EA026636B1 - Конверсия природного газа - Google Patents

Abstract

Описаны способ и устройство для конверсии смеси водорода и моноксида углерода в углеводороды, включающие реакцию водорода и моноксида углерода при повышенной температуре и давление в контакте с подходящим катализатором в реакционной дистилляционной колонне.

Description

Существуют несколько способов конверсии природного газа (N0) в жидкости. Большинство из этих способов основаны на каталитических реакциях Фишера-Тропша, в которых подвергнутый реформингу синтетический газ превращается в жидкие углеводороды. Существуют некоторые способы, не основанные на реакциях Фишера-Тропша, превращающие природный газ в жидкости путем крекинга и гидропереработки метана с получением этилена. Их осуществляют, используя конфигурации реакторов, в которых катализатор представляет собой неподвижный слой, движущийся слой, псевдоожиженный слой или суспендирован в жидкости. В этих способах также используют конфигурации, в которых блоки очистки фракционированием отделены от реакторного блока. Настоящее изобретение относится к усовершенствованной проектной конфигурации реактора, которая позволяет увеличивать скорости реакций и эффективность блока фракционного разделения. Это приводит к повышению экономии, обусловленной ростом масштабов производства, и позволяет сделать более компактной и экономичной всю конструкцию установки.

Уровень техники, к которой относится изобретение

Способы превращения природного газа в жидкие углеводороды обычно называют термином конверсия газа в жидкость (СТЬ). Полный процесс конверсии включает ряд отдельных технологических стадий, которые являются характерными для используемой технологии. Конкретные стадии также зависят от используемого сырья и промежуточных продуктов реакций или выбранной технологии.

Как правило, технологические стадии расположены в следующем порядке:

a. Способы получения сырья. - Для традиционных установок СТЬ используют природный газ, полученный непосредственно из ряда эксплуатационных скважин месторождения природного газа. Однако природный газ можно получать из источников сжатого природного газа (€.'N0) или из накопительных резервуаров сжиженного природного газа (ΕΝ0), для которого требуется повторное испарение.

b. Способы обработки сырья. - Когда исходный материал поступает непосредственно из устья скважины, в природном газе необходимо регулировать температуру конденсации воды и углеводородов, а также очищать от любых присутствующих кислых газов. Когда ΕΝ0 и ΕΝ0 используют в качестве исходных материалов, природный газ является уже обработанным перед сжатием, и, таким образом, дополнительная обработка не требуется.

c. Способы реформинга. - Существуют многочисленные способы реформинга. Паровой реформинг, парциальный окислительный реформинг и автотермический реформинг - все они представляют собой варианты одной и той же последовательности процессов конверсии метана СН₄ (как правило, природный газ содержит от 85% до 99% метана) в синтетический газ, состоящий из моноксида углерода СО и водорода Н₂. Синтетический газ может иметь различные соотношения углерода и водорода в зависимости от используемого способа конверсии. Соотношение углерода и водорода имеет большое значение для последующих реакций роста углеводородной цепи.

ά. Этиленовый способ крекинга. - При конверсии природного газа в жидкость путем превращения ацетилена в этилен не используют процесс реформинга для получения предшественников роста углеродной цепи или реагентов. В данном способе метан СН₄ подвергают высокотемпературному крекингу при отсутствии кислорода, получая ацетилен С₂Н₂, при гидрировании которого водородом образуется этилен С₂Н₄. Многофункциональная молекула содержит реакционноспособные атомы, что обеспечивает рост углеродной цепи в регулируемых условиях.

е. Способы обработки синтетического газа. - Синтетический газ обрабатывают, используя любой рециркулирующий газ, получая чистый синтетический газ путем отделения избытка диоксида углерода СО₂ и азота Ν₂, если это необходимо.

£. Способы очистки водорода. - Рециркулирующий газ, содержащий преимущественно водород Н₂, необходимо очищать, чтобы концентрация водорода составляла, по меньшей мере, 90 об.%, прежде чем его можно будет смешивать с синтетическим газом, получая и исходный газообразный материал для реактора. Блоки очистки водорода, как правило, представляют мембранные блоки или абсорбционные блоки с переменным давлением, в зависимости от используемой технологии.

д. Способы разделения воздуха. - Данная стадия зависит от используемого способа реформинга и необходимости использования чистого кислорода в технологии реформинга. Таким образом, способы разделения воздуха, применимые к технологии СТЬ, осуществляются, как правило, на установках по производству кислорода, используемых для реформинга. Обычно используют патентованные способы абсорбции с переменным давлением, мембранные или криогенные способы разделения.

к. Способы осуществления основных реакций. - Основу способа СТЬ представляет собой конверсия обработанного исходного газа для реактора, который содержит метан (СО) или этилен, для получения имеющих большую длину цепи углеводородных продуктов, которые содержат, главным образом, от 4 до 20 атомов углерода. Наиболее распространенный технологический вариант представляет собой каталитический способ Фишера-Тропша, в котором распределение числа атомов углерода зависит от используемых в данном способе температуры и давления, а также от типа реактора и катализатора (на основе железа или кобальта). Для этиленового пути реакции используют основной катализатор роста углеводородной цепи или кислый цеолит, который аналогичен по своему действию катализатору Фишера- 1 026636

Тропша. Однако механизм реакции отличается, поскольку кислород не присутствует в используемых в способе молекулах, т.е. к реакциям Фишера-Тропша применяется только содержащий кислород исходный газ из установки реформинга (в виде моноксида углерода СО). В случае этиленовой технологии присутствуют только углеводороды, и вода не образуется в качестве продукта реакции. Соответственно, это обеспечивает некоторые преимущества для технологической установки. Конструкции современных реакторов предусматривают неподвижный слой катализатора, подвижный слой катализатора, псевдоожиженный слой катализатора или катализатор, суспендированный в жидкости.

1. Продукты реакций из основного реактора содержат смесь соединений на основе углерода, которые необходимо очищать, получая товарные продукты, соответствующие техническим условиям. Они включают продукты на основе бензина и дизельного топлива, а также сжиженный нефтяной газ (ЬРО), керосин, авиационное топливо, легкие олефины, тяжелые парафины и продукты, используемые в качестве сырья для крекинга. Данные продукты разделяют в процессе очистки, используя множество фракционирующих колонн, которые осуществляют разделение преимущественно на основе разности температур кипения и предельных температур дистилляции.

_). Способы производства водяного пара и электроэнергии. -Хотя весь легкий отходящий газ можно сжигать в факелах, как правило, его используют в качестве источника энергии для питания бойлерной системы или установки по производству электроэнергии.

к. Способы энергоснабжения и водоснабжения. - Совместное производство электроэнергии или водяного пара с использованием отходящего газа представляет собой способ энергетической оптимизации для завода или комплекса энергоснабжения и водоснабжения. Легкий отходящий газ можно также использовать в качестве топливного газа во множестве сжигающих установок, окружающих данный комплекс. Азот, получаемый в процессе разделения воздуха, используется в целях создания безопасной инертной и защитной атмосферы вокруг данного комплекса. Описание предшествующего уровня техники Традиционный способ, который разработали Франц Фишер и Ганс Тропш, впервые использовали в Германии и запатентовали в США в 1926 г. Использовали реактор с неподвижным слоем катализатора на основе железа. Способ Фишера-Тропша использовали для производства жидких углеводородов из синтетического газа, полученного путем газификации угля. Эту технологию превращения угля в жидкие углеводороды (СТЬ), которая позволяла производить из угля автомобильное топливо, использовали в промышленном масштабе в ЮАР в 1950-е годы.

После этого в ЮАР были построены два перерабатывающих комплекса на основе технологии ОТЬ Фишера-Тропша. Для обоих этих комплексов использовали реактор усовершенствованной конструкции на основе технологии подвижного слоя. Эти реакторы называются реакторами типа Синтол.

В конце 1990-х годов на основе реакторов типа Синтол были разработаны усовершенствованные реакторы типа усовершенствованный Синтол с использованием технологии псевдоожиженного слоя.

Тогда стало понятно, что данную технологию Фишера-Тропша можно использовать для конверсии подвергнутого реформингу природного газа в жидкие углеводороды. В конце 1980-х годов по распоряжению правительства ЮАР в южноафриканском городе Моссел-Бей (Мокке1 Вау) был построен комплекс для конверсии природного газа в жидкие углеводороды на основе реактора системы Синтол. В настоящее время этот комплекс принадлежит национальной южноафриканской нефтяной компании Ре1го8А.

В 2005 г. Катарская нефтяная корпорация (Оа1аг Ре1го1еит Согрогайои, ОРС) построила комплекс ОТЬ на условиях совместного предприятия под наименованием ΟΡΥΧ ОТЬ в катарском промышленном центре Рас-Лаффан (Рак Ьайаи). Использован реактор с суспендированным катализатором, где применяется усовершенствованный (4 поколения) способ дистилляции суспендированной фазы.

В последнее время Шелл и другие компании разработали аналогичные технологии на основе способа ОТЬ Фишера-Тропша и внедряют их в промышленном масштабе в сотрудничестве с Катарской нефтяной корпорацией на совместном предприятии Реаг1 ОТЬ, которое также расположено в центре РасЛаффан. Это будет крупнейшее в мире предприятие ОТЬ на основе технологии неподвижного слоя компании Шелл.

Реакция Фишера-Тропша является экзотермической в прямом направлении, представляющем собой конверсию синтетического газа (СО/Н₂) в конечные жидкие продукты. В этой катализируемой реакции выделяется значительное количество тепла, которое необходимо отводить, используя технологию отвода тепла в реакторе Фишера-Тропша. В реакторах Фишера-Тропша используют следующие теплоотводные конструкции.

