,4-1,7, более предпочтительно 1,5-1,7 и наиболее предпочтительно 1,5-1,6. Предпочтительно, при использовании катализаторов на основе кобальта объемное отношение H₂ к СО в газообразном сырье предпочтительно составляет 1,8-2,2, предпочтительно 1,9-2,1, более предпочтительно 1,95-2,05, и наиболее предпочтительно 2,0.

Предпочтительно количество реакторов для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша равно количеству реакторов для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша или превышает его; более предпочтительно, если количество реакторов для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша больше, чем количество реакторов для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша. Если количество реакторов для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша больше, чем один (или количество реакторов для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша больше, чем два), реакторы для проведения синтеза Фишера-Тропша на этой стадии соединены параллельно.

Предпочтительно, реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша и реактор для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляют собой реакторы с псевдоожиженным слоем. Предпочтительно реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем, или множество реакторов с псевдоожиженным слоем, соединенных параллельно; а реактор для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем. Реакторы для проведения синтеза Фишера-Тропша могут быть также с неподвижными слоями, неподвижными флюидизиированными слоями и с флюидизированными слоями.

Предпочтительно непрореагировавший остаточный газ реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша смешивают со всем непрореагировавшим остаточным газом реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша, а затем вводят в реактор второй стадии синтеза Фишера-Тропша. Предпочтительно объемное отношение в смеси непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша к непрореагировавшему остаточному газу реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша составляет 0,5-5, предпочтительно 1-3, и более предпочтительно 1,5-2,5. Предпочтительно, CO₂ в непрореагировавшем остаточном газе реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша удаляют перед смешиванием. Например, удаление CO₂ проводят способом удаления CO₂ горячим карбонатом калия, или способом промывки водой.

Предпочтительно на стадии b) продукты, выходящие из верхней части реактора, вводят в высокотемпературный сепаратор высокого давления (например, при 120-220°С, предпочтительно при 140-180°С), для проведения мгновенного разделения и отделения газовой фазы от фазы тяжелых нефтепродуктов. Потоки газовой фазы вводят в холодный сепаратор высокого давления (например, при 5-60°С, предпочтительно при 10-50°С), для повторного проведения мгновенного разделения и получения смешанных жидкофазных продуктов из газа, легких дистиллятных нефтепродуктов и полученной в ходе синтеза воды.

Предпочтительно на стадии d) выходящие из верхней части реактора продукты вводят в высокотемпературный сепаратор высокого давления (например, при 120-220°С, предпочтительно при 140-180°С) для проведения мгновенного разделения с получением газовой фазы и фазы тяжелых нефтепродуктов. Потоки газовой фазы вводят в холодный сепаратор высокого давления (например, при 5-60°С, предпочтительно при 10-50°С), для повторного проведения мгновенного разделения и получения смешанных жидкофазных продуктов из газа, легких дистиллятных нефтепродуктов и полученной в ходе синтеза воды.

Количество выпускаемого остаточного газа определяется содержанием в остаточном газе CO и H₂, чтобы гарантировать, что содержание СО и H₂ в остаточном газе не превышает 40%; если содержание СО и H₂ в остаточном газе больше, чем 50%, то выпускаемое количество должно быть уменьшено; если содержание СО и H₂ в остаточном газе меньше, чем 40%, то выпускаемое количество следует увеличить.

Другой аспект данного изобретения относится к устройству для проведения синтеза Фишера-Тропша, включающему:

A) реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза Фишера-Тропша; причем реактор для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша включает:

вход в реактор первой стадии, расположенный в нижней части реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

верхний выход реактора первой стадии, расположенный в верхней части реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

выпуск для парафинов или суспензии с первой стадии синтеза Фишера-Тропша, расположенный в зоне псевдоожиженного слоя реактора для проведения первой стадии синтеза Фишера-Тропша;

B) разделительное устройство первой стадии, для разделения верхних продуктов, выходящих из верхнего выпуска реактора первой стадии, с отделением, таким образом, воды от непрореагировавшего остаточного газа, с получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша; причем разделительное устройство первой стадии включает:

вход в разделительное устройство первой стадии, соединенный с верхним выходом реактора первой стадии;

множество выходов из разделительного устройства первой стадии, включающих:

выход для углеводородного продукта, полученного на первой стадии; и

выход для непрореагировавшего остаточного газа, полученного на первой стадии;

C) реактор для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза Фишера-Тропша; причем реактор для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша включает:

вход в реактор второй стадии, расположенный в нижней части реактора для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша и соединенный с выходом для непрореагировавшего остаточного газа, полученного на первой стадии;

верхний выход из реактора второй стадии, расположенный в верхней части реактора 102 для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

выход для парафинов или суспензии, полученных на второй стадии синтеза Фишера-Тропша, расположенный в зоне псевдоожиженного слоя реактора для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша;

D) разделительное устройство второй стадии, для разделения продуктов, выходящих из верхнего выпуска реактора второй стадии, с отделением, таким образом, воды от непрореагировавшего остаточного газа, с получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша; причем разделительное устройство второй стадии включает:

вход в разделительное устройство второй стадии, соединенный с верхним выходом реактора второй стадии;

множество выходов из разделительного устройства второй стадии, включающих:

выход для углеводородного продукта, полученного на второй стадии; и

выход для непрореагировавшего остаточного газа второй стадии.

Предпочтительно выход для непрореагировавшего остаточного газа, полученного на первой стадии, не соединен с входом в реактор первой стадии.

Предпочтительно, разделительное устройство первой стадии в B) и/или разделительное устройство второй стадии в D) включают устройство для разделения нефтепродуктов, воды и газа.

Предпочтительно устройство для разделения нефтепродуктов, воды и газа разделительного устройства первой стадии в B), и/или устройство для разделения нефтепродуктов, воды и газа разделительного устройства второй стадии в D) включает:

высокотемпературный сепаратор высокого давления, включающий:

вход в высокотемпературный сепаратор высокого давления, соединенный с входом разделительного устройства первой стадии или с входом разделительного устройства второй стадии;

выход для жидкости из высокотемпературного сепаратора высокого давления; и

выход для газа из высокотемпературно