制备链烷烃产品的方法与流程

文档序号:15088043发布日期:2018-08-04 12:26阅读:145来源:国知局
本发明涉及由碳质原料制备链烷烃产品的方法,包括下列步骤:(a)将碳质原料部分氧化,以获得包含氢和一氧化碳的混合物,(b)使用步骤(a)中获得的混合物,进行费-托反应并回收来自费-托反应的废气。此类方法描述在wo-a-03/035590和wo-a-03/035591中。在这些专利公开中描述了将废气(在本文中称为尾气)再循环返回到步骤(b)的费-托反应器中或进入步骤(a)的气化器。气化器产生co和h2用于向前的费-托反应中的反应。根据这些公开之一,该废气将包含水、co2、ch4、n2、未反应的合成气(h2和co)和气态烃产品。虽然某些废气可以再循环到所述费-托反应器,但将所有废气再循环到费-托反应器会造成co2、ch4和惰性成分累积,由此减少费-托反应器生产的烃的量。这是是否将煤、生物质或天然气用作碳质原料的情况。将废气进料返回到气化器(其生产h2和co混合物)导致了与h2/co的相对比相关的问题。例如,煤气化器通常产生低于实施步骤(b)的优选比的h2/co比。将废气再循环到气化器甚至会进一步降低该比。在气化天然气的情况下,将该废气进料回到该气化器(其生产h2与co混合物)还将导致与h2/co的相对比相关的问题。wo03/035590中公开的第三选项是使用该废气作为发电的燃料。但是,实践中这不能消耗所有的可得废气。其中以更有效方式使用废气的方法已经描述在us2008023497a1和ep1860063中。在us2008023497a1和ep1860063中描述的一种方法中,费-托废气在第一反应器中被氢化并在第二反应器中进行变换反应。将具有降低的烯烃含量和降低的一氧化碳含量的所得费-托废气进料到蒸汽重整器中。在该第一反应器中,不饱和烃被氢化。us2008023497a1教导了铜/氧化锌催化剂是适于烯烃氢化的催化剂。ep1860063列举了铜/氧化锌、镍、镍/钨、钴/钼和硫化镍/钼催化剂作为适于该烯烃氢化的催化剂,优选铜/氧化锌催化剂,更优选已经向其添加锰的铜/氧化锌催化剂。在该第二反应器中,一氧化碳经由与水的变换反应而除去。该反应获得二氧化碳和氢。us2008023497a1教导了铁/铬催化剂是适于该变换反应的催化剂。ep1860063列举了铁/铬、铜/氧化锌和镍/钴作为适于该变换反应的催化剂。在us2008023497a1和ep1860063中描述的另一方法中,使用还促进一氧化碳的甲烷化的预重整催化剂对费-托废气进行氢化反应。在这种情况下,烯烃氢化和一氧化碳去除同时并在一个反应器中发生。us2008023497a1列举了镍/al2o3催化剂、铁、钴、nimo、tiw、铂、钌和铼催化剂作为合适的预重整催化剂。ep1860063列举了铂、钌和铼催化剂,以及镍基催化剂,例如在氧化铝上的镍,作为合适的预重整催化剂。本发明涉及一种优化的方法。尤其优化了氢化来自费-托反应器的废气的方法,以实现非常稳定的催化剂性能。这是有利的,因为现在可以在该氢化催化剂的整个催化剂寿命内保持最佳工艺条件,并且显著提高了催化剂寿命。本发明涉及由碳质原料制备链烷烃产品的方法,包括以下步骤:(a)将碳质原料部分氧化,以获得包含氢和一氧化碳的混合物,(b)使用步骤(a)中获得的混合物,进行费-托反应并回收来自所述费-托反应的废气和链烷烃产品,(c)使用0.5-1.5、优选0.7至1.5的蒸汽/废气摩尔比和包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂,使至少一部分来自所述费-托反应的废气进行氢化反应,(d)使用基于催化剂总重量计算包含最多0.2重量%的钴、最多0.2重量%的铁和最多0.2重量%的钌的镍基催化剂,使至少一部分获自步骤(c)的气体进行转化反应,和(e)优选使用重整法,更优选使用蒸汽重整法,甚至更优选使用蒸汽甲烷重整法、绝热蒸汽重整法、燃烧蒸汽重整法或自热蒸汽重整法,最优选使用绝热蒸汽重整法或蒸汽甲烷重整法,由至少一部分获自步骤(d)的气体制备含氢气体。优选本发明方法的所有步骤以编号的顺序进行。该方法可以包含附加的步骤。申请人发现,通过进行步骤(e),所述废气可以用作制备含氢气体产物的原料。这是有利的,因为在要通过本发明改善的方法中需要附加的氢以优化步骤(a)中获得的合成气中氢对co比和/或通过一个或多个加氢处理步骤进一步升级步骤(b)中获得的产物。此外,申请人发现,用于步骤(c)的相对高的蒸汽/废气摩尔比导致在步骤(c)的烯烃和/或链烷烃的氢化后提高的一氧化碳消耗。此外,与其中使用较低蒸汽/废气摩尔比的氢化法相比,在步骤(c)中生成较少的含氧化合物。这是有利的,因为含氧化合物会粘到铜/锌氢化催化剂的活性位点上并由此降低其活性。这也是有利的,因为当与步骤(d)的镍基催化剂接触时,含氧化合物可以转化为烯烃,该烯烃可以引起胶质生成并导致降低的镍基催化剂活性。此外,申请人发现,该优化方法导致对步骤(c)的氢化催化剂的非常稳定的催化剂性能,所述催化剂包含铜和锌以及任选的锰。这是有利的,因为现在可以在该氢化催化剂的整个催化剂寿命内保持最佳工艺条件,并且显著提高了催化剂寿命。此外,申请人发现,步骤(d)的转化可以最佳方式进行,因为进入步骤(d)的进料几乎不含任何含氧化合物。