專利名稱：用于合成氣加工的催化部分氧化重整的制作方法
用于合成氣加工的催化部分氧化重整
背景技術(shù)：
本發(fā)明總的來講涉及用于制備合成氣和由其制備的產(chǎn)物的系統(tǒng)和工藝。更特別地，本 發(fā)明的實(shí)施方案涉及用于由部分氧化技術(shù)制備合成氣和由其制備的產(chǎn)物的系統(tǒng)和工藝?，F(xiàn)有技術(shù)的描述
部分氧化(POX)系統(tǒng)通常在非常高的溫度(例如約1，OOO0C (1，832 °F) 約1，300°C (2，372 Τ 將預(yù)加熱的烴氣體和氧化劑轉(zhuǎn)化為包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和水的合成 氣。然后該熱的合成氣在進(jìn)一步處理之前必須驟冷或冷卻到通常約200 300°C (392 572 °F )。通常，該合成氣用作相當(dāng)昂貴的傳熱介質(zhì)以產(chǎn)生水蒸氣。然而，所制備的水蒸氣能 夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工藝需求并因此輸出或由于未對(duì)該水蒸氣進(jìn)行利用而簡單地浪費(fèi)了。換言之， 冷卻該合成氣意味著損失或浪費(fèi)了大量的反應(yīng)熱。需要最大化或提高在現(xiàn)有裝置中氫氣和一氧化碳的產(chǎn)量。然而，該P(yáng)OX反應(yīng)器通 常是容量有限的操作，因?yàn)镻OX反應(yīng)器不能容易地?cái)U(kuò)大以提高產(chǎn)量。因此存在更能量有效 的用于制備合成氣的系統(tǒng)和工藝。附圖簡述
為使本發(fā)明的上述特征能夠得到更詳細(xì)的了解，可以參照實(shí)施方案更特別地描述本發(fā) 明，其一些描述在附圖中。然而，注意到該附圖僅描述了本發(fā)明的典型實(shí)施方案，因此并不 認(rèn)為限制了其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他同等有效的實(shí)施方案。

圖1描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣 的示例性系統(tǒng)。圖2描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的具有多個(gè)管的重整交換器的示例性 橫截面頂視圖。圖3描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣 的另一種示例性系統(tǒng)。圖4描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣 的另一種示例性系統(tǒng)。圖5描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣 的另一種示例性系統(tǒng)。圖6描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的具有多個(gè)管的重整交換器的示例性 橫截面頂視圖。圖7描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于制備合成氣、烴產(chǎn)物及其衍生物 的示例性系統(tǒng)。圖8描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的用于制備合成氣、甲醇及其衍生物的 示例性系統(tǒng)。發(fā)明詳述
現(xiàn)在將提供詳細(xì)描述。各后附權(quán)利要求限定了單獨(dú)的發(fā)明，為了侵權(quán)目的，其認(rèn)為包
4括了權(quán)利要求中指出的各種要素或限定的等效方式。根據(jù)本文，所有用“本發(fā)明”限定的出 處在一些情況中都僅可以表示某些特別實(shí)施方案。在其他情況中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到用“本發(fā)明” 限定的出處將表示在一個(gè)或多個(gè)，但不必是所有的權(quán)利要求中提出的主題?，F(xiàn)在將在下面 更詳細(xì)地描述各發(fā)明，包括特別實(shí)施方案、變型和實(shí)施例，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方 案、變型和實(shí)施例，其包括以使在將本專利中的信息與可獲得額信息和技術(shù)相結(jié)合時(shí)本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┎?yīng)用本發(fā)明。提供了用于制備合成氣和來自其的產(chǎn)物的系統(tǒng)和工藝。在一種或多種實(shí)施方案 中，能夠在氧化劑的存在下將第一烴在足以將該第一烴的一部分部分燃燒的條件下部分氧 化以生成二氧化碳、未燃燒的烴和熱量。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠在該部分氧化階 段中產(chǎn)生的熱量的至少一部分和一種或多種第一催化劑的存在下將該未燃燒的烴的至少 一部分重整以提供第一合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該第一合成氣能夠包含但不局 限于氫氣、一氧化碳和二氧化碳。在一種或多種實(shí)施方案中，來自該第一合成氣的熱量能 夠與第二烴間接熱交換以在水蒸氣和一種或多種第二催化劑的存在下重整該第二烴的至 少一部分以提供第二合成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該第二合成氣能夠包含但不局限 于氫氣、一氧化碳和二氧化碳。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒛軌虬ㄖ辽僖徊糠衷?第一合成氣、至少一部分該第二合成氣或其混合物的合成氣轉(zhuǎn)化以提供一種或多種費(fèi)托產(chǎn) 物、甲醇、其衍生物或其組合。參照附圖1，圖1描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備 合成氣的示例性系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠包括一個(gè)或多個(gè)催化部分氧化(CPOX)反應(yīng)器150和一 個(gè)或多個(gè)重整交換器200。能夠?qū)⒁环N或多種第一催化劑置于該CPOX反應(yīng)器150內(nèi)的該一 個(gè)或多個(gè)第一催化劑區(qū)域或催化劑床155，157 (示出了兩個(gè))中。該一個(gè)或多個(gè)第一催化 劑床155，157能夠是但不局限于固定床、流化床、獨(dú)石型床或其任意組合。該一個(gè)或多個(gè) 催化劑床155，157能夠由任意已知的方法負(fù)載，例如篩網(wǎng)、載體棒/桿或其他適合的載體結(jié) 構(gòu)。該重整交換器200中的至少一個(gè)能夠是殼管式交換器。該重整交換器200能夠包 括至少部分位于該重整交換器200的殼體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)管205。一種或多種第二催化劑 能夠位于該一個(gè)或多個(gè)管205內(nèi)以在該一個(gè)或多個(gè)管205內(nèi)提供一個(gè)或多個(gè)第二催化劑區(qū) 域210。該一種或多種第二催化劑能夠通過一個(gè)或多個(gè)篩網(wǎng)215或其他適合的載體結(jié)構(gòu)負(fù) 載在該一個(gè)或多個(gè)管205中。該一個(gè)或多個(gè)管205能夠以任意形式或構(gòu)造設(shè)置在該重整交換器200的殼體內(nèi)。 盡管未示出，該管205能夠包括但不局限于一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在該管205的外表面和/或內(nèi) 表面上的翅片、靜態(tài)混合器、膛線、導(dǎo)熱填料、湍流產(chǎn)生凸起、或其任意組合。