а) Трубчатые реакторы с неподвижным слоем (они представляли собой первое поколение реакторов) содержат неподвижный слой катализатора внутри труб реактора. По своей конструкции реактор является аналогичным кожухотрубному теплообменнику, и расплавленную соль или воду используют в межтрубном пространстве реактора, чтобы отводить тепло, выделяющееся в трубах. Инертный наполнитель можно также использовать в секциях катализатора в трубках, чтобы обеспечивать эффект разбавления и предотвращать перегрев в реакционной зоне. Требуется точное моделирование конструкции, чтобы надлежащим образом проектировать секции уплотненного катализатора внутри каждой трубки для предотвращения перегрева и неконтролируемых реакций. Тепло отводят расплавленной солью или посред- 2 026636 ством образования водяного пара, который эффективно преобразуется в водяной пар, имеющий высокое давление и температуру и его можно использовать в качестве общего энергетического ресурса комплекса. Проточная конфигурация реактора с неподвижным слоем представляет собой модель режима идеального вытеснения. Газообразные исходные реагенты и образующиеся продукты, как правило, представляют собой паровую фазу и движутся через катализатор со значительной скоростью. Это приводит к движению и истиранию катализатора и, в конечном счете, образуются мелкие частицы катализатора, и в связи с этим теряется реакционная способность. В конфигурации неподвижного слоя образуются углеводородные продукты, преимущественно относящиеся к группе парафинов, в результате чего требуется повторный крекинг парафинов для получения автомобильных нефтепродуктов, таких как бензин и дизельное топливо.

b) Реакторы с подвижным слоем (они представляли собой второе поколение реакторов) отличаются большими верхними отводами под углом 180° из верхней части реакторов, чтобы способствовать газовому или парофазному потоку продуктов реакций и катализатора. Этот поток характеризуется значительной турбулентностью и приводит к существенному улучшению кинетики реакции по сравнению с реактором с неподвижным слоем катализатора. Ускоряется образование мелких частиц катализатора, и требуется более твердый и прочный катализатор. Следующий недостаток заключается в том, что захваченный потоком катализатор вызывает коррозию и истончение верхних отводных секций, что угрожает целостности установки. Теплоотвод осуществляется в зоне быстрого охлаждения после отделения катализатора от парового потока в циклонном блоке, который аналогичен циклонному блоку устройства для каталитического крекинга. Катализатор рециркулирует в основные реакторы, и быстро охлажденные жидкие продукты отделяются для последующей переработки. Вода для быстрого охлаждения превращается в водяной пар и используется в качестве энергетического ресурса комплекса.

c) Реакторы с псевдоожиженным слоем (они представляли собой третье поколение реакторов) используют поток исходного газа для создания перепада давления, чтобы частицы катализатора переходили в псевдоожиженное или суспендированное состояние. Внутри реактора установлена теплоотводная труба, в которой кипит вода, обеспечивая отвод тепла и стабилизацию температуры реактора. Жидкие и парофазные продукты экстрагируют и перерабатывают в нефтепродукты. Кипящую воду используют в качестве водяного пара для комплекса. Продукты реакций, как правило, относятся к легким и средним дистиллятным фракциям, и для них не требуется повторный крекинг, чтобы изготавливать автомобильное топливо. Псевдоожиженный слой катализатора поддерживают в суспендированном состоянии, используя равновесие между увлекающей вверх силой потока и силой тяжести. Это явление хорошо известно специалистам в данной области техники. Катализатор непрерывно движется в псевдоожиженном состоянии и, таким образом, катализатор склонен к истиранию и образованию мелких частиц. Эти мелкие частицы имеют повышенное соотношение поверхности и объема и поднимаются из псевдоожиженного слоя. Это приводит к снижению активности катализатора в слое.

Катализаторы могут представлять собой катализаторы на основе железа или кобальта в зависимости от выбранных значений температуры и давления реакции.

б) Современные промышленные способы (четвертое поколение способов), применяемые на новейшем заводе Огух СТЬ, используют реактор с суспендированной фазой, где газообразные исходные реагенты барботируют через жидкофазный реакционный слой, в котором во взвешенном состоянии находится катализатор Фишера-Тропша, образуя суспензию. Тепло отводят, используя теплообменные трубы, и из воды производят водяной пар. Способ с использованием суспендированной фазы представляет собой способ для преимущественного получения средних дистиллятов, сосредоточенный на производстве дизельного топлива. Температура и давление в реакторе, а также кобальтовый катализатор способствуют получению продукта, в котором число атомов углерода соответствует фракции дизельного топлива. И в этом случае находящиеся в суспендированной фазе частицы катализатора постоянно перемешиваются при турбулентном движении жидкой суспензии, и образуются мелкие частицы. Хотя эта проблема имеет меньшую степень, чем в реакторах с подвижным или псевдоожиженным слоем, все же наблюдается снижение активности.

Международная патентная заявка АО 01/36066 описывает устройство и способ для производства углеводородов согласно реакции Фишера-Тропша. Устройство включает каталитический дистилляционный реактор, и реагенты поступают в этот каталитический дистилляционный реактор для проведения каталитической реакции с образованием углеводородов. В частности, описано помещение гранулированного катализатора в упаковочный материал их структурированной проволочной сетки, причем эта упаковка определяет низкую эффективность разделения. Снижение эффективности разделения приводит к снижению степени конверсии газа в жидкий продукт, поскольку вода не удаляется из реакционной среды эффективным образом; присутствие воды в реакционной среде сдвигает равновесие реакции в сторону исходных веществ (т.е. синтетического газа), а не в сторону продуктов (т.е. углеводородов).

Более конкретно, присутствие такой упаковки катализатора, которая напоминает чайный пакетик, приводит к неудовлетворительной дистилляции. Затруднительным оказывается движение пара и ограничение так называемых горячих точек, т.е. локализованных областей чрезмерно высокой температуры. В результате затрудняется точное регулирование соотношения технологических параметров в дистилля- 3 026636 ционных и реакционных секциях вследствие неудовлетворительной дистилляции.

Патент США № 6265452 описывает способ изготовления жидких и газообразных продуктов из газообразных реагентов, где горизонтальный ребойлерный реакционный резервуар находится в непосредственном сочетании с дистилляционной колонной, которая соединена с паровым пространством ребойлера. Парообразный продукт, образующийся в ребойлерном реакционном резервуаре, при кипении переходит в дистилляционную колонну. В реакционном резервуаре отсутствует какая-либо дистилляция (помимо одностадийного равновесия кипящей жидкости). Данная конфигурация является аналогичной конфигурации традиционного реактора с суспендированной фазой, где парообразные продукты непрерывно кипят и выводятся из реакционной среды на одной равновесной стадии. Реакция и дистилляция происходят в двух отдельных резервуарах, что означает невозможность многостадийного разделения в каталитической зоне и приводит к общему снижению степени конверсии и эффективности разделения.

Сущность изобретения

Авторы настоящего изобретения обнаружили способ значительного усовершенствования процесса СТЬ по сравнению с предшествующими способами, включая способы четвертого поколения с использованием суспендированной фазы. В настоящем изобретении используется каталитическая дистилляционная колонна для осуществления реакции Фишера-Тропша. Для осуществления этой реакции можно использовать традиционный катализатор Фишера-Тропша в уплотненных секциях внутри дистилляционной колонны, что способствует одновременному ускорению реакции и дистилляции полученного продукта. Непрерывное удаление продуктов реакций, в частности, воды, из реакционной зоны посредством дистилляционного разделения заставляет реакцию протекать в прямом направлении при значительно повышенной скорости. Фракционирование продуктов в каталитических зонах также упрощает последующую обработку продуктов. Стадии фракционирования и гидрирования, где используется катализатор (благородный металл, т.е. металл, устойчивый к коррозии и окислению, такой как платина, золото, палладий, серебро, осмий, родий, рутений и иридий, на подложке из оксида алюминия) в секциях уплотненного слоя, способствуют дальнейшей переработке и очистке продуктов в соответствии с техническими условиями.

В первом аспекте настоящее изобретение предлагает способ конверсии смеси водорода и моноксида углерода в углеводороды согласно п. 1 формулы изобретения.

Во втором аспекте настоящее изобретение предлагает способ согласно п.34 формулы изобретения.

В третьем аспекте настоящее изобретение предлагает реакционную дистилляционную колонну согласно п.35 формулы изобретения.

Дополнительные отличительные особенности настоящего изобретения определены зависимыми пунктами формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Дальнейшее описание содержит ссылки на сопровождающие чертежи, в которых фиг. 1 представляет принципиальную схему способа и устройства, раскрытого в предшествующем уровне техники;

фиг. 2 представляет принципиальную схему способа и устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 представляет принципиальную схему реакционной дистилляционной колонны для использования в способе и устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и фиг. 4 представляет принципиальную схему реакционной дистилляционной колонны согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Рассмотрим фиг. 1, которая представляет способ и устройство согласно предшествующему уровню техники.

Природный газ и водяной пар поступают в установку реформинга 100 через потоки 102 и 104, соответственно. Воздух поступает в воздухоразделительную установку 106 через поток 108, где он разделяется на обогащенный кислородом поток 110 и обогащенный азотом поток 112. Обогащенный азотом поток 112 поступает в заводские системы энергоснабжения и водоснабжения, которые обозначены общим номером 114.

Природный газ и водяной пар также поступают в установку очистки водорода 116 через потоки 118 и 120, соответственно. Установка 116 выпускает водород через поток 122, который поступает в установку реформинга 100. Установка 116 также выпускает остаточный газ через поток 124, который поступает в системы энергоснабжения и водоснабжения 114. Эти потоки, как правило, содержат смесь водорода и легких углеводородов, которые образуют топливный газ, имеющий низкую или среднюю теплотворную способность, который можно использовать в качестве потребительского газа во всем комплексе.

Часть водорода, выходящего из установки очистки водорода, можно направлять на дистилляционную установку 126 через поток 128. Дистилляционная установка 126 представляет собой, в основном, дистилляционную колонну, и далее она будет описана более подробно.

Из установки реформинга 100 выводят синтетический газ. Он поступает в реактор Фишера-Тропша 130 через поток 132.

- 4 026636

Реактор Фишера-Тропша 130 может представлять собой высокотемпературный или низкотемпературный реактор Фишера-Тропша.

Высокотемпературный реактор используют, главным образом, для получения бензина и олефинов, используя железный катализатор (или кобальтовый катализатор в особых случаях). Температура реакции составляет, как правило, от 300 до 350°С, и давление составляет, как правило, от 2000 до 3000 кПа.

Низкотемпературный реактор используют, главным образом, для получения парафинов и дизельного топлива, используя кобальтовый катализатор (хотя в реакторах с суспендированным слоем можно использовать кобальт или железо). Температура реакции составляет, как правило, от 200 до 250°С, и давление составляет, как правило, от 2000 до 3000 кПа.