此外,在步骤(d)中,还没有在步骤(c)中转化的大部分一氧化碳将在步骤(d)中被转化。以这种方式获得的气体当其用于步骤(e)时具有可接受的一氧化碳含量。当步骤(e)涉及重整法,例如绝热蒸汽重整法或蒸汽甲烷重整法时,在进料至步骤(e)的获自步骤(d)的气体中残留的低一氧化碳含量将不会引起任何问题。步骤(a)在步骤(a)中,碳质原料用含氧气体部分氧化。这也称为气化。所述碳质原料可以是煤、生物质或天然气。步骤(a)中的气化可以通过部分氧化天然气来进行。步骤(a)中的气化可以通过用纯氧部分氧化天然气根据壳牌气化方法(sgp)通过部分氧化天然气来进行。使用纯氧部分氧化天然气可以在1100至1700℃下运行。优选地,使用纯氧部分氧化天然气在1300至1500℃下和最高70巴的压力下运行。用于部分氧化天然气的方法的另一实例描述在wo9603345a1中,其中通过在共环燃烧器中使用99.5%纯氧和任选作为缓和剂气体的二氧化碳并在不存在催化剂的情况下部分氧化天然气来制备一氧化碳和氢的混合物。进一步的实施例描述在wo2008006787a2中。在wo2008006787a2的方法中,对包含甲烷的进料的部分氧化使用设置有单独通道布置的多孔燃烧器来进行,其中具有提高温度的气态烃流经该燃烧器的通道,氧化剂气体流经燃烧器的单独通道,并且其中用于气态烃进料的通道和用于氧化剂气体的通道被第二气体流经的通道分隔,其中第二气体包含氢、一氧化碳和/或烃。步骤(a)中的气化可以通过用有限体积的氧在通常为800℃至2000℃的温度下在不存在催化剂的情况下部分燃烧煤来进行。如果采用1050至2000℃的温度,产物气体将含有极少量的气态副产物如可冷凝焦油、酚类和烃类。合适的煤包括褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤和褐煤。褐煤和烟煤是优选的。为了实现更快速和完全的气化,煤的初始粉碎是优选的。优选选择粒度以使得70%的固体煤进料可以通过200目筛。该气化优选在氧和蒸汽的存在下进行,氧纯度优选为至少90体积%,氮气、二氧化碳和氩气允许作为杂质。基本纯的氧是优选的,如通过空气分离单元(asu)制备的。如果煤的水含量过高,则该煤优选在使用前干燥。该气氛优选通过将氧对无水分和灰分的煤的重量比调节在0.6至11、优选0.8至1.0范围内来保持为还原性的。例如,可以使用us4350103和us4458607中描述的工艺。虽然,通常优选的是选择氧和蒸汽的比以使得每一体积份氧在反应中存在0至0.3体积份的蒸汽,本发明适用于具有显著不同的氧对蒸汽的比的方法。所用氧优选在与煤接触前被加热,优选加热至大约200至500℃的温度。步骤(a)优选通过煤颗粒和含有氧的载气的干混合物在膜壁气化反应器中的部分氧化进行。膜壁反应器是已知的,例如描述在us20060076272a1中。优选通过使热气与液体水直接接触来冷却气化反应器中获得的氢和一氧化碳的热混合物,也称为水猝冷。对于煤衍生的合成气,步骤(a)中获得的气体混合物的h2/co比通常为大约1或小于1,并通常为大约0.3-0.6。该比例适于铁催化的费-托反应。由于低温度,钴催化的费-托反应具有2.0至2.1的更高消耗比,需要额外的氢。通过借助水煤气变换反应转化步骤(a)中获得的气体混合物中存在的一部分一氧化碳,获得提高量的氢,由此将气体混合物的h2/co比调节至更适于进行步骤(b)的值。步骤(e)中制备的一部分氢也可以有利地用于改变气体混合物的h2/co比,由此需要较少的水煤气变换反应。该催化水变换转化反应提供富氢(通常高度富氢)的合成气,可能具有3以上、更适宜地5以上、优选7以上、更优选15以上、可能20或甚至更高的h2/co比。该水变换转化反应在本领域是公知的,并例如描述在早先提及的wo03035591a1中。通常,水(常常为蒸汽形式)与合成气混合生成二氧化碳和氢。使用的催化剂可以是任何用于此类反应的已知催化剂,包括铁、铬、铜和锌。在氧化锌上的铜是已知的变换催化剂。变换反应中所需水的非常合适的来源是费-托反应中制得的产物水。优选这是主要来源,例如至少80%衍生自该费-托法,优选至少90%,更优选100%。由此,最小化了对额外水源的需要。另一优选水源是如上所述用于冷却步骤(a)中热气的猝冷水。当步骤(a)中获得的气体混合物是煤衍生的合成气时,待用于步骤(b)的气体混合物的氢和一氧化碳的所需比优选通过仅将一部分步骤(a)中获得的气体送入如上所述的催化水变换反应来控制。以这种方式,可以有效方式与该固体碳质原料品质(即碳和氢的比)无关地定位所述所需比。尤其是当步骤(a)中获得的气体混合物是煤衍生的合成气时,步骤(a)的氢和一氧化碳的混合物可以经过二氧化碳/硫化氢(co2/h2s)去除系统。当步骤(a)中获得的气体混合物是天然气衍生的合成气时该步骤也可以进行。所述去除系统可以包括一个或多个去除单元。所述co2/h2s去除系统优选使用物理溶剂法,尤其是甲醇或环丁砜,优选甲醇。如下文中进一步讨论的那样,该方法基于二氧化碳与硫化氢在压力下高度可溶于该溶剂,随后当压力降低时可以容易地从溶液中释放;如下所述进一步讨论。所述高压系统因其效率而是优选的,但其它去除系统如使用胺是已知的。