由CO2和蒸汽生产合成气用于燃料合成的制作方法

本发明涉及一种用于提供烃产物流的系统。该系统包括费托(f-t)工段、布置在所述f-t工段上游的电解工段、供给到电解工段的包含co2的第一进料、供给到电解工段的包含h2o的第二进料以及第一电蒸汽重整器工段。还提供了使用根据本发明的系统将包含co2的第一进料和包含h2o的第二进料转化为第一烃产物流的方法。该系统可以与气制油(gtl)设备中的提质工段相结合。

背景技术：

1、用于从例如天然气生产合成烃类或燃料(如柴油、煤油、喷气燃料、石脑油)的气制油(gtl)设备通常包括三个主要工段：

2、1)合成气生产

3、2)通过费托合成生产烃类粗产品

4、3)将粗产品提质为最终产品

5、通过费托合成生产烃类的合成气主要是一氧化碳和氢气的混合物。合成气还可以包括其他组分，例如通常微量的co2、蒸汽、氮气和甲烷。现今，合成气生产通常通过使用天然气或类似的含烃原料的自热重整(atr)进行。用于atr的氧气通常由空气分离单元(asu)供应。该工艺可以以相当高的碳效率和能量效率进行。然而，部分进料将不可避免地转化为二氧化碳，从而对气候产生负面影响。

6、在开发和优化用于从可再生能源(如风能、太阳能)发电的技术方面正在取得重大进展。然而，预计在未来的许多年里，重型交通和航空将需要基于烃类的燃料。

7、在具有atr的基于天然气的gtl设备中，部分f-t尾气可以再循环到atr。这样做既是为了调节合成气的所需h2/co比，也是为了提高gtl设备的碳效率。然而，在以co2和h2o作为进料并且通过电解生产合成气的设备中，尾气再循环到电解单元是不可行的。向soec单元添加尾气可能导致soec电解单元中的碳形成。尾气不能在低温电解单元中转化为合成气。因此，需要找到一种利用尾气来最大限度地提高设备碳效率(和能量效率)的方法。

8、一种方法是将尾气引导至蒸汽重整器以额外生产合成气。然而，蒸汽重整是一种吸热反应，需要在炉中进行大量燃烧以提供所需的能量。这种燃烧将导致额外的二氧化碳排放，并降低整体碳效率。此外，燃烧所需的燃料最初将由利用电力的电解产生。这显著增加了设备的电力消耗。

9、因此，希望开发一种用于生产合成烃类如柴油和喷气燃料的技术，该技术使用co2作为主要含碳原料并利用可再生能源。与现今使用的技术相比，这可以减少气候影响。理想情况下，这种技术应将进料中尽可能高比例的二氧化碳转化为所需的最终产品，如柴油和煤油。

10、在申请人的共同未决申请ep20216617.9中描述了相关技术。

技术实现思路

1、现在令人惊讶地发现，利用电蒸汽重整器将来自ft工段的尾气转化为合成气降低了合成气生产的总电力需求和/或降低了gtl设备中的co2排放。这是令人惊讶的，因为这样的电蒸汽重整器本身利用电力。

2、因此，在第一方面，本发明涉及一种用于提供第一烃产物流的系统，所述系统包括：

3、-费托(f-t)工段，

4、-布置在所述f-t工段上游的电解工段，

5、-供给到电解工段的包含co2的第一进料，

6、-供给到电解工段的包含h2o的第二进料，

7、-第一电蒸汽重整器工段，

8、其中

9、-所述电解工段被布置为从所述第一进料和所述第二进料提供第一合成气流，

10、-所述f-t工段被布置为至少接收所述第一合成气流的至少第一部分并将其转化为第一烃产物流和尾气流，

11、-并且其中任选地，所述第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述第一合成气流的至少第二部分并将其转化为第二合成气流，