該一個(gè)或多個(gè) 管能夠具有各種形狀，例如直管、bayonet管(未示出)、U形管(未示出)、盤管(未示出)或其 任意組合。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠使用能夠具有相同或不同形狀、長度和/或直徑 或橫截面積的兩個(gè)或多個(gè)管205。該一個(gè)或多個(gè)管205能夠以垂直、水平或任意其他角度設(shè) 置在該重整交換器200內(nèi)。該管205能夠由一個(gè)或多個(gè)管板201制成在該重整交換器200的殼體內(nèi)。該一個(gè) 或多個(gè)管板201能夠從該一個(gè)或多個(gè)管205的第一端分隔該重整交換器200的殼側(cè)，且能 夠防止該一個(gè)或多個(gè)管205的第一端和該重整交換器200的殼側(cè)之間流體連通。該一個(gè)或多個(gè)管205的第二端能夠與該重整交換器200的殼側(cè)流體連通。圖2描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的具有多個(gè)管的重整交換器的示例性的橫 截面頂視圖。圖2描繪了位于多個(gè)管205內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)第二催化劑區(qū)域210。多個(gè)管定 義為兩個(gè)或多個(gè)管205。由該一個(gè)或多個(gè)管205之間或周圍的空間(也參見圖1)限定的加 熱區(qū)域207可以使得熱量從引入該重整交換器200的殼側(cè)的傳熱介質(zhì)間接轉(zhuǎn)移到該一個(gè)或 多個(gè)催化劑區(qū)域210。再次參照?qǐng)D1，該CPOX反應(yīng)器150中的一種或多種第一催化劑和/或該重整交換 器200中的一種或多種第二催化劑能夠包括但不局限于堿土金屬、稀土金屬、鉻、錳、鉬、 鎢、錫、錸、鉍、銦、磷、鐵、鈷、鎳、釕、銠、鈀、鋨、銥、鉬、其氧化物、其衍生物、其混合物或其組 合。該重整交換器200中的一種或多種第二催化劑能夠與該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150 中的一種或多種第一催化劑相同或不同。位于該CPOX反應(yīng)器150中的一種或多種第一催 化劑、位于該重整交換器200中的一種或多種第二催化劑或兩者能夠進(jìn)一步包括一種或多 種催化劑載體材料。在一種或多種實(shí)施方案中，該催化劑載體材料能夠是或能夠包括難熔氧化物。例 如，該難熔氧化物能夠是氧化鋁(特別是α-氧化鋁)、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉿、二氧化硅或 其混合物。該催化劑載體材料能夠是或能夠包括稀土金屬改性的難熔金屬氧化物，其中該 稀土金屬能夠是任意稀土金屬，例如鑭或釔；和/或堿土金屬改性的難熔氧化物。該催化劑 載體材料能夠分類作為在反應(yīng)條件具有充分穩(wěn)定的表面積的材料，例如不因反應(yīng)條件而實(shí) 質(zhì)改變或不以影響該反應(yīng)的方式改變的表面積。該一種或多種第一催化劑和/或第二催化劑(催化劑)能夠是顆粒、粉末、小珠、小 丸、小球、薄片、圓柱體、球體或其他形狀的形式。該催化劑能夠具有在50微米(0.002英 寸) 約Icm (0.4英寸)范圍內(nèi)的長度或尺寸。在一種或多種實(shí)施方案中，該催化劑能夠 具有在約0. 25mm (0. 01英寸) 約6. 5mm (0. 26英寸)或約0. 5mm (0. 02英寸) 約0. 4mm (0. 16英寸)范圍內(nèi)的長度或尺寸。在美國專利號(hào)5，486，313,5, 720，901,7, 226，548 和 7，261，751 中能夠找到進(jìn)一步 的反應(yīng)條件、催化劑和CPOX反應(yīng)器150的細(xì)節(jié)，將其所有通過參考全部引入此處。在美國專 利號(hào) 5，011，625,5, 122，299,5, 362，454,6, 855，272,7, 138，001 和 7，220，505 中能夠找到進(jìn)
一步的重整工藝條件、催化劑和重整交換器200的細(xì)節(jié)，將其所有通過參考全部引入此處。能夠通過管線110將第一烴并通過管線140將氧化劑引入該一個(gè)或多個(gè)CPOX反 應(yīng)器150中。該第一烴能夠在氧化劑和一種或多種第一催化劑的存在下部分氧化。該部分 氧化能夠發(fā)生在足以將該第一烴的一部分部分燃燒的條件下發(fā)生以得到二氧化碳、未燃燒 的烴和熱量。該未燃燒的烴能夠在該部分氧化階段中產(chǎn)生的熱量的至少一部分和一種或多 種第一催化劑的存在下至少部分重整以提供第一合成氣。該第一合成氣能夠包括但不局限 于氫氣、一氧化碳和二氧化碳。隨著該部分燃燒的第一烴流過該一個(gè)或多個(gè)第一催化劑區(qū) 域155，157或流過其上，該未燃燒的烴的至少一部分能夠反應(yīng)(即被重整)以提供該第一合 成氣。在一種或多種實(shí)施方案中，在將第一烴引入該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150之前，能夠 將通過管線110的第一烴與通過管線115的水蒸氣和/或二氧化碳混合。盡管未示出，在 一種或多種實(shí)施方案中，該第一烴和該氧化劑能夠在該CPOX反應(yīng)器150的上游混合以提供 反應(yīng)混合物，然后能夠?qū)⑵湟朐揅POX反應(yīng)器150中。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⑺魵夂?或二氧化碳通過管線115直接引入該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150 中或與該氧化劑預(yù)混合。該一種或多種氧化劑能夠通過管線140引入一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150中的該 一個(gè)或多個(gè)第一催化劑區(qū)域155，157中第一個(gè)之前。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠在一 個(gè)或多個(gè)第一催化劑區(qū)域155，157中各個(gè)之前將該一種或多種氧化劑的一部分通過管線 140引入，由此提供催化劑床間氧化劑注入。催化劑床間氧化劑注入能夠提供對(duì)通過管線 140引入各催化劑床155，157的氧化劑的量進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)和控制。對(duì)通過管線140引入該 一個(gè)或多個(gè)催化劑床155，157的氧化劑的量的控制能夠提高反應(yīng)速率和該一個(gè)或多個(gè)第 一催化劑床155，157內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)。該CPOX 反應(yīng)器 150 能夠以約 700°C (1，292 °F) 約 1，500°C (2，732 °F)的溫度 操作，該溫度是由在該第一合成氣通過管線160離開該CPOX反應(yīng)器150時(shí)對(duì)第一合成氣的 溫度測定的。該CPOX反應(yīng)器150能夠以約700°C (1，292 °F)，約800°C (1，472 °F)或約 900°C (1,652 °F)到 1，100°C (2，012 °F)，約 1，200°C (2，192 °F)或約 1，300°C (2, 372 °F) 的溫度操作。該CPOX反應(yīng)器150能夠以約IOOkPa (Opsig) 約15，OOOkPa (2，162psig) 或約 400kPa (44psig) 約 8，500kPa (1，219psig)的壓力操作。能夠?qū)⒌诙N通過管線180引入該一個(gè)或多個(gè)重整交換器200中。該第二烴能夠 與通過管線185的水蒸氣混合。