优选的是除去至少80体积%、优选至少90体积%、更优选至少95体积%和最多99.5体积%的存在于任选催化变换的合成气流中的二氧化碳。这避免了惰性物质在该费-托法中的累积。在工业规模上,根据吸收酸性组分的机理,主要存在两类吸收溶剂:化学溶剂和物理溶剂。就以下特征而言,各溶剂具有自身的优点和缺点:负载能力、动力学、再生能力、选择性、稳定性、腐蚀性、加热/冷却要求等。已经证明在工业上可用的化学溶剂是伯胺、仲胺和/或叔胺衍生的链烷醇胺。最常用的胺衍生自乙醇胺,尤其是单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、三乙醇胺(tea)、二异丙醇胺(dipa)和甲基二乙醇胺(mdea)。已经证明在工业上适宜的物理溶剂是环四亚甲基砜及其衍生物、脂族酸酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n-烷基化吡咯烷酮和相应的哌啶酮、甲醇、乙醇以及聚乙二醇的二烷基醚的混合物。公知的工业方法使用化学溶剂(尤其是dipa和/或mdea)与物理溶剂(尤其是环四亚甲基砜)的含水混合物。对于中等投资成本和运营成本,此类体系显示出良好的吸收容量和良好的选择性。它们在高压下(尤其是20至90巴下)运行非常良好。可用于本发明的物理吸附工艺是本领域技术人员公知的。可以参照例如perry,chemicalengineerings’handbook,第14章,gasabsorption。可用于本发明的吸收法是物理法。合适的溶剂对本领域技术人员是公知的,并描述在文献中。在本方法中,物理吸收法中的液体吸收剂适宜地为甲醇、乙醇、丙酮、二甲醚、甲基异丙基醚、聚乙二醇或二甲苯,优选为甲醇。所述物理吸收法适宜地在低温下进行,优选在-60℃至0℃之间,优选-30至-10℃之间。所述物理吸收法通过使轻质产物流以逆向向上流动与液体吸收剂接触来进行。该吸收法优选以连续方式进行,其中将液体吸收剂再生。该再生法对本领域技术人员是公知的。负载的液体吸收剂通过压力释放(例如闪蒸操作)和/或升温(例如蒸馏法)适宜地再生。该再生适宜地在两个或多个步骤中,优选3至10个步骤,尤其是一个或多个闪蒸步骤与蒸馏步骤的结合,来进行。来自该方法的溶剂的再生也是本领域中已知的。优选地,本发明包括一个集成的溶剂再生塔。还可以使步骤(a)的气体混合物经过附加的去除系统、防护或洗涤单元,无论是作为对co2/h2s去除系统的辅助或支持还是协助减少和/或去除其它污染物如hcn、nh3、cos和h2s、羰基金属、氢化物或其它痕量污染物。步骤(b)步骤(b)的费-托合成是本领域技术人员公知的,并涉及通过使混合物在反应条件下与费-托催化剂接触从而由氢和一氧化碳的气态混合物合成烃。费-托合成的产物可以由甲烷到重质链烷烃蜡。优选地,最小化产生甲烷,制得的烃的主要部分具有至少5个碳原子的链长。优选地,c5+烃类的量为全部产物重量的至少60重量%,更优选至少70重量%,甚至更优选至少80重量%,最优选至少85重量%。费-托催化剂在本领域是已知的,并通常包括第viii族金属组分,优选钴、铁和/或钌,更优选钴。通常,所述催化剂包含催化剂载体。所述催化剂载体优选是多孔的,如多孔无机难熔氧化物,更优选氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆或其混合物。存在于载体上的催化活性金属的最佳用量尤其取决于特定催化活性金属本身。通常,存在于所述催化剂中的钴的量可以为每100重量份载体材料1-100重量份,优选每100重量份载体材料10-50重量份。所述催化活性金属可以与一种或多种金属促进剂或助催化剂一起存在于所述催化剂中。所述促进剂可以以金属形式或以金属氧化物形式存在,取决于涉及的特定促进剂。合适的促进剂包括周期表第iia、iiib、ivb、vb、vib和/或viib族的金属的氧化物、镧系元素和/或锕系元素的氧化物。优选地,所述催化剂包含周期表第ivb、vb和/或viib族中的至少一种元素,特别是钛、锆、锰和/或钒。代替金属氧化物促进剂或除金属氧化物促进剂之外,所述催化剂可以包含选自周期表的第viib和/或viii族的金属促进剂。优选的金属促进剂包括铼、铂和钯。最合适的催化剂包含铁,因为这种催化剂适于通常在步骤(a)中获得的较低的氢对一氧化碳的比。但是,通过实施本发明方法,可使用钴基费-托催化剂,所述催化剂需要更高的氢对一氧化碳的比。最合适的催化剂包含钴作为催化活性金属和包含锆作为促进剂。另一种最合适的催化剂包含钴作为催化活性金属和包含锰和/或钒作为促进剂。所述促进剂(如果存在于所述催化剂中)通常以每100重量份载体材料0.1至60重量份的量存在。但是可以理解的是,对充当促进剂的各元素,促进剂的最佳量可以变化。如果所述催化剂包含钴作为催化活性金属和包含锰和/或钒作为促进剂,则该钴:(锰+钒)的原子比有利地为至少12:1。该费-托合成优选在125至350℃、更优选175至275℃、最优选200至260℃的温度下进行。该压力优选为5至150巴绝对压力,更优选5至80巴绝对压力。氢和一氧化碳(合成气)通常以0.4至2.5的摩尔比进料到三相淤浆反应器中。优选地,氢对一氧化碳的摩尔比为1.0至2.5。