EA 030340B1 20180731 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2018\PDF/030340 Полный текст описания [**] EA201391446 20120330 Регистрационный номер и дата заявки GB1105571.2 20110401 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок GB2012/050716 Номер международной заявки (PCT) WO2012/131385 20121004 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21807 Номер бюллетеня [**] СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ Название документа [8] C01B 3/36, [8] C10G 2/00 Индексы МПК [GB] Бэнистер Джеймс Сведения об авторах [GB] ГЭС2 ЛИМИТЕД Сведения о патентообладателях [GB] ГЭС2 ЛИМИТЕД Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000030340b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ получения потока тяжелого углеводорода из потока легкого углеводорода с использованием потока окислителя, содержащего кислород в качестве окислителя, и потока легкого углеводорода в реакторе неполного каталитического окисления для формирования синтез-газа, и преобразованием синтез-газа в процессе Фишера-Тропша, используя реактор Фишера-Тропша и катализатор на носителе, с получением в результате более тяжелых парафинов, где способ включает: a) сжатие и нагрев потока окислителя; b) нагрев потока легкого углеводорода; c) поставку потоков окислителя и углеводорода в реактор неполного каталитического окисления для образования указанного синтез-газа, причем реактор неполного каталитического окисления включает две камеры, разделенные пористой керамической стенкой, где пористая керамическая стенка содержит или несет катализатор неполного окисления на основе родия, осажденного на оксид алюминия, при этом пористая керамическая стенка представляет собой цилиндрическую структуру, которая имеет пористость от 10 до 50%, имеет размер пор, который составляет от 200 до 20000 нм, характеризуется толщиной от 1 до 10 мм и выполнена таким образом, что поток легкого углеводорода и поток продукта синтез-газа составляют турбулентный поток, имеющий число Рейнолдса больше чем 2000 в точке ввода легкого углеводорода, и молярные потоки окислителя и углеводорода находятся в соотношении приблизительно 1:2, при этом окислитель вводится в одну камеру, а углеводород вводится в другую камеру; d) охлаждение полученного синтез-газа для конденсации воды и последующего ее отделения; e) подачу высушенного синтез-газа без дополнительного сжатия в реактор Фишера-Тропша; f) преобразование высушенного синтез-газа в неподвижном слое реактора со структурированным катализатором, где каталитические частицы фиксированы на пористом носителе и существует возможность принудительного движения потока высушенного синтез-газа через нанесенный катализатор и пористый носитель для получения потока углеводорода и газообразного потока, включающего легкие углеводороды, водород, монооксид углерода, воду, и g) выделение потока продукта, включающего легкие и тяжелые углеводороды, водород и монооксид углерода.

2. Способ по п.1, в котором вводимый поток легкого углеводорода, используемый для формирования синтез-газа, выбран из метана; природного газа; метана угольного пласта; попутного газа; газа плотных пород и сланцевого газа, причем пористая стенка, содержащая или несущая катализатор неполного окисления, имеет неионную проводимость.

3. Способ по п.1, в котором поток получаемого тяжелого углеводорода выбран из сжиженного газа; бензина; дизельного топлива; мягкого воска и твердого воска и поток окислителя сжимают до значений от 10 бар манометрических до 30 бар манометрических и нагревают до температуры в интервале от 250 до 450°С, а поток легкого углеводорода нагревают до температуры от 250 до 550°С.

4. Способ по п.1, в котором катализатор неполного окисления включает родий, нанесенный на носитель с высокой удельной поверхностью, при этом носитель с высокой удельной поверхностью для катализатора на основе родия представляет собой термически стабилизированный оксид алюминия с высокой удельной поверхностью, или катализатором Фишера-Тропша является катализатор на основе кобальта.

5. Способ по п.1, в котором окислителем является воздух или воздух, обогащенный кислородом, где окислитель содержит более чем 19%, но менее чем 97% кислорода, и где полученный синтез-газ характеризуется соотношением водород:монооксид углерода, составляющим приблизительно от 1,8:1 до 2,2:1.

6. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1 или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 1000 мм.

7. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор, больше чем 500 нм.

8. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 3000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.

9. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, прикрепленный к пористому носителю, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 200 мкм.

10. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша представляет собой катализатор на основе кобальта, в котором приблизительно 90% имеющегося кобальта содержатся в пределах 8 мм поверхности теплопередачи, причем полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша составляет более чем 1 ×10 -15 м.

11. Способ по п.1, в котором полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша составляет более чем 1 ×10 -16 м; причем пористый носитель катализатора Фишера-Тропша скомпонован в цилиндрической форме для формирования внешней и внутренней камеры.

12. Способ по п.1, в котором пористый носитель катализатора Фишера-Тропша образует отдельные камеры, через которые протекает синтез-газ, причем периметр цилиндрической формы неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша выбран таким образом, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.

13. Способ по п.1, в котором упомянутая цилиндрическая форма неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша содержит такие внутренние каналы, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.

14. Способ по п.1, в котором поверхность теплопередачи может быть расширена за счет использования продольных ребер и где пористый носитель катализатора для катализатора Фишера-Тропша, по существу, находится в плоской форме.

15. Способ по п.1, в котором углеводородный продукт циркулирует внутри камер, образованных катализатором Фишера-Тропша.

16. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1, или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 2000 мм.

17. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 1000 нм.

18. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 10000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.

19. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 500 мкм.

20. Способ получения потока тяжелого углеводорода по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 1000 мкм.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Способ получения потока тяжелого углеводорода из потока легкого углеводорода с использованием потока окислителя, содержащего кислород в качестве окислителя, и потока легкого углеводорода в реакторе неполного каталитического окисления для формирования синтез-газа, и преобразованием синтез-газа в процессе Фишера-Тропша, используя реактор Фишера-Тропша и катализатор на носителе, с получением в результате более тяжелых парафинов, где способ включает: a) сжатие и нагрев потока окислителя; b) нагрев потока легкого углеводорода; c) поставку потоков окислителя и углеводорода в реактор неполного каталитического окисления для образования указанного синтез-газа, причем реактор неполного каталитического окисления включает две камеры, разделенные пористой керамической стенкой, где пористая керамическая стенка содержит или несет катализатор неполного окисления на основе родия, осажденного на оксид алюминия, при этом пористая керамическая стенка представляет собой цилиндрическую структуру, которая имеет пористость от 10 до 50%, имеет размер пор, который составляет от 200 до 20000 нм, характеризуется толщиной от 1 до 10 мм и выполнена таким образом, что поток легкого углеводорода и поток продукта синтез-газа составляют турбулентный поток, имеющий число Рейнолдса больше чем 2000 в точке ввода легкого углеводорода, и молярные потоки окислителя и углеводорода находятся в соотношении приблизительно 1:2, при этом окислитель вводится в одну камеру, а углеводород вводится в другую камеру; d) охлаждение полученного синтез-газа для конденсации воды и последующего ее отделения; e) подачу высушенного синтез-газа без дополнительного сжатия в реактор Фишера-Тропша; f) преобразование высушенного синтез-газа в неподвижном слое реактора со структурированным катализатором, где каталитические частицы фиксированы на пористом носителе и существует возможность принудительного движения потока высушенного синтез-газа через нанесенный катализатор и пористый носитель для получения потока углеводорода и газообразного потока, включающего легкие углеводороды, водород, монооксид углерода, воду, и g) выделение потока продукта, включающего легкие и тяжелые углеводороды, водород и монооксид углерода.