Катализаторы, используемые в способ Фишера-Тропша, хорошо известны специалистам в данной области техники. Катализаторы на основе кобальта могут представлять собой, например, оксид кобальта, содержащий Со и Τ1ιϋ₂ на кизельгуре катализатор, активированный Ки и основными оксидами катализатор Со-А1О₂. В настоящем описании выражение кобальтовый катализатор или катализатор на основе кобальта означает любой содержащий кобальт катализатор, который можно использовать в способе Фишера-Тропша. Катализаторы на основе железа могут представлять собой оксид железа. В настоящем описании выражение железный катализатор или катализатор на основе железа означает любой содержащий железо катализатор, который можно использовать в способе Фишера-Тропша. Другие катализаторы, которые можно использовать, включают никелевые катализаторы или катализаторы на основе никеля, а также рутениевые катализаторы и катализаторы на основе рутения. В некоторых обстоятельствах можно использовать катализаторы гидрирования и цеолитные катализаторы.

Следующая таблица представляет типичное распределение продуктов, которые можно получить из реактора каждого типа._

	Низкотемпературный реактор	Высокотемпературный реактор
Метан	3	6
Жидкие олефины	5	28
Топливные материалы (бензин/дизельное топливо)	32	60
Парафины	55	0
Продукты окисления	5	6
Основные продукты	Парафины и дизельное топливо	Бензин и олефины

Реактор 130 имеет ряд исходящих потоков:

поток 134, который содержит водяной пар и поступает в системы энергоснабжения и водоснабжения 114;

поток 136, который содержит остаточный газ и поступает в системы энергоснабжения и водоснабжения 114. Можно предусмотреть рециркуляционный поток 138, который поступает в реактор 130; в качестве дополнения или альтернативы, можно предусмотреть рециркуляционный поток 140, который поступает в установку реформинга 100;

поток 141, который содержит образующуюся в реакции Фишера-Тропша воду и может поступать на установку биологической очистки;

поток 142, который содержит парафины и поступает на дистилляционную установку 126;

поток 144, который содержит легкие олефины и углеводороды С₅-С₉, как правило, представляющие собой основные компоненты автомобильного топлива, и поступает на дистилляционную установку 126; поток 146, который содержит конденсат и легкие углеводороды С₃-С₆ и поступает на дистилляционную установку;

поток 164, который содержит остаточный газ, состоящий, как правило, из углеводородов С1-С3 и используемый в качестве топливного газа, и поступает в системы энергоснабжения и водоснабжения 114.

Как обсуждается выше, дистилляционная установка 126 представляет собой, в основном, ряд дистилляционных колонн, которые используют для разделения продуктов реакций на желательные фракции. Следует отметить, что полученные фракции будут зависеть от использования высокотемпературной или низкотемпературной реакции Фишера-Тропша, а также от фракций, которые желательно разделить. Однако типичные потоки продуктов из дистилляционной установки 126 включают поток сжиженного нефтяного газа ЬРО 148, поток лигроина/бензина 150 и поток дизельного топлива 152.

Наконец, топливный газ поступает в системы энергоснабжения и водоснабжения 114 через поток 154. Системы энергоснабжения и водоснабжения 114 производят различные ресурсы, необходимые длязавода, включая топливный газ (поток 156), водяной пар (поток 158), азот (поток 160) и электроэнергию (линия 162).

Рассмотрим фиг. 2, которая представляет способ и устройство согласно настоящему изобретению. Многие из компонентов устройства, представленного на фиг. 2, могут быть такими же, как компоненты, представленные на фиг. 1, причем аналогичные компоненты обозначены одинаковыми условными номе- 5 026636 рами.

Важное различие между устройством согласно настоящему изобретению и устройством согласно предшествующему уровню техники заключается в том, что настоящее изобретение предлагает дистилляционную установку и реактор Фишера-Тропша, которые объединены в составе единой установки 166.

Фиг. 3 представляет устройство 166 более подробно. Исходный материал через раздельные или объединенные потоки 9, 10 и 11 поступает в реакционную дистилляционную колонну ОТЬ. Потоки 9, 10 и 11 можно объединять или оставлять раздельными, и/или можно включать дополнительные потоки исходного материала, создавая потоки 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20. Потоки 9-20 могут соответствовать потокам 132 и 128 на фиг. 2.

Любой продукт может выходить через потоки 30, 34, 35 и 36, как обсуждается ниже; эти потоки могут соответствовать потокам 134, 136, 148, 150 и 152 без какого-либо определенного порядка на фиг. 2.

Обсуждаемый ниже поток 26 можно использовать для рециркуляции газа и легких продуктов, причем ему может соответствовать внешний рециркуляционный поток 140 и/или поток 164 на фиг. 2. Обсуждаемому ниже потоку 28 соответствует поток 141 на фиг. 2.

Данные исходные материалы могут представлять собой разнообразные жидкофазные или газофазные исходные материалы, которые обсуждаются ниже в предпочтительных вариантах осуществления.

Эти потоки исходного материала можно объединять, образуя отдельные или смешанные потоки сырья, которые поступают в любое число точек ввода исходных материалов, которые обозначены условными номерами 12-20. Выбор состава исходного материала и положение отдельных точек ввода определяют на основании заданного интервала числа атомов углерода для продукта в секциях фракционирования или реакции.

Поток исходного материала 17 представляет собой сырье для главной реакционной дистилляционной колонны ОТЬ, который поступает в камеру сгорания и быстрого охлаждения 6.

В камере сгорания и быстрого охлаждения 6 осуществляют быстрое нагревание и охлаждение газа, причем газ можно нагревать до температуры, составляющей от 250 до 1600°С. Быстрое охлаждение за счет нисходящего потока жидкости из реакционной дистилляционной колонны приводит к тому, что подвергнутый крекингу газ охлаждается до температуры, составляющей от 250 до 350°С. Нагревание камеры сгорания можно отключить в случае отличных от метана газообразных исходных материалов, для которых не требуется крекинг.

Отличный от метана исходный газ поступает преимущественно через потоки исходного материала 17, 19 и/или 20 в зависимости от конфигурации каталитической зоны и выбранного интервала числа атомов углерода в продуктах. Газообразный реагент легче, чем пар, образующийся в процессе кипения в реакционной колонне, и поднимается в верхнюю часть колонны, оставаясь, в основном, в неконденсируемом газообразном состоянии. Таким образом, парциальное давление реагирующих газообразных соединений уменьшается по направлению к верхней части реакционной дистилляционной колонны по мере расходования газа в реакциях ОТЬ.

Технологические потоки 12-16 используют, когда парциальное давление газообразного реагента ниже, чем требуется для обеспечения высоких скоростей реакций, которые определяют интервал числа атомов углерода в продукте и регулирование распределения число атомов углерода.

Рассмотрим фиг. 4, где дистилляционная колонна 200 включает каталитическую зону 202 и некаталитическую зону 203. Некаталитическая зона 203 требуется для общего улучшения дистилляционного разделения, что упрощает фракционирование по границам разделения фракций в соответствии с заданными предельными точками дистиллятов в пределах одной реакционной колонны. Площадь некаталитической зоны 203 и диаметр парового канала спроектированы таким образом, чтобы улучшать удельный теплоотвод и регулировать теплоту реакции в сочетании с регулированием флегмового числа.

Объединенная реакционная и дистилляционная зона обеспечивает одновременное протекание реакции Фишера-Тропша и традиционной дистилляции, которой способствуют ситчатые или клапанные тарелки. Гетерогенный катализатор 206 находится в загрузочной трубе 201 перфорированного парового канала, который обеспечивает требуемое для реакции равновесие пара и жидкости при контакте с катализатором. Конфигурация тарелок представляет собой тип многоканальных дистилляционных дисковых и тороидальных тарелок, которые обеспечивают для жидкости и пара контакт с катализаторами в заданной реакционной зоне. Такая аппаратура и действительная реакционная дистилляционная способность не является возможной для любых других технологических конфигураций, выбранных согласно предшествующему уровню техники.

Эта описанная выше конфигурация является уникальной и предусматривает боковые отводы и циркуляционное орошение между каталитическими зонами за счет использования улавливающей тарелки 204 на секции тороидальных тарелок.

Конфигурация тарелок и технологическая методика обеспечивает типичный для равновесия пара и жидкости контакт каждой тарелки, где регулируется сливной просвет 205 и высота сливного затвора, чтобы уравновесить перепады давления, требуемые в каталитической зоне. Без надлежащего баланса давления становится проблематичным пропускание пара и правильное распределение жидкости, что приводит к снижению скоростей реакций и неудовлетворительной дистилляции.

- 6 026636

Секции 1, 3, 5 и 8 реакционной дистилляционной колонны представляют собой секции фракционирования, используемые для разделения продуктов реакций и очистки выбранных конечных продуктов. Эти секции могут представлять собой насадочные секции с одной или множеством насадок или тарельчатые секции. Номера секций использованы в иллюстративных целях, и их можно использовать в пределах колонны в любой проектной конфигурации по отношению к заполненным катализатором секциям. Эти секции также не ограничены четырьмя секциями на каждую колонну, что представлено исключительно для иллюстративных целей. Например, вместо четырех можно использовать 1, 2, 3, 5, 6, 8 или более таких секций.

Секции 2, 4, и 7 представляют собой секции, содержащие упаковку катализатора в определенной конфигурации тарелки/упаковки. Катализаторы, используемые в каждой из секций, могут различаться в зависимости от выбранных продуктов реакций. Кроме того, число этих каталитических реакционных секций не ограничено тремя секциями на колонну, что представлено исключительно для иллюстративных целей. Например, вместо трех можно использовать 1, 2, или 4 таких секции.

Создание отдельных реакционных зон и дистилляционных зон рядом друг с другом обеспечивает одновременную реакцию и дистилляцию. Создание дистилляционных зон рядом с реакционными зонами обеспечивает эффективное разделение продуктов реакций (т.е. воды и углеводородов). Непрерывное и эффективное удаление воды из реакционных зон сдвигает равновесие реакции в сторону продуктов реакций (т.е. воды и углеводородов), а не в сторону исходных веществ (т.е. синтетического газа).

Реакционные зоны содержат катализатор. Дистилляционные зоны совершенно не содержат или практически не содержат катализатора. Дистилляционная зона обеспечивает разделение смеси текучих сред в колонне. Путем удаления из колонны жидкости через одну из дистилляционных зон в колонне можно получать фракции с определенными предельными температурами кипения; путем удаления жидкости из различных реакционных зон одной и той же реакционной колонны получаются дистилляты, имеющие различные интервалы температуры кипения.