在一種或多種實(shí)施方案中，該第二烴能夠與通過管線185 的水蒸氣和二氧化碳混合。能夠?qū)⒕哂谢虿痪哂卸趸嫉脑摰诙N和水蒸氣的混合物通 過管線180引入該一個(gè)或多個(gè)第二催化劑區(qū)域210。例如，能夠?qū)⒌诙N通過管線180引入 該一個(gè)或多個(gè)包含第二催化劑的管205的第一端。能夠通過將該第二烴通過該一個(gè)或多個(gè) 第二催化劑區(qū)域210而將該第二烴至少部分重整以提供第二合成氣。該第二合成氣能夠包 括但不局限于氫氣、一氧化碳和二氧化碳。該第二合成氣能夠通過篩網(wǎng)215離開該一個(gè)或 多個(gè)管205的第二端并能夠與該第一合成氣在混合區(qū)域222中混合以提供通過管線230的 混合合成氣或合成氣產(chǎn)物。該第一合成氣能夠通過管線160引入該重整交換器200的管殼側(cè)。該第一合成氣 和第二合成氣能夠在混合區(qū)域222中混合以提供混合合成氣。在該混合合成氣沿該一個(gè)或 多個(gè)管205流動(dòng)或流過其上通過該加熱區(qū)域207時(shí)，該該第二合成氣在該第二催化劑區(qū)域 210中重整所需的熱量能夠由該混合合成氣提供。盡管未示出，該第一合成氣能夠通過該一 個(gè)或多個(gè)管205外部之上或其周圍以將熱量從該第一合成氣間接傳遞給該第二催化劑區(qū) 域210，在此之后該第一合成氣和第二合成氣能夠在該混合區(qū)域222中混合。該混合合成氣 能夠作為合成氣產(chǎn)物(合成氣)通過管線230回收。該通過管線110的第一烴和通過管線180的第二烴能夠包括但不局限于一種或多 種含碳物料。該含碳物料能夠包括但不局限于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷或任意其 他包含總數(shù)為1 20個(gè)碳原子(C1 C2tl)的烴，或其任意混合物。該含碳物料能夠包括但 不局限于C1 C5烴或其任意混合物。該含碳物料能夠包括但不局限于天然氣、甲烷(沼 氣)、脫硫天然氣、脫硫甲烷(脫硫沼氣)、其混合物或其任意組合。該第一烴和第二烴能夠是 相同或不同的含碳物料。該第一烴、第二烴或兩者能夠基本上不含污染物，例如硫、汞、一硫 化碳和其他污染物。該通過管線110的第一烴和/或通過管線180的第二烴能夠包含約SOmol %干基的甲烷或更多，或約90mol %干基的甲烷或更多，或約95mol %干基的甲烷或更多，或約 97mol %干基的甲烷或更多，或約99mol %干基的甲烷或更多。此處所用的術(shù)語“干基”表示 沒有水和/或氮?dú)獾脑稀a(chǎn)物、合成氣或中間產(chǎn)物。通過管線110的第一烴能夠在第一烴和第二烴的總組合(“總原料”)的約 IOwt % 約90wt %范圍內(nèi)。該第一烴能夠在總原料的約20wt % 約80wt %，或總原料的約 30wt % 約70wt %范圍內(nèi)，或總原料的約40wt % 約60wt %范圍內(nèi)。該通過管線120的第 二烴能夠在總原料的約IOwt% 約90襯％范圍內(nèi)。該第二烴能夠在總原料的約20wt% 約80wt%，或總原料的約30wt% 約70wt%，或總原料的約40wt% 約60 丨％范圍內(nèi)。通過管線140引入該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150的一種或多種氧化劑的種類 和量能夠影響通過管線160的第一合成氣和通過管線230的第二合成氣的組成和物理性 質(zhì)。該一種或多種氧化劑能夠包括但不局限于空氣、氧氣、基本氧氣、富氧空氣、氧氣和空 氣的混合物、水、二氧化碳、氧氣和惰性氣體(例如氮?dú)饣驓鍤?的混合物、富氮?dú)怏w及其任 意混合物。該氧化劑能夠包含約60Vol%或更多的氧氣，或約70Vol%或更多的氧氣，或約 80vol%或更多的氧氣，或約90 vol %或更多的氧氣，或約95 vol %或更多的氧氣，或約99 vol %或更多的氧氣。此處所用的術(shù)語“基本氧氣”表示包含超過50vol %氧氣的氧化劑。 此處所用的術(shù)語“富氧空氣”表示包含超過21Vol%氧氣的氧化劑流。氧氣、基本氧氣或富 氧空氣能夠由例如低溫蒸餾、變壓吸附、膜分離或其任意組合得到。該通過管線140的一種 或多種氧化劑能夠是不含氮?dú)獾幕蚧旧喜缓獨(dú)獾?。此處所用的術(shù)語“基本上不含氮?dú)狻?表示包含約5vol%或更少的氮?dú)猓?vol%或更少的氮?dú)猓? vol %或更少的氮?dú)猓? vol%或 更少的氮?dú)饣? vol%或更少的氮?dú)?。能夠在該CPOX反應(yīng)器150中發(fā)生的該催化部分氧化反應(yīng)能夠是通過優(yōu)化該一種 或多種含碳材料和通過管線140引入的分子氧(O2)的濃度而促進(jìn)(即控制)的。該第一烴和 氧化劑能夠調(diào)節(jié)以具有例如在約1:1 C:02 約10:1 C:02、或約1:1 C:02 約8:1 c:o2、或 約1:1 C:02 約6:1 C:02的范圍內(nèi)的碳O2摩爾比(C:02)。該C:O2摩爾比能夠在約1. 5:1 C:02 約 4:1 C:02、或約 1.6:1 C:02 約 3. 5:1 C:02、或約 1.6:1 C:02 約 2. 5:1 (:02的 范圍內(nèi)。在一種或多種實(shí)施方案中，水蒸氣和/或二氧化碳能夠存在于管線110中的第一 烴中。水蒸氣和/或二氧化碳能夠直接引入該CPOX反應(yīng)器150和/或管線110中的第一 烴中。最初與該第一催化劑區(qū)域155接觸的通過管線110的第一烴中的水蒸氣與碳的重量 比能夠?yàn)榧s0 約3，最初與該第一催化劑區(qū)域155接觸的第一烴中的二氧化碳與碳的重量 比能夠?yàn)榧s0 約2。經(jīng)過管線140引入該CPOX反應(yīng)器150中的該一種或多種氧化劑能夠經(jīng)選擇以提 供能夠包含約30mol%或更多干基氫氣、約40mol%或更多干基氫氣、或約50mol%或更多 干基氫氣、或約60mol%或更多干基氫氣、或約70mol%或更多干基氫氣的經(jīng)過管線160的 第一合成氣、離開該一個(gè)或多個(gè)管205的第二合成氣和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物。 該經(jīng)過管線140的氧化劑能夠經(jīng)選擇以提供能夠包含約5m0l%或更多干基一氧化碳、或約 IOmol %或更多干基一氧化碳、或約15mol%或更多干基一氧化碳、或約20mol%或更多干 基一氧化碳、或約或更多干基一氧化碳、或約30mOl%或更多干基一氧化碳、或約 35m0l%或更多干基一氧化碳的經(jīng)過管線160的第一合成氣、離開該一個(gè)或多個(gè)管205的第二合成氣和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物。該經(jīng)過管線140的氧化劑能夠經(jīng)選擇以提供 能夠包含約2mol%或更多干基二氧化碳、或約5mol%或更多干基二氧化碳、或約IOmol % 或更多干基二氧化碳、或約20mol%或更多干基二氧化碳的經(jīng)過管線160的第一合成氣和/ 或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物。該經(jīng)過管線160的第一合成氣、第二合成氣和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物中 氫氣的濃度能夠在從約30mol%干基、40mol%干基、或50mol%干基的低值到約50mol%干 基、60mOl%干基、或70mOl%干基的高值的范圍內(nèi)。該經(jīng)過管線160的第一合成氣、第二合 成氣和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物中的氫氣濃度能夠在從約？日！^丨^干基”日！^丨^干 基、或45m0l%干基的低值到約55m0l%干基或65m0l%干基的高值的范圍內(nèi)。