專利名稱：由固體碳和水生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及由天然氣生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng)，更確切地說(shuō)，涉及由天然氣轉(zhuǎn)化的合成氣生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和設(shè)備。
2.相關(guān)技術(shù)的描述人們對(duì)由氣體制液體油的轉(zhuǎn)化方法，即所謂的GTL系統(tǒng)中從天然氣產(chǎn)生清潔烴類的方法已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究和開(kāi)發(fā)工作。
美國(guó)專利4,579,985，美國(guó)專利4, 579,986，美國(guó)專利4,628,133，美國(guó)專利4,709,108，美國(guó)專利4,714,796，美國(guó)專利4,721,828，美國(guó)專利4,727,205，美國(guó)專利5,037,856，美國(guó)專利5,723,505，美國(guó)專利5,763,716，美國(guó)專利6,011,073和美國(guó)專利6,085,512公開(kāi)了將天然氣轉(zhuǎn)化為重質(zhì)烴的技術(shù)。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，通常是將天然氣進(jìn)行蒸氣轉(zhuǎn)化形成合成氣。然而，天然氣的開(kāi)采、液化和運(yùn)輸?shù)某杀靖撸?，天然氣的原料成本增加很大。此外，因?yàn)樘烊粴夂辛颍么蟮暮蛷?fù)雜的設(shè)備除去硫，這些設(shè)備的制造是昂貴的，因此，增大了重質(zhì)烴生產(chǎn)設(shè)備的尺寸，并且生產(chǎn)成本提高。此外，即使用脫硫設(shè)備將原料氣脫硫，也難以從原料氣中完全除去硫，由這樣的原料氣生產(chǎn)的合成氣含有少量的硫化合物，硫化合物積聚在系統(tǒng)中導(dǎo)致催化劑降解。為此，在短的操作時(shí)間內(nèi)就要多次將催化劑替換為新的催化劑，并要中斷生產(chǎn)裝置的操作。這反映在裝置的低效率操作以及生產(chǎn)費(fèi)用的明顯提高。此外，現(xiàn)有技術(shù)的特征是使用費(fèi)/托反應(yīng)(F/T反應(yīng)法)，通過(guò)該反應(yīng)將合成氣轉(zhuǎn)化成重質(zhì)烴。在該方法操作期間，盡管反應(yīng)產(chǎn)物含有大量的例如水、醇、烴和廢氣這樣的產(chǎn)物，但是，反應(yīng)產(chǎn)物中所含的重質(zhì)烴的量是非常少的，因此，該烴的生產(chǎn)裝置具有非常低的產(chǎn)品收率。
對(duì)于上述問(wèn)題，美國(guó)專利4,433,192，美國(guó)專利4,465,893，美國(guó)專利4,467,130和美國(guó)專利4,513,164提出了一些新的方法，每種方法是使用固體過(guò)酸催化劑，這些催化劑直接將天然氣轉(zhuǎn)化為汽油沸程的烴類。正如美國(guó)專利4,973,776所公開(kāi)的那樣，也提出過(guò)進(jìn)一步改善該生產(chǎn)方法以進(jìn)一步提高烴類的產(chǎn)品收率?，F(xiàn)有技術(shù)可將甲烷和乙炔的混合物以95％的高收率轉(zhuǎn)化成作為中間體的異丁烯。然后，該中間體與低聚催化劑反應(yīng)以高的產(chǎn)率形成汽油沸程和噴氣燃料沸程的烴類。
該兩段法(其中異丁烯作為中間體而形成)在用簡(jiǎn)化步驟提高天然氣轉(zhuǎn)化成烴類的轉(zhuǎn)化率方面是非常有效的，并且優(yōu)于費(fèi)/托法。然而，使用天然氣和乙炔氣使得原料成本明顯提高。此外，將天然氣和乙炔運(yùn)輸?shù)阶罱K烴類生產(chǎn)設(shè)備要求極高的技術(shù)，這樣又進(jìn)一步提高了運(yùn)輸成本。因此，很難以低的成本大量生產(chǎn)汽油沸程和噴射燃料沸程烴類。