2. Способ по п.1, в котором вводимый поток легкого углеводорода, используемый для формирования синтез-газа, выбран из метана; природного газа; метана угольного пласта; попутного газа; газа плотных пород и сланцевого газа, причем пористая стенка, содержащая или несущая катализатор неполного окисления, имеет неионную проводимость.

3. Способ по п.1, в котором поток получаемого тяжелого углеводорода выбран из сжиженного газа; бензина; дизельного топлива; мягкого воска и твердого воска и поток окислителя сжимают до значений от 10 бар манометрических до 30 бар манометрических и нагревают до температуры в интервале от 250 до 450°С, а поток легкого углеводорода нагревают до температуры от 250 до 550°С.

4. Способ по п.1, в котором катализатор неполного окисления включает родий, нанесенный на носитель с высокой удельной поверхностью, при этом носитель с высокой удельной поверхностью для катализатора на основе родия представляет собой термически стабилизированный оксид алюминия с высокой удельной поверхностью, или катализатором Фишера-Тропша является катализатор на основе кобальта.

5. Способ по п.1, в котором окислителем является воздух или воздух, обогащенный кислородом, где окислитель содержит более чем 19%, но менее чем 97% кислорода, и где полученный синтез-газ характеризуется соотношением водород:монооксид углерода, составляющим приблизительно от 1,8:1 до 2,2:1.

6. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1 или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 1000 мм.

7. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор, больше чем 500 нм.

8. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 3000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.

9. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, прикрепленный к пористому носителю, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 200 мкм.

10. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша представляет собой катализатор на основе кобальта, в котором приблизительно 90% имеющегося кобальта содержатся в пределах 8 мм поверхности теплопередачи, причем полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша составляет более чем 1 ×10 -15 м.

11. Способ по п.1, в котором полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша составляет более чем 1 ×10 -16 м; причем пористый носитель катализатора Фишера-Тропша скомпонован в цилиндрической форме для формирования внешней и внутренней камеры.

12. Способ по п.1, в котором пористый носитель катализатора Фишера-Тропша образует отдельные камеры, через которые протекает синтез-газ, причем периметр цилиндрической формы неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша выбран таким образом, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.

13. Способ по п.1, в котором упомянутая цилиндрическая форма неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша содержит такие внутренние каналы, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.

14. Способ по п.1, в котором поверхность теплопередачи может быть расширена за счет использования продольных ребер и где пористый носитель катализатора для катализатора Фишера-Тропша, по существу, находится в плоской форме.

15. Способ по п.1, в котором углеводородный продукт циркулирует внутри камер, образованных катализатором Фишера-Тропша.

16. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1, или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 2000 мм.

17. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 1000 нм.

18. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 10000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.

19. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 500 мкм.

20. Способ получения потока тяжелого углеводорода по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 1000 мкм.