該經(jīng)過管線 160的第一合成氣、第二合成氣和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物中的一氧化碳濃度能夠 在從約5mol %干基、IOmol %干基、15mol %干基或20mol %干基的低值到約25mol %干基、 30mOl%干基或35mol%干基的高值的范圍內(nèi)。該經(jīng)過管線160的第一合成氣、第二合成氣 和/或經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物中的二氧化碳濃度能夠在從約2mol%干基、5mol%干基 或7mol %干基的低值到約IOmol %干基、15mol %干基或25mol %干基的高值的范圍內(nèi)。該經(jīng)過管線160的第一合成氣、離開該一個(gè)或多個(gè)管205的第二合成氣和/或經(jīng) 過管線230的合成氣產(chǎn)物能夠具有不同的氫氣、一氧化碳和二氧化碳濃度。例如，該經(jīng)過管 線160的第一合成氣能夠具有約60mol %干基的氫氣濃度，該經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物能 夠具有約70mol%干基的氫氣濃度。該經(jīng)過管線160的第一合成氣和經(jīng)過管線230的合成 氣產(chǎn)物中的氫氣、一氧化碳和二氧化碳濃度能夠隨時(shí)間變化。幾種因素能夠影響該經(jīng)過管 線160的第一合成氣和經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物的濃度，氣能夠包括但不局限于流速、 烴原料組成、溫度、壓力、催化劑類型、催化劑時(shí)效和氧化劑。經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物的組成能夠?yàn)榧s65m0l%干基氫氣、約30mOl%干基一 氧化碳和約4mol%干基二氧化碳。該經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物能夠?yàn)榧s65mol%干基氫 氣、約15mol%干基一氧化碳和約15mol%干基二氧化碳。圖3描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣的另 一示例性系統(tǒng)。該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150、經(jīng)過管線110的第一烴、經(jīng)過管線140的氧 化劑、經(jīng)過管線160的第一合成氣、經(jīng)過管線180的第二烴和經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物能 夠是如上面參照?qǐng)D1所討論和描述的。該一個(gè)或多個(gè)重整交換器200也能夠是如上面參照 圖1所討論和描述的，然而，該殼管型交換器的內(nèi)部構(gòu)造能夠不同。在一種或多種實(shí)施方案 中，該一個(gè)或多個(gè)含催化劑的管205能夠具有位于該管205周圍的兩個(gè)或多個(gè)管板201(顯 示了兩個(gè))。該一個(gè)或多個(gè)含催化劑的管205能夠具有以至少一個(gè)該第二催化劑區(qū)域210 能夠位于該兩個(gè)管板201之間的方式的位于該管205的第一端處或其附近的至少一個(gè)管板 和至少一個(gè)位于該管205的第二端處或其附近的至少一個(gè)管板。在該實(shí)施方案中，該含催 化劑的管205的兩端能夠與該重整交換器200的殼側(cè)分隔開(即不流體連通)。經(jīng)過管線180的第二烴能夠引入該一個(gè)或多個(gè)管205的第一端。該第二烴能夠在 該一個(gè)或多個(gè)管205內(nèi)的第二催化劑區(qū)域210中重整。該管205能夠延伸通過能夠由兩個(gè) 或多個(gè)管板201之間的空間或容積限定的該加熱區(qū)域207。該經(jīng)過管線180的第二烴的吸 熱重整反應(yīng)所需的熱量能夠由來自經(jīng)過管線160引入該加熱區(qū)域207中的該第一合成氣的 熱量提供。不是如圖1中所示將該第一合成氣與該第二合成氣混合以提供合成氣產(chǎn)物，而是能夠?qū)⒃摰谝缓铣蓺饨?jīng)過管線223回收，并能夠?qū)⒃摰诙铣蓺饨?jīng)過管線227回收。在 一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒔?jīng)過管線223的第一合成氣的至少一部分與經(jīng)過管線227 的合成氣的至少一部分混合以提供經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物。該第經(jīng)過管線223的第一 合成氣、經(jīng)過管線227的第二合成氣或經(jīng)過管線230的其混合物(即合成氣產(chǎn)物)能夠包括 但不局限于氫氣、一氧化碳和二氧化碳。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，能夠安裝三個(gè)或更多的管板201以在該 重整交換器200內(nèi)提供兩個(gè)或更多個(gè)加熱區(qū)域207。例如，能夠安裝三個(gè)管板201 (顯示了 兩個(gè))，第一管板201設(shè)置在該一個(gè)或多個(gè)管205的第一端處或附近，第二管板201設(shè)置在 該一個(gè)或多個(gè)管205的第二端處或附近，第三管板(未示出)能夠位于該第一管板201和該 第二管板201之間以提供兩個(gè)單獨(dú)的加熱區(qū)域。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒔?jīng)過管 線160的第一合成氣分開并能夠?qū)⒔?jīng)過管線160的第一合成氣的至少一部分引入各單獨(dú)的 加熱區(qū)域中。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒔?jīng)過管線160的第一合成氣引入一個(gè)獨(dú)立 的加熱區(qū)域中，能夠?qū)⒌诙鳠峤橘|(zhì)(例如水蒸氣)引入另一獨(dú)立的加熱區(qū)域中。這種設(shè)置 能夠改進(jìn)該多個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的溫度控制，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^控制引入該兩個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)域中 的第一合成氣(或其他傳熱介質(zhì))的量，單獨(dú)控制從經(jīng)過管線160的第一合成氣引入特定的 加熱區(qū)域中的熱量。圖4描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣的另 一示例性系統(tǒng)。該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150、一個(gè)或多個(gè)重整交換器200、經(jīng)過管線110 的第一烴、經(jīng)過管線140的氧化劑、經(jīng)過管線160的第一合成氣、經(jīng)過管線180的第二烴、第 二合成氣和經(jīng)過管線230的合成氣產(chǎn)物能夠是如上面參照?qǐng)D1-3所討論和描述的。在一種 或多種實(shí)施方案中，該系統(tǒng)能夠進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器(顯示了兩個(gè)130，170)。該 熱交換器能夠用于對(duì)經(jīng)過管線110的第一烴、經(jīng)過管線180的第二烴進(jìn)行預(yù)加熱和/或用 于冷卻經(jīng)過管線160的第一合成氣。該管線110內(nèi)的第一烴能夠在一個(gè)或多個(gè)熱交換器130中用經(jīng)過管線120提供的 傳熱介質(zhì)(例如水蒸氣)預(yù)加熱。該管線110內(nèi)的第一烴能夠被預(yù)加熱到約100°C(212°F) 約 900°C (1,652 °F)或約 100°C (212 °F) 約 700°C (1，292 °F)或約 300°C (572 °F) 約 500°C (932 °F)的溫度。例如，該管線110內(nèi)的第一烴能夠被預(yù)加熱到約400°C (752