發(fā)明概述所以，本發(fā)明的目的是提供一種以非常低的成本從低成本固體碳物質(zhì)和水大量產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程烴類的方法和系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了從固體碳和進(jìn)料水生產(chǎn)烴類的方法，該方法包括步驟準(zhǔn)備一個(gè)具有反應(yīng)室和位于該反應(yīng)室中的電弧電極的電弧等離子體反應(yīng)器；將固體碳顆粒供入反應(yīng)室，并在固體碳顆粒中形成許許多多細(xì)小的電弧通道。給電弧電極分別供電以在細(xì)小的電弧通道中產(chǎn)生電弧放電等離子體；將水蒸氣通過(guò)細(xì)小的電弧通道，在電弧放電等離子體存在下碳顆粒與水蒸氣反應(yīng)，生成含有H2和CO的合成氣；將合成氣通入甲烷化反應(yīng)器的甲烷化催化劑中以合成甲烷；制備第一和第二甲烷物流；將第二甲烷物流轉(zhuǎn)化成乙炔；在固體過(guò)酸催化劑存在下將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)形成異丁烯；在低聚催化劑存在下將異丁烯產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成烴類。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種烴類生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有固體碳供給口、進(jìn)料水供給口、具有合成氣出口的絕緣套管、在絕緣套管中形成的電弧等離子體室、位于電弧等離子體室中的電弧電極、和在電弧等離子體室中裝有的固體碳顆粒中形成的許多的細(xì)小的電弧通道的電弧等離子體反應(yīng)器；通過(guò)進(jìn)料水供給口將進(jìn)料水供給電弧等離子體室的進(jìn)料水供給泵，使進(jìn)料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣；電弧電源，其用于向電弧電極供給電能，以在細(xì)小的電弧通道中分別產(chǎn)生電弧放電等離子體，從而使水暴露于電弧放電等離子體中形成水蒸氣，在電弧放電等離子體存在下該水蒸氣在經(jīng)過(guò)細(xì)小的電弧通道時(shí)與碳顆粒反應(yīng)生成含有H2和CO的合成氣；用于將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的具有甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器；用于將甲烷轉(zhuǎn)化成乙炔的乙炔合成反應(yīng)器；將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)合成異丁烯的固體過(guò)酸催化劑反應(yīng)器；和將異丁烯低聚成重質(zhì)烴的低聚反應(yīng)器。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)參考下列對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案和附圖的描述可以最好地理解本發(fā)明、及其目的和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是進(jìn)行本發(fā)明方法的重質(zhì)烴產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；和圖2是圖1所示的電弧等離子體反應(yīng)器的放大的橫剖面視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述參看附圖，圖1顯示了實(shí)施本發(fā)明方法的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10。
在圖1中，重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10由以下組成供應(yīng)固體碳物質(zhì)例如顆粒、粒子或粉末或球狀石墨物質(zhì)或活性碳物質(zhì)的固體碳加料裝置12，供給進(jìn)料水的水供給泵P1，在水蒸氣存在下將固體碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化成主要含有氫氣和一氧化碳的合成氣的電弧等離子體反應(yīng)器APR，位于電弧等離子體反應(yīng)器APR下游側(cè)的用于冷卻合成氣同時(shí)預(yù)熱循環(huán)水的換熱器H，與換熱器H連接并用于進(jìn)一步冷卻合成氣到適合于后來(lái)反應(yīng)的所需低溫的冷卻裝置C1，用于分離合成氣和冷凝水的液/氣分離器S1，用于壓縮合成氣的壓縮機(jī)CM，裝有將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器MR，用于冷卻甲烷的冷卻器C2，用于降低甲烷壓力的膨脹閥V，用于彼此分離甲烷和冷凝水的液/氣分離裝置S2，甲烷化管線M，經(jīng)過(guò)泵P2和換熱器H將冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR的循環(huán)管線R。固體碳物質(zhì)還可包括煤，在這種情況下重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10必須具有已知的脫硫設(shè)備。