气体时空速度可以在宽范围内变化,并通常为1500至10000nl/l/h,优选2500至7500nl/l/h。该费-托合成优选在多管式反应器或在淤浆相方案中或沸腾床方案(其中催化剂颗粒通过向上的表面气体和/或液体速度保持悬浮)中进行。要理解的是,本领域技术人员能够针对特定反应器构造和反应方案选择最适宜的条件。优选地,合成气的表面气体速度为0.5至50cm/sec,更优选为5至35cm/sec。通常,表面液体速度保持为0.001至4.00cm/sec,其中包括液体生产。要理解的是,优选范围可能取决于优选的运行模式。步骤(c)在步骤(c)中,对至少一部分来自费-托反应的废气施以氢化。这采用0.5-1.5、优选0.7至1.5、更优选0.8至1.2的蒸汽/废气摩尔比以及包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂来进行。在步骤(c)中,将烯烃和/或链烷烃氢化。附加地,将废气中的至少一部分一氧化碳通过与水的反应转化为二氧化碳。这也称为变换反应,或水煤气变换反应。步骤(c)可以是单个氢化反应步骤或两个或多个氢化反应步骤。当步骤(c)包括两个或多个氢化反应步骤时,在不同氢化反应步骤中可以使用不同的催化剂。氢化反应步骤(c)是非常有用的。例如,当绝热蒸汽重整器(asr)用于步骤(e)时,进入asr的进料的温度通常相当高(大约500℃的入口温度)以补偿这里使用的催化剂的低活性。在制氢单元入口端存在co会根据下面的boudouard反应(1)造成结焦。2co→c+co2(1)类似地,当smr用作步骤(e)的制氢单元时,在入口处存在co会造成在smr入口处形成焦炭。烯烃和链烷烃同样已知在步骤(e)中使用的制氢单元中造成催化剂结焦。碳沉积或结焦导致在催化剂上的热点并因此降低其活性。该热点还会在重整反应器管上形成,并缩短它们的寿命。如果从废气流中除去烯烃且优选co,则可以避免或缓解该碳沉积。优选地,在使用该废气作为步骤(e)中的进料之前,将废气流中至少烯烃的一部分除去或转化。此外,该反应优选将一氧化碳转化为甲烷和/或二氧化碳,尤其是通过与水反应,形成二氧化碳和氢。优选地,还从该废气流中除去其它会导致碳沉积的化合物,例如co、比lpg和轻质石脑油更重的链烷烃。由此,优选将所述废气中存在的一部分烯烃氢化。更优选,在烯烃氢化反应步骤之前、与之同时或在其之后除去或转化所述废气中存在的一氧化碳。通常,将一氧化碳转化为不易造成碳沉积的物质,例如二氧化碳或甲烷。优选不将一氧化碳转化为容易造成碳沉积的物质,如碳。优选使用结合了烯烃氢化活性和co变换活性的催化剂。以这种方式除去烯烃和一氧化碳,同时生产附加的氢。适用于步骤(c)的催化剂是包含铜和锌,或包含铜、锌和锰的催化剂。在使用前,所述催化剂可以包含氧化铜。此类催化剂可以通过获得金属铜的还原工艺活化。优选待用于步骤(c)的活化催化剂包含金属铜或若干锌,其可以包含金属锌和/或氧化锌。额外地或替代地,可以使用包含铜、锌和锰的催化剂。氢化反应步骤(c)可以在单一反应器中进行。优选该氢化反应步骤(c)在至少两个反应器中实现。在两个包含铜的反应器用于步骤(c)的情况下,用于步骤(c)的第二反应器优选与用于步骤(c)的第一反应器并联提供。这提供了在不停止其它用于步骤(c)的反应器运行的情况下重新装载一个反应器的选择。有时这称为超前/滞后配置。向用于步骤(c)的反应器中加入蒸汽。在一个或多个用于步骤(c)的反应器中采用0.7至1.5的蒸汽/废气摩尔比和包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂来实现氢化。用于氢化反应步骤(c)的反应器的入口温度为200-300℃,更优选220-270℃。步骤(d)在步骤(d)中,使用镍基催化剂使至少一部分来自于步骤(c)的气体进行转化。在步骤(d)中,一氧化碳被转化为二氧化碳和/或转化为甲烷。向二氧化碳的转化可以是水煤气变换反应。转化为甲烷也称为甲烷化。在步骤(d)过程中可能发生的其它反应是烃类转化为合成气和/或烯烃的氢化。所述镍基催化剂包含基于催化剂总重量计算最多0.2重量%的钴、最多0.2重量%的铁和最多0.2重量%的钌。所述镍基催化剂优选包含基于催化剂总重量计算最多0.1重量%的钴、最多0.1重量%的铁和最多0.1重量%的钌。所述镍基催化剂更优选包含基于催化剂总重量计算最多0.05重量%的钴、最多0.05重量%的铁和最多0.05重量%的钌。甚至更优选地,所述镍基催化剂不包含钴、铁或钌。除了将一氧化碳转化为二氧化碳和/或甲烷之外,钴、铁和钌会在转化步骤(d)过程中引起费-托反应。这会造成所述镍基催化剂的活性位点被蜡堵塞。适用于步骤(d)的催化剂包含在氧化铝载体上的镍。此类催化剂也称为预重整催化剂。适用于步骤(d)的催化剂包含基于催化剂总重量计算5-60重量%的nio。所述催化剂可以包含促进剂。合适的促进剂是铬、锆、钙和镧。优选钙和/或镧用作促进剂。所述镍基催化剂的载体优选为陶瓷载体。更优选该载体包括氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)、铝酸钙(cao/al2o3)或其混合物。该载体还可以包括钙、铝和钾的氧化物。