В особенно предпочтительном варианте осуществления колонна включает паровой канал. В варианте осуществления пар проходит вверх через пустоты в содержащей катализатор трубе, а также в пространстве снаружи тарелок через из нижней части вверх через отверстия в тарелках ситчатого или клапанного типа. Это барботирование пара под жидкостью на тарелке обеспечивает основной парожидкостной контакт/равновесие для дистилляции.

Паровой канал предпочтительно является перфорированным. Паровой канал предпочтительно является цилиндрическим, хотя возможны также и другие формы, и проходит вертикально по длине или практически вертикально по длине колонны, т.е. вдоль оси колонны. Колонна может включать тарелки, которые занимают горизонтальное положение в колонне. Колонна предпочтительно включает множество таких тарелок, например, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 или 12 (или более). Множество тарелок может пересекать паровой канал. Если множество тарелок пересекает паровой канал, секция тарелок внутри парового канала может быть проницаемой для текучей среды; в варианте осуществления секция может включать проволочную сетку или сито. Это позволяет пару подниматься от одной секции тарелок к другой через сетку или сито. Каждая из множества тарелок может включать сливной затвор на пересечении между тарелкой и паровым каналом. Высота сливного затвора определяет количество жидкости, удерживаемое на определенной тарелке. Любая избыточная жидкость будет переливаться через сливной затвор в паровой канал.

Высоту сливного затвора можно регулировать по мере необходимости. Высота сливного затвора зависит от количества удерживаемой жидкости, которое требуется на определенной тарелке: чем больше требуется жидкости (и, следовательно, чем выше уровень жидкости), тем больше высота сливного затвора. Высота жидкости представляет собой статическую высоту текучей среды, через которую должен проходить пар, чтобы попадать в паровое пространство тарелки и, в конечном счете, в верхнюю часть колонны. Чем больше высота жидкости, тем более высокое дифференциальное давление требуется для барботирования и прохождения пара через жидкость. Таким образом, путем регулирования высоты сливного затвора оператор может устанавливать высоту жидкости определенной тарелки, в результате чего упрощается движение текучей среды из содержащей катализатор трубы наружу, и в то же время упрощается правильное восходящее движение пара через клапаны тарелок, а также через содержащую катализатор трубу.

Регулируемый сливной просвет определяется высотой сливного затвора. Высоту сливного затвора регулируют, устанавливая вручную высоту с помощью винтовой регулировки на предварительно вычисленной высоте, что обеспечивает требуемую высоту жидкости на тарелках. Высота жидкости представляет собой статическую высоту текучей среды, через которую должен проходить пар, чтобы попадать в паровое пространство тарелки и, в конечном счете, в верхнюю часть колонны. Чем больше высота жидкости, тем более высокое дифференциальное давление требуется для барботирования и прохождения пара через жидкость, в результате чего обеспечивается баланс перепадов давления. Регулируя высоту сливного затвора, устанавливают уровень жидкости, чтобы направлять поток из содержащей катализатор трубы наружу, в то же время упрощается свободное восходящее движение пара через отверстия ситчатых/клапанных тарелок, а также через содержащую катализатор трубу.

- 7 026636

В процессе работы жидкость на определенную тарелку поступает с дополнительной жидкостью, стекающей с расположенной выше тарелки. Этот нисходящий поток инициируется жидкостью, поступающей из противоточного конденсатора и попадающей на верхнюю тарелку, причем данная жидкость протекает последовательно на нижние тарелки. Жидкость на определенной тарелке может перетекать в трубу парового канала. Любая переливающаяся жидкость может затем вытекать через щели, изготовленные в нижней части трубы парового канала. Некоторое количество жидкости может вытекать через клапаны, изготовленные на тарелках.

Каждая из секций множества тарелок внутри парового канала может содержать катализатор (хотя некоторые их секций могут не содержать катализатор, если это желательно). Проволочная сетка сита удерживает катализатор на месте в паровом канале, но в то же время позволяет пару подниматься внутри колонны. Такая конфигурация является особенно преимущественной, поскольку она обеспечивает оптимальный контакт между катализатором и реагентами.

Каждая из множества тарелок в областях снаружи парового канала может содержать клапаны, которые позволяют пару подниматься из-под каждой тарелки. В процессе работы жидкость будет присутствовать на тарелке. Таким образом, пар, поднимающийся из-под тарелки и через клапаны, затем барботируется через жидкость, находящуюся на тарелке. Данная конфигурация является особенно полезной, поскольку она максимально увеличивает контакт жидкости и пара, и в результате этого оптимизируется эффективность дистилляции.

В предпочтительном варианте осуществления колонна включает многоканальные дисковые и тороидальные дистилляционные тарелки. Жидкость на тарелку поступает в результате нисходящего потока жидкости с выше расположенной тарелки. Этот нисходящий поток начинается на противоточном конденсаторе, откуда он стекает на верхнюю тарелку. Жидкость на верхней тарелке переливается в центральную содержащую катализатор трубу и вытекает из щелей в нижней части трубы. Может происходить некоторое минимальное протекание жидкости через отверстия ситчатой/клапанной тарелки. Затем жидкость протекает на улавливающую тарелку из тороидальной тарелки и движется вниз на дисковую тарелку, где она снова течет по направлению к центральной содержащей катализатор трубе к следующей тарелке, расположенной ниже, и процесс повторяется.

Таким образом, для любой определенной тарелки в колонне жидкость, удерживаемая на этой тарелке, поступает за счет жидкости, стекающей вниз с расположенной выше нее тарелки. Этот нисходящий поток начинается, когда жидкость возвращается с противоточного конденсатора (т.е. конденсируется из пара, выделяющегося из потока верхних фракций) и поступает в верхнюю или прилегающую к ней часть колонны. Любая избыточная жидкость на любой данной тарелке может затем переливаться в центральную содержащую катализатор трубу и после этого вытекать из щелей в нижней части трубы. Некоторое количество жидкости может вытекать через сито/клапаны на тарелку; однако это не может быть основным путем для отекания жидкости вниз по колонне. После этого жидкость протекает в тороидальную тарелку. Любая избыточная текучая среда может затем стекать с тороидальной тарелки через внешний сливной затвор на дисковую тарелку. Любая избыточная жидкость в дисковой тарелке может затем протекать по направлению к центральной содержащей катализатор трубе, в результате чего она постепенно стекает вниз на расположенные ниже тарелки.

Колонна согласно настоящему изобретению может дополнительно обеспечивать улучшенный отвод тепла из колонны следующим образом. Охлаждаемую жидкость из конденсатора, такую как поток 29 на фиг. 3, можно возвращать путем дефлегмации обратно в колонну (например, в точках 31, 32 или 33), причем данная жидкость может затем стекать с верхней тарелки вниз в колонну. После дефлегмации жидкость может также перетекать через один или несколько сливных затворов парового канала, в результате чего она стекает вниз в паровой канал. Данная конфигурация является особенно преимущественной, поскольку она может обеспечивать улучшенный контакт между жидкостью и паром; в частности, она может обеспечивать противоток между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара. Следующие преимущества данной конфигурации включают обеспечение постоянного смачивания катализатора, а также постоянный отвод теплоты любой реакции, активируемой катализатором, за счет нисходящего потока жидкости. Передача теплоты реакции нисходящему потоку жидкости может также приводить к кипению жидкости; когда жидкость протекает над катализатором, тепло, производимое вблизи катализатора, может поглощаться при температуре, которая может быть постоянной у любой данной тарелки в колонне. Особенно преимущественный отличительный признак настоящего изобретения заключается в том, что в случае отвода избыточного количества тепла из определенной тарелки, который приводит к менее высокой температуре, чем температура кипения жидкости для данной определенной тарелки, жидкость будет поглощать тепло испарения (от любого пара, поднимающегося из-под данной тарелки), что позволяет жидкости кипеть. Таким образом, колонна улучшает равновесие контакта пара и жидкости. Кроме того, контакт катализатора с потоком жидкости и пара способствует очистке и активации катализатора.

Таким образом, паровой канал и дистилляционная зона (т.е. не содержащая катализатора) способствуют теплоотводу двумя путями. (1) Охлаждаемая жидкость из конденсатора за счет дефлегмации возвращается в колонну и усиливает движение жидкости с верхней тарелки вниз в колонну. Однако после

- 8 026636 дефлегмации жидкость протекает сверху через центральную сливную трубу, содержащую катализатор, и движется вниз в содержащей катализатор трубе. Это обеспечивает противоточный контакт между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара, а также смачивание катализатора. Таким образом, теплота реакции поглощается нисходящим потоком жидкости. (2) Второй механизм заключается в том, что тепло далее поглощается за счет кипения контактирующего нисходящего потока жидкости. Когда жидкость протекает над катализатором, тепло поглощается при постоянной температуре тарелки, и если поглощенное тепло превышает количество, требуемое для кипения жидкости, имеет место фазовый переход жидкости, поглощая тепло за счет испарения, и часть жидкости будет кипеть. Это дополнительно способствует равновесию находящихся в контакте пара и жидкости и улучшает очистку и активацию катализатора. Вследствие этого явления теплоотвода теплота реакции отводит больший противоточный конденсатор, в то время как ребойлер, как правило, меньше, чем требуется, поскольку теплота реакции содействует кипению жидкости и поддержанию колонны в состоянии равновесия пара и жидкости.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, основное количество теплоты реакции, которая выделяется во время конверсии реагентов в продукты, используют для кипения жидкости и установления надлежащего равновесия пара и жидкости для дистилляции текучей среды, что означает меньшее количество требуемого тепла. Это может обеспечить небольшой ребойлер. Любое избыточное тепло можно отводить, используя противоточный конденсатор.

В предпочтительном варианте осуществления катализатор находится внутри тороидальной центральной трубы в секциях, причем его смешивают с инертными шариками, что способствует установлению надлежащей скорости реакции скорости рассеивания тепла. Нижняя часть трубы оборудована сетчатым ситом, которое препятствует выпадению катализатора через отверстия тарелки.

Катализатор можно упаковывать в колонне любым способом, известным в технике. Например, такая упаковка включает (ί) статистическую упаковку, для которой можно использовать определенные предварительно изготовленные формы, например, кольцевые формы, такие как кольца Рашига или кольца Палля, или седловидные формы, такие как седла, или (тт) структурированную упаковку, например, в которой из катализатора предварительно изготавливают структуры, такие как гофрированные листы или сетки из катализатора, которые можно затем упаковывать по шаблону в каталитическую зону. В качестве альтернативы, гранулы или другие частицы катализатора можно загружать в мешки или конверты, которые затем упаковывают в каталитическую зону.

