Способ получения продукта синтеза фишера-тропша



 


Владельцы патента RU 2464296:

Общество с ограниченной ответственностью "СинТоп" (RU)

Изобретение относится способу получения продукта синтеза Фишера-Тропша, включающего подачу в зону реакции водорода, монооксида углерода и воды, нагрев зоны реакции до температуры осуществления синтеза в присутствии катализатора при повышенном давлении. Воду в зону реакции подают в жидком агрегатном состоянии, а давление в зоне реакции поддерживают таким, чтобы температура кипения воды была на 1-20°С выше, чем температура на входе в зону реакции синтеза Фишера-Тропша, при этом мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода находится в пределах 0,05…0,5. Технический результат - обеспечение стабилизации температуры в зоне реакции, что приводит к увеличению производительности и выходу целевого продукта. 3 пр.

 

Изобретение относится к области получения жидких углеводородов путем синтеза Фишера-Тропша.

Известен способ получения жидких углеводородов путем синтеза Фишера-Тропша, при котором к газовой смеси, содержащей водород и монооксид углерода, добавляется вода в газообразном состоянии (Европейский патент № 89304092, 1989).

К недостаткам известного способа следует отнести то, что добавляемая в исходную газовую смесь вода находится в газообразном состоянии, не изменяет в процессе синтеза своего агрегатного состояния и не оказывает влияния на перепад температуры в зоне реакции. Добавление воды в газообразном состоянии снижает производительность процесса синтеза Фишера-Тропша.

Известен способ получения продукта синтеза Фишера-Тропша, при котором к газовой смеси, содержащей водород и монооксид углерода, добавляется вода в газообразном состоянии (Международная публикация WO 2007/101831).

К недостаткам известного способа следует отнести то, что добавляемая в исходную газовую смесь вода находится в газообразном состоянии, не изменяет в процессе синтеза своего агрегатного сотояния и не оказывает влияния на перепад температуры в зоне реакции. Добавление воды в газообразном состоянии снижает производительность процесса синтеза Фишера-Тропша.

Известен способ получения продукта синтеза Фишера-Тропша, в ходе которого процесс каталитической конверсии синтез-газа осуществляется при температуре 220-270°C, давлении 0,1-5,0 МПа, объемной скорости 50-5000 на кобальтовом катализаторе, нанесенном на носитель, содержащий оксид алюминия и цеолит (Патент Великобритании №2211201, 1988).

Недостатком известного способа является неустойчивость температуры реакции, низкий теплоотвод и, как следствие, перегрев катализатора, что приводит к низкой производительности и низкому выходу целевого продукта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения продукта синтеза Фишера-Тропша, при котором к газовой смеси, содержащей водород и монооксид углерода, добавляют воду в газообразном состоянии (Патент США №5227407, 1993).

Недостатком прототипа выступает неустойчивость температуры реакции, низкий теплоотвод и, как следствие, перегрев катализатора, что приводит к низкой производительности и низкому выходу целевого продукта.

Технической задачей данного изобретения служит повышение стабилизации температуры в зоне реакции.

Указанная техническая задача решается тем, что в зону реакции синтеза вода подается в жидком состоянии, а давление в зоне реакции поддерживают таким, чтобы температура кипения воды была на 1-20°C выше, чем средняя температура реакции синтеза Фишера-Тропша.

При перегреве катализатора вода начинает выкипать и часть выделяемого при реакции синтеза тепла воспринимается выкипающей водой без повышения температуры катализатора.

Стабилизация температуры и предотвращение перегрева катализатора повышает производительность синтеза Фишера-Тропша и увеличивает выход целевого продукта.

Способ осуществляют путем подачи в зону реакции газовой смеси, состоящей из водорода, монооксида углерода и воды в жидком агрегатном состоянии при температуре и давлении, при котором температура кипения воды будет на 1-20°C выше, чем средняя температура реакции синтеза Фишера-Тропша. Мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода находится в пределах 0,05-0,5.

Когда температура доходит до температуры кипения воды при давлении в зоне реакции, вода начинает выкипать, при этом температура остается постоянной до тех пор, пока вся вода не перейдет в парообразное состояние. Выделяемая при этом энергия синтеза будет уходить на выкипание воды, в результате чего предотвращается перегрев катализатора в реакторе. Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В зону реакции подается газовая смесь, состоящая из водорода, монооксида углерода. В подаваемую газовую смесь добавляется вода в жидком агрегатном состоянии. Мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода равно 0,05. Давление в реакторе поддерживают равным 15,9 атм, а температура на входе в зону реакции равной 199°C. При данном давлении температура кипения воды на 1°C выше, чем температура на входе в зону реакции синтеза Фишера-Тропша, и равна 200°C.

