Способ синтеза фишера-тропша и способ применения отработанных газов

Способ синтеза фишера-тропша и способ применения отработанных газов

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Изобретение относится к способу улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза. В частности, водород и метан рециркулируются отдельно из отработанных газов, отводимых из установки синтеза Фишера-Тропша. Метан используется для производства синтез-газа, имеющего высокое отношение водорода к углероду посредством риформинга метана. После чего водород и синтез-газ, имеющий высокое отношение водорода к углероду, смешивают с сырым газом, подвергают процессу риформинга и транспортируют к установке синтеза Фишера-Тропша для производства жидкого углеводорода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Синтез Фишера-Тропша является процессом преобразования горючих ископаемых, таких как уголь и природный газ, или возобновляемых источников энергии, таких как биомасса, в синтез-газ, после чего производят жидкие углеводородные продукты с использованием синтез-газа в присутствии катализатора. Процесс играет важную роль в снижении зависимости от энергии нефти и производства химических веществ.

[0003] В установке для синтеза Фишера-Тропша сырой синтез-газ сначала подвергают риформингу посредством реакции конверсии водяного газа, а затем углекислый газ удаляют из сырого синтез-газа.

[0004] Китайские заявки на патент № CN 1354779 A и CN 1761734 A обе раскрывают способ синтеза Фишера-Тропша производства жидких углеводородов, однако в данном случае сырой синтез-газ имеет низкое отношение водорода к углероду.

[0005] Китайская заявка на патент CN 200610140020.4 раскрывает двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша. Углекислый газ в отработанных газах сначала удаляют с помощью способа щелочной промывки. Обработанные отработанные газы смешивают с сырым газом, подвергают риформингу посредством реакции конверсии водяного газа, обезуглероживают и транспортируют к установке синтеза Фишера-Тропша.

[0006] Китайская заявка на патент № CN 200310108146.X раскрывает двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша. Инертный газ, произведенный в первичной установке синтеза Фишера-Тропша, накапливается во вторичной установке синтеза Фишера-Тропша, так что выход отработанных газов из вторичной установки синтеза Фишера-Тропша должен быть увеличен, тем самым, снижается экономическая эффективность всей системы. Кроме того, сырой синтез-газ имеет низкое отношение водорода к углероду.

[0007] Китайская заявка на патент № CN 101979468 A раскрывает то, что отработанные газы сначала обрабатывают с помощью установки риформинга углекислого газа. Насыщенные метаном неконденсируемые отработанные газы смешиваются и вступают в реакцию с углекислым газом с образованием синтез-газа. Синтез-газ транспортируется обратно и смешивается с сырым газом, подвергается риформингу посредством реакции конверсии водяного газа для регулирования отношения водорода к углероду, а затем углекислый газ удаляется.

[0008] В общем, процедура риформинга является общепринятой стадией в способе синтеза Фишера-Тропша. Если объем обработки в процедуре риформинга может быть снижен, экономическая эффективность системы будет увеличиваться, а выбросы углекислого газа будут значительно сокращены. Кроме того, биомасса имеет низкую энергетическую плотность и ограниченный диапазон по сбору. Процедура риформинга приводит к потере углерода, который ограничивает производственную мощность установок по производству топлива из биомассы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] С учетом вышеописанных проблем, одна задача изобретения - это предоставить способ улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза. Способ может возвращать в оборот водород и метан из установки синтеза Фишера-Тропша, уменьшать выбросы углекислого газа и уменьшать обрабатывающую нагрузку процедуры преобразования, тем самым, улучшая эффективность производства и экономичность всей системы. Способ является простым, высокоэффективным и имеет низкую себестоимость.