用于步骤(d)的反应器的入口温度优选为300-500℃,更优选350-500℃,甚至更优选350-400℃。在步骤(d)中,蒸汽优选以0.5-1.5、优选0.7至1.5、更优选0.8至1.2的蒸汽/干燥气体摩尔比使用。当蒸汽添加到本发明方法的步骤(c)中时,不必向步骤(d)中添加任何蒸汽以便在步骤(d)中实现0.5-1.5的蒸汽/干燥气体摩尔比。步骤(e)在步骤(e)中,由至少一部分来自步骤(d)的气体制备含氢气体。步骤(e)可以是任何能制备含氢混合物的方法。该方法(e)可以在制氢单元中实施。步骤(e)优选采用重整法进行,更优选采用蒸汽重整法,再更优选采用蒸汽甲烷重整法(smr)、绝热蒸汽重整法(asr)、燃烧蒸汽重整法或自热蒸汽重整法(atr)。最优选采用绝热蒸汽重整法(asr)或蒸汽甲烷重整法(smr)。在步骤(a)中使用的碳质原料是煤的情况下,用于步骤(e)的方法优选是绝热蒸汽重整。在步骤(a)中使用的碳质原料是天然气的情况下,用于步骤(e)的方法优选是蒸汽甲烷重整。步骤(e)和步骤(a)是分离的步骤,获得分离的气体产物。可以在进行该分离步骤后合并分离获得的气体产物。在进行步骤(e)之前,将废气中存在的烯烃和/或链烷烃氢化,并将一氧化碳转化为二氧化碳和/或甲烷。这在步骤(c)和(d)中进行。总之,步骤(e)中制备的含氢气体可以包含一氧化碳。通常所述含氢气体的h2/co比为4:1至9:1。优选将步骤(e)中制备的一部分或全部含氢气体用作步骤(b)中的一部分氢/一氧化碳混合物进料。这可以通过将步骤(e)中产生的含氢气体与步骤(a)中获得的混合物混合来实现,或通过将步骤(e)中获得的含氢气体直接进料到步骤(b)中来实现。步骤(e)中获得的含氢气体的纯度可以通过已知方法提高,如膜分离、变压吸附器(psa)或膜单元后接psa的组合。优选将步骤(e)中获得的一部分包含任选进一步提纯的氢的混合物(特别是氢)用于升级步骤(b)中获得的链烷烃产品。更优选所述升级包括氢化、加氢异构化和/或氢化裂化、加氢脱硫和催化脱蜡。在费-托法方面,此类升级方法例如描述在wo02070629a1中。如果需要甚至更多氢,则优选还使用附加的烃原料作为步骤(e)中的原料。此类附加烃原料可以是包含甲烷的气体、lpg和石脑油。该lpg和石脑油可以衍生自矿物来源或可以是从本发明方法的步骤(b)中获得的链烷烃产品中分离和获得的lpg和/或石脑油产物。包含甲烷的气体的实例可以是炼油厂废气、煤床甲烷或天然气。当该固体碳质原料是煤时煤床甲烷是优选的,因为煤床甲烷通常在与煤相同的位置发现。可使附加的含甲烷气体进行与上述相同的氢化反应步骤,如果该气体包含类似的需要在将该气体进料到步骤(e)之前除去的组分的话。烃去除在本发明方法的步骤(b)之后和在步骤(c)之前,可以从来自费-托反应的废气中除去烃类。这可以在工艺步骤(bi)中实施。本发明由此涉及由碳质原料制备链烷烃产品的方法,包括以下连续步骤:(a)将碳质原料部分氧化以获得包含氢和一氧化碳的混合物,(b)使用步骤(a)中获得的混合物进行费-托反应并回收来自所述费-托反应的废气和链烷烃产品,(bi)从至少一部分来自所述费-托反应的废气中除去烃类,(c)使用0.5-1.5、优选0.7-1.5的蒸汽/废气摩尔比和包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂,使至少一部分来自所述步骤(bi)的气体进行氢化反应,(d)使用基于催化剂总重量计算包含最多0.2重量%的钴、最多0.2重量%的铁和最多0.2重量%的钌的镍基催化剂,使至少一部分获自步骤(c)的气体进行转化反应,和(e)优选使用重整法,更优选使用蒸汽重整法,甚至更优选使用蒸汽甲烷重整法、绝热蒸汽重整法、燃烧蒸汽重整法或自热蒸汽重整法,最优选使用绝热蒸汽重整法蒸汽甲烷重整法,由至少一部分获自步骤(d)的气体制备含氢气体。在步骤(bi)中,从至少一部分来自费-托反应的废气中除去烃。所述费-托废气包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃类。步骤(bi)可以通过以下步骤进行:i)任选在冷却后,在洗涤器中使至少一部分来自费-托反应的废气(其包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃类)与洗涤流体接触;ii)移除来自步骤i)的洗涤器的料流中的洗涤流体和至少一部分c3+烃类;iii)移除来自步骤i)的洗涤器的单独料流中的残留废气;iv)向分离器中提供包含至少一部分步骤ii)中获得的料流的进料;v)在步骤iv)的分离器中将至少一部分步骤ii)中获得的料流分离为至少一个轻质料流和一个重质料流,所述轻质料流优选包含一氧化碳和二氧化碳,所述重质料流优选包含具有至少3个碳原子的烃类;vi)将至少一部分步骤v)中获得的重质料流分流为至少两个料流,由此至少一个料流包含洗涤流体,另一个料流包含具有至少3个碳原子的烃类和最多5体积%的具有10个或更多碳原子的烃类;vii)向步骤i)的洗涤器提供包含至少一部分步骤vi)中获得的包含洗涤流体的料流的进料;viii)任选向步骤i)的洗涤器提供包含洗涤流体的进一步进料。优选地,步骤(bi)的所有步骤以编号次序进行。该方法可以包括附加步骤。