約 500°C (932 °F)或約 600°C (1，112 °F)的溫度。該管線180內(nèi)的第二烴能夠在一個(gè)或多個(gè)熱交換器170中用管線160內(nèi)的第一合 成氣作為傳熱介質(zhì)預(yù)加熱。在一種或多種實(shí)施方案中，該管線180內(nèi)的第二烴能夠在熱交 換器170中通過從外部提供的傳熱介質(zhì)(例如水蒸氣)向管線180內(nèi)的第二烴傳熱而被預(yù)加 熱。該管線180內(nèi)的第二烴能夠被預(yù)加熱到約100°C (212 °F) 約900°C (1，652 °F)或 約 300°C (212 °F) 約 700°C (1，292 °F)或約 450°C (842 °F) 約 650°C (1，202 °F)的 溫度。例如，該管線180內(nèi)的第二烴能夠被預(yù)加熱到約400°C (752 °F)、約500°C (932 °F) 或約600°C (1，112°F)的溫度。在一種或多種實(shí)施方案中，該管線160中的第一合成氣能夠在該CPOX反應(yīng)器150 和該重整交換器200之間被冷卻。該管線160中的第一合成氣能夠通過間接冷卻、直接冷 卻或兩者被冷卻。該管線160內(nèi)的第一合成氣能夠通過例如用經(jīng)過管線165引入的水、二 氧化碳或任意其他適合的冷卻解釋的直接冷卻而被冷卻。該管線160內(nèi)的第一合成氣能夠通過例如在一個(gè)或多個(gè)熱交換器(例如熱交換器170)中用傳熱介質(zhì)間接傳熱而通過非接觸 了冷卻方式被冷卻。在該熱交換器170中能夠使用任意適合的傳熱介質(zhì)，例如經(jīng)過管線180 的第二烴、水(未示出)、來自該裝置內(nèi)的另一工藝原料(未示出)、其混合物或其組合。經(jīng)過 管線160的第一合成氣能夠被冷卻到約700°C (1，292 °F) 約1，100°C (2，012 °F)或約 7500C (1，382 ° ) 約1，0001 (1，832 °F)的溫度。經(jīng)過管線160引入該重整交換器200的第一合成氣的溫度能夠比經(jīng)過管線180引 入該重整交換器200的第二烴的溫度高約10% 約300%。經(jīng)過管線160引入該重整交換 器200的第一合成氣的溫度能夠比經(jīng)過管線180引入該重整交換器200的第二烴的溫度高 約30%，高約40%，高約50%，高約60%或高約70%或更高。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)過管線140引入該CPOX反應(yīng)器150的 氧化劑能夠在一個(gè)或多個(gè)熱交換器中被預(yù)加熱或與該第一烴混合并在熱交換器130中加 熱。該氧化劑能夠被預(yù)加熱到IOO0C (212 °F) 約900°C (1，652 °F)或約100°C (212 °F) 約 700°C (1，292 °F)或約 300°C (572 °F) 約 500°C (932 °F)的溫度。圖5描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于使用部分氧化技術(shù)制備合成氣的另 一示例性系統(tǒng)。該一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器150、經(jīng)過管線110的第一烴、經(jīng)過管線140的氧 化劑、經(jīng)過管線180的第二烴、經(jīng)過管線160的第一合成氣、第二合成氣和經(jīng)過管線230的 合成氣產(chǎn)物能夠是如上面參照?qǐng)D1-4所討論和描述的。該一個(gè)或多個(gè)重整交換器200能夠 是如上參照?qǐng)D1所討論和描述的，然而，該殼管型交換器的內(nèi)部構(gòu)造能夠不同。在一種或多 種實(shí)施方案中，該一種或多種第二催化劑能夠設(shè)置在該重整交換器200的殼側(cè)的至少一部 分中以提供一個(gè)或多個(gè)第二催化劑區(qū)域220。該第二催化劑區(qū)域220中的一種或多種第二 催化劑能夠被催化劑篩網(wǎng)225、或任意其他適合的載體結(jié)構(gòu)支撐以提供與該一個(gè)或多個(gè)管 205的第二端相鄰的混合區(qū)域222。在一種或多種實(shí)施方案中，該第二催化劑能夠位于該重 整交換器的殼側(cè)，沒有催化劑篩網(wǎng)225，其中該混合區(qū)域222能夠包含該第二催化劑的一部 分。圖6描繪了依照所述一種或多種實(shí)施方案的具有多個(gè)管的重整交換器的橫截面 頂視圖。圖6描繪了設(shè)置在該重整交換器200殼側(cè)的至少一部分內(nèi)的第二催化劑區(qū)域220。 該第二催化劑區(qū)域220能夠設(shè)置在該一個(gè)或多個(gè)不含催化劑的管205附近。能夠間接從能 夠流過該管205的傳熱介質(zhì)傳熱給該第二催化劑區(qū)域220。再次參照?qǐng)D5，能夠?qū)⒔?jīng)過管線160的第一合成氣引入該重整交換器200的管側(cè)。 該經(jīng)過管線160的第一合成氣能夠流過該一個(gè)或多個(gè)管205。能夠?qū)⒃摰诙N經(jīng)過管線180 引入該重整交換器200的殼側(cè)，其能夠流過該第二催化劑區(qū)域220或流過其上，其中能夠?qū)?該第二烴重整以提供第二合成氣，能夠?qū)⑵渫ㄟ^催化劑篩網(wǎng)225引入混合區(qū)域222。該第二 烴的重整所需的熱量能夠間接從流過該一個(gè)或多個(gè)管205的第一合成氣傳給該第二催化 劑區(qū)域220。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，該第一合成氣和第二合成氣能夠在該重 整交換器200的外部混合，如參照?qǐng)D3所討論和描述的。在一種或多種實(shí)施方案中，該第一 合成氣和第二合成氣能夠單獨(dú)從該重整交換器200中回收(即不混合)。例如，該催化劑篩 網(wǎng)225能夠被第二管板201替代，其能夠?yàn)榈谝缓铣蓺夂偷诙铣蓺馓峁﹩为?dú)分開的流路。 該第二合成氣能夠從與該重整交換器200的殼側(cè)流體連通的出口管線中回收，該第一合成氣能夠從與該重整交換器的管側(cè)流體連通的出口管線中回收。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，經(jīng)過管線160引入的第一合成氣能夠在 整個(gè)催化劑區(qū)域的不同區(qū)域中不同分配。例如，設(shè)置在該第二催化劑區(qū)域220內(nèi)和/或通 過其設(shè)置的兩組或多組獨(dú)立供給的管能夠引入不同量的經(jīng)過管線160的第一合成氣。例 如，經(jīng)過管線160的第一合成氣的70%能夠引入第一組管，30%能夠引入第二組管，其能夠 在其中能夠存在更多未反應(yīng)的經(jīng)過管線180的第二烴的該催化劑區(qū)域220的第一部分中提 供更多的熱量。在該第二催化劑區(qū)域220內(nèi)和/或通過其設(shè)置的該兩組或多組獨(dú)立供給的 管能夠是直的、U形的、螺旋卷繞的和/或Bayonet形的管。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒔?jīng)過管線160的第一合成氣引入 該一個(gè)或多個(gè)管205的任一端和/或沿該一個(gè)或多個(gè)管205的長度的任意位置。例如，能 夠?qū)⒔?jīng)過管線160的第一合成氣直接引入該混合區(qū)域222中，混合的合成氣能夠流過一個(gè) 或多個(gè)管205。圖7描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于制備合成氣、烴產(chǎn)物及其衍生物的示 例性系統(tǒng)。