В любой данной тарелке катализатор, который можно упаковывать в паровой канал, можно смешивать вместе с инертным материалом, имеющим, например, форму шариков, гранул или другие правильные или неправильные формы, чтобы регулировать скорость реакции и/или скорость отвода тепла.

В альтернативном варианте осуществления можно использовать гомогенный жидкофазный катализ. В варианте осуществления подходящий катализатор для использования в гомогенном жидкостном кислотном катализе представляет собой п-толуолсульфокислоту.

Жидкофазный катализатор можно растворять в жидкой фазе реакционной смеси, и, таким образом, жидкий катализатор также составляет часть жидкого потока, который движется вниз по дистилляционной колонне во время работы колонны.

Однако сам гомогенный жидкий катализатор влияет на характеристики жидкости в колонне (такие как ее температура кипения) и другие физические свойства (такие как поверхностное натяжение, вязкость и плотность) жидкости. Таким образом, гомогенные жидкие катализаторы, вероятно, не представляют собой истинные катализаторы, поскольку они влияют на свойства реакций, которые они катализируют (что принципиально отличается от гетерогенного катализатора, который оставляет неизменными свойства жидкой смеси). Таким образом, в варианте осуществления гомогенный жидкофазный катализ можно определенно исключить для использования в настоящем изобретении, например, когда желательно не влиять на свойства жидкости в колонне.

Если используют гомогенный жидкофазный катализ, секции 2, 4 и 7 можно заменить тарельчатыми или насадочными секциями, чтобы дополнительно способствовать фракционированию. В этом случае температура кипения гомогенного катализатора будет выше, чем у легкокипящего продукта в верхней части реакционной колонны, и катализатор может поступать в поток 12. Отработавший катализатор нейтрализуют в процессе очистки потока нижних фракций продукта 47.

Пар верхних фракций выходит из реакционной дистилляционной колонны в потоке 21 и поступает в верхний конденсатор 22. Этот конденсатор конденсирует газообразные верхние фракции в жидкости, причем не способные конденсироваться газы остаются в газообразном состоянии и выходит через поток 25.

Поток 26 содержит легкие продукты, не способные конденсироваться газы, такие как инертный азот, диоксид углерода и непрореагировавший моноксид углерода. Поток 26 далее проходит через ряд технологических стадий, в которых выделяют ЬРС, исходные олефины, топливный газ и непрореагировавший СО для рециркуляции.

Сконденсированный жидкий поток, в котором растворены легкие фракции и газы, выходит из конденсатора под действием силы тяжести как двухфазный поток, через поток 25, в резервуар орошающей фракции 27.

- 9 026636

Охлаждающую деминерализованную воду, теплопередающую текучую среду, такую как ИоМЬетт, питающую воду для бойлера или аналогичную охлаждающую среду можно использовать в потоке 23 в качестве охладителя для конденсации горячих технологических паров. Эту охлаждающую среду можно нагревать или испарять непосредственно или косвенно для получения отводимого водяного пара, у которого манометрическое давление составляет от 100 кПа до 6000 кПа в зависимости от выбранных технологических условий.

Резервуар орошающей фракции 27 оборудован сливной перегородкой, которая способствует непрерывному разделению несмешивающихся водной и углеводородной жидких фаз. Данный резервуар можно оборудовать коагулятором, который повышает эффективность разделения жидких фаз. Вода поступает на водоочистительную установку для обработки, повторного использования или утилизации в зависимости от потребностей производства через поток 28.

Часть углеводородной фазы через поток 29 рециркулирует обратно в реакционную дистилляционную колонну посредством дефлегмации. Жидкость после дефлегмации может рециркулировать обратно в колонну через одну или множество точек впуска, расположенных выше, на уровне или ниже любой из фракционирующих или насадочных секций в пределах реакционной дистилляционной колонны. Верхние три потока 31-33 представлены исключительно для иллюстративных целей.

Оставшаяся часть потока 29 выходит в виде потока 30, который содержит легкий углеводородный продукт, относящийся к легкой лигроиновой или бензиновой фракции. Требуется минимальная дополнительная обработка в последующей секции очистки. Данный продукт может представлять собой автомобильный бензин, у которого дорожное октановое число (ΚΟΝ) составляет от 83 до 98 ΚΌΝ, и число атомов углерода в молекуле составляет преимущественно от 5 до 8. Однако конкретные числа атомов углерода в данном интервале и получаемые продукты зависят от эксплуатационных параметров реакционной колонны и технических характеристик катализатора.

Одну или множество боковых фракций можно отводить из любой секции в пределах реакционной дистилляционной колонны, что служит способом регулирования интервала числа атомов углерода и распределения продуктов. Потоки боковых фракций 34-36 представлены исключительно для иллюстративных целей.

Основная масса углеводородных продуктов выводится в виде боковых потоков и содержит средние дистилляты светлых нефтепродуктов, в которых углеводороды содержат от 6 до 9 атомов углерода, и газойли, в которых углеводороды преимущественно содержат от 7 до 10 атомов углерода. Эти продукты относятся преимущественно к фракциям дизельного топлива и авиационного топлива, для которых требуется дальнейшая обработка в последующих секциях очистки. Как правило, эти продукты относятся к категории автомобильного дизельного топлива с ультранизким содержанием серы, составляющим менее 100 частей на миллион. Их можно получать в виде любого из следующих продуктов согласно технических характеристикам неочищенной фракции или конечного продукта в зависимости от конфигураций колонны и боковой отпарной колонны, а также эксплуатационных параметров и характеристик катализатора:

Ламповый керосин. - Его можно изготавливать согласно техническим условиям конечного продукта и использовать для бытовых осветительных целей. Ламповый керосин также известный в технике как хозяйственный парафин, парафиновое масло или ламповое масло.

Моторный керосин. - Эта категория парафина является аналогичной ламповому керосину, но может иметь несколько повышенную теплоту сгорания. Моторный керосин можно обычно использовать в для бытовых целей или в сельском хозяйстве для питания двигателей.

Реактивное авиационное топливо категории Йе1 А1. - Это авиационное топливо можно изготавливать согласно техническим условиям конечного продукта.

Судовое дизельное топливо и/или флотский мазут. - Эти виды топлива могут включать судовое дизельное топливо с повышенным содержанием серы для судовых двигателей. Такое топливо может также дополнительно содержать более тяжелые углеводороды, чем те, которые обычно содержит нормальное дизельное топливо, причем данные углеводороды ближе к парафиновой фракции.

Средний и тяжелый лигроин. - Как правило, они представляют собой не конечные продукты, но промежуточные смешанные продукты, используемые на дистилляционной установке для смешивания с другими продуктами, или промежуточные продукты для получения определенных конечных продуктов, имеющих заданные топливные свойства.

Легкое дистиллятное топливо. - Его обычно используют в промышленности для питания бойлеров, систем горелок и установок для производства энергии, а также его можно использовать для питания судовых двигателей.

Поток 39 представляет собой поток циркуляционного орошения, который можно использовать для циркуляции жидких продуктов реакции в секцию для увеличения конверсии в ходе реакции или преимущественно для теплоотвода или нагревания. Таким образом, выходящий поток 37 может иметь более высокую или менее высокую температуру или другое состояние парообразования, чем входящий поток 39, и можно регулировать движение жидкости и пара в реакционной зоне соответствующим образом, чтобы способствовать регулированию числа атомов углерода теплового баланса во всей реакционной

- 10 026636 зоне.

Настоящее изобретение может предусматривать более чем один поток циркуляционного орошения 39, и эти потоки могут находиться в различных секциях реакционной дистилляционной колонны. Поток циркуляционного орошения (который можно также определить как боковой отводной канал) является особенно полезным для регулирования температуры определенных секций реакционной дистилляционной колонны. Обеспечивая дополнительное нагревание или охлаждение в определенной каталитической секции или уплотненном слое, настоящее изобретение позволяет оператору регулировать кинетику реакции в определенной зоне иным образом, чем в другой зоне, чтобы способствовать росту цепи с определенным числом атомов углерода. Реакторы предшествующих конструкций не позволяли оператору осуществлять такое определенное регулирование.

Потоки 38 и 40 могут представлять собой питающую воду для бойлеров, охлаждающую воду, теплопередающую текучую среду или водяной пар в зависимости от выбранной технологии теплоотвода/теплоснабжения. Теплообменник 41 циркуляционного орошения обеспечивает непосредственное или косвенное производство водяного пара в качестве отводимого водяного пара, у которого манометрическое давление составляет от 100 до 6000 кПа. При работе в режиме нагревания в потоке 40 образуется конденсат, который рециркулирует в качестве питающей воды для бойлеров. Поток циркуляционного орошения можно предусмотреть для любой из секций 1-8 колонны.

Нижние фракции текучей среды выходят из реакционной дистилляционной колонны через потоки 43 и 47.

Поток 47 поступает в дистилляционную установку для дальнейшей обработки; как правило, он содержит тяжелые продукты нижних фракций, такие как мазут, парафины и гудроны.

Поток 43 используют для повторного кипения и производства пара посредством потока 42, чтобы осуществлять процесс дистилляции в ребойлерах 45. Как правило, ребойлер представляет собой ребойлер печного типа, в который топливный газ поступает как поток 44, и из которого топочный газ выходит как поток 46 в атмосферу. Топливный газ для потока 44 можно получать из легкого топлива, выходящего с потоком 26.

Для способа согласно современному уровню техники применятся следующие усовершенствования.

Катализатор, помещенный в сетчатую проволочную упаковку, является менее склонным к турбулентному смешиванию и образует меньше мелких частиц благодаря уменьшению истирания. Таким образом, помещение любого катализатора в реакционную дистилляционную камеру в неподвижном и/или уплотненном слое имеет ряд преимуществ, поскольку это может предотвращать ускоренное истирание катализатора и/или образование мелких частиц.

Скорости реакций увеличиваются вследствие удаления ограничивающего равновесие продукта реакции из реакционной зоны посредством дистилляции. В реакции Фишера-Тропша образуются углеводороды и вода, и, таким образом, присутствие воды может отрицательно влиять на скорость реакции, поскольку вода представляет собой ограничивающий равновесие продукт. Во всех конструкциях реакторов согласно предшествующему уровню техники образующаяся вода остается в реакционной смеси и, таким образом, отрицательно влияет на кинетику реакций. Другими словами, в предшествующих конструкциях образование воды приводит к замедлению реакции, поскольку вода остается в смеси исходных реагентов и продуктов реакции. С другой стороны, в конструкции согласно настоящему изобретению вода удаляется из реакционной дистилляционной колонны в виде сконденсированной жидкости и/или удаляется из колонны посредством дистилляции. Удаление воды сдвигает равновесие в сторону продуктов реакции и, таким образом, производит весьма значительное воздействие на скорость реакции, способствуя более высокой скорости реакции, чем скорость, достигаемая с использованием традиционных конструкций.