在步骤v)中分离的优选包含具有至少3个碳原子的烃的重质料流含有在步骤(bi)中从废气中移除的烃类。对在步骤v)中分离的优选包含一氧化碳和二氧化碳的轻质料流在步骤(c)中进行氢化。本发明由此还涉及由碳质原料制备链烷烃产品的方法,包括以下连续步骤:(a)将碳质原料部分氧化以获得包含氢和一氧化碳的混合物,(b)使用步骤(a)中获得的混合物进行费-托反应并回收来自所述费-托反应的废气和链烷烃产品,(bi)通过以下方法从至少一部分来自所述费-托反应的废气中除去烃类:i)任选在冷却后,在洗涤器中使至少一部分来自费-托反应的废气(其包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃类)与洗涤流体接触;ii)移除来自步骤i)的洗涤器的料流中的洗涤流体和至少一部分c3+烃类;iii)移除来自步骤i)的洗涤器的单独料流中的残留废气;iv)向分离器中提供包含至少一部分步骤ii)中获得的料流的进料;v)在步骤iv)的分离器中将至少一部分步骤ii)中获得的料流分离为至少一个轻质料流和一个重质料流,所述轻质料流优选包含一氧化碳和二氧化碳,所述重质料流优选包含具有至少3个碳原子的烃类;vi)将至少一部分步骤v)中获得的重质料流分流为至少两个料流,由此至少一个料流包含洗涤流体,另一个料流包含具有至少3个碳原子的烃类和最多5体积%的具有10个或更多碳原子的烃类;vii)向步骤i)的洗涤器提供包含至少一部分步骤vi)中获得的包含洗涤流体的料流的进料;viii)任选向步骤i)的洗涤器提供包含洗涤流体的进一步进料;(c)使用0.5-1.5、优选0.7-1.5的蒸汽/废气摩尔比和包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂,使在步骤(v)中分离的优选包含一氧化碳和二氧化碳的轻质料流进行氢化反应,(d)使用基于催化剂总重量计算包含最多0.2重量%的钴、最多0.2重量%的铁和最多0.2重量%的钌的镍基催化剂,使至少一部分获自步骤(c)的气体进行转化反应,和(e)优选使用重整法,更优选使用蒸汽重整法,甚至更优选使用蒸汽甲烷重整法、绝热蒸汽重整法、燃烧蒸汽重整法或自热蒸汽重整法,最优选使用绝热蒸汽重整法或蒸汽甲烷重整法,由至少一部分获自步骤(d)的气体制备含氢气体。步骤v)和vi)在不同单元中进行。分离步骤v)在分离单元中进行。分流步骤vi)在分流单元中进行。分流步骤vi)优选获得两个料流。在步骤i)中,使至少一部分来自费-托反应的废气(其包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃类)在洗涤器中与洗涤流体接触。优选在步骤i)前的一个或多个阶段中将来自费-托反应的废气冷却。在冷却步骤过程中,烃产物(尤其是c5+烃类)和/或水可以从废气中分离。在冷却前,废气的温度可以为180-280℃,优选210-260℃。在冷却后,废气优选处于50℃或更低的温度。在一个实施方案中,首先将该废气冷却50-200℃,优选80-100℃。在第一冷却步骤中,优选将该废气冷却至100-160℃,更优选120-140℃。随后甚至进一步在第二冷却步骤中将该废气冷却,其中该废气冷却20-130℃,优选50-90℃。在该实施方案中,任选使废气进行第三冷却步骤。步骤(bi)特别旨在从包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃的费-托废气中除去c3+烃类。该废气可以附加地包含其它组分如甲烷、包含2个碳原子的烃类、水和/或氩气。该废气可以包含含氧化合物(也称为氧化化合物),如甲醇和二甲醚。在该废气包含c3+含氧化合物的情况下,还可以在步骤(bi)中除去c3+含氧化合物。在步骤i)中与洗涤流体接触的废气优选在1-80巴、优选20-70巴的压力下和在0℃以上且50℃以下的温度下、优选10℃以上且40℃以下的温度下处于气态。优选在步骤i)中与洗涤流体接触的废气中至少90体积%、更优选至少95体积%、再更优选至少99体积%的烃类由包含3至9个碳原子的烃类、包含2个碳原子的烃类和甲烷组成。优选在步骤i)中与洗涤流体接触的废气中至少0.005体积%、更优选至少0.01体积%、甚至更优选至少0.1体积%、再更优选至少1体积%的烃类由包含3至9个碳原子的烃类组成。步骤i)中使用的洗涤流体包含烃类。优选洗涤流体中烃类的至少60重量%、更优选至少70重量%、甚至更优选至少80重量%由c5-c20烃类组成,优选c8-c20烃类,更优选c8-c14烃类。步骤i)中使用的洗涤流体优选为煤油,更优选包含至少80重量%的c6-c16烃类的煤油、甚至更优选包含至少80重量%的c8-c16烃类的煤油、再更优选包含至80重量%的c8-c14烃类或c10-c14烃类的煤油。在一个实施方案中,步骤i)中使用的洗涤流体包含至少80重量%的c6-c16烃类、更优选至少80重量%的c8-c16烃类、甚至更优选包含至少80重量%的c8-c14烃类或至少80重量%的c10-cl4烃类。所述洗涤流体可以任选在用作洗涤流体前被氢化。在另一实施方案中,步骤i)中使用的洗涤流体是轻质洗涤剂原料(ldf),甚至更优选包含至少80重量%的c10-c14烃类的ldf、再更优选包含至少80重量%的c10-c13烃类的ldf。