Евразийское 030340 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.07.31
(21) Номер заявки 201391446
(22) Дата подачи заявки
2012.03.30
(51) Int. Cl. C01B 3/36 (2006.01) C10G 2/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
(31) 1105571.2
(32) 2011.04.01
(33) GB
(43) 2014.02.28
(86) PCT/GB2012/050716
(87) WO 2012/131385 2012.10.04
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ГЭС2 ЛИМИТЕД (GB)
(72) Изобретатель:
Бэнистер Джеймс (GB)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) US-A1-2009286890 WO-A1-2004098750 WO-A1-2004002927 US-A1-2007299147
(57) В изобретении описывается использование газа высокого давления в жидкостном (GTL) процессе. Более подробно в изобретении описывается проточный процесс высокого давления GTL, использующий пористый каталитический мембранный реактор с возможностью присоединения к новому структурированному реактору с неподвижным слоем, который включает принудительное движение потока через пористый каталитический структурированный катализатор в сочетании с высоким уровнем теплопередачи, где не существует сжатия между риформингом и стадиями Фишера-Тропша.
Область техники
Изобретение относится к газу высокого давления для жидкостного процесса (GTL). Более конкретно, изобретение имеет отношение к проточному процессу высокого давления GTL с использованием пористого каталитического мембранного реактора, способного подсоединяться к оригинальному структурированному реактору с неподвижным слоем, который включает принудительное движение потока через мелкопористый катализатор Фишера-Тропша в сочетании с высокими уровнями теплопередачи, где не происходит никакого сжатия синтез-газа между риформингом и стадиями Фишера-Тропша.
Уровень техники
Газ для жидкостных процессов, которые объединяют технологию риформинга для получения синтез-газа с процессом Фишера-Тропша, хорошо известен. Множество технологий риформинга и реакторных технологий Фишера-Тропша являются доступными и имеют различные степени эффективности, сложности, масштабируемость и затраты. Известны три основные технологии риформинга синтез-газа и они представляют собой паровой риформинг, автотермический риформинг и частичное каталитическое окисление. Для крупномасштабных процессов в качестве технологии риформинга обычно выбирают автотермический риформинг, поскольку он создает самые высокие уровни теплового коэффициента полезного действия (КПД), функционирует с самым низким количеством пара и является самым эффективным для строительства высокопроизводительных в одну линию больших заводов мирового масштаба. Его, как правило, комбинируют с суспензионно-фазовым процессом Фишера-Тропша, использующим кобальтовый катализатор. Описание развития этих технологий хорошо подтверждено документально в оригинальных документах, таких как публикация А.Р. Steynberg and M.E Dry, Fischer-Tropsch Technology, v 152, Studies in Surface Science and Catalysis, которая включена в настоящий документ ссылкой.
В то время как стимулами для построения заводов мирового масштаба является достижение конкурентного ценообразования посредством строительства в высшей степени больших заводов, высокие уровни капитальных вложений, которые требуются для таких больших заводов, основываются на том, что заводы должны быть построены с учетом наличия больших запасов газа, способных к высокой выработке последнего на протяжении многих лет: порядка более чем 1 TcF (триллион кубических футов).
Однако большинство мировых источников газа содержатся в небольших далеко отстоящих друг от друга областях, где газа недостаточно, чтобы обеспечить отдачу крупномасштабных дорогостоящих заводов. С учетом этих обстоятельств проблема состоит в том, чтобы свести уменьшение заводских затрат до значения, при котором возможно было бы получить оптимальные результаты при мелкомасштабном производстве с минимальным числом нефтехимических установок.
Понятие упрощенного газа для жидкофазного процесса обсуждалось в ряде работ, включая публикацию "Новая концепция для производства жидких углеводородов из природного газа в отдаленных районах "by K. Hedden, A.Jess and T. Kuntze, Oil Gas - European Magazine 1994, которая включена в настоящий документ ссылкой. Автотермические реакторы, как правило, используют камеру сгорания, в которой поток легких углеводородов частично сгорает с воздухом или воздухом, обогащенным кислородом, в комбинации с паром, в результате чего энергия, вырабатываемая в процессе горения, индуцирует высокотемпературный газ, который затем пропускают через катализатор риформинга в пределах того же самого сосуда высокого давления. Эта технология требует присутствия пара, который предотвращает образование сажи и уменьшает дезактивацию катализатора. Альтернативное коммерческое предложение патентного документа US 6344491 состоит в том, что количество пара можно уменьшать или исключать посредством проведения стадии неполного каталитического сгорания в высокоскоростном реакторе неполного окисления. Патентный документ US 6344491 включен в настоящий документ ссылкой. В то время как высокоскоростной реактор может служить для уменьшения размера автотермического реактора за счет того, что не требуется длительного времени пребывания для полного сгорания, и далее уменьшается или исключается использование пара, требуется тщательный контроль для уменьшения риска неконтролируемого сгорания. В обычном автотермическом риформинге окислитель и углеводород реагируют при смешивании, что предусматривает более безопасный реактор и позволяет более высокие уровни подогрева газа, однако, с автотермическим риформингом неполного каталитического сгорания безопасность системы полагается на поддержание высоких скоростей в пределах реактора. Кроме того, было найдено, что перегрев катализатора с неподвижным слоем при неполном окислении предварительно смешанной системы происходит таким образом, что температура поверхности катализатора превышает температуру окружающего газа, приводя к повышению дезактивации катализатора. К тому же температуры в пределах воздуха, подаваемого в автотермический реактор или в реактор неполного окисления, которые значительно превышают 1000°С, могут привести к образованию окислов азота, которые должны быть удалены перед реактором Фишера-Тропша, чтобы избежать возможности порчи катализатора.
Способ риформинга метана для получения синтез-газа описывается в патентном документе WO 2004/098750, и этот синтез-газ охарактеризован как отвечающий требованиям для преобразования в продукты Фишера-Тропша, но патент не предлагает решения, относительно которого процесс является наиболее подходящим для производства продуктов Фишера-Тропша.
Использование тонкодисперсного включения или катализатора Фишера-Тропша для достижения
высокой активности катализатора было описано, например, в патентном документе GB 2403481, в котором использовались частицы размером от 10 до 700 мкм для достижения высокой активности катализатора, однако они должны были использоваться в пределах жидкой суспензии для достижения эффективного контакта с синтез-газом и во избежания снижения избыточного давления. В этом патенте отмечено, что катализатор, в конечном счете, удаляется с помощью пористых фильтров, при этом никакая реакция не имеет места на фильтрах в отсутствие синтез-газа.
Присутствие водяного пара в технологическом газе, который используется в обычном автотермическом риформинге, отрицательно сказывается на упрощении процесса, которое желательно для малых масштабов производства. Водяной пар повышает тепловую энергию, содержащуюся в технологическом газе, которая должна регенерироваться для поддержания теплового коэффициента полезного действия. Это приводит к системе регенерации тепла, которая является неотъемлемой частью поддержания теплового коэффициента полезного действия. Однако потребность в регенерации тепла увеличивает сложность, размер и капитальные затраты используемого предприятия.