壓縮機(jī)CM的作用是壓縮合成氣到15-50大氣壓。通過(guò)循環(huán)外部的加熱介質(zhì)來(lái)預(yù)熱甲烷化反應(yīng)器MR，以便在250-500℃的溫度下加熱反應(yīng)器，該溫度適合最高效率地將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷。
如圖1所示，烴類生產(chǎn)系統(tǒng)10還包括第一和第二流量控制閥CV1，CV2，通過(guò)這些閥可以控制甲烷的第一和第二物流以各自的流速生產(chǎn)。將甲烷的第二物流送入乙炔合成反應(yīng)器AS。乙炔合成反應(yīng)器AS可包括微波反應(yīng)器，該微波反應(yīng)器由一玻璃管和微波發(fā)生器組成，甲烷的第二物流以10-15厘米/分的線性速度通過(guò)該反應(yīng)器，該微波發(fā)生器向甲烷的第二物流放射2.45GH的微波，以約95摩爾％的高選擇性將甲烷的第二物流轉(zhuǎn)化成乙炔?？刂屏髁靠刂崎yCV1，CV2以使甲烷的流量為10-10∶1的摩爾比。然后將反應(yīng)器AS中合成的乙炔物流與流量控制閥Cv1輸送的甲烷的第一物流混合形成甲烷和乙炔的混合物，將該混合物送入固體過(guò)酸反應(yīng)器SC，該反應(yīng)器SC充滿固體過(guò)酸催化劑，該催化劑可以是美國(guó)專利4,465,893，美國(guó)專利5,780,383和美國(guó)專利6,180,556中所描述的類型。固體過(guò)酸反應(yīng)器SC的溫度保持在20-50℃，壓力保持在1-25個(gè)大氣壓，通過(guò)該反應(yīng)器SC將甲烷和乙炔的混合物以大于95摩爾％的選擇性轉(zhuǎn)化成異丁烯。然后，將異丁烯送入裝有低聚催化劑的低聚反應(yīng)器PC進(jìn)行異丁烯低聚以產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程的烴類。
優(yōu)選用作低聚催化劑的沸石催化劑包括硅鋁摩爾比至少為12的結(jié)晶硅鋁酸鹽沸石。ZSM-5型沸石的代表是ZSM-5，ZSM-11，ZSM-12，ZSM-23，ZSMA-35和ZSMA-38。ZSM-5公開(kāi)在美國(guó)專利3,702,886，ZSM-11公開(kāi)在美國(guó)專利3,709,979。此外，ZSM-12見(jiàn)美國(guó)專利3,832,449；ZSM-23見(jiàn)美國(guó)專利4,076,842；ZSM-35見(jiàn)美國(guó)專利4,016,145，ZSM-38見(jiàn)美國(guó)專利4,046,839。
優(yōu)選低聚反應(yīng)器PC的溫度保持在50-300℃，壓力保持在10-50個(gè)大氣壓。然后在蒸餾塔EV中蒸餾烴產(chǎn)物，產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程烴、水和廢氣等。通過(guò)循環(huán)管線RW和泵P1將水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR再利用。
圖2顯示了圖1中所示的電弧等離子體反應(yīng)器APR的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在圖2中，電弧等離子體反應(yīng)器APR包括與固體碳加料裝置12連接的熱反應(yīng)器裝置14，和電弧放電電源16。固體碳加料裝置12由儲(chǔ)存固體碳物質(zhì)的進(jìn)料斗20、螺旋進(jìn)料機(jī)22和以預(yù)定的進(jìn)料量連續(xù)供給固體碳顆粒的旋轉(zhuǎn)閥24組成。熱反應(yīng)器裝置14包括由絕熱陶瓷制成的圓筒形的外絕緣套管26，和具有圓筒形等離子體反應(yīng)室34的內(nèi)部絕緣套管32。絕緣電極支持物28通過(guò)固定螺栓30與內(nèi)部絕緣套管32的上端連接在一起。等離子體反應(yīng)器34具有由水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A形成的上游側(cè)和由合成氣產(chǎn)生區(qū)34B形成的下游側(cè)。實(shí)際上，合成氣產(chǎn)生區(qū)34B占據(jù)了等離子體反應(yīng)室34的大部分。當(dāng)固體碳顆粒供給等離子體反應(yīng)室34時(shí)，在碳物質(zhì)之間以縫隙的形式形成了許多細(xì)小的電弧通道35，通過(guò)這些細(xì)小的電弧通道35在作為等離子氣體的水蒸氣存在下由于均勻的電花產(chǎn)生了許多小的電弧此時(shí)，進(jìn)料水暴露于水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A的高溫下，并轉(zhuǎn)變成水蒸氣流。水蒸氣流通過(guò)大量的細(xì)小電弧通道35流向下游側(cè)。在水蒸氣流流動(dòng)期間，在電弧等離子體存在下根據(jù)下列反應(yīng)式水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)形成了含有氫氣和一氧化碳的合成氣。