При прохождении газоводяной смеси через катализатор происходит реакция синтеза жидких углеводородов, при этом выделяется тепло. Когда температура в трубе реактора повышается до 200°C вода, входящая в состав газоводяной смеси, начинает кипеть и переходит из жидкого в газообразное агрегатное состояние, при этом, пока вся вода не перешла в газообразное состояние, температура сохраняется постоянной равной 200°C. Выделяемая при реакции синтеза жидких углеводородов энергия идет на испарение воды, а не на повышение температуры в зоне реакции.

Расчет теплового эффекта поглощения выкипаемой водой

Исходные данные для расчета

1. Мольное соотношение H2:СО=2 (обычное значение при синтезе Фишера-Тропша)

2. Мольная доля добавляемой воды - k=0,05 (5%)

3. Тепловой эффект синтеза ФТ - Qфт=165 кДж/моль CO

4. Рабочая температура синтеза ФТ - tp=199°C

5. Рабочее давление (соответствующее температуре кипения воды 199+1=200°C). Рр=15,9 атм

6. Скрытая теплота парообразования при давлении 15,9 атм и температуре 200°C

Долю тепла реакции Фишера-Тропша, идущую на испарение добавляемой воды, рассчитывают по формуле

При выкипании дополнительно подаваемой воды, в объеме 5% от суммы мольных долей водорода и монооксида углерода, ею будет восприниматься 3,2% от общего теплового эффекта синтеза ФТ. Перегрев катализатора в зоне реакции снизится, что позволит увеличить расход газовой смеси в реакторе и увеличить производительность реактора.

Пример 2

В зону реакции подается газовая смесь, состоящая из водорода, монооксида углерода. В подаваемую газовую смесь добавляется воду в жидком агрегатном состоянии. Мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода равно 0,2. Давление в реакторе поддерживают равным 26 атм, а температуру на входе в зону реакции равной 220°C. При данном давлении температура кипения воды на 5°C выше, чем температура на входе в зону реакции синтеза Фишера-Тропша, и равна 225°C.

При прохождении газоводяной смеси через катализатор происходит реакция синтеза жидких углеводородов, при этом выделяется тепло. Когда температура в трубе реактора повышается до 225°C, вода, входящая в состав газоводяной смеси, начинает кипеть и переходит из жидкого в газообразное агрегатное состояние, при этом, пока вся вода не перешла в газообразное состояние, температура сохраняется постоянной равной 225°C. Выделяемая при реакции синтеза жидких углеводородов энергия идет на испарение воды, а не на повышение температуры в зоне реакции.

Расчет теплового эффекта поглощения выкипаемой водой при указанных условиях

Исходные данные для расчета

1. Мольное соотношение Н2:СО=2 (обычное значение при синтезе Фишера-Тропша)

2. Мольная доля добавляемой воды - k=0,2 (20%)

3. Тепловой эффект синтеза ФТ - Qфт=165 кДж/моль CO

4. Рабочая температура синтеза ФТ - tp=220°C (принимаем)

5. Рабочее давление (соответствующее температуре кипения воды 220+5=225°C) Рр=26 атм

6. Скрытая теплота парообразования при давлении 26 атм и температуре 225°C

Долю тепла реакции Фишера-Тропша, идущую на испарение добавляемой воды, рассчитывают по формуле

При выкипании дополнительно подаваемой воды, в объеме 20% от суммы мольных долей водорода и монооксида углерода, ею будет восприниматься 12% от общего теплового эффекта синтеза ФТ. Перегрев катализатора в зоне реакции снизится, что позволит увеличить расход газовой смеси в реакторе и увеличить производительность реактора.

Пример 3

В зону реакции подается газовая смесь, состоящая из водорода, монооксида углерода. В подаваемую газовую смесь добавляется вода в жидком агрегатном состоянии. Мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода равно 0,5. Давление в реакторе поддерживают равным 26 атм, а температуру на входе в зону реакции равной 220°C. При данном давлении температура кипения воды на 20°C выше, чем температура на входе в зону реакции синтеза Фишера-Тропша, и равна 240°C.

При прохождении газоводяной смеси через катализатор происходит реакция синтеза жидких углеводородов, при этом выделяется тепло. Когда температура в трубе реактора повышается до 240°C, вода, входящая в состав газоводяной смеси, начинает кипеть и переходит из жидкого в газообразное агрегатное состояние, при этом, пока вся вода не перешла в газообразное состояние, температура сохраняется постоянной равной 240°C. Выделяемая при реакции синтеза жидких углеводородов энергия идет на испарение воды, а не на повышение температуры в зоне реакции.

