專利名稱：由固體碳和水生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及由天然氣生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng)，更確切地說，涉及由天然氣轉(zhuǎn)化的合成氣生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法和設(shè)備。
2.相關(guān)技術(shù)的描述人們對由氣體制液體油的轉(zhuǎn)化方法，即所謂的GTL系統(tǒng)中從天然氣產(chǎn)生清潔烴類的方法已經(jīng)進行了廣泛的研究和開發(fā)工作。
美國專利4,579,985，美國專利4, 579,986，美國專利4,628,133，美國專利4,709,108，美國專利4,714,796，美國專利4,721,828，美國專利4,727,205，美國專利5,037,856，美國專利5,723,505，美國專利5,763,716，美國專利6,011,073和美國專利6,085,512公開了將天然氣轉(zhuǎn)化為重質(zhì)烴的技術(shù)。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，通常是將天然氣進行蒸氣轉(zhuǎn)化形成合成氣。然而，天然氣的開采、液化和運輸?shù)某杀靖?，所以，天然氣的原料成本增加很大。此外，因為天然氣含有硫，要用大的和?fù)雜的設(shè)備除去硫，這些設(shè)備的制造是昂貴的，因此，增大了重質(zhì)烴生產(chǎn)設(shè)備的尺寸，并且生產(chǎn)成本提高。此外，即使用脫硫設(shè)備將原料氣脫硫，也難以從原料氣中完全除去硫，由這樣的原料氣生產(chǎn)的合成氣含有少量的硫化合物，硫化合物積聚在系統(tǒng)中導(dǎo)致催化劑降解。為此，在短的操作時間內(nèi)就要多次將催化劑替換為新的催化劑，并要中斷生產(chǎn)裝置的操作。這反映在裝置的低效率操作以及生產(chǎn)費用的明顯提高。此外，現(xiàn)有技術(shù)的特征是使用費/托反應(yīng)(F/T反應(yīng)法)，通過該反應(yīng)將合成氣轉(zhuǎn)化成重質(zhì)烴。在該方法操作期間，盡管反應(yīng)產(chǎn)物含有大量的例如水、醇、烴和廢氣這樣的產(chǎn)物，但是，反應(yīng)產(chǎn)物中所含的重質(zhì)烴的量是非常少的，因此，該烴的生產(chǎn)裝置具有非常低的產(chǎn)品收率。
對于上述問題，美國專利4,433,192，美國專利4,465,893，美國專利4,467,130和美國專利4,513,164提出了一些新的方法，每種方法是使用固體過酸催化劑，這些催化劑直接將天然氣轉(zhuǎn)化為汽油沸程的烴類。正如美國專利4,973,776所公開的那樣，也提出過進一步改善該生產(chǎn)方法以進一步提高烴類的產(chǎn)品收率?，F(xiàn)有技術(shù)可將甲烷和乙炔的混合物以95％的高收率轉(zhuǎn)化成作為中間體的異丁烯。然后，該中間體與低聚催化劑反應(yīng)以高的產(chǎn)率形成汽油沸程和噴氣燃料沸程的烴類。
該兩段法(其中異丁烯作為中間體而形成)在用簡化步驟提高天然氣轉(zhuǎn)化成烴類的轉(zhuǎn)化率方面是非常有效的，并且優(yōu)于費/托法。然而，使用天然氣和乙炔氣使得原料成本明顯提高。此外，將天然氣和乙炔運輸?shù)阶罱K烴類生產(chǎn)設(shè)備要求極高的技術(shù)，這樣又進一步提高了運輸成本。因此，很難以低的成本大量生產(chǎn)汽油沸程和噴射燃料沸程烴類。
發(fā)明概述所以，本發(fā)明的目的是提供一種以非常低的成本從低成本固體碳物質(zhì)和水大量產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程烴類的方法和系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了從固體碳和進料水生產(chǎn)烴類的方法，該方法包括步驟準備一個具有反應(yīng)室和位于該反應(yīng)室中的電弧電極的電弧等離子體反應(yīng)器；將固體碳顆粒供入反應(yīng)室，并在固體碳顆粒中形成許許多多細小的電弧通道。給電弧電極分別供電以在細小的電弧通道中產(chǎn)生電弧放電等離子體；將水蒸氣通過細小的電弧通道，在電弧放電等離子體存在下碳顆粒與水蒸氣反應(yīng)，生成含有H2和CO的合成氣；將合成氣通入甲烷化反應(yīng)器的甲烷化催化劑中以合成甲烷；制備第一和第二甲烷物流；將第二甲烷物流轉(zhuǎn)化成乙炔；在固體過酸催化劑存在下將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)形成異丁烯；在低聚催化劑存在下將異丁烯產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成烴類。