經(jīng)過管線230的合成氣能夠使用上述參照?qǐng)D1 6討論和描述的系統(tǒng)制備。該 系統(tǒng)能夠進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)二氧化碳去除裝置250、一個(gè)或多個(gè)干燥器300和一個(gè)或 多個(gè)烴合成系統(tǒng)350。經(jīng)過管線140引入該CPOX反應(yīng)器150的氧化劑能夠是包含高含量氧 氣的氣體，例如氧氣、基本氧氣、富氧空氣、無氮氧化劑或基本上無氮的氧化劑，其能夠在管 線230中提供具有高氫氣和一氧化碳組成的合成氣。該一個(gè)或多個(gè)二氧化碳去除系統(tǒng)250能夠包括但不局限于一種或多種物理分離 系統(tǒng)，例如膜型分離系統(tǒng)。該二氧化碳去除系統(tǒng)能夠包括但不局限于化學(xué)分離系統(tǒng)，例如 吸收/吸附型、基于溶劑的系統(tǒng)。該二氧化碳去除系統(tǒng)250能夠?qū)⒔?jīng)過管線230引入的合 成氣與一種或多種吸收劑或吸附劑接觸以除去至少一部分二氧化碳。該二氧化碳去除系 統(tǒng)能夠包括但不局限于一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、碳酸鉀、甲基二 乙醇胺(MDEA)、二甘醇胺(DGA)、二異丙醇胺(DIPA)、烷基碳酸酯(例如碳酸亞丙酯)、2 12 個(gè)乙二醇單元的聚乙二醇的二甲基醚(Selexol 工藝)、η-甲基-吡咯烷酮、環(huán)丁砜、以及 Sulfinor氣體處理工藝的使用、其衍生物、其混合物或其任意組合。能夠?qū)⒔?jīng)過管線230 (或管線227、223和/或230，參見圖3)的合成氣的至少一 部分引入該一個(gè)或多個(gè)二氧化碳去除系統(tǒng)250以提供經(jīng)過管線沈5的二氧化碳和能夠包 含氫氣、一氧化碳和水的經(jīng)過管線260的氣體混合物。該經(jīng)過管線沈0的氣體混合物能夠 包含少于約3mol%干基的二氧化碳，少于約2mol%干基的二氧化碳，少于約Imol %干基 的二氧化碳，少于約0. 5mol %干基的二氧化碳，少于約0. Imol %干基的二氧化碳或少于約 0. Olmol%干基的二氧化碳。該經(jīng)過管線265的二氧化碳能夠排放到大氣中、用于提高油回 收率、注入陸地巖層或海洋環(huán)境中用于丟棄和/或作為致冷劑。能夠?qū)⒔?jīng)過管線260的氣體混合物的至少一部分引入該一個(gè)或多個(gè)干燥器300中 以從該管線260中的氣體混合物中除去至少一部分水以提供經(jīng)過管線310的干燥氣體混合 物和經(jīng)過管線315的水。該一個(gè)或多個(gè)干燥器300能夠包括但不局限于一種或多種分子篩、 吸收劑、吸附劑、閃蒸罐分離器、焚燒爐或其任意組合。適合的吸收劑能夠包括但不局限于 乙二醇、堿土金屬鹵化物鹽、其衍生物或其組合物。適合的吸附劑能夠包括但不局限于活 化氧化鋁、硅膠、分子篩、活性炭、其衍生物或其混合物。
該經(jīng)過管線310的干燥氣體混合物能夠包含約97mol %干基或更多的氫氣和二氧 化碳或約98mol%干基或更多的氫氣和二氧化碳或約99mol%干基或更多的氫氣和二氧化 碳或約99. 5m0l%干基或更多的氫氣和二氧化碳。該管線310中的干燥氣體混合物的氫 氣含量能夠在從約40mol%或約45mol%的低值到約60mol%、約65mol%或約70mol%的 高值的范圍內(nèi)。該管線310中的干燥氣體混合物的一氧化碳含量能夠在從約10mol%、約 15mol%或約20mol%的低值到約30mol%、約45mol%或約60mol %的高值的范圍內(nèi)。能夠?qū)⒔?jīng)過管線310的干燥氣體混合物的至少一部分引入該一個(gè)或多個(gè)烴合成 單元350中，其能夠提供經(jīng)過管線360的各種烴產(chǎn)物、廢水(未示出)和尾氣(未示出)。盡管 未示出，能夠?qū)⒔?jīng)過管線沈0的氣體混合物的至少一部分和/或經(jīng)過管線230的合成氣的 至少一部分引入該一個(gè)或多個(gè)烴合成單元350中。該烴合成單元350能夠是任意適用于將 管線310中的干燥氣體混合物和/或管線沈0中的氣體混合物和/或管線230中的合成氣 轉(zhuǎn)化為烴產(chǎn)物的任意裝置或工藝。該一個(gè)或多個(gè)烴合成單元350能夠提供的產(chǎn)物的類型能 夠包括但不局限于一種或多種費(fèi)托產(chǎn)物和加氫甲?；a(chǎn)物。該烴合成單元350能夠包括任意類型的適合的反應(yīng)器床，例如固定床、流化床或 曳流床。該烴合成單元能夠在約40°C (104°F) 約400°C (752 °F)或更高的溫度和約 IOOkPa (Opsig) 約10，500kPa (1，509psig)的壓力操作，其能夠取決于烴合成單元350 和制備的烴產(chǎn)物的特殊類型。該烴合成反應(yīng)能夠是強(qiáng)放熱的，因此也能夠包括除熱系統(tǒng)(未 示出)。由回收的熱產(chǎn)生的水蒸氣能夠用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器和/或提供電能和/或用作工藝水蒸 氣。在一種或多種實(shí)施方案中，該烴合成單元350能夠是費(fèi)托合成單元，其能夠在一 種或多種催化劑的存在下將氫氣和一氧化碳反應(yīng)以提供經(jīng)過管線360的一種或多種費(fèi)托 產(chǎn)物。示例性的費(fèi)托催化劑能夠包括但不局限于鈷、鐵、鈀、銠、釕、鋅、其衍生物、其混合物 或其組合。經(jīng)過管線360的該費(fèi)托產(chǎn)物能夠是具有寬范圍的分子量的烴的混合物，跨越從輕 質(zhì)氣態(tài)烴(C1 C4)、石腦油(C5 c1(1)、柴油(C11 C2tl)和蠟(>C2(1)、其衍生物或其組合物。 經(jīng)過管線360的烴中的大多數(shù)能夠是正態(tài)的(直鏈的)鏈烷烴。該費(fèi)托產(chǎn)物能夠包括但不 局限于柴油燃料、煤油、航空燃料、丙烷、丁烷、LPG、潤滑油、石腦油、汽油、洗滌劑、蠟、潤滑 油、精煉/石化原料、其他運(yùn)輸燃料、合成原油、液態(tài)燃料、α -烯烴、其衍生物、其混合物或 其組合。在一種或多種實(shí)施方案中，該烴合成單元350能夠是或包括加氫甲?；铣蓡?元，其能夠向碳碳雙鍵上加成甲?；?-CH0)和氫原子以提供一種或多種醛。該加氫甲酰化 合成單元能夠包括一種或多種加氫甲?；呋瘎邕^渡金屬催化劑，例如羰基鈷或銠 絡(luò)合物(例如銠三芳基膦)。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，能夠在管線230中的合成氣、管線沈0中 的氣體混合物或管線310中的干燥氣體混合物中引入一種或多種烯烴以提供烴原料氣，其 能夠包括但不局限于氫氣、一氧化碳和一種或多種鏈烯烴。該干燥氣體混合物和該一種或 多種烯烴能夠反應(yīng)以提供一種或多種醛。盡管未示出，能夠?qū)⒅辽僖徊糠衷摻?jīng)過管線310 的干燥氣體混合物引入費(fèi)托合成單元以提供經(jīng)過管線360的一種或多種烯烴(例如鏈烯 烴)。然后能夠?qū)⒔?jīng)過管線360提供的該一種或多種系統(tǒng)與經(jīng)過管線310的干燥氣體混合物的至少一部分一起引入該加氫甲?；铣蓡卧幸蕴峁┮环N或多種醛。能夠?qū)⒃撘环N或 多種醛進(jìn)一步處理(未示出)成醇或氧化為羧酸。在一種或多種實(shí)施方案中，控制引入該烴合成系統(tǒng)350中的合成氣中的氫氣與一 氧化碳的摩爾比(H2:C0)能夠是適宜的。例如，對(duì)于很多費(fèi)托烴產(chǎn)物，2:1 H2:C0的比例能夠 是適宜的。能夠?qū)POX反應(yīng)器150和/或重整交換器200中的操作條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。盡管 未示出，能夠在該烴合成單元350的上游添加另外的氫氣或一氧化碳以維持經(jīng)過管線310 引入該烴合成單元350中的干燥氣體混合物中的預(yù)設(shè)的氫氣與一氧化碳之比。