Проблема строительства больших реакторов Фишера-Тропша хорошо описана в публикации А.Р. Steynberg and M.E. Dry, Fischer-Tropsch Technology, v. 152, Studies in Surface Science and Catalysis. Для самых больших масштабов производства трудности с изготовлением трубных решеток диаметром в несколько метров влияют на себестоимость, и поэтому часть выгоды от применения технологии суспензионного слоя зависит от простоты изготовления максимальных реакторов. При небольших уровнях производства сложность изготовления реактора может повышаться относительно небольшого прироста дополнительных затрат при технологических проблемах, указанных ниже.
Проблемы теплопередачи, массообмена и объемной производительности для конструктивного исполнения реактора Фишера-Тропша хорошо описаны в публикации R. Guettel, T. Turek, Comparison of Different Reactor Types for Low Temperature Fischer-Tropsch Synthesis: A Simulation Study, Chemical Engineering Science, 64 (2009), 955-964, которая иллюстрирует преимущества и потенциал различных технологий, которые доступны для синтеза жидкого углеводорода. Несмотря на то что относительно просто получить кобальтовый катализатор для производства углеводорода по Фишеру-Тропшу, который может эффективно работать в количестве нескольких граммов, эта публикация выдвигает на первый план проблемы производства реактора такой конструкции, которая будет способна к поддержанию этой работы в промышленном масштабе. По существу, неподвижный слой кобальтового катализатора не может работать с высокой эффективностью, если не используются частицы размером менее чем 200 мкм. Однако использование небольших частиц требует применения низких скоростей газа, чтобы избежать падения избыточного давления. Это приводит к недостаточной способности теплопередачи, если катализатор просто упакован в пределах традиционных труб диаметром 25 мм. Казалось бы, есть альтернатива: покрыть поверхность реактора пластинчатого типа частицами катализатора. Несмотря на то что это решает проблему теплопередачи и обеспечивает большую поверхность теплопередачи, чем это фактически необходимо, методы строительства этих типов реакторов требуют, чтобы технологический газ и катализатор занимали в основном 40% или менее общего объема реактора. Принимая во внимание систему трубопроводов и любое давление, содержащееся в реакторе, которое является необходимым, можно получить в результате очень низкий коэффициент использования полезного объема упакованного катализатора, а также высокие характерные реакторные капитальные затраты. Часть потерянной эффективности может быть возвращена посредством работы катализатора при более высокой температуре и с более высокой внутренней эффективностью, но это может привести к сокращению срока службы катализатора и пониженной селективности к желаемому углеводородному продукту.
Одним из альтернативных вариантов, который обеспечивает высокую активность слоя, является использование структурированного катализатора, такого как, например, описанного в патентном документе Itenberg и др. US 2005/0032921, в котором используется высокая проницаемость цилиндрической структуры с присущей эквивалентной глубиной неподвижного слоя приблизительно 5 мм. Патентный документ US 2005/0032921 включен в настоящий документ ссылкой. Газ пропускают через пористую структуру, которая позволяет катализатору работать без жестких ограничений массопереноса. Теплопроводность сплавленной структуры катализатора достаточна, чтобы избежать повышения разности температуры более чем на 5°С, которая нарастает при прохождении через мембранную структуру.
Это в какой-то мере позволяет проиллюстрировать способ, в котором кобальтовая структура может быть введена в реактор для поддержания эффективности кобальтового катализатора, но не описывает способ, как тепло можно лучше всего удалять из реактора. Это также ограничивает состав катализатора таким составом, который может быть сплавлен, чтобы получить структуру носителя, механически достаточно прочной, чтобы использоваться в пределах промышленного реактора. Проблема заключается в производстве катализаторов большой механической прочности, которые способны выдерживать как трение суспензионной фазы, так и силы, связанной с высоким перепадом давления и упаковочным напряжением неподвижного слоя процесса.
Другая альтернатива - использование суспензионной технологии, где катализаторные частицы суспендированы в пределах смеси жидкого продукта, перемешиваются газом, путем барботирования, и смесь при этом подается в реактор, который имеет более высокую объемную загрузку кобальта в преде
лах реактора, но при этом высокая катализаторная эффективность посредством использования малых суспендированных частиц страдает от трудностей, связанных с истиранием катализатора. Мелкие ката-лизаторные частицы должны удаляться из раствора продукта с использованием фильтрации либо с внутренней, либо с внешней стороны реактора. У этих фильтров существует тенденция к засорению, как результат истирания катализатора, которое присуще процессу.
Так что необходимо конструктивное исполнение реактора, который сделает возможным высокую теплопередачу раствора, помещенного в пределах реактора Фишера-Тропша, и который сделает возможным поддержание высокой эффективности катализатора. Также требуется структура носителя катализатора, которая будет позволять составам кобальтового катализатора, у которых имеются высокие уровни восстановительной способности и активности, внедряться в структуру без ограничения механической прочности и теплопроводности.
Высокая теплопередача в реакторе может быть достигнута с использованием плоской конструкции решетки теплообменников, в которой катализатор не капсулируется, например в патентном документе US 2009/0145589A1, при этом также не используется структурированный носитель катализатора, чтобы запустить принудительный маршрут движения газа реагента через пористую структуру катализатора для повышения активности катализатора.
Следовательно, существует продолжающийся поиск газа для жидкофазной технологии, подходящей для мелкомасштабного производственного процесса, который минимизирует капитальные затраты с помощью использования технологии, требующей минимальной компоновки, избегая сжатия синтез-газ между установкой риформинга и установкой Фишера-Тропша и обеспечивая реактор Фишера-Тропша, допускающий высокую конверсию и функционирующий с катализатором высокой активности.
Это является задачей по меньшей мере одного аспекта настоящего изобретения, чтобы устранить или смягчить по меньшей мере одну или более из вышеупомянутых проблем.
Еще одной дальнейшей задачей по меньшей мере одного аспекта настоящего изобретения является обеспечение улучшенного процесса Фишера-Тропша, который избегает сжатие синтез-газа между установкой риформинга и установкой Фишера-Тропша и обеспечивает реактор Фишера-Тропша, способный к высокой конверсии и функционирующий с катализатором высокой активности.
Сущность изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ получения синтез-газа из потока легкого углеводорода с использованием потока окислителя, включающего кислород в качестве окислителя, в реакторе неполного каталитического окисления и преобразование синтез-газа в процессе Фишера-Тропша с использованием кобальтового катализатора на носителе для получения более тяжелых парафинов, где необходимое давление процесса обеспечивается путем поставки потоков реагентов в реактор неполного каталитического окисления, где способ включает:
a) сжатие и нагревание потока окислителя;
b) нагревание потока легких углеводородов;
c) поставку потоков окислителя и углеводорода в реактор неполного каталитического окисления для образования синтез-газа, где реактор неполного каталитического окисления включает две камеры, разделенные пористой стенкой, которая имеет неионную проводимость, и где пористая стенка содержит или поддерживает родиевый катализатор, и молярные потоки окислителя и углеводорода находятся в соотношении приблизительно около 1:2, и окислитель вводится преимущественно в одну камеру, а углеводород вводится преимущественно в другую камеру;
d) охлаждение полученного синтез-газа для конденсирования воды с последующим ее отделением;
e) подачу высушенного синтез-газа без дополнительного сжатия в реактор Фишера-Тропша;
f) преобразование высушенного синтез-газа на неподвижном слое структурированного катализатора в реакторе с принудительным движением потока через пористую структуру катализатора для получения потока тяжелого углеводорода (например, тяжелых парафинов) и газообразного потока, включающего легкие углеводороды, водород, монооксид углерода, воду с использованием нанесенного катализатора в неподвижном слое с размером частиц приблизительно 200 мкм; и
g) регенерацию потока продукта, включающего легкие и тяжелые углеводороды, водород и монооксид углерода.
Изобретение, в силу вышесказанного, относится к улучшенному процессу Фишера-Тропша, в котором избегается сжатие синтез-газа между установкой риформинга и установкой Фишера-Тропша и обеспечивается реактор Фишера-Тропша, допускающий высокую конверсию и функционирующий с высокими каталитическими активностями.
Введенный поток легкого углеводорода для образования синтез-газа может быть отобран в виде любого из следующих: метана; природного газа; метана угольного слоя - попутного газа; газа плотных пород и сланцевого газа.
Получаемый поток тяжелого углеводорода может быть выбран с формированием любого из следующего: сжиженного газа; бензинов; дизельного топлива; мягких восков и твердых парафинов. Поток окислителя может быть сжат до значений 20 бар и нагрет до уровня 450°С. Как правило, поток легкого углеводорода можно нагревать до 500°С.
Катализатором для получения синтез-газа может быть родий на оксиде алюминия, нанесенный на пористый носитель.
Окислителем может быть воздух или воздух, обогащенный кислородом, или чистый кислород. Отношение водород:монооксид углерода в полученном синтез-газе может быть приблизительно от 1,8:1 до 2,2:1.
Молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимое в реактор неполного каталитического окисления, может быть приблизительно менее чем 0,5:1.
Длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, куда вводится легкий углеводород, может быть охарактеризована числом Рейнольдса приблизительно более чем 1000.
Длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, куда вводится легкий углеводород, может быть более чем приблизительно 1000 мм.
Катализатором для получения углеводородов может быть кобальт на оксиде алюминия.
Кобальтовый катализатор в пределах реактора Фишера-Тропша может быть нанесен на пористую керамическую структуру, которая, например, может иметь характерный размер пор приблизительно более чем 500 нм.
Кобальтовый катализатор, нанесенный на пористый носитель в пределах реактора Фишера-Тропша, может характеризоваться средним гидравлическим диаметром в пределах слоя катализатора менее чем 1 мм.
Как правило, приблизительно 90% имеющегося кобальта содержатся в пределах приблизительно 8 мм поверхности теплопередачи.
Полная проницаемость неподвижного слоя Фишера-Тропша может быть больше чем приблизительно 1х10-15 м.
Полная проницаемость неподвижного слоя Фишера-Тропша может быть больше чем приблизительно 1х10-16 м.
Структурированный неподвижный слой катализатора Фишера-Тропша может быть изготовлен в цилиндрической форме. В конкретных вариантах осуществления неподвижный слой катализатора Фи-шера-Тропша цилиндрической формы может быть выполнен таким образом, что периметр внутренней видимой поверхности поперечного сечения неподвижного слоя больше, чем периметр круга, в пределах которого может быть вписана наружная поверхность.
Поверхность теплопередачи может быть увеличена за счет использования продольных ребер.
Тепло может отводиться от реакционной зоны реактора с использованием циркуляции углеводородного продукта в пределах центральной структуры, сформированной цилиндрическим катализатором Фишера-Тропша.
Неподвижный слой катализатора Фишера-Тропша может быть изготовлен в плоской форме. В конкретных вариантах осуществления плоская структура носителя катализатора образует камеру, которая покрывается катализатором и через которую вынужден течь синтез-газ.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны посредством примера только со ссылкой к соответствующим чертежам, на которых
на фиг. 1а представлено схематическое изображение проточного устройства GTL, работающего под высоким давлением, включающего реактор согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 2а-2е представлены дополнительные реакторы и поперечные сечения этих реакторов согласно дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Краткое описание изобретения
В общих чертах настоящее изобретение заключается в обеспечении проточного высокого давления процесса GTL, использующего пористый мембранный реактор, соединенный с новым реактором неподвижного слоя, который включает принудительное движение потока через катализатор с малыми порами и высоким уровнем теплопередачи, где не происходит никакого сжатия синтез-газа между риформингом и стадиями Фишера-Тропша.
Способ настоящего изобретения включает:
a) нагрев легкого углеводорода до температуры приблизительно от 300 до 400°С;
b) прохождение потока легкого углеводорода с добавленным водородом в зону десульфуризации и контактирование потока легкого углеводорода с подходящим катализатором для преобразования соединений серы, содержащихся в потоке легкого углеводорода, в сероводород;
c) удаление сероводорода из потока легкого углеводорода и дополнительный нагрев потока легкого углеводорода до температуры приблизительно от 250 до 550°С;
d) загрузку легкого углеводорода в реактор неполного каталитического окисления при давлении приблизительно от 10 до приблизительно 40 бар;
e) сжатие и нагрев воздуха или газа, обогащенного кислородом, до температуры приблизительно от 250 до 550°С и давлении приблизительно от 10 до приблизительно 40 бар;
f) подачу воздуха или воздуха, обогащенного кислородом, и легкого углеводорода в двухкамерный
реактор, где легкий углеводород и кислородосодержащий поток отделены пористой керамической стенкой, на которую наносится или которая содержит катализатор неполного окисления, такой как родий, осажденный на оксид алюминия, где механизм переноса кислородных разновидностей, таких как двухатомная молекула кислорода, с одной стороны поверхности к другой стороне, не происходит в основном за счет включения кислорода в ионную решетку керамического материала;
g) неполное окисление легкого углеводорода до разновидностей оксида углерода, включающим в основном монооксид углерода в пределах двухкамерного реактора, для получения синтез-газа при температуре приблизительно от 500 до 1200°С и давлении приблизительно от 10 до 40 бар;
