化学合成设备制造技术

提供了一种设备，例如烃设备，其由合成气级(用于合成气生成)和合成级(其中合成所述合成气以产生合成气衍生产品如烃产品)组成。该设备有效利用各种流；特别是CO2和H2。该设备不包括外部烃进料。还提供了一种用于产生产品流(例如烃产品流)的方法。(例如烃产品流)的方法。(例如烃产品流)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学合成设备


[0001]本专利技术涉及一种有效利用各种流(特别是二氧化碳)的设备，例如烃设备。还提供了一种用于产生产品流(例如烃产品流)的方法。该设备不包括外部烃进料。本专利技术的设备和方法总体上更好地利用了二氧化碳。
[0002]背景
[0003]鉴于自工业革命以来大气CO2的增加，碳捕获和利用(CCU)变得越来越重要。在利用CO2的一种方式中，CO2和H2可以转化为合成气(一种富含CO和H2的气体)，合成气可以进一步转化为有价值的产品，如醇类(包括甲醇)、燃料(如汽油、喷气燃料、煤油和/或例如通过费
‑
托(F
‑
T)工艺生产的柴油)和/或烯烃等。
[0004]现有技术主要侧重于将CO和H2转化为合成气的独立逆水煤气变换(rWGS)工艺。合成气随后可在如上所述的下游工艺中转化为有价值的产品。逆水煤气变换反应根据以下反应进行：
[0005][0006]rWGS反应(1)是一个吸热过程，其需要大量能量输入用于期望的转化。需要非常高的温度以获得二氧化碳充分转化为一氧化碳，从而使该过程在经济上可行。也可能发生例如甲烷的不期望的副产物形成。二氧化碳的高转化率显然也可以通过高H2/CO2比例获得。然而，这通常会导致合成气具有(非常)过高的H2/CO比例而无法用于下游合成。
[0007]依赖于rWGS反应的技术具有其他挑战。在一些情况下，内部再循环的烃流可以作为共同进料获得。一个实例是来自下游合成级的烃的可用性(例如，来自F
‑
T级的富含丙烷和丁烷的流；来自F
‑
T级的包含不同烃的尾气；来自F
‑
T级的石脑油流；来自汽油合成级的富含丙烷和丁烷的流；来自烯烃合成的烃流等)。此类烃不能在rWGS反应器中处理。如果来自下游合成级的烃流至少部分地不用于合成气的额外生产，则从经济角度来看，整个过程可能是不可行的。
[0008]为了解决现有技术的问题，本文提出了一种新的合成气制备方法，然后将所述合成气合成为主要来自CO2、H2和O2进料的一种或多种合成气衍生产品。建议的布局具有至少以下优点：
[0009]1.CO2、H2和O2可以转化为具有期望的H2:CO比例的合成气，不使用任何去往设备的外部烃进料。
[0010]2.将合成级产生的任何烃流用于合成气生产。
[0011]3.与独立的rWGS段相比，二氧化碳进料的更高利用率是可能的。一个特定的目标是使用更多的CO2进料而不是外部烃进料作为碳源。
[0012]4.如果将电解池用作该工艺的部分或全部氢气进料源，则电解池中与H2一起产生的部分或全部氧气可用作所提议的工艺布局中所要求的氧气源。
[0013]专利技术概述
[0014]因此，在第一方面，提供了一种设备(plant)，所述设备包括：
[0015]a.合成气级(stage)，所述合成气级包括甲烷化段(section)和/或逆水煤气变换
(即，不包括任何再循环流中的氢气和/或二氧化碳)。
[0034]第一和第二进料可在添加到合成气级之前混合。
[0035]当合成级是FT合成级时，合成气的期望的H2/CO比例通常为约2.0。使用简单的观点，将每单位CO2转化为CO需要一个单位的氢气。O2的添加也将需要一些氢气，此外将需要氢气作为用于辅助用途(例如发电)的能量来源。总而言之，这意味着对于FT合成级，设备入口处的H2:CO2比例(即，不包括任何再循环流中的氢气和/或二氧化碳)应在3.0
‑
7.0，或更优选3.0
‑
6.0，且最优选3.0
‑
5.0的范围内。如果期望的最终产品是甲醇或汽油(通过甲醇合成和甲醇制汽油路线)，可以进行类似的考虑，并且在这些情况下，设备入口处的H2:CO2比例应在3.0
‑
7.0，或更优选3.0
‑
6.0，且最优选3.0
‑
5.0的范围内。
[0036]应当注意，在一些情况下，可以使用小于3.0，例如在2.0
‑
3.0之间的H2:CO2比例。
[0037]向ATR段提供包含氧气的第三进料。合适地，第三进料基本上由氧气组成。O2的第三进料适当地是“富含O2的”，意味着该进料的主要部分是O2；即，该进料的超过75％，例如超过90％或超过95％，例如超过99％是O2。该第三进料还可以包含其他组分，例如氮气、氩气、CO2和/或蒸汽。该第三进料通常包括少量蒸汽(例如5
‑
10％)。第三原料氧气的来源可以是至少一个空气分离单元(ASU)和/或至少一个膜单元。氧气来源也可以是至少一个电解池单元。部分或全部第一进料以及部分或全部第三进料可来自至少一个电解池。电解池是指通过使用电能将蒸汽或水转化为氢气和氧气的单元。可以将蒸汽添加到ATR段上游的包含氧气的第三进料中。
[0038]可以将含烃废气流(来自合成级)作为包含烃的第四进料供给到合成气级。第四进料的来源可以是在合成级中产生的含烃流的一部分或全部。第四进料可另外包含其他组分，例如CO2和/或CO和/或H2和/或蒸汽和/或其他组分如氮气和/或氩气。该流可包含例如甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷。LPG可以在例如汽油合成单元或费
‑
托合成单元中产生。另一个实例是包含石脑油的流，其在合成级产生，用于通过费
‑
托合成工艺生产液体燃料。合适地，含烃废气流包含超过5％，例如超过15％，例如超过30％，优选超过40％的烃。在添加任何蒸汽之前确定该流中烃的浓度(即，确定为“干浓度”)。许多再循环流可以被添加到合成气级的不同点，可以是混合的或单独添加，换句话说，该第四进料可以是几个单独的或混合的流。
[0039]另一种可能性是来自费
‑
托单元的所谓尾气。这种尾气通常包含CO2、CO、H2、甲烷和烯烃。
[0040]下表提供了第四进料的可能来源以及相应的合成级的一些实例(非穷尽的)。
[0041][0042]在一些情况下，包含烃的流可在作为第四进料提供至合成气级之前进行预重整。例如，当第四进料是例如LPG和/或石脑油产品流或天然气进料时，该设备可以还包括预重整段，其布置在第四进料中、合成气级的上游。在进料到所述预重整段之前，蒸汽进料被布置成与LPG和/或石脑油产品流混合。
[0043]在预重整步骤中，发生以下(吸热)蒸汽重整反应和反应(3)(放热)以转化高级烃。额外的水煤气变换和甲烷化通过反应(1)和(3)发生：
[0044](其中n≥2，m≥4)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0045][0046]预重整器出口流将包含CO2、CH4、H2O和H2，以及通常较少量的CO和可能的其他组分。预重整步骤通常在350