[0010] Для достижения вышеуказанной задачи, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, предложен способ улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза, причем способ содержит:

[0011] 1) преобразование сырого газа для синтеза Фишера-Тропша с использованием реакции конверсии водяного газа, транспортировку преобразованного сырого газа на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора на основе Fe или на основе Со, регулирование температуры реакции синтеза Фишера-Тропша на уровне между 150 и 300°C и давлении реакции между 2 и 4 МПа (A) с целью производства жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят с установки синтеза Фишера-Тропша;

[0012] 2) подачу отработанных газов с установки синтеза Фишера-Тропша в первый короткоцикловой адсорбер для извлечения водорода и регулирование чистоты водорода на уровне 80-99% об.;

[0013] 3) подачу отработанных газов со стадии 2) во второй короткоцикловой адсорбер для извлечения метана и регулирование чистоты метана на уровне 80-95% об.;

[0014] 4) возвращение части водорода, полученного на стадии 2), на стадию 1), чтобы смешать с сырым газом и преобразование конечного смешанного газа с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого газа для синтеза Фишера-Тропша; и

[0015] 5) подачу метана на стадии 3) в установку риформинга метана для риформинга с целью производства синтез-газа, имеющего высокое соотношение водород/углерод, транспортировку синтез-газа на стадию 1) для смешивания с сырым газом и преобразование конечного смешанного газа с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого газа.

[0016] В рамках этого варианта осуществления, 30-60% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) возвращают на стадию 1) с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого газа, 2-8% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) используют для активации и восстановления катализатора, а остальной водород используют для обработки жидкого углеводородного продукта.

[0017] В рамках этого варианта осуществления, отработанные газы, из которых удалили метан, на стадии 3) подают на установку углеводородного риформинга для использования в качестве топлива или для непосредственного сжигания с целью обеспечения нагревания или с целью производства электроэнергии.

[0018] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 2) чистота водорода составляет 85-95% об.

[0019] В рамках этого варианта осуществления чистота метана составляет 90-95% об.

[0020] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 2 и 5.

[0021] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 3 и 4.

[0022] Преимущества в соответствии с вариантами осуществления изобретения заключаются в следующем:

[0023] 1. Водород и метан рециркулируются из отработанных газов установки синтеза Фишера-Тропша, тем самым, улучшая производственную эффективность и скорость использования углерода.

[0024] 2. Обрабатывающая нагрузка в процессе преобразования сырого газа уменьшается, и выбросы углекислого газа уменьшаются.

[0025] 3. Водород, рециркулируемый из отработанных газов, может быть использован для последующей обработки жидкого углеводородного продукта, которая является экономичной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] Фиг. 1 является блок-схемой операций способа улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0027] Фиг. 1 является блок-схемой операций способа улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза.

[0028] Изобретение предоставляет способ улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркуляции отработанных газов посредством этого синтеза, при этом способ содержит:

[0001] 1) преобразование сырого газа для синтеза Фишера-Тропша с использованием реакции конверсии водяного газа, транспортировку преобразованного сырого газа на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора на основе Fe или на основе Со, регулирование температуры реакции синтеза Фишера-Тропша на уровне между 150 и 300°C и давления реакции между 2 и 4 МПа с целью образования жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят с установки синтеза Фишера-Тропша;

[0002] 2) подачу отработанных газов с установки синтеза Фишера-Тропша в первый короткоцикловой адсорбер для извлечения водорода и регулирование чистоты водорода на уровне 80-99% об.;

[0003] 3) подачу отработанных газов со стадии 2) во второй короткоцикловой адсорбер для извлечения метана и регулирование чистоты метана на уровне 80-95% об.;

[0004] 4) возвращение части водорода, полученного на стадии 2), на стадию 1) для смешивания с сырым газом и преобразование конечного смешанного газа с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого газа для синтеза Фишера-Тропша; и

[0005] 5) подачу метана на стадии 3) на установку риформинга метана для риформинга с целью производства синтез-газа, имеющего высокое соотношение водород/углерод, транспортировку синтез-газа на стадию 1) для смешивания с сырым газом и преобразование конечного смешанного газа для регулирования соотношения водород/углерод сырого газа.

[0006] 30-60% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) возвращают на стадию 1) с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого газа, 2-8% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) используют для активации и восстановления катализатора, а остальной водород используют для обработки жидкого углеводородного продукта.

