СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША

1. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша, включающий следующие стадии:
a) реакцию первой стадии синтеза Фишера-Тропша:
2
введение газового сырья, содержащего СО и H, в реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов с получением продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша; при этом степень превращения CO в реакторе (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша поддерживают при 30-70%;
b) разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша:
разделение продуктов реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша таким образом, чтобы отделить воду от непрореагировавшего остаточного газа и получить углеводородные продукты и непрореагировавший остаточный газ (4) реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша;
c) реакцию второй стадии синтеза Фишера-Тропша:
введение непрореагировавшего остаточного газа (4), полученного на стадии b), в реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакции синтеза Фишера-Тропша под действием катализаторов с получением продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша;
d) разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша:
разделение продуктов реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша таким образом, чтобы отделить воду от непрореагировавшего остаточного газа и получить углеводородные продукты и непрореагировавший остаточный газ (10) реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша; при этом часть (27) непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша возвращают в реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакций при рециркуляции,
в котором непрореагировавший остаточный газ (4) реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша не возвращают в реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша для проведения реакций при рециркуляции; на стадии а) свежий синтез-газ в качестве сырья проходит через реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша за один проход;
в котором разделения на стадиях b) и а) включают разделения типа нефтепродукт-вода-газ верхних продуктов (2; 33) реакций синтеза Фишера-Тропша.
2
2. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором объемное отношение CO к H в газовом сырье составляет 0,67-2,2.
3. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором разделение типа нефтепродукт-вода-газ верхнего продукта (2) реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии b) и/или разделение типа нефтепродукт-вода-газ верхнего продукта (33) реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а) включает следующие стадии:
во-первых, проведение мгновенного разделения с помощью высокотемпературных сепараторов (104, 114) высокого давления с получением жидкостей (11; 37) из высокотемпературного сепаратора высокого давления и газов (3; 34) из высокотемпературного сепаратора высокого давления;
затем проведение мгновенного разделения газов (3; 34) из высокотемпературного сепаратора высокого давления с использованием холодных сепараторов (106; 116) высокого давления и получением двух фаз: жидкостей из холодного сепаратора высокого давления, которые смешивают с жидкофазными продуктами (6; 36), состоящими из легких дистиллятных нефтепродуктов и воды, и газов из холодного сепаратора высокого давления, которые представляют собой непрореагировавшие остаточные газы (4; 10).
4. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.3, дополнительно включающий:
e) введение жидкостей (11; 37) из высокотемпературного сепаратора высокого давления, полученных при реакциях первой стадии и второй стадии синтеза Фишера-Тропша, в высокотемпературный сепаратор (117) низкого давления; осуществление мгновенного разделения с получением продуктов - тяжелых дистиллятных нефтепродуктов в качестве жидкости (78) из высокотемпературного сепаратора низкого давления, и газа (39) из высокотемпературного сепаратора низкого давления; и
f) возможно, введение жидкостей (6; 36) из холодного сепаратора высокого давления, полученных при реакциях первой и второй стадии синтеза Фишера-Тропша и, возможно, газа (39) из высокотемпературного сепаратора низкого давления, в холодный сепаратор (118) низкого давления; проведение мгновенного разделения с получением газа (48) из холодного сепаратора низкого давления, легких дистиллятных нефтепродуктов (58) и воды (68).
5. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.3, в котором:
высокотемпературные сепараторы (104; 114) высокого давления работают при 120-220°С, предпочтительно при 140-180°С;
холодные сепараторы (106; 116) высокого давления работают при 5-60°С, более предпочтительно при 10-50°С.
6. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.4, в котором:
высокотемпературный сепаратор (117) низкого давления работает при 60-200°С, предпочтительно при 70-180°С, более предпочтительно при 80-160°С и наиболее предпочтительно при 90-140°С;
холодный сепаратор (118) низкого давления работает при 5-60°С, предпочтительно при 20-50°С.
7. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по любому из п.п.1-5, в котором степень превращения СО в реакторе (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша поддерживают на уровне 40-65%, предпочтительно 50-60%.
8. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором реакцию первой стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии а) и/или реакцию второй стадии синтеза Фишера-Тропша на стадии с) проводят при следующих реакционных условиях:
температура реакции 200-320°С, предпочтительно 235-275°С, более предпочтительно 245-265°С;
давление реакции 1,5-5,0 МПа (15-50 бар), предпочтительно 2,0-4,0 МПа (20-40 бар), более предпочтительно 2,5-3,5 МПа (25-35 бар);
приведенная скорость газа на входе в реактор 10-40 см/с, предпочтительно 15-35 см/с, более предпочтительно 15-25 см/с;
отношение объемного потока газа на входе в реактор к массе катализатора (то есть отношение газ-катализатор) 2000-50000 мл (н.у.)/г кат./ч, предпочтительно 5000-30000 мл (н.у.)/г кат./ч, более предпочтительно 8000-20000 мл (н.у.)/г кат./ч.
9. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша и реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляют собой один реактор с псевдоожиженным слоем или множество реакторов с псевдоожиженным слоем, соединенных параллельно; предпочтительно количество реакторов (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша равно количеству реакторов (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша, или превышает его; например, реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем или множество реакторов с псевдоожиженным слоем, соединенных параллельно, а реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем.
2
10. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором объемное отношение CO к H в газовом сырье составляет 1,4-2.
2
2
11. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором катализаторы, используемые на стадиях а) и с), представляют собой катализаторы на основе железа или кобальта; предпочтительно, при использовании катализаторов на основе железа объемное отношение N к CO в газовом сырье составляет 1,4-1,8, предпочтительно 1,4-1,7, более предпочтительно 1,5-1,7, наиболее предпочтительно 1,5-1,6; предпочтительно, при использовании катализаторов на основе кобальта объемное отношение H к CO в газовом сырье составляет 1,8-2,2, предпочтительно 1,9-2,1, более предпочтительно 1,95-2,05, и наиболее предпочтительно 2,0.
2
2
12. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором непрореагировавший остаточный газ реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша смешивают с непрореагировавшими остаточными газами реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша; затем вводят в реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша; предпочтительно, объемное отношение в смеси непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша к непрореагировавшему остаточному газу реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша составляет 0,5-5, предпочтительно 1-3, и более предпочтительно 1,5-2,5; предпочтительно CO в непрореагировавшем остаточном газе реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша удаляют перед смешиванием; например, удаление CO проводят горячим карбонатом калия или методом промывки водой.
13. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором газовое сырье на стадии а) представляет собой синтез-газ, подвергнутый очистке и конверсии водяного газа.
14. Двухстадийный способ синтеза Фишера-Тропша по п.1, в котором содержание воды в непрореагировавшем остаточном газе, поступающем в реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша, составляет менее 0,05% по объему, предпочтительно менее 0,01%, более предпочтительно менее 0,005%, и наиболее предпочтительно менее 0,0001%.
15. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша, включающее:
А) реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза Фишера-Тропша; причем реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша содержит по меньшей мере:
вход в реактор первой стадии, расположенный в нижней части реактора (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша;
верхний выход из реактора первой стадии, расположенный в верхней части реактора (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша;
выход для парафина или суспензии, полученных на первой стадии синтеза Фишера-Тропша, расположенный в зоне псевдоожиженного слоя реактора (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша;
B) разделительное устройство первой стадии для разделения верхнего продукта (2), выходящего из верхнего выхода реактора первой стадии, таким образом отделяя воду от непрореагировавшего остаточного газа, с получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции первой стадии синтеза Фишера-Тропша; причем разделительное устройство первой стадии содержит:
вход в разделительное устройство первой стадии, соединенный с верхним выходом реактора первой стадии;
множество выходов разделительного устройства первой стадии, включающих:
выход для углеводородного продукта первой стадии; и
выход для непрореагировавшего остаточного газа первой стадии;
C) реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша, содержащий катализаторы синтеза Фишера-Тропша; причем реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша содержит по меньшей мере:
вход в реактор второй стадии, расположенный в нижней части реактора (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша и соединенный с выходом для непрореагировавшего остаточного газа первой стадии;
верхний выход реактора второй стадии, расположенный в верхней части реактора (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша;
выход для парафина или суспензии, полученных на второй стадии синтеза Фишера-Тропша, расположенный в зоне псевдоожиженного слоя реактора (102) второй стадии синтеза Фишера-Тропша;
D) разделительное устройство второй стадии для разделения верхнего продукта (33), выходящего из верхнего выхода реактора второй стадии, таким образом отделяя воду от непрореагировавшего остаточного газа, с получением углеводородных продуктов и непрореагировавшего остаточного газа реакции второй стадии синтеза Фишера-Тропша; причем разделительное устройство второй стадии содержит:
вход в разделительное устройство второй стадии, соединенный с верхним выходом реактора второй стадии;
множество выходов разделительного устройства второй стадии, включающих:
выход для углеводородного продукта второй стадии, и
выход для непрореагировавшего остаточного газа второй стадии;
в котором выход для непрореагировавшего остаточного газа первой стадии не соединен с входом реактора первой стадии, так что свежий синтез-газ в качестве газового сырья проходит через реактор первой стадии синтеза Фишера-Тропша за один проход;
в котором разделительное устройство В) первой стадии и/или разделительное устройство D) второй стадии содержит разделительное устройство типа нефтепродукт-вода-газ.
16. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.15, в котором реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша и реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем или множество реакторов с псевдоожиженным слоем, соединенных параллельно.
17. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.15, в котором количество реакторов (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша больше, чем количество реакторов (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша, или равно ему.
18. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.17, в котором разделительные устройства типа нефтепродукт-вода-газ разделительного устройства В) первой стадии и/или разделительного устройства D) второй стадии включают:
высокотемпературный сепаратор (сепараторы) (104; 114) высокого давления, включающие:
вход в высокотемпературный сепаратор высокого давления, соединенный с входом разделительного устройства первой стадии или входом разделительного устройства второй стадии,
выход для жидкости из высокотемпературного сепаратора высокого давления, и
выход для газа из высокотемпературного устройства высокого давления;
холодный сепаратор (сепараторы) (106; 116) высокого давления, включающие:
вход в холодный сепаратор высокого давления, соединенный с выходом для газа из высокотемпературного сепаратора высокого давления,
выход для жидкости из холодного сепаратора высокого давления, и
выход для газа из холодного сепаратора высокого давления.
19. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.18, дополнительно включающее:
высокотемпературный сепаратор (117) низкого давления, включающий:
вход в высокотемпературный сепаратор низкого давления, соединенный с выходом (выходами) для жидкости из высокотемпературного сепаратора высокого давления разделительного устройства первой стадии и/или разделительного устройства второй стадии,
выход для газа из высокотемпературного сепаратора низкого давления,
выход для жидкости из высокотемпературного сепаратора низкого давления;
возможно, холодный сепаратор (118) низкого давления, включающий:
вход в холодный сепаратор низкого давления, соединенный с выходом для жидкости из высокотемпературного сепаратора низкого давления и/или с выходом для жидкости из холодного сепаратора высокого давления,
выход для газа из холодного сепаратора низкого давления,
выход для легких дистиллятных нефтепродуктов,
выход для воды, образованной в ходе синтеза Фишера-Тропша.
2
2
20. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.18 или 19, дополнительно включающее устройство (109) для удаления CO, при этом устройство (109) для удаления CO включает:
2
вход для растворителя, используемого для удаления CO,
2
выход для растворителя, используемого для удаления CO,
2
вход для газа в устройство для удаления CO, соединенный с выходом для газа из холодного сепаратора высокого давления,
2
выход для газа из устройства для удаления CO, соединенный с входом в реактор второй стадии.
21. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.15, в котором реактор (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем или множество реакторов с псевдоожиженным слоем, соединенных параллельно, а реактор (112) второй стадии синтеза Фишера-Тропша представляет собой один реактор с псевдоожиженным слоем.
22. Устройство для проведения двухстадийного синтеза Фишера-Тропша по п.15, дополнительно включающее:
фильтр для парафина, расположенный внутри или вне реактора (102) первой стадии синтеза Фишера-Тропша и реактора (112) для проведения второй стадии синтеза Фишера-Тропша.