h) охлаждение синтез-газа до температуры приблизительно ниже 70°С с последующим отделением воды от синтез-газа и получением сухого синтез-газа;
i) преобразование высушенного синтез-газа в реакторе с неподвижным слоем в парафиновый про-
дукт, содержащий приблизительно от 5 до 30 атомов углерода, с использованием катализатора, содер-
жащего кобальт, который нанесен на структуру, что дает возможность устойчивому потоку газа при по-
мощи перепада давления проходить через малые поры структуры катализатора, когда катализатор нане-
сен на керамическую или металлическую структуру, которая является в достаточной мере пористой или
перфорированной, чтобы позволить газу пройти через опорную структуру, которая находится в непо-
средственной близости от металлической поверхности теплопередачи, содержащей утилитарную жид-
кость для удаления реакционного тепла из реакционной зоны при температуре реактора приблизительно
от 200 до 240°С и давлении реактора приблизительно от 10 до 40 бар;
j) удаление потока многофазного продукта, включающего непрореагировавший газ, из реактора;
k) охлаждающее отделение конечного потока с помощью охлаждения и фазового разделения с получением потока желаемого жидкого углеводорода, произведенного потока воды и летучих газов, содержащих легкий углеводород, и непрореагировавших газов.
Обращаемся к фиг. 1а, где показан поток легкого углеводорода (например, метана), который подают по линии 10 к калориферу 12, осуществляющему нагревание газа до температуры приблизительно от
300 до 400°С.
Легкий углеводород затем подают на установку десульфуризации 16 по линии 14. Установка 16 включает слой катализатора 20, который, как правило, является кобальтовым/молибденовым катализатором, нанесенным на инертный носитель, такой как оксид алюминия. Установка 16 будет также содержать адсорбент сероводорода 22, такой как оксид цинка.
Водород подается на установку десульфуризации 16, если это требуется, по линии 18. Как правило, водород подают на установку десульфуризации 16 в количестве 1 объемного процента или менее. Де-сульфуризированный поток затем подают по линии 24 на второй калорифер 26, где его нагревают до температуры приблизительно от 250 до 550°С и пропускают по линии 30 до двухкамерного реактора неполного окисления 42.
Воздушный поток или поток обогащенного кислородом воздуха, пропускают по линии 32 до компрессора 34 и сжимают приблизительно от 10 до 40 бар. Окислитель затем подают по линии 36 до калорифера 38, где его нагревают до температуры приблизительно от 250 до 550°С и затем подают по линии 40 в реактор неполного каталитического окисления 42.
Пар может быть смешан с метаном по линии 28. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1а, пар добавляют в количестве приблизительно от 0,01 до 0,2 объемов на объем метана.
Воздух и затем природный газ подают в отдельные камеры реактора неполного каталитического окисления 42, содержащего пористую керамическую структуру 44, которая отделяет камеру, в которую вводится метан, от камеры, в которую вводится окислитель. Керамическая структура 44 поддерживает родиевый катализатор на оксиде алюминия, катализатор может быть нанесен на поверхность керамической структуры или расположен в пределах пор структуры. Керамикой может быть преимущественно оксид алюминия или другой такой материал, который выбирается с учетом устойчивости в пределах рас-кислительной или окислительной окружающей среды с высокой температурой, имеющий пористость приблизительно от 10 до приблизительно 50%, имеющий размер пор, который составляет приблизительно от 200 до приблизительно 20000 нм, и толщиной, как правило, приблизительно от 1 до приблизительно 10 мм.
Родиевый катализатор на оксиде алюминия, как правило, может содержать приблизительно от 1 до 20 мас.% родия нанесенного на термически стабилизированный оксид алюминия с гладкой площадью поверхности, на такой как гамма оксид алюминия или другой подобный морфологический оксид алюминия. Окислитель проходит через пористую керамическую структуру 44 и встречается с метаном, который диффундирует в керамической структуре 44 против потока окислителя и реагирует в катализаторе с окислителем с получением газообразного потока, содержащего монооксид углерода, диоксид углерода, водород, воду и азот.
Керамический барьер 44 выполнен в виде цилиндрической структуры в пределах полости реактора таким образом, что газ метан и продукт синтез-газ составляют турбулентный поток, как правило, с числом Рейнольдса приблизительно больше чем 2000 в точке ввода метана. Это может быть достигнуто с использованием цилиндрической мембраны, которая, как правило, имеет приблизительно длину больше
чем 1000 мм с наружным диаметром керамики приблизительно более чем 25 мм и средним гидравлическим диаметром канала вдоль керамики приблизительно более чем 5 мм.
Температура в реакторе поддерживается приблизительно от 750 до 1200°С. Температура поверхности катализатора сохраняется при умеренной температуре с помощью турбулентности газов, прилегающих к керамической структуре.
Газовую смесь выделяют из реактора преимущественно через камеру 46 при давлении приблизительно от 10 до приблизительно 40 бар и температуре приблизительно от 750 до 1100°С. Некоторые продукты линии 49, также могут быть выведены из камеры 48. Как правило, в таких реакторах неполного окисления при таких реакционных условиях можно достигнуть конверсии углерода приблизительно больше чем 85%. Синтез-газ, как правило, содержит водород и монооксид углерода при соотношениях приблизительно от 3:1 до приблизительно 1,5:1. Для получения тяжелых парафинов предпочтительны соотношения приблизительно 2,1:1.
Поток синтез-газа по линии 50 поступает в теплообменник 52, где он охлаждается приблизительно до температуры 70°С, приблизительно при 10 до приблизительно 40 бар и передают по линии 54 к водяному сепаратору 56, где воду отделяют и утилизируют по линии 58 или повторно возвращают в процесс.
Синтез-газ направляют по линии 64 в калорифер 66, где его подвергают предварительному подогреву до температуры приблизительно 220°С, избыточному давлению приблизительно от 10 до 40 бар, и направляют по линии 68 в реактор Фишера-Тропша 74.
Снижение в пиковых температурах, с которым сталкиваются в пределах реактора неполного окисления, снижает степень, до которой молекулярный азот реагирует с образованием более химически активных молекул, например аммиака. Может быть желательным включить перед реактором Фишера-Тропша 74 устройство для удаления следов химически активных азотных молекул, таких как аммиак, в качестве средства для снижения воздействия этих продуктов на активность катализатора Фишера-Тропша. Подготовка газа, такая как очистка воды, или добавление воды к секции туманоуловителя сепаратора 56, также хорошо известны специалистам в данной области техники. Кроме того, сепаратор 56 может быть заменен двумя или тремя стадиями охлаждения и секцией фазового разделения, чтобы максимизировать утилитарную жидкость, в которую регенерируется тепловая энергия.
В варианте осуществления показано, что газ метан является доступным при наличии достаточного давления, так что, только воздуху требуется сжатие. Потери давления в ходе работы реактора каталитического неполного окисления и в последующих секциях газовой обработки являются достаточно малыми, так что никакого дополнительного сжатия газа между реактором каталитического неполного окисления и реактором Фишера-Тропша не требуется.
Реактор Фишера-Тропша 74 содержит теплопередающие трубы 78, через которые подается вода по линии 80 и выделенный пар по линии 82. Давление в трубах теплообменника 78 контролируется клапаном обратного давления 84 в линии 82, так что температурой в реакторе 74 можно управлять.