[0007] Отработанные газы, из которых удалили метан, на стадии 3) подают на установку углеводородного риформинга для использования в качестве топлива или для непосредственного сжигания с целью обеспечения нагревания или с целью производства электроэнергии.

[0008] На стадии 2) чистота водорода составляет 85-95% об.

[0009] Предпочтительно, когда чистота метана составляет 90-95% об.

[0010] Предпочтительно, когда на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 2 и 5.

[0011] Предпочтительно, когда на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 3 и 4.

[0012] Тепловая энергия или произведенная электроэнергия направляется в локальные зоны или прилегающие зоны, чтобы обеспечить питание привода для турбин внутреннего сгорания или паровых турбин.

Пример 1

[0013] Газификатор биомассы производит сырой синтез-газ со скоростью 4000 нм³/ч. Компоненты сырого синтез-газа приведены в Таблице 1. Объемное соотношение водород/окись углерода составляет 0,39.

Таблица 1
Компоненты сырого синтез-газа
Компоненты	% об.
H2	19
CO	49
CO2	24
CH4	2
N2	6

[0014] Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:

[0015] 1. Чистота водорода из первого короткоциклового адсорбера составляет 80% об.

[0016] 2. Чистота метана из второго короткоциклового адсорбера составляет 95% об.

[0017] 3. Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 190°C.

[0018] 4. Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,1 МПа (А).

[0019] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и рабочие параметры способа формулируют следующим образом:

[0020] 1) объемное соотношение водород/окись углерода исходного синтез-газа, подаваемого на установку синтеза Фишера-Тропша, составляет 2,1, а эффективный синтез-газ (Н₂+СО) составляет 90% об. от общего газа;

[0021] 2) производительность жидкого углеводорода составляет 523 кг в час, которая увеличивается на 27% по сравнению с традиционными способами при тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции;

[0022] 3) углекислый газ в количестве 7,4 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 24% по сравнению с традиционными способами в тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции.

Пример 2

[0023] Применяемый сырой синтез-газ является таким же, как в Примере 1. Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:

[0024] 1. Чистота водорода из первого короткоциклового адсорбера составляет 90% об.

[0025] 2. Чистота метана из второго короткоциклового адсорбера 90% об.

[0026] 3. Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 230°C.

[0027] 4. Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 3,0 МПа (А).

[0028] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и рабочие параметры способа формулируют следующим образом:

[0029] 1) объемное соотношение водород/окись углерода исходного синтез-газа, подаваемого на установку синтеза Фишера-Тропша, составляет 2,3, а эффективный синтез-газ (Н₂+СО) составляет 91% об. от общего газа;

[0030] 2) производительность жидкого углеводорода составляет 500 кг в час, которая увеличивается на 33% по сравнению с традиционными способами при тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции;

[0031] 3) углекислый газ в количестве 7,8 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 29% по сравнению с традиционными способами в тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции.

Пример 3

[0032] Применяемый сырой синтез-газ является таким же, как в Примере 1. Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:

[0033]1. Чистота водорода из первого короткоциклового адсорбера составляет 95% об.

[0034] 2. Чистота метана из второго короткоциклового адсорбера 80% об.

[0035] 3. Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 250°C.

[0036] 4. Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 3,5 МПа (А).

[0037] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и рабочие параметры способа формулируют следующим образом:

[0038] 1) объемное соотношение водород/окись углерода исходного синтез-газа, подаваемого на установку синтеза Фишера-Тропша, составляет 2,5, а эффективный синтез-газ (Н₂+СО) составляет 92% об. от общего газа;

[0039] 2) производительность жидкого углеводорода составляет 480 кг в час, которая увеличивается на 39% по сравнению с традиционными способами при тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции;

[0040] 3) углекислый газ в количестве 8,4 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 31% по сравнению с традиционными способами в тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции.

Пример 4

[0041] Применяемый сырой синтез-газ является таким же, как в Примере 1. Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:

[0042]1. Чистота водорода из первого короткоциклового адсорбера составляет 80% об.