Расчет теплового эффекта поглощения выкипаемой водой

Исходные данные для расчета

1. Мольное соотношение Н2:СО=2 (обычное значение при синтезе Фишера-Тропша)

2. Мольная доля добавляемой воды - k=0,5 (50%)

3. Тепловой эффект синтеза ФТ - Qфт=165 кДж/моль CO

4. Рабочая температура синтеза ФТ - tp=235°C (принимаем)

5. Рабочее давление (соответствующее температуре кипения воды 235+5=240°C). Рp=34,1 атм

6. Скрытая теплота парообразования при давлении 34,1 атм и температуре 240°C

Долю тепла реакции Фишера-Тропша, идущую на испарение добавляемой воды, рассчитывают по формуле

При выкипании дополнительно подаваемой воды, в объеме 50% от суммы мольных долей водорода и монооксида углерода, ею будет восприниматься 29% от общего теплового эффекта синтеза ФТ. Перегрев катализатора в зоне реакции значительно снизится, что позволит увеличить расход газовой смеси в реакторе и увеличить производительность реактора.

Способ получения продукта синтеза Фишера-Тропша, включающий подачу в зону реакции водорода, монооксида углерода и воды, нагрев зоны реакции до температуры осуществления синтеза в присутствии катализатора при повышенном давлении, отличающийся тем, что воду в зону реакции подают в жидком агрегатном состоянии, а давление в зоне реакции поддерживают таким, чтобы температура кипения воды была на 1-20°С выше, чем температура на входе в зону реакции синтеза Фишера-Тропша, при этом мольное соотношение воды и суммы мольных долей водорода и монооксида углерода находится в пределах 0,05…0,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу превращения природного газа в высокомолекулярные углеводороды. .

Изобретение относится к способу очистки жидких углеводородных смесей от азотсодержащих органических соединений. .

Изобретение относится к способу очистки жидких углеводородных смесей от азотсодержащих органических соединений. .

Изобретение относится к способу очистки жидких углеводородных смесей от азотсодержащих органических соединений. .

Изобретение относится к способу очистки жидких углеводородных смесей от азотсодержащих органических соединений. .

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, а именно к нейтрализатору/поглотителю сероводорода и летучих меркаптанов в мазуте и других нефтепродуктах с пониженным уровнем токсичности.
Изобретение относится к области переработки отходов. .

Изобретение относится к способу получения жидкого углеводородного продукта (1), такого как биотопливо, из твердой биомассы (2). .
Изобретение относится к каталитической композиции для процессов жидкофазной окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к способу получения углеводородов - парафинов и олефинов (в виде газообразных, жидких, восков и твердых продуктов) в результате взаимодействия СО с Н2 ("синтез Фишера-Тропша") и катализаторов для этого процесса.

Изобретение относится к способу приготовления нанесенного катализатора синтеза Фишера-Тропша на основе кобальта, включающему активацию предшественника катализатора.

Изобретение относится к способам регенерации катализаторов. .

Изобретение относится к катализаторам синтеза Фишера-Тропша. .
Изобретение относится к катализатору Фишера-Тропша, включающему кобальт и цинк, в равной степени, как и к способу получения такого катализатора. .
Изобретение относится к способу трехфазного низкотемпературного синтеза Фишера-Тропша, в котором сырьевые СО и Н2 конвертируют в углеводороды и, возможно, их оксигенаты путем введения в контакт синтез-газа, содержащего СО и H2 , в присутствии катализатора синтеза Фишера-Тропша на основе железа, при часовой объемной скорости (GHSV) в сырьевых СО и H2 по меньшей мере 6000 мл(Н)/грамм катализатора/час, при этом отношение H2:СО в исходном сырье составляет от 2,5 до 1, и активируют катализатор синтеза Фишера-Тропша на основе железа на стадиях, на которых: (а) используют катализатор на основе железа, содержащий железо с положительной степенью окисления; и (б) вводят катализатор на основе железа в реакторе в контакт с восстановительным газом, содержащим сочетание Н 2 и СО в молярном соотношении Н2:СО от 100:1 до 1:100, при температуре по меньшей мере 245°С и ниже 280°С, давлении восстановительного газа выше 0,5 МПа, но не выше 2,2 МПа и часовой объемной скорости (GHSV) всего подаваемого в реактор газа по меньшей мере 6000 мл(Н)/грамм катализатора/час, в результате чего восстанавливают железо, которое находится в катализаторе с положительной степенью окисления.

Изобретение относится к способу получения жидких и газообразных продуктов из газообразных реагентов
Наверх