СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ПРОДУКТА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ БИОМАССЫ
METHOD FOR PREPARING LIQUID HYDROCARBON PRODUCT FROM BIOMASS-PRODUCED SYNTHETIC GAS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение относится к способу получения жидких углеводородных продуктов из синтез-газа биомассы, а более конкретно к улучшенному способу синтеза Фишера-Тропша для получения жидких углеводородных продуктов из синтез-газа биомассы, который относится к области приготовления жидких углеводородных продуктов с использованием синтеза Фишера-Тропша.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Синтез Фишера-Тропша является процессом преобразования горючих ископаемых, таких как уголь и природный газ, или возобновляемых источников энергии, таких как биомасса, в синтез-газ, после чего производят жидкие углеводородные продукты с использованием синтез-газа в присутствии катализатора. Процесс играет важную роль в снижении зависимости от энергии нефти и производства химических веществ.
[0003] В установке для синтеза Фишера-Тропша сырой синтез-газ сначала подвергают риформингу посредством реакции конверсии водяного газа, а затем углекислый газ удаляют из сырого синтез-газа.
[0004] Китайская заявка на патент № CN 1354779 A и CN 1761734 A обе раскрывают способ синтеза Фишера-Тропша производства жидких углеводородов, однако в данном случае сырой синтез-газ имеет низкое отношение водорода к углероду.
[0005] Китайская заявка на патент CN 200610140020.4 раскрывает двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша. Углекислый газ в отработанных газах сначала удаляют с помощью способа щелочной промывки. Обработанные отработанные газы смешивают с сырым газом, подвергают риформингу посредством реакции конверсии водяного газа, обезуглероживают и транспортируют к установке синтеза Фишера-Тропша.
[0006] Китайская заявка на патент № CN 200310108146.X раскрывает двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша. Инертный газ, произведенный в первичной установке синтеза Фишера-Тропша, накапливается во вторичной установке синтеза Фишера-Тропша, так что выход отработанных газов из вторичной установки синтеза Фишера-Тропша должен быть увеличен, тем самым снижается экономическая эффективность всей системы. Кроме того, сырой синтез-газ имеет низкое отношение водорода к углероду.
[0007] Китайская заявка на патент № CN 101979468 A раскрывает то, что отработанные газы сначала обрабатывают с помощью установки риформинга углекислого газа. Насыщенные метаном неконденсируемые отработанные газы смешиваются и вступают в реакцию с углекислым газом с образованием синтез-газа. Синтез-газ транспортируется обратно и смешивается с необработанным газом, подвергается риформингу посредством реакции конверсии водяного газа для регулирования отношения водорода к углероду, а затем углекислый газ удаляется.
[0008] В общем, процедура риформинга является общепринятой стадией в способе синтеза Фишера-Тропша. Если объем обработки в процедуре риформинга может быть снижен, экономическая эффективность системы будет увеличиваться, а выбросы углекислого газа будут значительно сокращены. Кроме того, биомасса имеет низкую энергетическую плотность и ограниченный диапазон по сбору. Процедура риформинга приводит к потере углерода, который ограничивает производственную мощность установок по производству топлива из биомассы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] С учетом приведенных выше проблем, одна задача изобретения - предоставить способ приготовления жидкого углеводородного продукта из синтез-газа биомассы, который отличается высокой эффективностью, простотой и низкой себестоимостью. Способ не предполагает реакцию конверсии водяного газа, поэтому он имеет упрощенный процесс, и выбросы углекислого газа значительно снижаются.
[0010] Для достижения вышеуказанной задачи, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, предложен способ получения жидкого углеводородного продукта из синтез-газа биомассы, причем способ содержит:
[0011] 1) смешивание сырого синтез-газа из газификатора биомассы и газа, насыщенного (обогащенного) водородом, с целью производства смешанного газа, в котором объемное отношение насыщенного водородом газа к сырому синтез-газу находится между 0,7 и 2,1;
[0012] 2) дегидратацию и обезуглероживание (декарбонизация) смешанного газа для удаления влаги, углекислого газа и примесей с целью производства синтез-газа высокого качества;
[0013] 3) подачу синтез-газа высокого качества на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора, регулирование температуры реакции синтеза Фишера-Тропша на уровне между 150 и 300°С и давления реакции между 2 и 4 МПа (А) с целью производства жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят из установки синтеза Фишера-Тропша; и
[0014] 4) возвращение 70-95% об. отработанных газов из установки синтеза Фишера-Тропша на стадию 3) для смешивания с синтез-газом высокого качества и подачу конечного смешанного газа на установку синтеза Фишера-Тропша.
[0015] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 1) насыщенный водородом газ содержит 60-99% об. водорода.
2
2
[0016] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 3) синтез-газ высокого качества имеет объемное соотношение Н/СО между 1,8 и 3,0 и содержит 50-99% об. эффективных компонентов H+CO.
2
2
[0017] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 3) синтез-газ высокого качества имеет объемное соотношение Н/СО между 2 и 2,5 и содержит 80-99% об. эффективных компонентов H+CO.