[0043] 2. Чистота метана из второго короткоциклового адсорбера 80% об.

[0044] 3. Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 210°C.

[0045] 4. Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,5 МПа (А).

[0046] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и рабочие параметры способа формулируют следующим образом:

[0047] 1) объемное соотношение водород/окись углерода исходного синтез-газа, подаваемого на установку синтеза Фишера-Тропша, составляет 2,5, а эффективный синтез-газ (Н₂+СО) составляет 89% об. от общего газа;

[0048] 2) производительность жидкого углеводорода составляет 474 кг в час, которая увеличивается на 37% по сравнению с традиционными способами при тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции;

[0049] 3) углекислый газ в количестве 8,3 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 32% по сравнению с традиционными способами в тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции.

Пример 5

[0050] Применяемый сырой синтез-газ является таким же, как в Примере 1. Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:

[0051] 1. Чистота водорода из первого короткоциклового адсорбера составляет 99% об.

[0052] 2. Чистота метана из второго короткоциклового адсорбера 95% об.

[0053] 3. Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 220°C.

[0054] 4. Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,3 МПа (А).

[0055] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и рабочие параметры способа формулируют следующим образом:

[0056] 1) объемное соотношение водород/окись углерода исходного синтез-газа, чтобы быть поданным на установку синтеза Фишера-Тропша, составляет 2, а эффективный синтез-газ (Н₂+СО) составляет 89% об. от общего газа;

[0057] 2) производительность жидкого углеводорода составляет 517 кг в час, которая увеличивается на 23% по сравнению с традиционными способами при тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции;

[0058] 3) углекислый газ в количестве 7,6 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 20% по сравнению с традиционными способами в тех же рабочих условиях при отсутствии газовой рециркуляции.

1. Способ улучшения синтеза Фишера-Тропша и рециркулирования отработанных газов посредством этого синтеза, способ содержит:1) транспортировку произведенного газификацией биомассы сырого синтез-газа на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора на основе Fe или на основе Со, регулирование температуры реакции синтеза Фишера-Тропша на уровне между 150 и 300°С и давления реакции между 2 и 4 МПа (А) с целью производства жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят с установки синтеза Фишера-Тропша;2) подачу отработанных газов с установки синтеза Фишера-Тропша на первый короткоцикловой адсорбер для извлечения водорода и регулирование чистоты водорода на уровне 80-99% об.;3) подачу отработанных газов со стадии 2) на второй короткоцикловой адсорбер для извлечения метана и регулирование чистоты метана на уровне 80-95% об.;4) возвращение части водорода, полученного на стадии 2), на стадию 1) для смешивания с сырым синтез-газом и преобразование конечного смешанного газа с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша; и5) подачу метана на стадии 3) на установку риформинга метана для риформинга с целью производства синтез-газа, имеющего высокое соотношение водород/углерод, транспортировку синтез-газа на стадию 1) для смешивания с сырым синтез-газом и преобразование конечного смешанного газа для регулирования соотношения водород/углерод сырого синтез-газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 30-60% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) возвращают на стадию 1) с целью регулирования соотношения водород/углерод сырого синтез-газа, 2-8% об. рециркулируемого водорода на стадии 2) используют для активации и восстановления катализатора, а остальной водород используют для обработки жидкого углеводородного продукта.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отработанные газы, из которых удалили метан, на стадии 3) подают на установку углеводородного риформинга для использования в качестве топлива или для непосредственного сжигания с целью обеспечения нагревания или с целью производства электроэнергии.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии 2) чистота водорода составляет 85-95% об.

5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии 3) чистота метана составляет 90-95% об.

6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 2 и 5.

7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 3 и 4.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на стадии 3) чистота метана составляет 90-95% об.

9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 3 и 4.

10. Способ по п. 5, отличающийся тем, что на стадии 5) объемное отношение водорода к окиси углерода синтез-газа после реакции риформинга метана находится между 3 и 4.