(1)(2)在此，應(yīng)當(dāng)指出的是合成氣中的氫氣濃度隨著反應(yīng)溫度的提高而增加，為了有效地轉(zhuǎn)化合成氣可調(diào)節(jié)H2/CO比率至適當(dāng)?shù)闹怠?br> 絕緣電極支持物28支持著棒狀電弧放電電極36，38，40。環(huán)狀圓盤形中性電極42位于絕緣套管32的下部。中性電極42有一個(gè)錐形面42a和一個(gè)中心孔42b。裝入中性電極42并用在絕緣套管26底部形成的電極支持物78支撐和用固定螺栓80就地固定。另一方面，電極支持物28具有一個(gè)與固體碳加料裝置12連接的碳進(jìn)料口50。外面的絕緣套管26的上部有一個(gè)在電弧電極36，38，40的上面區(qū)域附近形成的進(jìn)料水進(jìn)料口52以便將進(jìn)料水引入水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A。這有利于進(jìn)料水作為冷卻劑來(lái)防止電極36，38，40的溫度升得過(guò)高，并且有利于進(jìn)料水有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳛榈入x子氣體的水蒸氣，以便促進(jìn)在合成氣發(fā)生區(qū)35中產(chǎn)生許多電弧。內(nèi)套管32和中性電極42的外圍形成有由環(huán)狀冷卻劑通道54組成的冷卻和熱回收區(qū)63，相鄰的冷卻劑通道通過(guò)中間通道54相互連接。外絕緣套管26有一個(gè)進(jìn)口74和一個(gè)出口76，該進(jìn)口和出口通過(guò)冷卻劑通道54彼此連通。由螺栓80經(jīng)密封板83連接到電極支持物78上的是絕緣端板82。中性電極42和端板82分別具有同心孔42b和82a，其中過(guò)濾器84擋住了合成氣穿過(guò)其中。端板82具有一個(gè)合成氣出口86。
進(jìn)口74連接到進(jìn)料水管線11，出口76連接到進(jìn)料水進(jìn)料口52。進(jìn)料水在冷卻區(qū)63預(yù)熱并從出口76排出進(jìn)入進(jìn)料水進(jìn)料口52。然后將進(jìn)料水引入水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A形成由水蒸氣組成的等離子氣體。從出口86排出的一部分合成氣通過(guò)合成氣再循環(huán)管道(未畫出)可以循環(huán)到等離子體反應(yīng)室34中，在等離子體反應(yīng)室34中水以上述化學(xué)反應(yīng)式(2)所示的方式發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。代號(hào)88表示密封部件。
在圖2中，電極支持物28固定地支撐交流電三相電極36，38，40，這些電極提供有來(lái)自電弧放電電源16的交流三相電力。中性電極42與三相電弧電源16的中點(diǎn)連接，電源16提供了輸出頻率為10-60赫茲、輸出電壓值為30-240伏特的電力。
在運(yùn)行中，啟動(dòng)換熱器(未畫出)以維持甲烷化反應(yīng)器MR在250-500℃。在此期間，將電弧放電電力提供給電弧等離子體反應(yīng)器APR的電弧電極，同時(shí)驅(qū)動(dòng)螺旋進(jìn)料機(jī)22和旋轉(zhuǎn)閥24，將固體碳物質(zhì)加到電弧等離子體反應(yīng)器APR中。然后，驅(qū)動(dòng)進(jìn)料水供給泵P1，將進(jìn)料水從進(jìn)料水進(jìn)料口52供給等離子體反應(yīng)室34的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A，進(jìn)料水經(jīng)受高溫產(chǎn)生作為等離子氣體的水蒸氣。水蒸氣流過(guò)大量的細(xì)小等離子體通道35，水蒸氣與固體碳物質(zhì)在高于1000℃的溫度下反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成H2/CO比率大于3的合成氣。