該調(diào)節(jié)的性 質(zhì)將取決于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和經(jīng)過管線115的第一烴和經(jīng)過管線180的第二烴的組成。用于該水的進(jìn)一步處理的工藝流程(未示出)能夠不同，因?yàn)樗幚硎俏恢盟囟?的。盡管未示出，來自該烴合成單元350 (例如費(fèi)托合成單元)的尾氣能夠包含但不局限于 氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和/或水。盡管未示出，能夠?qū)碜栽撡M(fèi)托系統(tǒng)350的尾氣 的至少一部分循環(huán)到管線115中的第一烴、管線150中的第二烴或兩者中。盡管未示出，能 夠?qū)碜栽摕N合成單元的尾氣的至少一部分引入甲烷轉(zhuǎn)化器中以提供合成天然氣。圖8描繪了依照一種或多種實(shí)施方案的用于制備合成氣、甲醇及其衍生物的示例 性系統(tǒng)。經(jīng)過管線230的合成氣能夠使用上述參照?qǐng)D1 6討論和描述的系統(tǒng)制備。能夠 將管線230內(nèi)的合成氣的至少一部分引入一個(gè)或多個(gè)高溫變換爐(HTSC) 400、中溫變換爐 (MTSC) 450、低溫變換爐(LTSC) 500、二氧化碳去除系統(tǒng)550、烴合成單元600或其任意組合 中的一個(gè)或多個(gè)中。經(jīng)過管線230引入任意特定單元的合成氣的順序和量能夠由該合成氣 中存在的氫氣、一氧化碳和二氧化碳的比例以及用于將該合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇和其他產(chǎn)物所 需的比例所確定。該HTSC 400、MTSC 450、LTSC 500能夠通過在催化劑存在下在足以氧化該一氧化 碳的溫度使該一氧化碳反應(yīng)而將管線230中的合成氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。該 HTSC 400中設(shè)置的催化劑能夠包括但不局限于氧化鐵、鐵酸鋅、磁鐵礦、鉻氧化物、其衍生 物或其任意組合。該HTSC 400能夠在約325°C (617 °F) 約550°C (1，022 °F)的溫度操 作。該MTSC 450中設(shè)置的催化劑能夠包括但不局限于氧化鐵、鉻氧化物、其衍生物或其任 意組合。該MTSC 450能夠在約250°C (482 °F) 約300°C (572 °F)的溫度操作。該LTSC 500中設(shè)置的催化劑能夠包括但不局限于銅、鋅、銅助催化的氧化鉻、其衍生物或其任意組 合。該LTSC 500能夠在約180°C (356 °F) 約220°C (428 °F)的溫度操作。該一個(gè)或多個(gè)二氧化碳去除系統(tǒng)550能夠除去經(jīng)過管線230、410、460和/或510 引入的合成氣中存在的二氧化碳的至少一部分。該二氧化碳去除系統(tǒng)能夠包括物理分離系 統(tǒng)，包括但不局限于膜型分離系統(tǒng)。該二氧化碳去除系統(tǒng)能夠包括化學(xué)分離系統(tǒng)，包括但不 局限于吸收/吸附型、基于溶劑的系統(tǒng)。該二氧化碳去除系統(tǒng)能夠?qū)⒔?jīng)過管線230引入的 合成氣與一種或多種吸收劑或吸附劑接觸以除去至少一部分二氧化碳。該二氧化碳去除系 統(tǒng)能夠包括但不局限于MEA、DEA、TEA、碳酸鉀、MDEA、DGA、DIPA、烷基碳酸酯(例如碳酸亞丙 酯)、2 12個(gè)乙二醇單元的聚乙二醇的二甲基醚(Selexol 工藝)、n-甲基-吡咯烷酮、環(huán) 丁砜、以及Sulfinor氣體處理工藝的使用、其衍生物、其混合物或其任意組合。該甲醇合成單元600能夠包括但不局限于一種或多種催化劑，其能夠?qū)⒔?jīng)過管線 230引入的合成氣的至少一部分轉(zhuǎn)化為甲醇。該一種或多種催化劑能夠包括銅、鋅、鋁、鉻、 鈦、鋯、鎂、其衍生物或其組合。該一種或多種催化劑能夠設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)催化劑床(未示出)中。該一個(gè)或多個(gè)催化劑床能夠是固定的或流化的。該甲醇合成單元600能夠在約 1600C (320 °F) 約300°C (572 °F)的溫度操作。該烴合成單元600能夠在約3，OOOkPa (421psig) 約 15，OOOkPa (2，162psig)的壓力操作。該經(jīng)過管線230的合成氣、經(jīng)過管線410、460和/或510的中間產(chǎn)物能夠等量或不 等量地分配到以下中的任意一個(gè)或多個(gè)中HTSC 400、MTSC 450、LTSC 500、二氧化碳去除 系統(tǒng)550和/或甲醇合成單元600。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒅辽僖徊糠趾铣蓺饨?jīng) 過管線230引入一個(gè)或多個(gè)HTSC 400中以提供經(jīng)過管線410的中間產(chǎn)物。在一種或多種 實(shí)施方案中，能夠?qū)⒃摻?jīng)過管線410的中間產(chǎn)物的至少一部分引入一個(gè)或多個(gè)MTSC 450、 LTSC 500、分離系統(tǒng)550或其任意組合中。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒅辽僖徊糠趾铣蓺饨?jīng)過管線230引入一個(gè)或多 個(gè)MTSC 450中以提供經(jīng)過管線460的中間產(chǎn)物。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒃摻?jīng)過 管線460的中間產(chǎn)物的至少一部分引入一個(gè)或多個(gè)HTSC 400、LTSC 500、分離系統(tǒng)550或
其任意組合中。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒅辽僖徊糠纸?jīng)過管線230的合成氣引入一個(gè)或 多個(gè)LTSC 500中以提供經(jīng)過管線510的中間產(chǎn)物。在一種或多種實(shí)施方案中，能夠?qū)⒃摻?jīng) 過管線510的中間產(chǎn)物的至少一部分引入一個(gè)或多個(gè)HTSC 400,MTSC 450、分離系統(tǒng)550或
其任意組合中。盡管未示出，在一種或多種實(shí)施方案中，能夠進(jìn)一步將經(jīng)過管線610提供的甲醇 進(jìn)一步處理以提供其他產(chǎn)物。該其他產(chǎn)物能夠包括但不局限于二甲基醚(DME)、福爾馬林、 乙酸、甲醛、甲基-叔丁基醚、甲胺、甲基丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲基硫醇、氯甲 烷、乙酸甲酯、乙酸酐、乙烯、丙烯、聚烯烴、其衍生物、其混合物或其組合。已經(jīng)使用一組數(shù)值上限和一組數(shù)值下限描述了某些實(shí)施方案和特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到 在沒有另外指出的情況下，預(yù)期了從任意下限到任意上限的范圍。某些下限、上限和范圍出 現(xiàn)在下面的一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求中。所有數(shù)值都是“大約”或“近似”所示值，考慮了本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員將會(huì)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)誤差和變化。上面已經(jīng)定義了各種術(shù)語。對(duì)于上面未定義的在權(quán)利要求中所用的術(shù)語的程度， 應(yīng)當(dāng)給出如至少一篇已印刷的公開文件或已出版的專利中所反映的該術(shù)語已經(jīng)給出的相 關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員給出的最寬定義。進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)中引用的所有專利、測試程序和其 他文件都通過參考以使公開不與本申請(qǐng)矛盾的程度且該引用允許的所有權(quán)限全部引入。盡管前面針對(duì)的是本發(fā)明的實(shí)施方案，但在不脫離其基本范圍的情況下可以設(shè)計(jì) 本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方案，其范圍是由后面的權(quán)利要求所確定的。