Неподвижный слой катализатора 90 в реакторе 74 показан в более детализированном поперечном сечении одного из вариантов осуществления на фиг. 2а и включает пористые трубы 201, на которых располагается слой катализаторных частиц. Катализаторные частицы, как правило, имеют приблизительно 200 мкм в диаметре и формируют слой катализатора 103, который, как правило, имеет глубину приблизительно 1 мм. Носителю катализатора придается форма, например форма звезды, показанная на фиг. 2а, при которой в исследуемом поперечном сечении слоя периметр внутренней поверхности слоя больше, чем периметр круга, в пределах которого он может быть вписан. Небольшая глубина слоя и складчатое залегание слоя позволяют использовать катализаторный слой низкой проницаемости, как правило, менее чем 5х10Л (-15) м, в то же самое время позволяя иметь высокую объемную концентрацию катализатора и формирование большой поверхностной области, которая будет предоставлена поверхности теплопередачи или жидкости. Катализатор на носителе находится в непосредственной близости от трубы теплопередачи 105, как правило, приблизительно в пределах 5 мм, и значительные части катализатора могут работать в тепловом контакте с теплообменной секцией. Труба 105 показана в виде ребристой конструкции 108 для расширения площади поверхности теплопередачи и улучшения теплового контакта с катализатором.
В процессе работы смесь синтез-газа вводится в свободное поровое пространство 102, ограниченное внешней поверхностью теплопередачи 107, которая может формировать корпус, работающий под давлением. Газы проходят через пористую структуру 101, которая, как правило, имеет поры, превышающие приблизительно 1000 нм, к катализаторному слою 103, где пористая структура значительно меньше. Движение газа через катализаторный слой 103 способствует высокой эффективности катализатора, которая будет поддерживаться. Продукт и газы затем собираются в камере 104. В пределах камеры 106 существует механизм теплопередачи, который позволяет поддерживать стенку 105 при желаемой температуре реакции. Такие механизмы для контроля поверхности теплопередачи включают кипение воды, циркуляцию углеводорода или использование специальной жидкости для теплопередачи.
Второй вариант осуществления неподвижного слоя катализатора также использует принудительное движение потока через пористую структуру катализатора, показанную на фиг. 2b. При таком расположении носитель катализатора 201 является пористой металлической теплопроводной структурой, которая
находится в тепловом контакте с поверхностью теплопередачи 207. Синтез-газ вводится в камеру 202 и затем с помощью давления двигается через слой катализатора 203 и пористую или перфорированную стену 201, собираясь в камере 204. Обеспечена дополнительная поверхность теплопередачи 205, в пределах которой циркулирует теплоноситель 206. Разновидность этого варианта осуществления должна была бы работать в отсутствие поверхности теплопередачи 107. Этот вариант обладал бы преимуществом при создании более компактного реактора, но при этом уменьшалась бы эффективность теплопередачи конструктивного решения реактора.
Третий вариант осуществления, показанный на фиг. 2с, является разновидностью варианта осуществления фиг. 2а. В этом варианте осуществления стенка 307 является пористой или перфорированной, позволяющей газу или жидкому продукту собираться в камере 306. Проход газа в камеру 306 перемешивает жидкость, повышая теплопередачу и поддерживая температуру даже поверхности 305. Кроме того, газовой фракции в пределах камеры 306 может быть достаточно, чтобы понизить общую объемную плотность жидкости так, чтобы рециркуляция углеводородной жидкости в замкнутой системе могла происходить либо в пределах реактора, либо с внешним витком, аналогично термосифонному механизму теплообменника котла, где уменьшение общей объемной плотности жидкости за счет присутствия пара вызывает вытеснение жидкости более холодной непрерывно поступающей жидкостью. Внешнее охлаждение жидкости могло аналогично быть выполнено без использования внешнего насоса.
Четвертый вариант осуществления показан на фиг. 2d, в которой неподвижный слой катализатора высокой проницаемости 403 нанесен на механически прочный пористый носитель керамический или металлический 401. Синтез-газ проходит от внешней камеры 402 к внутренней камере 404. В этом варианте осуществления обеспечивается как внешняя, так и внутренняя поверхности теплопередачи 4 05 и 407 по отношению к неподвижному слою.
Пятый вариант осуществления показан на фиг. 2е, в котором монолитная керамика высокой проницаемости 501, содержащая каналы 509, покрытые неподвижным слоем катализатора 503, устроена таким образом, что синтез-газ проходит от внешней камеры 502 через керамику 501 и через слой катализатора 503 в каналы 509. В то время как каналы могут иметь высокий средний гидравлический диаметр более 1 мм, фактический неподвижный слой катализатора имеет средний гидравлический диаметр, который находится в диапазоне 10 мкм. Газ и продукты углеводорода затем проходят в основном вниз по каналам 503, а также через керамическую структуру. В монолите существует большой центральный канал 504, в котором располагается поверхность теплопередачи 505, которая может дополнительно иметь ребра 508, формирующие расширенную поверхность. Синтез-газ, продукты углеводорода и совместимая теплопе-редающая среда могут дополнительно перекачиваться через камеру 504.
Шестой вариант осуществления показан на фиг. 2f, в котором неподвижный слой катализатора высокой проницаемости 603 наносится на или, главным образом, находится в плоском керамическом или металлическом носителе 601. Синтез-газ проходит от внешней камеры 601 через пористый носитель 601 и катализаторный слой 603 к внешней камере 604. Охлаждение обеспечивается на поверхности 607, которая содержит в себе поток охлаждающей жидкости 608. Такая структура хладагента 609 может быть сформирована через: штамповку взрывом, диффузионное соединение, торцевой сварной шов, точечную сварку или другую технологию, известную инженеру теплотехнику.
Двухфазный поток продукта 88, включающий воду, синтез-газ, легкие углеводороды, парафины и азот выводится из реактора, откуда должен подаваться, в секцию выделения продукта. Как правило, поток 88 будет выводиться при температуре приблизительно от 200 до 240°С и давлении приблизительно от 17 до 23 бар. У этого потока давление будет приблизительно на 2 бар ниже давления синтез-газа, введенного в реактор Фишера-Тропша, как результат потери давления от принудительного движения потока газа через пористую каталитическую структуру. Этот поток, как правило, затем будет пропущен через охладители и через два или три фазовых сепаратора, для того чтобы удалить большую часть воды и тяжелых углеводородов. Остаток газа, который содержит непрореагировавший синтез-газ, будет использоваться в дальнейшем при достаточном давлении в реакторах Фишера-Тропша.
В случае, когда давления углеводородного сырья недостаточно для успешной работы установки процесса Фишера-Тропша, может возникнуть необходимость в сжатии углеводородного потока до введения в реактор неполного окисления.
В соответствии с настоящим изобретением представлен способ для экономичного и эффективного обеспечения потока синтез-газа высокого давления для использования в реакторе Фишера-Тропша, который является наиболее подходящим для преобразования газа в жидкости в мелкомасштабном производстве, в результате чего простая технология процесса, почти полное отсутствие пара, устранение сжатия синтез-газа, высокая объемная загрузка катализатора в реактор Фишера-Тропша и принудительное движение потока через пористую структуру катализатора Фишера-Тропша производят процесс, который является полностью компактным, с уменьшенными затратами и более эффективным по теплу, по сравнению с другими технологическими комбинациями.