Настоящее изобретение позволяет точно регулировать реакции ОТЬ, которые происходят в реакционной дистилляционной колонне. В частности, исходные вещества разнообразных типов можно вводить в колонну в различных положениях через множество впусков исходных веществ. Таким образом, если в определенной зоне реакционной дистилляционной колонны содержится углеводородный продукт, имеющий определенное число атомов углерода или интервал чисел атомов углерода, то другой углеводород можно вводить в эту зону, чтобы повлиять на образующийся продукт. Например, если имеющий меньшее число атомов углерода углеводород вводят в секцию, в которой находится имеющий большее число атомов углерода углеводород, то реакция сдвигается в сторону образования продукта, имеющего промежуточное число атомов углерода относительно этих двух углеводородов. Такое регулирование числа атомов углерода в образующемся углеводородном продукте было невозможным в предшествующих конструкциях реакторов, поскольку исходное вещество поступает на одну сторону реактора, и продукт выходит с другой стороны; когда смесь исходного вещества и продукта проходит через реакторы предшествующих конструкций, растут углеродные цепи продукта, и оказывается невозможным точное регулирование длины углеродной цепи.

В соответствии с настоящим изобретением, в принципе, сырье может поступать в каталитическую зону тремя путями. Они представляют собой: (1) пар, выкипающий из дистилляционной зоны ниже рассматриваемой каталитической зоны; (2) жидкость, возвращающаяся при дефлегмации из дистилляцион- 11 026636 ной зоны выше рассматриваемой каталитической зоны; и (3) свежий исходный материал, вводимый непосредственно в каталитическую зону через один или несколько впусков исходного материала. Число атомов углерода в материалах (1) и (2) зависит от определенного набора реакций, происходящих в реакционной дистилляционной колонне, соответственно, ниже и выше рассматриваемой каталитической зоны. Однако число атомов углерода в исходном материале (3) может определять оператор, и оно может быть меньшим, равным или большим по сравнению с числом атомов углерода продукта, присутствующего в каталитической зоне.

Например, в каталитическую зону, работающую при температуре около 300°С, могут поступать сверху углеводороды С₈ посредством дефлегмации и снизу углеводороды С₁₀ посредством кипения. В соответствии с настоящим изобретением, поступающий исходный материал может включать углеводороды, содержащие любое число атомов углерода. Например, углеводороды С₄ можно вводить в каталитическую зону, если это желательно, и это может уменьшать число атомов углерода и/или разбавлять продукт в рассматриваемой каталитической зоне и, таким образом, обеспечивать регулирование числа атомов углерода в получаемом конечном продукте.

Принцип работы газожидкостной линии хорошо понимает специалист в области техники дистилляция. Как правило, регулируют флегмовое число и нисходящий поток жидкости во фракционирующей колонне, чтобы повысить эффективность разделения. В настоящем изобретении это служит в качестве внутреннего механизма рециркуляции и способствует регулированию числа атомов углерода. При увеличении дефлегмации реагенты рециркулируют в реакционную зону, что способствует увеличению числа атомов углерода.

В соответствии с настоящим изобретением, флегмовое число можно регулировать, используя любой один или несколько из следующих способов:

(1) путем регулирования потока охлаждающей среды в конденсатор, например, путем регулирования потока охлаждающей воды через теплообменник;

(2) путем регулирования скорости технологического потока углеводорода, который должен конденсировать конденсатор, например, путем регулирования обводного потока или парциальной конденсации;

(3) путем регулирования соотношения дефлегмации и дистилляции, например, когда используют полный конденсатор (который конденсирует весь пар); причем количество выводимого продукта (т.е. верхних фракций дистиллята) можно регулировать по отношению к количеству, возвращаемому путем дефлегмации.

При использовании фракционирующей колонны в процессе реакции образующиеся тяжелые соединения выходят из реакционной зоны в имеющие более высокую температуру зоны кипения ниже определенной реакционной зоны в колонне. Секционное регулирование температуры представляет собой эффективное средство для регулирования числа атомов углерода, что оказывается невозможным для случайной смеси продуктов с различным числом атомов углерода, получаемой в любом из реакторов Фишера-Тропша с конструкцией, относящейся к первым четырем поколениям.

Теплоту экзотермической реакции отводят за счет кипения текучих сред в реакционной зоне. Не требуются никакие теплопроводные трубы или жидкости для быстрого охлаждения, поскольку скрытая теплота испарения эффективно рассеивает теплоту реакции. Аналогичным образом, дефлегмацию из парциального верхнего конденсатора используют для отвода тепла во фракционирующей колонне, имеющей конструкцию традиционной конфигурации. Теплопроводящие текучие среды используют для получения водяного пара и отвода водяного пара.

Это представляет собой усовершенствование по сравнению с предшествующими и известными конструкциями реакторов, поскольку в случае этих предшествующих конструкций тепло, выделяющееся в процессе реакции, необходимо отводить, используя теплопроводные трубы или аналогичные устройства. Использование любого тепла, образующегося при экзотермической реакции, обеспечивает ряд преимуществ, включая устранение необходимости установки теплопроводных/теплоотводных устройств, а также настоящее изобретение повышает эффективность путем устранения необходимости отдельного нагревания текучей среды в реакционной дистилляционной камере для осуществления процесса дистилляции/разделения.

Общие технологические требования в отношении нагревания оптимизируются, поскольку теплота реакции используется на месте ее выделения в реакционной зоне для кипения и фракционирования жидкостей, что потребовало бы паровых ребойлеров или и/или ребойлеров печного типа в секциях традиционных дистилляционных установок.

Улучшение гидравлического контакта между газообразными/парофазными реагентами и жидкофазными промежуточными продуктами (имеющими промежуточное число атомов углерода) обеспечивается посредством увеличения площади поверхности фракционирования вследствие размещения каталитических и фракционирующих насадок в каталитической зоне. Это приводит к улучшению массопереноса реагентов в катализатор и выведения продукта из катализатора. В результате этого устраняются ограничения катализатора в отношении массопереноса, и кинетика реакций значительно улучшается.

В соответствии с настоящим изобретением, тепло, образующееся за счет реакций в колонне, можно отводить, например, чтобы регулировать температурные условия для реакции и/или число атомов угле- 12 026636 рода продукта реакции в колонне. Данное тепло можно использовать для осуществления других процессов, или его можно использовать для производства водяного пара (который тоже можно использовать для осуществления других процессов). Существуют разнообразные приспособления для отвода тепла, образующегося в колонне. Например, верхний конденсатор можно установить для потока верхних фракций, чтобы охлаждать соответствующие текучие среды. Тепло, отводимое верхним конденсатором, можно использовать, чтобы производить водяной пар непосредственно (путем передачи тепла воде) или косвенно, например, путем передачи тепла теплопередающей среде, которую затем можно использовать для нагревания воды. В качестве альтернативы, тепло можно отводить из колонны, используя боковые отводные каналы; когда боковые отводные каналы включают приспособление для отвода тепла, такое как теплообменник, тепло можно отводить из колонны путем передачи его воде для образования водяного пара или косвенно через теплопередающую среду.

Суммарное время контакта между реагентом и промежуточными веществами значительно увеличивается, поскольку увеличивается суммарное время пребывания в реакционной колонне по сравнению с конструкциями реакторов, относящимся к первым четырем поколениям.

Верхнюю секцию и нижнюю секцию колонны можно эксплуатировать при различных температурах, что обеспечивает температурный профиль фракционирования. Это позволяет использовать катализаторы различных типов в различных температурных секциях дистилляционной колонны. Это единственная конструкция реактора, подходящая для эффективного регулирования числа атомов углерода путем использования различных каталитических зон в пределах одного реакционного резервуара, в котором одновременно установлены катализаторы на основе железа и кобальта. Это обеспечивает точное регулирование распределения числа атомов углерода, которое не является возможным в других конструкциях реакторов. Это также позволяет регулировать распределения числа атомов углерода путем регулирования технологических эксплуатационных параметров, таких как температура и давление.

Температуру в различных секциях колонны можно регулировать, используя ряд стадий в любом сочетании, включая: регулирование скорости потока и/или температуры бокового отводного канала; регулирование температуры и/или скорости потока исходного материала в колонну; регулирование температуры, флегмового числа и/или скорости дефлегмационного потока; и/или регулирование интенсивности кипения нижних фракций текучих сред и/или соответствующей температуры пара. Регулирование температуры в реакционной дистилляционной колонне представляет собой эффективное средство для регулирования числа атомов углерода в образующемся углеводородном продукте.

Кроме того, использование боковых каналов для отвода определенных фракций обеспечивает два преимущества, которые были невозможными для ранее известных конструкций реакторов. В частности, отвод фракций, которые характеризует определенное число атомов углерода (или интервал чисел атомов углерода) представляет собой средство для получения углеводородного продукта в таком состоянии, для которого требуется незначительная или не требуется никакая дополнительная переработка, очистка или дистилляция, и, таким образом, можно исключить необходимость последующих интенсивных технологических стадий. Кроме того, отвод определенной фракции из колонны предотвращает последующую реакцию данной фракции, и, таким образом, представляет собой эффективное средство, предотвращающее образование углеводородного продукта, имеющее больший интервал чисел атомов углерода, чем выводимая фракция.

Таким образом, боковые каналы могут предоставлять возможность вывода определенного продукта или фракции с определенным интервалом чисел атомов углерода из фракционирующей колонны. Напротив, в предшествующих конструкциях реакторов любые текучие среды, включая реагенты, промежуточные продукты и конечные продукты реакции, оставались в одном и том же объеме реактора, и, следовательно, не было возможным предотвращение роста углеродной цепи, превышающей требуемую длину. Настоящее изобретение решает данную проблему, поскольку оператор может предотвращать рост углеводородных цепей продукта больше требуемой длины путем отвода соответствующей боковой фракции из реакционной дистилляционной колонны, прежде чем растущая цепь окажется чрезмерно длинной. Температуру кипения на тарелке в колонне можно использовать в качестве индикатора углеводородных соединений, присутствующих на данной тарелке. Например, если обнаруживается увеличение температуры кипения на определенной тарелке, это может свидетельствовать, что увеличивается среднее число атомов углерода в углеводородных соединениях на данной тарелке. В соответствии с настоящим изобретением, скорость потока отвода боковых фракций можно регулировать таким образом, чтобы предотвращать образование длинных цепей или парафинов.