合成氣在換熱器H中冷卻，然后在冷卻器C1中進(jìn)一步冷卻至60-90℃。將如此冷卻的合成氣送入液/氣分離器S1，在此從合成氣中分離出水份作為冷凝水。當(dāng)冷凝水達(dá)到給定高度時(shí)，驅(qū)動(dòng)泵P2將冷凝水供給進(jìn)料水供給管線11與進(jìn)料水混合。在電弧等離子體反應(yīng)器APR的冷卻區(qū)63預(yù)熱混合水，然后提供給進(jìn)料水供給口52。另一方面，通過(guò)壓縮機(jī)CM將合成氣在大約15-50個(gè)大氣壓的壓力下加壓，并加入到甲烷化反應(yīng)器MR，該甲烷化反應(yīng)器MR保持在250-500℃的溫度下，從而按照下列反應(yīng)式將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷(3)(4)如上所述，將上述反應(yīng)式(3)和(4)得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR用于生產(chǎn)合成氣，以降低重質(zhì)烴的生產(chǎn)成本和消除環(huán)境污染。
裝在反應(yīng)器MR中的甲烷化催化劑可以是在，例如美國(guó)專利4,238,371，4,368,142，和4,774,261和日本專利臨時(shí)公開(kāi)號(hào)5-184,925中公開(kāi)的任何類型的催化劑。在冷卻器C2冷卻甲烷，并經(jīng)過(guò)膨脹閥V供給液/氣分離器S2，在分離器S2中冷凝水與甲烷分離，冷凝水從液/氣分離器S2的底部經(jīng)循環(huán)管線R循環(huán)到進(jìn)料水供給管線11和經(jīng)循環(huán)泵P2循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR。
如上所述，通過(guò)流量控制閥CV1，CV2輸送甲烷形成甲烷和乙炔的混合物，乙炔是由乙炔反應(yīng)器AS合成的。將甲烷和乙炔的混合物引入固體過(guò)酸反應(yīng)器SC，通過(guò)反應(yīng)器SC產(chǎn)生了異丁烯。然后在低聚反應(yīng)器PC中低聚異丁烯，產(chǎn)生含有汽油沸程和噴氣燃料沸程液體燃料的重質(zhì)烴、廢氣。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了許多優(yōu)點(diǎn)，包括(1)可使用成本非常低的進(jìn)料水和固體碳物質(zhì)作為原料，從而使重質(zhì)烴的生產(chǎn)費(fèi)用明顯降低。也就是說(shuō)，使用由固體碳物質(zhì)和進(jìn)料水產(chǎn)生甲烷和乙炔的技術(shù)，該技術(shù)使用合成氣發(fā)生器，甲烷化反應(yīng)器和乙炔反應(yīng)器，這些反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并具有極高的操作性能，使用該技術(shù)可使作為生產(chǎn)重質(zhì)烴的原料的甲烷和乙炔在經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)化的步驟中生產(chǎn)，并且可以聯(lián)合使用固體過(guò)酸催化劑反應(yīng)器和低聚反應(yīng)器以最大的操作效率大量生產(chǎn)非常清潔(沒(méi)有硫)的重質(zhì)烴。
(2)結(jié)構(gòu)小、但具有高的操作性能的電弧等離子體反應(yīng)器的使用，能夠由低成本的固體碳物質(zhì)和進(jìn)料水大量地有效生產(chǎn)合成氣，以最高的生產(chǎn)效率生產(chǎn)甲烷和乙炔，從而提高不含硫的清潔重質(zhì)烴的生產(chǎn)效率。
(3)因?yàn)樘嘉镔|(zhì)僅消耗于生產(chǎn)合成氣，而不象現(xiàn)有技術(shù)中所要求的那樣碳物質(zhì)作為燃料用于轉(zhuǎn)化爐，因此，碳物質(zhì)的利用率是非常高的，從而使清潔重質(zhì)烴的生產(chǎn)成本明顯降低。
(4)因?yàn)橥ㄟ^(guò)控制電弧等離子體反應(yīng)器APR的操作溫度可容易地將電弧等離子體反應(yīng)器中合成氣的H2/CO比率調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)淖罴阎担允购铣蓺馍a(chǎn)中的操作性能最佳，從而可以在操作中控制合成氣發(fā)生器以提供最佳的操作控制。
(5)雖然現(xiàn)有技術(shù)需要一個(gè)復(fù)雜的方法來(lái)間歇地將空氣提供給轉(zhuǎn)化爐來(lái)生產(chǎn)合成氣，同時(shí)要間斷合成氣制備，但是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不需要這樣復(fù)雜的過(guò)程，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)合成氣的控制過(guò)程同時(shí)能夠明顯地減少清潔重質(zhì)烴的總生產(chǎn)成本。