[0018] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 1) объемное соотношение обогащенного водородом газа к сырому синтез-газу находится между 0,7:1 и 1,34:1, и обогащенный водородом газ содержит 70-99% об. водорода.
[0019] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 1) объемное соотношение обогащенного водородом газа к необработанному синтез-газу находится между 0,96:1 и 1,1:1, и обогащенный водородом газ содержит 80-90% об. водорода.
[0020] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 3) температура реакции синтеза Фишера-Тропша находится между 180 и 230°С, а давление реакции находится между 2 и 2,5 МПа (А).
[0021] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 3) часть отработанных газов используют для сжигания с целью производства электроэнергии или с целью обеспечения нагревания.
2
2
[0022] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 1) объемное отношение обогащенного водородом газа к сырому синтез-газу составляет 0,96:1, и обогащенный водородом газ содержит 90% об. водорода; на стадии 3) температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 200°С и давление реакции составляет 2,5 МПа (А); синтез-газ высокого качества имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,15, и содержит 90% об. эффективных компонентов H+CO.
2
2
[0023] В рамках этого варианта осуществления, на стадии 1) объемное соотношение обогащенного водородом газа к сырому синтез-газу составляет 1,1:1 и обогащенный водородом газ содержит 80% об. водорода; на стадии 3) температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 190°С и давление реакции составляет 2,2 МПа (А); сырой синтез-газ имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,2, и содержит 84% об. эффективных компонентов Н+СО.
[0024] Преимущества в соответствии с вариантами осуществления изобретения заключаются в следующем:
[0025] 1. Изобретение использует богатый водородом газ, чтобы улучшить низкое соотношение водород/углерод синтез-газа биомассы, при этом нет необходимости использования реакции конверсии водяного газа. Углекислый газ удаляют из конечного смешанного газа, тем самым получая синтез-газ высокого качества. Таким образом, эффективность биомассы по углероду улучшается, а эффективность производства системы повышается.
[0026] 2. Производственный процесс упрощается, тем самым экономя капиталовложения и потребление энергии.
2
[0027] 3. Отработанные газы используются для сжигания с целью производства электроэнергии или обеспечения нагрева, что обеспечивает высокую эффективность использования ресурсов биомассы и сокращает выбросы CO.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0028] Фиг. 1 является блок-схемой операций способа приготовления жидкого углеводородного продукта из синтез-газа биомассы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0029] Фиг. 1 является блок-схемой операций способа приготовления жидкого углеводородного продукта из синтез-газа биомассы.
[0030] Способ приготовления жидкого углеводородного продукта из синтез-газа биомассы содержит:
[0031] 1) смешивание сырого синтез-газа из газификатора биомассы и богатого водородом газа с целью производства смешанного газа, где объемное отношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу находится между 0,7 и 2,1, предпочтительно между 1,1 и 1,7;
[0032] 2) дегидратацию и обезуглероживание смешанного газа для удаления влаги, углекислого газа и примесей с целью производства синтез-газа высокого качества;
[0033] 3) подачу синтез-газа высокого качества на установку синтеза Фишера-Тропша для синтеза Фишера-Тропша в присутствии катализатора с целью производства жидкого углеводородного продукта и воды, которую отводят с установки синтеза Фишера-Тропша; и
[0034] 4) возвращение 70-95% об. отработанных газов с установки синтеза Фишера-Тропша на стадию 3) для смешивания с сырым синтез-газом и подачу конечного смешанного газа на установку синтеза Фишера-Тропша.
[0035] На стадии 1) обогащенный водородом газ содержит 60-99% об. водорода, предпочтительно, 77-84% об.
2
2
[0036] На стадии 3) синтез-газ высокого качества имеет объемное соотношение Н/СО между 1,8 и 3,0 и содержит 50-99% об. эффективных компонентов Н+СО.
2
2
[0037] Предпочтительно, когда на стадии 3) синтез-газ высокого качества имеет объемное соотношение Н/СО между 2 и 2,5 и содержит 80-99% об. эффективных компонентов Н+СО.
[0038] Температура реакции синтеза Фишера-Тропша находится между 150 и 300°С и давление реакции находится между 2 и 4 МПа (А). Катализатор является катализатором на основе Fe или на основе Со и реактор является реактором с неподвижным слоем, с псевдоожиженным слоем, с циркулирующим псевдоожиженным слоем или с трехфазным псевдоожиженным слоем.
[0039] На стадии 3) часть отработанных газов используется для сжигания с целью производства электроэнергии или с целью обеспечения нагревания. Тепловая энергия или произведенная электроэнергия направляется в локальные зоны или прилегающие зоны, чтобы обеспечить питание привода для турбин внутреннего сгорания или паровых турбин.
[0040] Обогащенный водородом газ - газ с заводов по производству удобрений, нефтехимических заводов, водно-электролитных установок или с других установок по производству водорода.
[0041] На стадии 1) объемное соотношение водород/окись углерода сырого синтез-газа составляет 0,1-2. Если в газификаторе отсутствует влага, объемное соотношение во многих случаях составляет 0,1-1.