步骤i)中使用的洗涤流体优选为煤油,更优选包含至少80重量%的c6-c16烃类的煤油、甚至更优选包含至少80重量%的c8-c16烃类的煤油、再更优选包含至少80重量%的c8-c14烃类的煤油。优选所述洗涤流体的初始沸点高于80℃,更优选高于100℃。洗涤流体的初始沸点越高,越容易从所述洗涤流体中分离c3+烃类。所述费-托废气在其进入洗涤器时优选处于0-50℃的温度,优选10-40℃。优选当其进入洗涤器时所述费-托废气的压力为1-80巴,优选20-70巴。优选该洗涤器适于以最小压降提供废气与洗涤流体间的最大接触。优选在接触步骤过程中的压力与废气压力相同。在步骤ii)中,在来自步骤i)的洗涤器的料流中除去洗涤流体和至少一部分c3+烃类。证明步骤(bi)在从废气中除去c3+烃类方面非常有效。在借助洗涤流体从废气中除去至少一部分c3+烃类后,残留废气在来自步骤i)的洗涤器的单独料流中除去。这在步骤iii)中进行。可以例如当再生步骤i)的洗涤器时除去残留废气。包含残留废气的料流可以作为燃烧器燃料用于在膨胀/燃烧法如燃气轮机中发电,或其可以进料到合成气生产工艺中。该方法中生成的能量可以用于自身用途或用于输出至本地用户。部分能量可用于压缩含氧气体。在步骤iv)中将至少一部分获自步骤ii)的料流进料到分离器中。在步骤v)中,在步骤iv)的分离器中进行分离。所述分离器包括至少一部分在步骤ii)中获得的料流,和任选其它材料。该分离获得至少一种轻质料流和一种重质料流,由此所述轻质料流优选包含一氧化碳和二氧化碳,并且所述重质料流优选包含具有至少3个碳原子的烃类。步骤v)中获得的轻质料流更优选包含一氧化碳、二氧化碳、甲烷和含有2个碳原子的烃类,以及任选地包含2个碳原子的含氧化合物。步骤v)中获得的重质料流包含来自于步骤ii)中获得的料流的c3+烃类。步骤v)中使用的分离器可以是汽提塔,例如轻组分汽提塔、闪蒸塔和/或蒸馏单元,或任何其它合适的分离单元。优选步骤v)中使用的分离器或分离器之一是汽提塔,更优选是轻组分汽提塔。步骤v)中的分离优选在1-20巴、更优选1-5巴、甚至更优选在大约1巴的压力下进行。在步骤vi)中,在分流单元中进行分流。分流步骤vi)优选获得两种料流。用于步骤vi)的分流单元可以是分流器、汽提塔、闪蒸塔和/或蒸馏单元,或任何其它合适的分离单元。优选在步骤vi)中使用分流器。在步骤vii)中,向步骤i)的洗涤器提供包含至少一部分步骤vi)中获得的包含洗涤流体的料流的进料。还可以在任选的步骤viii)中向步骤i)的洗涤器提供包含洗涤流体的进一步的进料。此类包含洗涤流体的进一步进料可以是补充料流。在该工艺过程中,合意的是添加一些额外的洗涤流体,并且这可以通过向步骤i)的洗涤器提供包含洗涤流体的进一步进料来实现。在洗涤流体为煤油的情况下,可以在步骤viii)中添加的进一步进料优选为煤油。在洗涤流体为ldf的情况下,可以在步骤viii)中添加的进一步进料优选为ldf。任选对步骤vi)中获得的包含具有至少3个碳原子的烃和最多5体积%的具有10个或更多碳原子的烃类的料流的一部分进行氢化以获得一种或多种产物如lpg。在用于氢化反应步骤(c)的最优工艺条件下进行试验。实施例1来自费-托反应的废气包含12.2体积%的co、23.9体积%的co2、6.5体积%的h2、25.4体积%的n2、30.5体积%的ch4和1.1体积%的c2h4。向该干燥气体中加入蒸汽。蒸汽/废气摩尔比为1.2。使用包含铜和锌的催化剂进行氢化反应步骤(c)。反应器入口处的温度为220℃。压力为400psig。表1中显示了在这些条件下该氢化催化剂的非常稳定的催化剂性能。表1实施例2来自费-托反应的废气包含12.7体积%的co、25.4体积%的co2、6.8体积%的h2、25.3体积%的n2、28.8体积%的ch4和0.97体积%的c2h4。向该干燥气体中加入蒸汽。蒸汽/废气摩尔比为0.8。使用包含铜、锌和锰的催化剂进行氢化反应步骤(c)。使用等温反应器。反应器入口和出口处的温度为250℃。压力为400psig。表2中显示了在这些条件下该氢化催化剂的极为稳定的催化剂性能。表2组成入口出口对料流的时间(小时)360n2(体积%)25.322.5co(体积%)12.70.115ch4(体积%)28.825.9co2(体积%)25.434h2(体积%)6.8516.6c2h4(体积%)0.9680c2h6(体积%)0.000.965在实施例2中,co转化率为99%,这在实验的整个持续过程(360小时)中是稳定的。乙烯转化率为100%,这在实验的整个持续过程(360小时)中是稳定的。实施例3来自费-托反应的废气包含20.0体积%的co、27.4体积%的co2、11.25体积%的h2、6.6体积%的n2、31.75体积%的ch4和1体积%的c2h4。向该干燥气体中加入蒸汽。蒸汽/废气摩尔比为1.2。使用并联的两个反应器进行氢化反应步骤(c),并在两个反应器中均使用包含铜、锌和锰的具有4.5毫米高度和4.5毫米直径的催化剂片剂。对各反应器存在250℃至330℃的温度周期。反应器中的压力均为400psig。两个反应器具有相同的进料,但处于另一气体空速下。对第一反应器,干燥气体空速为2500nm3/m3负载催化剂/小时,对第二反应器为5000nm3/m3负载催化剂/小时。