[发明专利]费托合成

说明书

技术领域

本申请涉及费托合成(Fischer-Tropsch synthesis)。具体地，本申请涉及生产费托产品的方法。

背景技术

在费托合成中，将合成气体(CO和H₂的混合物)转化成一系列的烃类(由常规气态至蜡质材料)和水。如果使用所谓的转化催化剂(shifting catalyst)，根据水煤气变换反应，一些产物水与CO反应形成CO₂和H₂。铁基催化剂通常对水煤气变换反应具有高活性并因此被视为转化催化剂。然而，例如基于钴或钌的一些催化剂对水煤气变换反应不具有高活性而因此通过水煤气变换反应产生非常少量的CO₂。被称为非转化催化剂的这些催化剂通常具有小于约2％的CO₂选择性，即，在合成过程中消耗的总CO的小于约2％被转化成CO₂。

费托反应本身以约2的比例消耗H₂和CO，即具有约2的H₂/CO消耗比或用量比。根据趋向轻烃的选择性，尤其趋向甲烷的选择性，该消耗比被推向略高于2，例如2.05。另一方面，一些通过水煤气变换反应的CO到CO₂的转化通过消耗CO且产生H₂而趋于降低用量比。因此，非转化费托方法的合成气体的总用量比通常在2至2.1的范围内，而转化费托方法可大大低于2。使用费托催化剂产生的产品种类中随着时间的偏差，例如，向甲烷和较轻的烃产品的选择性的随着时间的增加，可略微影响用量比。而且，费托和水煤气变换反应的相对于催化剂的相对速率的改变可大幅改变所述用量比。然而，在商业操作中通常采取限制该变化的步骤，例如催化剂的周期性再生或复活或者在线催化剂替换，该步骤通常产生基本不变的商业费托方法的用量比。

众所周知费托催化剂的选择性能受H₂/CO比的强烈影响，低比率有利于产生所需的重产物。由于该原因，费托合成方法有时在低于H₂/CO用量比的H₂/CO比下操作。由简单的质量平衡得出，在反应器出口中的H₂/CO比将不同于进料的H₂/CO比。应认识到的是，由于反应体系中的正反馈，当随后使用费托反应器周围的再循环时，向反应器的进料的H₂/CO比变成难以控制的参数。因此如果可以找到有利于使用稳定的H₂/CO比操作的方法，这将是一大优势。

对于商业应用，费托反应器及其合成回路通常在其它设备中形成较大的设备的一部分，该较大的设备包括合成气体产生阶段，例如气体重组或煤气化。经常在较大的设备的其他地方使用来自费托合成阶段的尾气。例如，可在合成气体生产阶段再循环所有或部分尾气，以通过提供富CO₂原料流而助于生产所需组成(H₂/CO比)的合成气体。全部或一些尾气还可用于费托反应器的进一步化学转化下游。由于该石化设备高度集成的性质，和气流(因此具有有限的缓冲容量)在设备单元或阶段之间流动的事实，这种集成的复合物的稳定操作存在挑战。因此还需要有效地完成或促进该问题的方法。

US 7,776,932公开了通过确定费托合成阶段(A1)的进料和来自费托合成阶段(A2)的流出物中的H₂/CO比，以及调节向费托合成阶段进料的合成气体中的H₂和/或CO以保持A1和A2之间的差异的基本不变，来控制集成的费托方法。这是通过控制合成气体产生阶段的操作来完成的，该操作调节向费托合成进料中的H₂/CO比。因此在该过程中允许A1和A2的比率随着保持不变的A1和A2之间的差异而变化。

WO 2002/038699教导了通过向转化炉再循环含有流的H₂或CO₂的气流以及向费托合成反应器进料转化后的气体，来控制向费托合成反应器进料H₂/CO比的方法。