(6)在現(xiàn)有技術(shù)中，因?yàn)檗D(zhuǎn)化爐采用燃燒法來(lái)生產(chǎn)合成氣，因此，很難在高速反應(yīng)下根據(jù)合成氣發(fā)生器的操作條件控制轉(zhuǎn)化爐的操作溫度。相反，本發(fā)明僅僅通過(guò)改變用于電弧電極的電弧放電電源的輸出電壓，就能夠?qū)㈦娀〉入x子體反應(yīng)器準(zhǔn)確地控制在適當(dāng)?shù)臏囟?，提供快速反?yīng)，最大效率地大量生產(chǎn)合成氣，從而以非常低的成本、最高的操作效率生產(chǎn)重質(zhì)烴。
(7)在現(xiàn)有技術(shù)中，將在合成氣生產(chǎn)和烴蒸餾步驟期間得到的冷凝水排到外面，造成環(huán)境污染。相反，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可將冷凝水作為循環(huán)水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR，結(jié)果使進(jìn)料水的量明顯減少，同時(shí)，消除了環(huán)境污染。
(8)使用部分燃燒方法由天然氣生產(chǎn)合成氣的轉(zhuǎn)化方法中，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的升溫時(shí)間(rise time)和較長(zhǎng)的停工時(shí)間。相反，本發(fā)明具有通過(guò)將電力供給電弧電極即刻生產(chǎn)合成氣的能力，使合成氣發(fā)生器在操作中快速響應(yīng)開(kāi)工和終上這特別有利于改善操作效率和緊急停工如地震的情況。
(9)在現(xiàn)有技術(shù)中，烴生產(chǎn)系統(tǒng)的合成氣發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)的尺寸非常大，這增加了運(yùn)行費(fèi)用，因此，對(duì)這種設(shè)備的金融投資要求相當(dāng)大。相反，本發(fā)明的烴生產(chǎn)系統(tǒng)的合成氣發(fā)生器的尺寸小，但是操作效率高，因此，不需要相當(dāng)大的投資。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員都將理解，根據(jù)公開(kāi)內(nèi)容的全部教導(dǎo)可以對(duì)那些細(xì)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行各種修改和替換。因此，公開(kāi)的具體實(shí)施方案僅僅是說(shuō)明性的，并且不限于附加的權(quán)利要求中所定義的發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種由固體碳物質(zhì)和進(jìn)料水生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法，包括步驟準(zhǔn)備一個(gè)具有等離子反應(yīng)室和位于該反應(yīng)室中的電弧放電電極的電弧等離子體反應(yīng)器；將固體碳物質(zhì)放入反應(yīng)室，并在固體碳物質(zhì)中形成許許多多細(xì)小的電弧通道；給電弧電極分別供電以在細(xì)小的電弧通道中生產(chǎn)電弧放電等離子體；水蒸氣通過(guò)細(xì)小的電弧通道，在電弧放電等離子體存在下水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)，生成含有H2和CO的合成氣；將合成氣通入甲烷化反應(yīng)器的甲烷化催化劑中以合成甲烷；制備第一和第二甲烷物流；將第二甲烷物流轉(zhuǎn)化成乙炔物流；制備甲烷第一物流和乙炔物流的混合物；在固體過(guò)酸催化劑存在下將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)形成異丁烯；和在低聚催化劑存在下將異丁烯產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成烴類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱等離子體反應(yīng)器具有由水蒸氣產(chǎn)生區(qū)形成的上游側(cè)和由合成氣產(chǎn)生區(qū)形成的下游側(cè)，并進(jìn)一步包括步驟將進(jìn)料水供給電弧等離子體反應(yīng)器的