用于将气体转化为液体的系统和方法技术方案

提供了将天然气转化为液体的系统10和方法。系统10包括具有天然气、空气和蒸汽输入的催化部分氧化(CPO)系统20，以及从CPO系统20取出合成气并且在分离产物液体之后将产物气体供应至动力发动机(PE)106的费-托(F-T)系统60。F-T蒸汽60输出管线与CPO-蒸汽输入管线24流体连通。将来自PE106的能量输出供应至压缩机和冷凝器，以提供在能量上的自维持性，用于气至液分离系统。

【技术实现步骤摘要】
用于将气体转化为液体的系统和方法
本专利技术总体涉及用于将气体转化为液体的系统和方法。更具体地，本专利技术涉及使用催化部分氧化将天然气转化为液体。
技术介绍
通常使用大规模气至液工艺，将天然气或其它气态烃转化为液体形式，例如较长链烃。使用合成气作为中间体，如在费托(F-T)工艺中，将富含甲烷的气体转化为液体燃料。F-T工艺为将氢气(H2)和一氧化碳(CO)的混合物转化为液体烃的一组化学反应。H2和CO的混合物可通过使天然气经历部分氧化而得到。催化部分氧化(CPO)为在催化剂上，在氧存在下，氧化天然气的这种部分氧化工艺中的一种。在CPO工艺中处理天然气通常得到H2、CO、二氧化碳(CO2)和水。H2和CO可用于随后的F-T工艺。在CPO工艺中，纯氧输入通常用于得到较清洁的(没有氮气稀释)输出，以便在F-T反应中得到从CO到烃的较高碳转化效率。然而，通过从空气分离氧来生产氧通常需要空气分离单元(ASU)，这进一步需要能量的输入。生产用于CPO工艺的氧的额外能量要求以及生产用于F-T工艺的H2和CO的混合物(通常称为合成气的混合物)的显著的资金投入提高由气体生产液体的成本。如上所述，合成气在F-T反应中在催化剂上化学反应，以生产液体烃和其它副产物。然而，由典型的CPO工艺得到的H2与CO比率可能不是用于进行F-T反应的最佳的比率。通常，由部分氧化反应得到的H2与CO比率可能低于F-T反应所需的比率。在进入F-T系统之前，通过使用水煤气变换反应，或者备选地通过进行蒸汽甲烷重整(SMR)代替CPO，可调节H2与CO的比率。水煤气变换反应涉及水与CO反应以生产H2和CO2，因此提高H2与CO比率。在气体进入F-T系统之前，可除去过量的二氧化碳。SMR反应为生产具有较高的H2与CO比率(合成气比率)的合成气的备选方法。在该过程中，甲烷与水反应以生产H2和CO，其中合成气比率为约3.0。该比率高于F-T反应所需的比率。此外，SMR反应为吸热反应。因此，一部分天然气通常被燃烧，以提供用于SMR反应的能量。由于一部分物料被燃烧而不是用于产生H2和CO，SMR反应的总体转化效率不合宜地降低。通常，对外部加热的需求和较高的合成气比率是使用SMR用于气至液转化的两个主要的缺点。期望在F-T工艺中形成液体烃，例如烷烃。然而，通常不期望由F-T反应形成甲烷。F-T工艺通常在约190℃-350℃的温度范围操作。较高的温度导致较快的反应和较高的转化率。然而，较高的温度也有利于甲烷生产。提高F-T反应速率和转化率的另一种方法是通过提高F-T系统内的压力。提高F-T系统内的压力的一般方法包括将合成气在进入F-T系统之前压缩。然而，在进入F-T系统之前加压合成气需要对总体系统更多的能量输入，从而提高气至液转化的成本。因此，需要降低对将气体转化为液体的总体过程的能量输入。不需要用于ASU、用于合成气生产反应和/或用于合成气压缩的能量输入(或大大降低需要的能量输入)的工艺可降低由天然气生产烃液体的总体成本。此外，消除平衡H2与CO比率的步骤可有益于总体过程。
技术实现思路
简要地，在一个实施方案中，提供了一种系统。所述系统包括催化部分氧化(CPO)系统、费-托(F-T)系统和动力发动机(PE)系统。CPO系统本身通常包括CPO-输入管线和CPO-输出管线。CPO-输入管线与CPO-天然气输入管线、CPO-空气输入管线和CPO-蒸汽输入管线流体连通。F-T系统通常包括F-T-反应器输入管线、F-T-反应器输出管线、F-T水输入管线和F-T蒸汽输出管线。F-T-反应器输入管线通常与CPO-输出管线和F-T-合成气压缩机流体连通。F-T-反应器输出管线通常与F-T-液体输出管线和F-T-气体输出管线流体连通。F-T蒸汽输出管线与CPO-蒸汽输入管线流体连通。PE系统包括PE、PE输入管线和PE-输出管线。PE-输入管线与F-T-气体输出管线流体连通，而PE设置为对F-T-合成气压缩机提供能量。在一个实施方案中，提供了一种方法。所述方法包括如下的步骤：将天然气、空气和蒸汽作为CPO输入进料至CPO系统，通过向CPO系统提供外部热量启动CPO初始反应，进行CPO反应以生产包含合成气和氮气的CPO输出，将至少一部分CPO输出作为费-托(F-T)反应器输入进料至F-T系统；将水作为输入进料至F-T系统；在F-T系统中进行F-T反应以生产F-T蒸汽输出以及包含F-T液体和F-T气体的F-T反应器输出；将F-T气体作为输入进料至动力发动机(PE)；和将至少一部分F-T蒸汽作为进料供应至CPO系统。附图说明当参考附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，其中，在整个附图中，相同的符号代表相同的部件，其中：图1说明根据本专利技术的一个实施方案的用于将气体转化为液体的系统；和图2说明根据本专利技术的一个实施方案的费-托(F-T)反应器。附图标记10-系统20-CPO系统22-CPO反应器24-CPO-输入管线26-CPO-输出管线28-CPO-天然气输入管线30-CPO-空气输入管线32-CPO-蒸汽输入管线34-CPO输出管线和CPO-天然气输入管线之间的换热器36-CPO输出管线和CPO-空气输入管线之间的换热器38-CPO输出管线和CPO-蒸汽输入管线之间的换热器40-加热的天然气输入管线42-加热的空气输入管线44-加热的蒸汽输入管线46-CPO天然气压缩机48-CPO空气压缩机60-F-T系统62-F-T反应器64-F-T反应器输入管线66-F-T反应器输出管线68-F-T水输入管线70-F-T蒸汽输出管线72-F-T合成气压缩机74-气-液分离器76-F-T液体输出管线80-F-T气体输出管线86-合成气冷凝器88-水纯化器100-动力发动机系统102-动力发动机输入管线104-动力发动机输出管线106-动力发动机。具体实施方案以下描述本专利技术的一个或多个具体的实施方案。试图提供这些实施方案的简明描述，可能不会在说明书中描述实际执行的所有特征。应理解的是，在任何这些实际执行的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须进行众多执行-特定的决定以实现开发者的具体的目标，例如依从系统-相关的和业务-相关的约束，这些约束从一个执行到另一个执行可能不同。此外，应理解的是，这样的开发努力可能复杂并且耗时，然而，对于受益于本公开的普通技术人员，将是设计、制作和制造的常规任务。除非上下文另外说明，否则在以下说明书和权利要求书中，单数形式“一个”、“一”和“该”包括复数对象。本专利技术的实施方案提供了用于将气体转化为液体的系统和方法。具体地，该系统将天然气转化为烃液体。按照本专利技术的实施方案的转化过程包括来自催化部分氧化(CPO)反应的合成气(H2和CO的混合物)生产，和在费托(F-T)系统中加工合成气以生产烃液体。此外，使用F-T反应热量，F-T系统将水转化为蒸汽。可将蒸汽进料至CPO系统。可将烃液体从F-T系统产物分离，并且可将F-T系统产物的气体进料至动力发动机(PE)，以生产能量。图1示意性表示按照本专利技术的一个实施方案的系统。在图1中，用于将气体转化为液体的系统10包括(用“框线”指示)CPO系统20、F-T系统60和动力发动机(PE)100。CPO系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统10，所述系统包含：催化部分氧化(CPO)系统20，其包含CPO?输入管线24和CPO?输出管线26，其中所述CPO?输入管线24与CPO?天然气输入管线28、CPO?空气输入管线30和CPO?蒸汽输入管线32流体连通；费?托(F?T)系统60，其包含F?T?反应器输入管线64、F?T?反应器输出管线66、F?T水输入管线68和F?T蒸汽输出管线70，其中所述F?T?反应器输入管线64与CPO?输出管线26和F?T?合成气压缩机72流体连通，所述F?T?反应器输出管线66与F?T?液体输出管线76和F?T?气体输出管线80流体连通，和所述F?T蒸汽输出管线70与CPO?蒸汽输入管线32流体连通；和动力发动机(PE)系统100，其包含动力发动机(PE)?106、PE?输入管线102和PE?输出管线104，其中所述PE?输入管线102与F?T?气体输出管线80流体连通，并且所述PE?106设置为对F?T?合成气压缩机72提供能量。