Аналогичным образом катализатор гидрирования или кислотный катализатор на основе цеолита в отдельных каталитических секциях обеспечивает гидрирование и конверсию этилена в соединения с большим числом атомов углерода в пределах одного реакционного резервуара.

Таким образом, настоящее изобретение может также включать гидрирование любых олефиновых соединений и/или ненасыщенных углеводородных соединений, которые образуются в реакционной дистилляционной колонне в соответствии с настоящим изобретением, чтобы производить насыщенные углеводороды или парафины.

При использовании в настоящем документе, термин парафины может означать насыщенные или

- 13 026636 практически насыщенные углеводороды, такие как алканы, которые, как правило, содержат только одинарные связи между атомами углерода. Кроме того, при использовании в настоящем документе, термин гидрирование можно понимать как включающий любые реакции или процессы, которые приводят к присоединению атомов водорода к ненасыщенным углеводородам и делают их насыщенными (или практически насыщенными). Например, олефины или ненасыщенные углеводороды включают двойные и/или тройные связи между атомами углерода. Г идрирование таких олефинов и ненасыщенных углеводородов приводит к присоединению атомов водорода за счет разрыва двойных и/или тройных связей между атомами углерода и присоединения атомов водорода к соответствующим атомам углерода.

Крекинг метана и гидрирование олефиновых/ненасыщенных соединений обеспечивает дополнительное повышение эффективности в рамках настоящего изобретения, поскольку внедрение таких процессов в реакционную дистилляционную камеру может представлять собой средство уменьшения энергопотребления для реформинга природного газа в синтетический газ. Метан подвергают крекингу, получая преимущественно этилен, который затем используют в качестве основной многофункциональной молекулы в параллельных реакциях в каталитических зонах реакционной дистилляционной колонны, чтобы обеспечить составляющие компоненты для присоединения атомов углерода и роста углеводородной цепи посредством механизма реакции Фишера-Тропша.

Термин многофункциональный можно использовать для описания молекул, включающих реакционноспособные зоны или связи, причем данные зоны или связи способствуют последующим реакциям. Например, спирт содержит гидроксильную группу -ОН. Атом кислорода гидроксильной группы имеет неподеленные электронные пары, которые способствуют последующим реакциям. Аналогичным образом, олефины имеют двойную связь С=С, которая является реакционноспособной, чтобы способствовать образованию следующей химической связи. Кроме того, термин многофункциональный означает, что существует более чем один такой реакционноспособный центр в молекуле. Например, олефин можно рассматривать как имеющий два таких центра, поскольку каждый из двух атомов углерода, которые образуют двойную связь С=С, представляет собой реакционноспособный центр. Например, когда молекула водорода реагирует с олефином, она может расщеплять двойную связь С=С, и при этом каждый из атомов водорода образует новую связь с одним из этих двух атомов углерода. Поскольку насыщенный углеводород или парафин не содержит никаких подобных реакционноспособных центров или других центров, которые способны образовывать дополнительные связи, их можно называть термином нефункциональные.

Метан можно подвергать крекингу в дистилляционной колонне путем воздействия на метан повышенных температур, в результате чего происходит разложение метана. Поскольку метан подвергают крекингу путем термического разложения, катализатор не является обязательным.

Крекинг метана может включать термическое разложение на составляющие его атомы элементов (углерод и водород), или углерод и водород образуются в виде соответствующих свободных радикалов. При быстром охлаждении эти атомы и/или радикалы непосредственно соединяются друг с другом, образуя ацетилен и/или этилен; данные продукты представляют собой превосходные молекулы для роста цепи вследствие своей реакционной способности.

Метан может поступать в колонну через впуск, который содержит нагревательные приспособления, такие как нагревательные спирали, которые нагревают метан до температуры, подходящей для крекинга. Эти впуски и нагревательные приспособления можно устанавливать в положении, которое находится снаружи (например, питающее сопло) или внутри колонны. В варианте осуществления колонна может включать устройство для быстрого сжигания и охлаждения, которое может представлять собой камеру; когда горячие газообразные продукты крекинга метана поступают в камеру, или, в качестве альтернативы, когда газообразный метан подвергают крекингу в камере, жидкость (например, после дефлегмации) может падать на подвергнутый крекингу газ через распределитель для его быстрого охлаждения. Таким образом, крекинг и быстрое охлаждение можно осуществлять в камере (такой как камера быстрого сжигания и охлаждения) внутри колонны.

Инертный газ можно смешивать с любыми смесями исходных материалов в любой пропорции, если это требуется. Инертный газ может оказаться полезным по ряду причин, включая ограничение и/или сокращение рисков, связанных с пожарами и/или взрывами. В качестве альтернативы, использование такого инертного газа в исходном материале может эффективно разбавлять последний, представляя собой, таким образом, эффективное средство для уменьшения и/или регулирования теплоты реакции. Следовательно, разбавление предоставляет оператору полезное средство для уменьшения температуры и/или скорости реакции, если это необходимо. При использовании в настоящем документе термин «инертный газ» следует понимать как обозначающий любой газ, который не реагирует с другими компонентами и исходными материалами для реакций согласно настоящему изобретению, и он может представлять собой такие газы, как диоксид углерода и/или азот.

Боковые отводы, используемые для удаления продуктов, хорошо известны специалистам в области техники дистилляции. Использование боковых отводов обеспечивает удаление продукта из реакционной зоны для предотвращения чрезмерного нисходящего потока рециркуляции и связанного с ним роста числа атомов углерода. Данный конкретный способ ограничения числа атомов углерода путем местного

- 14 026636 фракционирования и регулирования температуры невозможен в конструкциях реакторов первых четырех поколений. Боковой отводной канал может включать приспособление для увеличения или ограничения циркуляционного движения текучей среды, такое как насос.

Нисходящий поток жидкости внутри колонны используют в качестве зоны быстрого охлаждения для газообразных/парофазных исходных реагентов. Эта зона быстрого охлаждения эффективно воздействует как на синтетический газ из установки реформинга, так и на ацетилен из продуктов крекинга метана. Не требуются никакие модификации для конфигурации реакционной дистилляционной колонны, чтобы использовать это широкое разнообразие исходных материалов и механизмов реакций.

Синтетический газ в качестве исходного материала приводит к образованию воды как продукта реакции Фишера-Тропша. Вода непрерывно кипит и испаряется с поверхности катализатора и каталитической реакционной зоны во фракционирующей колонне. При воздействии этого водяного пара эффективно очищается кокс или углерод, осаждающийся на поверхности катализатора, что представляет собой значительное усовершенствование по сравнению с конструкциями реакторов первых трех поколений.

Аналогичным образом, выделяющаяся вода фракционируется в верхнюю часть дистилляционной колонны и конденсируется с углеводородами в парциальном конденсаторе. Резервуар орошающей фракции на выпуске конденсатора представляет собой разделяющий фазы резервуар типа декантатора, который способствует разделению углеводородной и водной жидких фаз. Водная фаза удаляется из резервуара, и рециркулирует только углеводородная фаза. Это представляет собой дополнительное усовершенствование по сравнению с современным уровнем техники конструкции реакторов, согласно которой невозможно осуществлять непрерывное удаление воды только из реакционной зоны и внутренние рециркуляционные потоки. Таким образом, зона реакции Фишера-Тропша также оказывается менее склонной к образованию нежелательных обратных реакций конверсии водяного газа.

При использовании предшествующих конструкций реакторов (таких как конструкции первых четырех поколений) вода, образующаяся как продукт реакции в процессе Фишера-Тропша, остается в реакционной смеси и, таким образом, отрицательно влияет на кинетику реакций, поскольку высокие концентрации воды уменьшают скорости реакций.

С другой стороны, удаление воды из реакционной среды согласно настоящему изобретению (например, путем отделения воды с использованием резервуара орошающей фракции и дефлегмации, в основном, только углеводородов) производит весьма значительное воздействие на скорость реакции и способствует значительному увеличению скоростей реакций по сравнению с традиционными конструкциями реакторов.

Поскольку скорость реакции конверсии увеличивается по сравнению с традиционными конструкциями реакторов, меньше непрореагировавших веществ остается в реакции настоящей конструкции. Меньшее количество непрореагировавших веществ способствует уменьшению и упрощению используемого внешнего рециркуляционного потока и сокращению требуемой мощности и стоимости установок реформинга и очистки водорода.

Следует отметить, что настоящее изобретение можно модифицировать в пределах объема формулы изобретения.

Claims (46)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для реакционной дистилляции смеси водорода и моноксида углерода в углеводороды, включающее колонну, включающую по меньшей мере одну объединенную дистилляционную реакционную зону, включающую каталитическую зону и некаталитическую зону;