12、-所述第一电蒸汽重整器工段被布置为接收所述尾气流的至少第一部分并将其转化为第二合成气流，

13、并且其中所述第二合成气流被布置为优选与第一合成气流混合供给到f-t工段。

14、在另一方面，本发明提供了一种gtl设备，其包括本文所述的系统，所述gtl设备还包括布置为接收第一烃产物流并提供最终产物流的提质工段。

15、还提供了在根据本发明的系统中将包含co2的第一进料和包含h2o的第二进料转化为第一烃产物流的方法。

16、本发明的其他方面和细节在以下描述文本以及所附权利要求和附图中提供。

技术特征：

1.一种用于提供第一烃产物流的系统(100)，所述系统(100)包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电解工段(20)包括单个电解单元(20a)，所述单个电解单元(20a)被布置为将所述第一进料(11)和所述第二进料(12)转化为第一合成气流(21)，优选地其中第一进料(11)与所述第二进料(12)被布置为在被供给到电解工段(20)之前进行混合。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电解工段(20)包括至少第一电解单元(20b)和第二电解单元(20c)，其中第一电解单元(20b)被布置为将包含co2的第一进料(11)转化为包含co的第一流(24)，并且其中第二电解单元(20c)被布置为将包含h2o的第二进料(12)转化成包含h2的第二流(25)，并且其中所述电解工段(20)进一步被布置为将所述包含co的第一流(24)与所述包含h2的第二流(25)合并成所述第一合成气流(21)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中电解工段(20)中的一个或所有电解单元(20a、20b、20c)是固体氧化物电解(soe)单元。

5.根据权利要求1或3-4中任一项所述的系统，其中第二电解单元(20c)是碱性/聚合物电解质膜电解单元，例如碱性/pem电解单元。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括布置在f-t工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的氢化工段，所述氢化工段被布置为对尾气流(32)进行氢化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括布置在f-t工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的co转化工段，所述co转化工段被布置为对尾气流(32)进行水煤气变换反应和/或甲烷化。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其包括布置在f-t工段(30)和第一电蒸汽重整器工段(40)之间的尾气流(32)中的co转化工段和氢化工段，其中所述氢化工段被布置在所述co转化工段的上游。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括废热锅炉，所述废热锅炉被布置为冷却来自第一电蒸汽重整器工段(40)的第二合成气流(41)，并且其中由所述废热锅炉提供的蒸汽被提供作为第二进料(12)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其还包括供给到第一电蒸汽重整器工段(40)的包含co2的第三进料。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第三进料还包含h2。

12.一种gtl设备，其包括根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述gtl设备还包括提质工段(50)，所述提质工段(50)被布置为接收第一烃产物流(31)并提供最终产物流(51)，其中所述最终产物流(51)优选为柴油流、煤油流、液化石油气(lpg)流或石脑油流。

13.根据权利要求12所述的gtl设备，其中所述提质工段(50)被布置为提供lpg流(51a)，并且其中所述gtl设备还包括被布置为接收所述lpg流(51a)的至少一部分并将其转化为第三合成气流(61)的第二电蒸汽重整器工段(60)。

14.根据权利要求13所述的gtl设备，其中第一电蒸汽重整器工段(40)和第二电蒸汽重整器工段(60)由组合的电蒸汽重整器工段组成，其中由所述lpg流(51a)的至少一部分和所述尾气流(32)的所述至少第一部分产生合并的合成气流，其中所述合并的合成气流被布置为作为所述第二合成气流(41)供给到f-t工段。

15.一种在根据权利要求1-11中任一项所述的系统(100)中将包含co2的第一进料(11)和包含h2o的第二进料(12)转化为第一烃产物流(31)的方法，所述方法包括以下步骤，

16.根据权利要求15所述的方法，其中包含co2的第一进料(11)包含微量烃类，优选烃类的量为所述第一进料的体积的小于10％，例如小于5％，或最优选小于3％。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，其中在f-t工段(30)的入口处的合成气中的h2/co比为1.8至2.2，例如1.9至2.1，或约2.0。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中驱动电解工段(20)和/或电蒸汽重整器工段(40)所需的电力至少部分地由可再生来源提供，例如风能和太阳能。

19.一种提供最终产物流(51)如柴油流、煤油流、lpg流或石脑油流的方法，所述方法包括进行根据权利要求15-18中任一项所述的方法，随后通过提质工段(50)对第一烃产物流(31)进行提质并提供最终产物流(51)。

技术总结
本文描述了一种用于提供烃产物流的系统。电解工段从包含CO<subgt;2</subgt;的第一进料和包含H<subgt;2</subgt;O的第二进料提供合成气流，然后将其通入F‑T工段，在此将其转化为烃产物流和尾气流。电蒸汽重整器工段接收所述尾气流并将其转化为第二合成气流，然后将其再循环到FT工段的上游。还提供了一种在根据本发明的系统中将包含CO<subgt;2</subgt;的第一进料和包含H<subgt;2</subgt;O的第二进料转化为第一烃产物流的方法。本发明的系统可以与气制油(GTL)设备中的提质工段相结合。

技术研发人员：K·阿斯伯格-彼得森,P·M·莫滕森
受保护的技术使用者：托普索公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15