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600℃或更优选地在400至550℃之间进行。在预重整步骤上游将蒸汽添加到包含烃的流中。预重整步骤可以绝热地或在填充有包括但不限于Ni基催化剂的催化剂的加热反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备(X)，所述设备包括：a.合成气级(A)，所述合成气级(A)包括甲烷化段(II)和/或逆水煤气变换(rWGS)段(III)和自热重整(ATR)段(I)，和b.合成级(B)；所述设备包括：
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去往所述合成气级(A)的包含氢气的第一进料(1)；
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去往所述合成气级(A)的包含二氧化碳的第二进料(2)；
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去往所述ATR段的包含氧气的第三进料(3)；其中所述合成气级(A)被布置成提供合成气流(100)，并将所述合成气流(100)供给到合成级(B)；并且其中所述设备不包括外部烃进料。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述合成气级包括被布置在所述自热重整(ATR)段(I)上游的甲烷化段(II)和/或逆水煤气变换(rWGS)段(III)。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述合成气级包括与所述自热重整(ATR)段(I)并联布置的甲烷化段(II)和/或逆水煤气变换(rWGS)段(III)。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述合成级(B)被布置成将所述合成气流(100)转化为至少产品流(500)，和任选的含烃废气流(4a,4b,4c)。5.根据权利要求4所述的设备，其中至少一部分所述含烃废气流(4a,4b,4c)或至少一部分所述产品流(500)作为包含烃的第四进料被供给到合成气级(A)，该第四进料位于所述ATR段(I)的上游并且在所述甲烷化段(II)和/或所述逆水煤气变换(rWGS)段(III)与所述ATR段(I)之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述合成气流(100)被从所述合成气级(A)直接供给到所述合成级(B)。7.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的设备，其中所述设备包括位于所述合成气级(A)与所述合成级(B)之间的后转化段，以及去往所述后转化段的包含CO2的流，所述包含CO2的流被布置成在合成气级(A)和后转化段之间与所述合成气流混合。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其还包括去往所述合成气级(A)的蒸汽的第五进料(5)。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述合成气级(A)由甲烷化段(II)组成，所述甲烷化段(II)被布置在自热重整(ATR)段(I)的上游。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中部分或全部的第一进料(1)被供给到甲烷化段(II)；并且部分或全部的第二进料(2)被供给到甲烷化段(II)。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述甲烷化段(II)包括两个或更多个甲烷化单元，例如三个或更多个甲烷化单元。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述合成级(B)入口处的所述合成气流(100)具有在1.0
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4.0；优选1.5
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3.0，更优选1.5
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2.1的范围内的氢气/一氧化碳比例。13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在设备入口处的H2:CO2比例为1.0
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9.0，优选2.5
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8.0，更优选3.0
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7.0。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述合成级(B)是FT合成级，并且在设备入口处的H2:CO2比例在3.0
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7.0，或更优选3.0
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6.0，且最优选3.0
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5.0的范围内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述合成级(B)是费
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托(F
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T)级，所述费
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托(F
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T)级被布置成将所述合成气流(100)转化为至少烃产品流(500)和F
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T尾气流形式的含烃废气流(4a)。16.根据权利要求1
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13中任一项所述的设备，其中所述合成级(B)包括甲醇合成级，所述甲醇合成级被布置为提供至少甲醇产品流和甲醇废气流，并且其中至少部分所述甲醇废气流被供给到合成气级(A)。17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括被布置成将水或蒸汽转化成至少含氢气流和含氧气流的电解池，并且其中来自所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：