В то время как конкретные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, следует принимать во внимание, что отклонения от описанных вариантов осуществления могут по-прежнему находиться в пределах объема настоящего изобретения. Например, может использоваться лю
бой тип катализатора и реактора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения потока тяжелого углеводорода из потока легкого углеводорода с использованием потока окислителя, содержащего кислород в качестве окислителя, и потока легкого углеводорода в реакторе неполного каталитического окисления для формирования синтез-газа, и преобразованием синтез-газа в процессе Фишера-Тропша, используя реактор Фишера-Тропша и катализатор на носителе, с получением в результате более тяжелых парафинов, где способ включает:
a) сжатие и нагрев потока окислителя;
b) нагрев потока легкого углеводорода;
c) поставку потоков окислителя и углеводорода в реактор неполного каталитического окисления для образования указанного синтез-газа, причем реактор неполного каталитического окисления включает две камеры, разделенные пористой керамической стенкой, где пористая керамическая стенка содержит или несет катализатор неполного окисления на основе родия, осажденного на оксид алюминия, при этом пористая керамическая стенка представляет собой цилиндрическую структуру, которая имеет пористость от 10 до 50%, имеет размер пор, который составляет от 200 до 20000 нм, характеризуется толщиной от 1 до 10 мм и выполнена таким образом, что поток легкого углеводорода и поток продукта синтез-газа составляют турбулентный поток, имеющий число Рейнолдса больше чем 2000 в точке ввода легкого углеводорода, и молярные потоки окислителя и углеводорода находятся в соотношении приблизительно 1:2, при этом окислитель вводится в одну камеру, а углеводород вводится в другую камеру;
d) охлаждение полученного синтез-газа для конденсации воды и последующего ее отделения;
e) подачу высушенного синтез-газа без дополнительного сжатия в реактор Фишера-Тропша;
f) преобразование высушенного синтез-газа в неподвижном слое реактора со структурированным катализатором, где каталитические частицы фиксированы на пористом носителе и существует возможность принудительного движения потока высушенного синтез-газа через нанесенный катализатор и пористый носитель для получения потока углеводорода и газообразного потока, включающего легкие углеводороды, водород, монооксид углерода, воду, и
g) выделение потока продукта, включающего легкие и тяжелые углеводороды, водород и монооксид углерода.
2. Способ по п.1, в котором вводимый поток легкого углеводорода, используемый для формирования синтез-газа, выбран из метана; природного газа; метана угольного пласта; попутного газа; газа плотных пород и сланцевого газа, причем пористая стенка, содержащая или несущая катализатор неполного окисления, имеет неионную проводимость.
3. Способ по п.1, в котором поток получаемого тяжелого углеводорода выбран из сжиженного газа; бензина; дизельного топлива; мягкого воска и твердого воска и поток окислителя сжимают до значений от 10 бар манометрических до 30 бар манометрических и нагревают до температуры в интервале от 250 до 450°С, а поток легкого углеводорода нагревают до температуры от 250 до 550°С.
4. Способ по п.1, в котором катализатор неполного окисления включает родий, нанесенный на носитель с высокой удельной поверхностью, при этом носитель с высокой удельной поверхностью для катализатора на основе родия представляет собой термически стабилизированный оксид алюминия с высокой удельной поверхностью, или катализатором Фишера-Тропша является катализатор на основе кобальта.
5. Способ по п.1, в котором окислителем является воздух или воздух, обогащенный кислородом, где окислитель содержит более чем 19%, но менее чем 97% кислорода, и где полученный синтез-газ характеризуется соотношением водород:монооксид углерода, составляющим приблизительно от 1,8:1 до 2,2:1.
6. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1 или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 1000 мм.
7. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор, больше чем
500 нм.
8. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 3000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.
9. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, прикрепленный к пористому носителю, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 200 мкм.
10. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша представляет собой катализатор на осно-
ве кобальта, в котором приблизительно 90% имеющегося кобальта содержатся в пределах 8 мм поверх-
ности теплопередачи, причем полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша со-
ставляет более чем 1х10-15 м.
11. Способ по п.1, в котором полная проницаемость неподвижного слоя реактора Фишера-Тропша составляет более чем 1х10-16 м; причем пористый носитель катализатора Фишера-Тропша скомпонован в цилиндрической форме для формирования внешней и внутренней камеры.
12. Способ по п.1, в котором пористый носитель катализатора Фишера-Тропша образует отдельные камеры, через которые протекает синтез-газ, причем периметр цилиндрической формы неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша выбран таким образом, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.
13. Способ по п.1, в котором упомянутая цилиндрическая форма неподвижного слоя катализатора Фишера-Тропша содержит такие внутренние каналы, что внутренняя видимая поверхность поперечного сечения неподвижного слоя имеет периметр, который больше, чем периметр круга, в пределах которого наружная поверхность может быть вписана.
14. Способ по п.1, в котором поверхность теплопередачи может быть расширена за счет использования продольных ребер и где пористый носитель катализатора для катализатора Фишера-Тропша, по существу, находится в плоской форме.
15. Способ по п.1, в котором углеводородный продукт циркулирует внутри камер, образованных катализатором Фишера-Тропша.
16. Способ по п.1, в котором молярное отношение пара к легкому углеводороду, вводимых в реактор неполного каталитического окисления, составляет менее чем 0,5:1, или где длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 2000 мм.
17. Способ по п.1, в котором длина камеры в реакторе неполного каталитического окисления, в которую подается легкий углеводород, больше чем 3000 мм или где катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 1000 нм.
18. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша нанесен на пористую структуру, имеющую характеристический размер пор больше чем 10000 нм, или где неподвижный слой катализатора, удерживаемый в пористом носителе в реакторе Фишера-Тропша, имеет характеристический средний гидравлический диаметр менее чем 1 мм.
19. Способ по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 500 мкм.
20. Способ получения потока тяжелого углеводорода по п.1, в котором катализатор Фишера-Тропша, нанесенный на пористый носитель, через который проходит синтез-газ, представляет собой слой, который имеет толщину более 1000 мкм.
11.
11.
11.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
030340
- 1 -
(19)
030340
- 1 -
(19)
030340
- 1 -
(19)
030340
- 4 -
(19)
030340
- 10 -
030340
- 12 -