[0042] На стадии 2) примеси содержат сульфиды, оксинитриды, соединения металлов или другие соединения, которые могут дезактивировать или понизить активность катализаторов.
[0043] Рециркулируемые отработанные газы представляют собой смесь, содержащую синтез-газ, инертный газ и углеводороды, которые отводят с установки синтеза Фишера-Тропша, и возвращают на синтез Фишера-Тропша посредством оборудования с наддувом.
[0044] Жидкий углеводородный продукт на стадии 3) содержит нафту, дизельное топливо, парафин Фишера-Тропша, который может быть дополнительно обработан с целью синтеза дизельного топлива, авиационного керосина, этилена, пропилена.
Пример 1
3
[0045] Газификатор биомассы производит сырой синтез-газ с производительностью 4000 нм/ч. Компоненты сырого синтез-газа приведены в Таблице 1. Объемное соотношение водород/окись углерода составляет 0,39.
[0046] Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:
[0047] 1) Объемное отношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 1,7:1, и обогащенный водородом газ содержит 60% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0048] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 180°С.
[0049] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,0 МПа (А).
[0050] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0051] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,5, и содержит 65% об. эффективных компонентов Н+СО;
78% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0052] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 805 кг в час;
[0053] 3) Углекислый газ в количестве 2,3 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 77% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 2
[0054] Применяемый сырой синтез-газ является таким же, как в Примере 1. Условия реакции синтеза Фишера-Тропша заданы следующим образом:
[0055] 1) Объемное отношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 1,34:1 и обогащенный водородом газ содержит 70% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0056] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 220°С.
[0057] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 3,5 МПа (А).
[0058] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0059] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,3, и содержит 77% об. эффективных компонентов Н+СО;
82% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0060] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 844 кг в час;
[0061] 3) Углекислый газ в количестве 2,2 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 80% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 3
[0062] 1) Объемное отношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 1,1:1, и обогащенный водородом газ содержит 8 0% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0063] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 190°С.
[0064] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,2 МПа (А).
[0065] На основании приведенных выше заданных условий реакции, основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0066] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,2, и содержит 8 4% об. эффективных компонентов Н+СО;
87% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0067] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 880 кг в час.
[0068] 3) Углекислый газ в количестве 2,14 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 79% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 4
[0069] 1) Объемное соотношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 0,96:1, и обогащенный водородом газ содержит 90% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0070] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 200°С.
[0071] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,5 МПа (А).
[0072] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0073] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2,15, и содержит 90% об. эффективных компонентов Н+СО.
90% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0074] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 914 кг в час.
[0075] 3) Углекислый газ в количестве 2,06 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 79% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 5
[0076] 1) Объемное соотношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 0,9:1, и обогащенный водородом газ содержит 99% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0077] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 230°С.
[0078] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 3,0 МПа (А).
[0079] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0080] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 2, и содержит 94% об. эффективных компонентов Н+СО;
93% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша;
[0081] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 94 6 кг в час;
[0082] 3) Углекислый газ в количестве 1,99 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа  уменьшается на 80% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 6
[0083] 1) Объемное соотношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 0,7:1, и обогащенный водородом газ содержит 99% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0084] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 250°С.
[0085] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 3, 2 МПа (А).
[0086] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа формулируют следующим образом:
2
2
[0087] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 1,8, и содержит 96% об. эффективных компонентов Н+СО;
95% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0088] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 963 кг в час.
[0089] 3) Углекислый газ в количестве 1,9 тонн подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 82% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.
Пример 7
[0090] 1) Объемное соотношение богатого водородом газа к сырому синтез-газу составляет 2,1:1, и обогащенный водородом газ содержит 60% об. водорода.
Сырой синтез-газ подвергают дегидратации вплоть до 0% посредством установки для дегидратации.
Также, сырой газ синтез-газ подвергают обезуглероживанию в установке обезуглероживания, причем эффективность удаления достигает 99% после того, как синтез-газ был обработан в установке обезуглероживания.
[0091] 2) Температура реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 190°С.
[0092] 3) Давление реакции синтеза Фишера-Тропша составляет 2,3 МПа (А).
[0093] На основании приведенных выше заданных условий реакции основные материально-технические данные и параметры работы способа резюмируют следующим образом:
2
2
[0094] 1) Синтез-газ высокого качества для синтеза Фишера-Тропша имеет объемное соотношение Н/СО, равное 3,0, и содержит 66% об. эффективных компонентов Н+СО;
75% отработанных газов с реакции Фишера-Тропша используют в качестве рециркулируемого газа и возвращают в реактор для синтеза Фишера-Тропша.
[0095] 2) Производительность жидкого углеводорода составляет 780 кг в час.
[0096] 3) Углекислый газ в количестве 2,4 тонны подают для производства каждой тонны жидкого углеводорода, количество углекислого газа уменьшается на 84% по сравнению с обычными способами, внедряющими реакцию конверсии водяного газа при тех же рабочих условиях.