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)，在其上游側(cè)形成水蒸氣；冷卻甲烷以分離出冷凝水；和循環(huán)冷凝水至水蒸氣產(chǎn)生區(qū)以轉(zhuǎn)變成水蒸氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，還包括步驟蒸餾烴以便從烴中分離出冷凝水；將蒸餾步驟得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)以產(chǎn)生水蒸氣；和在合成氣產(chǎn)生區(qū)使水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生合成氣。
4.一種重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，包括具有固體碳供給口、進(jìn)料水供給口、具有合成氣出口的絕緣套管、在絕緣套管中形成的電弧等離子體室、位于電弧等離子體室中的電弧放電電極、和在電弧等離子體室中裝有的固體碳物質(zhì)中形成的許多的細(xì)小的電弧通道的電弧等離子體反應(yīng)器；通過(guò)進(jìn)料水供給口將進(jìn)料水供給電弧等離子體室的進(jìn)料水供給泵，使進(jìn)料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣；向電弧放電電極供給電能的電弧電源，以在細(xì)小的電弧通道中分別產(chǎn)生電弧放電等離子體，從而使水暴露于電弧放電等離子體中形成水蒸氣，在電弧放電等離子體存在下該水蒸氣在經(jīng)過(guò)細(xì)小的電弧通道時(shí)與固體碳物質(zhì)反應(yīng)生成含有H2和CO的合成氣；和用于將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的具有甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器；用于將甲烷的部分物流轉(zhuǎn)化成乙炔的乙炔合成反應(yīng)器；將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)合成異丁烯的固體過(guò)酸催化劑反應(yīng)器；和將異丁烯低聚成重質(zhì)烴的低聚反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括與甲烷化反應(yīng)器連接的液/氣分離器裝置，用于分離甲烷和冷凝水；和用于將冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器以在那里形成合成氣的循環(huán)管線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括蒸餾烴以便從烴中分離出冷凝水的蒸餾塔；用于將蒸餾塔中得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器以產(chǎn)生合成氣的循環(huán)管線。
全文摘要
公開(kāi)了一種由固體碳物質(zhì)和水產(chǎn)生重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng),包括電弧等離子體反應(yīng)器(APR),該電弧等離子體反應(yīng)器具有電弧放電電極(36,38,40)和裝在等離子反應(yīng)器中的固體碳物質(zhì)中形成的許多細(xì)小的電弧通道(35)。在等離子反應(yīng)器中將進(jìn)料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣,并將水蒸氣通入細(xì)小的電弧通道,在這些電弧通道中在電弧等離子體存在下水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)生成合成氣。該合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷,一部分甲烷轉(zhuǎn)化成乙炔。在固體過(guò)酸催化劑存在下甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)生成異丁烯,其然后在低聚反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化成重質(zhì)烴。將烴蒸餾生成汽油沸程和噴氣燃料沸程的液體燃料。
文檔編號(hào)C07C11/09GK1379004SQ0211906
公開(kāi)日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月29日
發(fā)明者畑中武史 申請(qǐng)人:畑中武史