   где указанная каталитическая зона включает загрузочную трубу перфорированного парового канала в колонне, включающую загруженный в трубу катализатор; и каталитическая зона включает конфигурацию тарелок, которая обеспечивает для жидкости и пара контакт с катализатором в каталитической зоне, и дополнительно включает по меньшей мере одну ситчатую тарелку и/или по меньшей мере одну клапанную тарелку, где каждая тарелка снабжена сливным затвором и где сливной затвор каждой тарелки имеет высоту, которая определяет максимальную высоту жидкости, удерживаемую на каждой тарелке, где указанная высота сливного затвора является регулируемой и где сливной затвор расположен между внутренней частью и за пределами парового канала, с конфигурацией, обеспечивающей удерживание избытка жидкости на каждой тарелке, переливаясь через сливной затвор в загрузочную трубу парового канала.
2. 2. Устройство по п.1, включающее 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более объединенных дистилляционных реакционных зон.
3. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором перфорированная загрузочная труба проходит практически вдоль вертикальной оси колонны, и его конфигурация позволяет пару подниматься вверх по перфориро- 15 026636 ванной загрузочной трубе и жидкости опускаться вниз по перфорированной загрузочной трубе.
4. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором некаталитическая зона определяет пространство внутри колонны и снаружи перфорированной загрузочной трубы.
5. 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором конфигурация тарелок включает по меньшей мере одну дисковую тарелку и по меньшей мере одну тороидальную тарелку.
6. 6. Устройство по п.5, в котором тороидальная тарелка включает улавливающую тарелку.
7. 7. Устройство по п.5 или 6, в котором тороидальная тарелка снабжена внешним сливным затвором.
8. 8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором внешнее пространство каждой тарелки включает отверстия в каждой тарелке.
9. 9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором нижняя часть перфорированной загрузочной трубы включает проволочную сетку или сито.
10. 10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающее центральную сливную трубу катализатора.
11. 11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором некаталитическая зона и диаметр перфорированной загрузочной трубы являются регулируемыми, что позволяет регулировать удельный теплоотвод и теплоту реакции.
12. 12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающее приспособление для направления пара из верхней части колонны в противоточный конденсатор, предназначенный для конденсации или частичной конденсации пара, поступающего из верхней части колонны.
13. 13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающее ребойлер, предназначенный для нагревания текучей среды в колонне.
14. 14. Способ конверсии смеси водорода и моноксида углерода в углеводороды, включающий реакцию водорода и моноксида углерода при повышенной температуре и давлении в контакте с подходящим катализатором в реакционной дистилляционной колонне по любому из пп.1-13.
15. 15. Способ по п.14, дополнительно включающий нагревание метана в реакционной дистилляционной камере для осуществления крекинга метана и быстрое охлаждение продуктов крекинга метана.
16. 16. Способ по п.14 или 15, дополнительно включающий гидрирование продуктов реакции между водородом и моноксидом углерода и/или быстро охлажденных продуктов крекинга метана в реакционной дистилляционной камере.
17. 17. Способ по пп.14, 15 или 16, в котором катализатор для реакции водорода и моноксида углерода представляет собой катализатор на основе переходного металла, как правило, Τι, V, Сг, Мп, Ре, Со, Νί, Си, Ζη, Мо, Та и катализатор на основе благородного металла Ки, КЬ, РЯ, Ад, Ке, Οδ, 1г, Р1. Аи, Нд и Τ1, цеолитный катализатор, или гомогенный жидкий кислотный катализатор, как правило, включающий РТ8А.
18. 18. Способ по п.16 или 17, в котором стадию гидрирования осуществляют, используя катализатор гидрирования.
19. 19. Способ по любому из пп.15-18, в котором стадию крекинга метана осуществляют в камере быстрого сжигания и охлаждения.
20. 20. Способ по любому из пп.14-19, в котором катализатор для реакции водорода и моноксида углерода представляет собой катализатор на основе кобальта или катализатор на основе железа.
21. 21. Способ по любому из пп.14-20, в котором реакцию осуществляют при абсолютном давлении, составляющем от 1 до 10000 кПа, предпочтительно от 1000 до 4000 кПа.
22. 22. Способ по любому из пп. 14-21, в котором первая секция колонны работает при температуре, составляющей от 20 до 850°С или предпочтительнее от 100 до 350°С, в присутствии первого катализатора для реакции водорода и моноксида углерода.
23. 23. Способ по любому из пп.14-22, в котором вторая секция колонны работает при температуре, составляющей от 20 до 850°С или предпочтительнее от 100 до 350°С, в присутствии второго катализатора для реакции водорода и моноксида углерода.
24. 24. Способ по п.22 или 23, в котором температура в первой секции отличается от температуры во второй секции.
25. 25. Способ по пп.22, 23 или 24, в котором первый катализатор для реакции водорода и моноксида углерода отличается от второго катализатора для реакции водорода и моноксида углерода.
26. 26. Способ по любому из пп.22-25, в котором температура в первой секции составляет от 200 до 300°С, и первый катализатор для реакции водорода и моноксида углерода представляет собой катализатор на основе железа.
27. 27. Способ по любому из пп.22-26, в котором температура во второй секции составляет от 300 до 400°С, и второй катализатор для реакции водорода и моноксида углерода представляет собой катализатор на основе кобальта.
28. 28. Способ по любому из пп.14-27, дополнительно включающий регулирование флегмового числа реакционной дистилляции для регулирования числа атомов углерода и пропорции каждого углеводорода, образующегося в реакции.
29. 29. Способ по любому из пп.14-28, дополнительно включающий использование водяного пара, об- 16 026636 разующегося в реакции, для отделения загрязняющих веществ от катализатора, чтобы увеличивать срок службы катализатора.
30. 30. Способ по любому из пп.14-29, в котором тепло, образующееся в экзотермической реакции, используют для нагревания и/или кипячения текучей среды в реакционной дистилляционной колонне.
31. 31. Способ по любому из пп.14-30, дополнительно включающий отделение части от одного или более потоков боковых фракций, потоков верхних фракций и/или потоков нижних фракций, предусмотренных в реакционной дистилляционной колонне, чтобы предотвратить вовлечение указанной части в последующую реакцию.
32. 32. Способ по любому из пп.14-31, дополнительно включающий гидрирование олефиновых и/или ненасыщенных углеводородных соединений, образующихся в реакции водорода и ненасыщенных или олефиновых углеводородов, для получения насыщенных углеводородов или парафинов.
33. 33. Способ по п.32, в котором стадию гидрирования осуществляют, используя гомогенный и/или гетерогенный жидкофазный суперкислотный катализатор гидрирования.
34. 34. Способ по любому из пп.14-33, в котором катализатор, используемый для реакции моноксида углерода и водорода, представляет собой гетерогенный твердофазный или гомогенный жидкофазный кислотный катализатор.
35. 35. Способ по любому из пп.14-34, в котором катализатор, используемый для реакции моноксида углерода и водорода с углеводородами, имеющими цепи различной длины, находится в реакционной дистилляционной колонне в неподвижном и/или уплотненном слое, или в жидкой смеси.
36. 36. Способ по любому из пп.14-35, дополнительно включающий использование по меньшей мере одного бокового отводного канала для отвода текучей среды из реакционной дистилляционной колонны, в котором указанный по меньшей мере один боковой отводной канал дополнительно включает приспособление для нагревания и/или охлаждения текучей среды, чтобы регулировать температуру в реакционной дистилляционной колонне.
37. 37. Способ по любому из пп.14-36, дополнительно включающий использование по меньшей мере одного бокового отводного канала для отвода текучей среды из первого положения в реакционной дистилляционной колонне и возврата отведенной текучей среды во второе положение в дистилляционной колонне, в котором первое и второе положения являются одинаковыми или различными.
38. 38. Способ по любому из пп.14-37, дополнительно включающий разделение углеводородов, образующихся в реакционной дистилляционной колонне, на одну или более фракции, и отделение части от одного или более потоков боковых фракций, потоков верхних фракций и/или потоков нижних фракций, предусмотренных в реакционной дистилляционной колонне.
39. 39. Способ по любому из пп.14-38, включающий введение в реакционную дистилляционную колонну одного или более питающих потоков, в котором углеводород вводят в колонну через один или несколько потоков исходного материала, и в котором введенный углеводород имеет длину углеродной цепи, которая является меньшей, равной или большей по сравнению с длиной углеродной цепи углеводорода, образующегося в колонне.
40. 40. Способ по любому из пп.14-39, в котором исходный материал, вводимый в жидком состоянии, газообразном состоянии и/или в виде их смеси для реакции в реакционной дистилляционной колонне, представляет собой один или несколько из следующих материалов:

    a) природный газ, предпочтительно содержащий от 75 до 100% метана, предпочтительно практически не содержащий сероводорода и/или других соединений серы;

    b) синтетический газ, содержащий моноксид углерода и водород;

    c) газообразные продукты крекинга метана, содержащие ацетилен и/или многофункциональные олефиновые или ненасыщенные химические соединения, у которых число атомов углерода составляет от 2 до 20;

    б) инертный газ, представляющий собой предпочтительно азот и/или диоксид углерода; и е) газообразный водород.
41. 41. Способ по любому из пп.14-40, в котором углеводород, образующийся в реакции, выводят из колонны в виде одной или нескольких фракций, и в котором фракция представляет собой один или несколько из следующих материалов:

    £) автомобильное топливо, в котором число атомов углерода составляет в основном от 5 до 14, причем автомобильное топливо представляет собой необязательно лигроин, бензин и/или дизельное топливо;

    д) керосин (подходящий для использования в осветительных устройствах или в качестве топлива); й) авиационное топливо;

    ί) тяжелое топливо, причем тяжелое топливо необязательно представляет собой судовое топливо, флотский мазут, котельное топливо, гудрон, битум или парафин, у которого число атомов углерода составляет в основном от 10 до 30;

    _)) парафиновые, ароматические и/или олефиновые соединения, которые необязательно включают этилен, пропилен и/или бутилен или которые необязательно содержат число атомов углерода, составляющее в основном от 2 до 10;

    - 17 026636

    k) топливный газ и/или неспособный конденсироваться легкий углеводородный газ, в котором число атомов углерода составляет в основном от 1 до 5;

    l) сжиженный нефтяной газ (ЬРС), в котором число атомов углерода составляет в основном от 3 до 5.
42. 42. Способ по любому из пп.14-41, дополнительно включающий стадию регулирования температуры в реакционной дистилляционной колонне с использованием любой одной или нескольких из следующих стадий:

    регулирование скорости потока и/или температуры боковой фракции; регулирование температуры и/или скорости потока исходного материала в колонну; регулирование температуры, флегмового числа и/или скорости дефлегмационного потока; регулирование интенсивности кипения нижних фракций текучих сред и/или соответствующей температуры пара.
43. 43. Способ по любому из пп.14-42, дополнительно включающий стадию регулирования роста углеродной цепи углеводорода, представляющую собой любую одну или несколько из следующих стадий:

    регулирование температуры колонны; регулирование давления колонны и регулирование температуры, флегмового числа и/или скорости дефлегмационного потока.
44. 44. Способ по любому из пп.14-43, в котором тепло, отведенное из реакционной дистилляционной колонны, используют для производства водяного пара, у которого манометрическое давление составляет предпочтительно от 100 до 6000 кПа.
45. 45. Способ по любому из пп.14-44, дополнительно включающий разделение фаз текучих сред, сконденсированных в верхнем конденсаторе, на воду и углеводород, образующийся в реакции, в котором разделение фаз предпочтительно осуществляют путем декантирования.
46. 46. Способ по любому из пп.14-45, дополнительно включающий вывод способного конденсироваться газа из реакционной дистилляционной колонны через верхний поток и охлаждение указанного способного конденсироваться газа в верхнем конденсаторе.