權(quán)利要求
1.用于制備合成氣和來自該合成氣的一種或多種烴產(chǎn)物的工藝，包括將第一烴在氧化劑和一種或多種第一催化劑的存在下在足以部分燃燒該第一烴的一 部分的條件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃燒的第一烴和熱量；將至少一部分該未燃燒的第一烴在該部分氧化步驟中所產(chǎn)生熱量的至少一部分和該 一種或多種第一催化劑的存在下重整以提供包括氫氣、一氧化碳和二氧化碳的第一合成 氣；將熱量從第一合成氣間接交換到第二烴以在水蒸氣和一種或多種第二催化劑的存在 下重整該第二烴的至少一部分以提供包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳和水的第二合成氣；和 將該第一合成氣、第二合成氣或其混合物反應(yīng)以提供尾氣和一種或多種費(fèi)托產(chǎn)物、其 衍生物或其組合。
2.權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括在將該合成氣反應(yīng)以提供尾氣和一種或多種費(fèi)托 產(chǎn)物、其衍生物或其組合之前，從該合成氣中除去至少一部分二氧化碳。
3.權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括在將該合成氣反應(yīng)以提供尾氣和一種或多種費(fèi)托 產(chǎn)物、其衍生物或其組合之前，從該合成氣中除去至少一部分二氧化碳和至少一部分水。
4.權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括以下中的至少之一在部分氧化之前將該第一烴預(yù) 加熱到至少400°C的溫度；和在重整之前將該第二烴預(yù)加熱到至少400°C的溫度。
5.權(quán)利要求1的工藝，進(jìn)一步包括在從將熱量從該第一合成氣間接交換到該第二烴 之前，通過用傳熱介質(zhì)的直接熱交換、間接熱交換或兩者冷卻該第一合成氣。
6.權(quán)利要求1的工藝，其中該一種或多種第一催化劑、第二催化劑或兩者包括兩種或 多種催化劑的混合物。
7.權(quán)利要求1的工藝，其中該第一烴和第二烴獨(dú)立地為一種或多種C1 C2tl烴。
8.權(quán)利要求1的工藝，其中該第一烴和第二烴獨(dú)立地是天然氣、脫硫天然氣、甲烷、脫 硫甲烷或其混合物。
9.權(quán)利要求1的工藝，其中該第一烴和第二烴是以約20:80 約80:20的重量比提供的。
10.權(quán)利要求1的工藝，其中將該尾氣的至少一部分引入甲烷轉(zhuǎn)化器以提供合成天然氣。
11.用于制備合成氣和烴產(chǎn)物的工藝，包括將第一烴在氧化劑和一種或多種第一催化劑的存在下在足以部分燃燒該第一烴的一 部分的條件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃燒的第一烴和熱量；將至少一部分該未燃燒的第一烴在該部分氧化步驟中所產(chǎn)生熱量的至少一部分和該 一種或多種第一催化劑的存在下重整以提供包括氫氣、一氧化碳和二氧化碳的第一合成 氣；將熱量從第一合成氣間接交換到第二烴以在水蒸氣和一種或多種第二催化劑的存在 下重整該第二烴的至少一部分以提供包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳和水的第二合成氣；和 將該第一合成氣的至少一部分、第二合成氣的至少一部分或其混合物轉(zhuǎn)化為甲醇、其 衍生物或其組合。
12.權(quán)利要求11的工藝，進(jìn)一步包括在將該合成氣的至少一部分轉(zhuǎn)化為甲醇、其衍生 物或其組合之前將該合成氣中的至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。
13.權(quán)利要求11的工藝，進(jìn)一步包括在將該合成氣的至少一部分轉(zhuǎn)化為甲醇、其衍生 物或其組合之前從該合成氣中除去至少一部分二氧化碳。
14.權(quán)利要求11的工藝，進(jìn)一步包括在將該合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇、其衍生物或其組合之 前將該合成氣中的至少一部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳并從該合成氣中除去至少一部分二氧化碳。
15.權(quán)利要求11的工藝，進(jìn)一步包括在將熱量在水蒸氣和一種或多種第二催化劑的 存在下從該第一合成氣間接交換到該第二烴之前，通過用傳熱介質(zhì)的直接熱交換、間接熱 交換或兩者冷卻該第一合成氣。
16.權(quán)利要求11的工藝，其中該氧化劑包括氧氣、基本氧氣、富氧空氣、無氮空氣、基 本上無氮的空氣或其混合物。
17.權(quán)利要求11的工藝，其中該第一反應(yīng)區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)管，其各自包含第二催 化劑。
18.權(quán)利要求11的工藝，其中該第一烴和第二烴獨(dú)立地為一種或多種C1 C2tl烴。
19.權(quán)利要求11的工藝，其中該第一烴和第二烴獨(dú)立地是天然氣、脫硫天然氣、甲烷、 脫硫甲烷或其混合物。
20.用于制備合成氣和烴產(chǎn)物的系統(tǒng)，包括第一反應(yīng)器，適用于將第一烴在氧化劑的存在下在足以部分燃燒該第一烴的至少一部 分的條件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃燒的第一烴和熱量，并適用于將該未燃燒的第 一烴在該部分氧化步驟中所產(chǎn)生熱量的和一種或多種第一催化劑的存在下至少部分重整 以提供包括氫氣、一氧化碳和二氧化碳的第一合成氣；第二反應(yīng)器，適用于將熱量從第一合成氣間接交換到第二烴以在水蒸氣和一種或多種 第二催化劑的存在下重整該第二烴的至少一部分以提供包括一氧化碳、二氧化碳和氫氣的 第二合成氣；和合成單元，適用于將該第一合成氣的至少一部分、第二合成氣的至少一部分或其混合 物轉(zhuǎn)化為一種或多種費(fèi)托產(chǎn)物、甲醇、其衍生物或其組合。
全文摘要
提供了用于制備合成氣的系統(tǒng)和方法。能夠?qū)⒌谝粺N在氧化劑和一種或多種第一催化劑的存在下在足以部分燃燒該第一烴的一部分的條件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃燒的第一烴和熱量。能夠?qū)⑽慈紵牡谝粺N在該部分氧化步驟中所產(chǎn)生熱量和該一種或多種第一催化劑的存在下重整以提供第一合成氣。能夠?qū)崃繌牡谝缓铣蓺忾g接交換到第二烴以在水蒸氣和一種或多種第二催化劑的存在下重整該第二烴的至少一部分以提供第二合成氣。能夠?qū)⒛軌虬ㄔ摰谝缓铣蓺獾闹辽僖徊糠?、第二合成氣的至少一部分或其混合物的合成氣轉(zhuǎn)化為一種或多種費(fèi)托產(chǎn)物、甲醇、其衍生物或其組合。
文檔編號(hào)C01B3/24GK102099284SQ200980128097
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者A·馬爾霍特拉, D·P·曼 申請(qǐng)人:凱洛格·布朗及魯特有限責(zé)任公司