[发明专利]合成气发生技术与经由催化气体转化的费托生产的整合

说明书

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明总体而言涉及合成烃的生产。更具体地，本发明涉及经由合成气体的费-托转化而进行的合成烃的生产。进一步更具体地，本发明涉及经由合成气体的费-托转化而进行的合成烃的生产，所述合成气体的至少一部分经由催化双流化床生产。

背景技术

在它最广泛的一般应用的背景下，术语“气化”已经普遍用于描述将固态、液态、或蒸气形式的烃、或更异质的但主要为碳质的化合物转化为合成气体(也称为合成气(syngas))的任何过程。合成气体通常由气体混合物组成，所述气体混合物主要由一氧化碳和氢气组成。低品质合成气体可能受到甲烷、CO₂和其它杂质(例如但不限于，芳香族化合物和高分子量的焦油)的污染。这些焦油是生物质气化的常见副产物，除了代表合成气产量的损失之外，当出于下游加工的需要而将这种焦油冷却至低于其露点时，这种焦油可导致下游工艺设备严重结垢和堵塞，因此这些焦油可能是特别不期望的。当将气化型工艺作为次级反应阶段，用于从低品质合成气中转化或去除这类杂质时，通常使用术语“调节(conditioning)”来对这样的次级运行进行描述。因此，气化或调节可能需要各种各样的一般化学反应，其可以包括但不限于热解、裂解、部分氧化、重整和/或变换(shifting)。

根据特定的碳质原料、其中的杂质、以及所涉及的具体反应，这种反应也可能需要加入蒸汽和/或氧气作为补充反应物，以帮助促进所期望的反应。出于在气化反应器内促进有效的热量与物质传递的目的，这样的工艺可以在使用或不使用催化或非活性介质的条件下实施。催化介质可以是实质上的微粒或整块(monolithic)。一些常规气化和所提出的调节工艺的共同缺点是副产品烟灰的形成，如果所述烟灰即使在升高的温度水平下仍具有足够的“粘性”使下游工艺设备结垢，副产品烟灰的形成可能比焦油更成问题。

在流化床中使用纯蒸汽进行气化是高度吸热的过程。出于这个原因，已经将气化(例如生物质气化)与流化床燃烧结合，以提供热焓，并且还去除了在气化过程中形成的焦炭。这种焦炭在气化产物气体中可能是不期望的。因此，在现有技术中已经提出了双流化床气化。甚至当将空气经由原位燃烧用于产生吸热气化反应所需的热时，由于其产生高热量产物气体(无氮气稀释)的能力，双流化床气化是理想的。

常规的气化过程通常可分类为“直接”或“间接”。在直接气化过程中，氧化剂直接与碳质进料接触。在间接气化过程中，将氧化剂提供给单独的燃烧反应器，并使氧化剂在气化反应器中通过物理屏障与碳质进料保持分离，所述物理屏障还可以用作热传导介质。所述介质将热量从放热燃烧反应器中传递至吸热气化反应器，正如双流化气化采用了循环固态热传导介质。另一类型的间接气化技术使用了静态热传导管，以将吸热气化反应部分和放热燃烧反应部分分离，并在两者之间传递热量。

目前广泛采用的直接气化通常利用了三种基本配置，所述配置可以是空气吹入式或氧气吹入式：气流床(例如Siemens)、流化床(例如Winkler)和移动床(例如Lurgi dry bottom)。当空气吹入时，空气中的氮组分不期望地稀释了产物合成气体，使其不适合直接用于各种下游应用。出于这个原因，许多直接气化器是氧气吹入式，其需要高纯度氧气来源，这往往是昂贵的。例如，通常使用空气分离单元来为氧气吹入式气化器提供氧气。尽管使用了高纯度氧气，直接气化、尤其是通过流化床和移动床的气化器进行的直接气化常常提供低品质合成气体，所述低品质合成气体适用于许多应用，但可能在用于需要高品质合成气体的下游过程中是不理想的。而氧气吹入式气流床气化器可以生产具有比流化床或移动床配置所生产的合成气体更高品质的合成气体，气流床气化器通常需要更严格的原料制备，这对于某些类型的碳质进料(例如生物质或石油焦)而言可能是不切实际的。即使不含杂质，通过气流床或其它类型的气化技术所生产的合成气体也可能不符合某些下游化学或燃料合成应用所期望的组成。因此，可能需要对该合成气体进行进一步调节。