发现在这些条件下该氢化催化剂的极为稳定的催化剂性能。在实施例3中,在300℃的反应器温度下,第一反应器中的co转化率为98.5%,该转化率在实验的整个持续过程(384小时)中是稳定的。第一反应器中的乙烯转化率为100%,这在实验的整个持续过程(384小时)中是稳定的。在实施例3中,在300℃的反应器温度下,第二反应器中的co转化率为98.1%,该转化率在实验的整个持续过程(384小时)中是稳定的。第二反应器中的乙烯转化率为99.87%,这在实验的整个持续过程(384小时)中是稳定的。实施例4来自费-托反应的废气包含12.6-13.1体积%的co、37.1-38.0体积%的co2、6.7-9.3体积%的h2、6.1-6.8体积%的n2、33.3-34.5体积%的ch4和2体积%的c2h4。向该干燥气体中加入蒸汽。蒸汽/废气摩尔比为0.6。使用包含铜、锌和锰的具有4.5毫米高度和4.5毫米直径的催化剂片剂进行氢化反应步骤(c)。反应器入口处的温度为200℃,反应器出口处的温度为320℃。压力为30巴。干燥气体空速为4000nm3/m3负载催化剂/小时。发现在这些相对严苛的条件下该氢化催化剂的极为稳定的催化剂性能。在483小时后,仅观察到小的催化剂失活。初始乙烯转化率为100%和降低至97%;初始co转化率为95%和降低至92%。结论由所附实施例,当使用0.5-1.5的蒸汽/废气摩尔比时,包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂可以非常好地用于氢化费-托废气中的烯烃,并在变换反应中转化废气中的大部分一氧化碳。该氢化催化剂的催化剂寿命显著提高。残留烯烃可以被氢化,和残留一氧化碳可以使用镍基催化剂转化为二氧化碳和/或转化为甲烷。这是非常好的,因为当该气体在0.5-1.5的蒸汽/废气摩尔比下用cu/zn或cu/zn/mn催化剂处理后几乎不含任何含氧化合物。在用镍基催化剂处理后,所得气体具有如此低含量的烯烃和一氧化碳,使得其高度适于在重整法中处理以制备含氢气体。所得气体例如可以进料到smr的处理侧,由此残留的低一氧化碳含量将不会造成任何问题。本发明尤其提供下述技术方案。1.一种由碳质原料制备链烷烃产品的方法,包括以下步骤:(a)将碳质原料部分氧化以获得包含氢和一氧化碳的混合物,(b)使用步骤(a)中获得的混合物进行费-托反应并回收来自所述费-托反应的废气和链烷烃产品,(c)任选在除去烃类后,使用0.5-1.5的蒸汽/废气摩尔比和包含铜和锌的催化剂或包含铜、锌和锰的催化剂,使至少一部分来自所述费-托反应的废气进行氢化反应,(d)使用基于催化剂总重量计算包含最多0.2重量%的钴、最多0.2重量%的铁和最多0.2重量%的钌的镍基催化剂,使至少一部分获自步骤(c)的气体进行转化反应,和(e)优选使用重整法,更优选使用蒸汽重整法,甚至更优选使用蒸汽甲烷重整法、绝热蒸汽重整法、燃烧蒸汽重整法或自热蒸汽重整法,最优选使用绝热蒸汽重整法或蒸汽甲烷重整法,由至少一部分获自步骤(d)的气体制备含氢气体。2.根据上述项目1所述的方法,其中步骤(c)中的蒸汽/废气摩尔比为0.7至1.5,优选0.8至1.2。3.根据上述项目1或2所述的方法,其中用于氢化反应步骤(c)的反应器的入口温度为200-300℃,优选220-270℃。4.根据上述项目任一项所述的方法,其中氢化反应步骤(c)使用并联的两个或多个反应器进行。5.根据上述项目任一项所述的方法,其中用于步骤(d)的反应器的入口温度为300-500℃,优选350-500℃,更优选350-400℃。6.根据上述项目任一项所述的方法,其中用于步骤(d)的蒸汽/干燥气体摩尔比为0.5-1.5,优选0.7-1.5,更优选0.8-1.2。7.根据上述项目任一项所述的方法,其中在步骤(b)之后和在步骤(c)之前,从来自费-托反应的废气中除去烃类。8.根据上述项目7所述的方法,其中通过以下步骤从来自费-托反应的废气中除去烃类:i)任选在冷却后,在洗涤器中使至少一部分来自费-托反应的废气与洗涤流体接触,其中所述废气包含氢、一氧化碳、二氧化碳、氮气和c3+烃类;ii)移除来自步骤i)的洗涤器的料流中的洗涤流体和至少一部分c3+烃类;iii)移除来自步骤i)的洗涤器的分离料流中的残留废气;iv)向分离器中提供包含至少一部分步骤ii)中获得的料流的进料;v)在步骤iv)的分离器中,将至少一部分步骤ii)中获得的料流分离为至少一个轻质料流和一个重质料流,所述轻质料流优选包含一氧化碳和二氧化碳,所述重质料流优选包含具有至少3个碳原子的烃类;vi)将至少一部分步骤v)中获得的重质料流分流为至少两个料流,由此至少一个料流包含洗涤流体,另一个料流包含具有至少3个碳原子的烃类和最多5体积%的具有10个或更多碳原子的烃类;vii)向步骤i)的洗涤器提供包含至少一部分步骤vi)中获得的包含洗涤流体的料流的进料;viii)任选向步骤i)的洗涤器提供包含洗涤流体的进一步进料;并由此在步骤(c)中使步骤v)中分离的优选包含一氧化碳和二氧化碳的轻质料流进行氢化反应。当前第1页12
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