【技术特征摘要】
2012.03.30 US 13/4358521.一种用于将气体转化为液体的系统(10)，所述系统包含：催化部分氧化系统(20)，其包含催化部分氧化输入管线(24)和催化部分氧化输出管线(26)，其中所述催化部分氧化输入管线(24)与催化部分氧化天然气输入管线(28)、催化部分氧化空气输入管线(30)和催化部分氧化蒸汽输入管线(32)流体连通；费-托(F-T)系统(60)，其包含F-T反应器输入管线(64)、F-T反应器输出管线(66)、F-T水输入管线(68)和F-T蒸汽输出管线（70），其中所述F-T反应器输入管线(64)与催化部分氧化输出管线(26)和F-T合成气压缩机(72)流体连通，所述F-T反应器输出管线(66)与F-T液体输出管线(76)和F-T气体输出管线(80)流体连通，和所述F-T蒸汽输出管线(70)与催化部分氧化蒸汽输入管线(32)流体连通；和动力发动机系统(100)，其包含动力发动机(106)、动力发动机输入管线(102)和动力发动机输出管线(104)，其中所述动力发动机输入管线(102)与F-T气体输出管线(80)流体连通，并且所述动力发动机(106)设置为对F-T合成气压缩机(72)提供能量。2.权利要求1的系统，其中所述催化部分氧化空气输入管线(30)进一步与催化部分氧化空气压缩机(48)连通，并且所述催化部分氧化空气压缩机(48)与动力发动机(106)连通。3.权利要求1的系统，所述系统还包含蒸汽换热器(38)，其与催化部分氧化输出管线和催化部分氧化蒸汽输入管线连通。4.权利要求1的系统，所述系统还包含合成气冷凝器(86)，其与催化部分氧化输出管线(26)和F-T反应器输入管线(64)流体连通。5.权利要求1的系统，所述系统还包含F-T气液分离器(74)，其与F-T反...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP辛赫，JB麦克德莫特，张灵芝，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：