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種烴類生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有固體碳供給口、進料水供給口、具有合成氣出口的絕緣套管、在絕緣套管中形成的電弧等離子體室、位于電弧等離子體室中的電弧電極、和在電弧等離子體室中裝有的固體碳顆粒中形成的許多的細小的電弧通道的電弧等離子體反應(yīng)器；通過進料水供給口將進料水供給電弧等離子體室的進料水供給泵，使進料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣；電弧電源，其用于向電弧電極供給電能，以在細小的電弧通道中分別產(chǎn)生電弧放電等離子體，從而使水暴露于電弧放電等離子體中形成水蒸氣，在電弧放電等離子體存在下該水蒸氣在經(jīng)過細小的電弧通道時與碳顆粒反應(yīng)生成含有H2和CO的合成氣；用于將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的具有甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器；用于將甲烷轉(zhuǎn)化成乙炔的乙炔合成反應(yīng)器；將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)合成異丁烯的固體過酸催化劑反應(yīng)器；和將異丁烯低聚成重質(zhì)烴的低聚反應(yīng)器。
附圖簡述通過參考下列對優(yōu)選實施方案和附圖的描述可以最好地理解本發(fā)明、及其目的和優(yōu)點，其中

圖1是進行本發(fā)明方法的重質(zhì)烴產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖；和圖2是圖1所示的電弧等離子體反應(yīng)器的放大的橫剖面視圖。
優(yōu)選實施方案的詳述參看附圖，圖1顯示了實施本發(fā)明方法的本發(fā)明優(yōu)選實施方案中的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10。
在圖1中，重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10由以下組成供應(yīng)固體碳物質(zhì)例如顆粒、粒子或粉末或球狀石墨物質(zhì)或活性碳物質(zhì)的固體碳加料裝置12，供給進料水的水供給泵P1，在水蒸氣存在下將固體碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化成主要含有氫氣和一氧化碳的合成氣的電弧等離子體反應(yīng)器APR，位于電弧等離子體反應(yīng)器APR下游側(cè)的用于冷卻合成氣同時預(yù)熱循環(huán)水的換熱器H，與換熱器H連接并用于進一步冷卻合成氣到適合于后來反應(yīng)的所需低溫的冷卻裝置C1，用于分離合成氣和冷凝水的液/氣分離器S1，用于壓縮合成氣的壓縮機CM，裝有將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器MR，用于冷卻甲烷的冷卻器C2，用于降低甲烷壓力的膨脹閥V，用于彼此分離甲烷和冷凝水的液/氣分離裝置S2，甲烷化管線M，經(jīng)過泵P2和換熱器H將冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR的循環(huán)管線R。固體碳物質(zhì)還可包括煤，在這種情況下重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)10必須具有已知的脫硫設(shè)備。
壓縮機CM的作用是壓縮合成氣到15-50大氣壓。通過循環(huán)外部的加熱介質(zhì)來預(yù)熱甲烷化反應(yīng)器MR，以便在250-500℃的溫度下加熱反應(yīng)器，該溫度適合最高效率地將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷。
如圖1所示，烴類生產(chǎn)系統(tǒng)10還包括第一和第二流量控制閥CV1，CV2，通過這些閥可以控制甲烷的第一和第二物流以各自的流速生產(chǎn)。將甲烷的第二物流送入乙炔合成反應(yīng)器AS。乙炔合成反應(yīng)器AS可包括微波反應(yīng)器，該微波反應(yīng)器由一玻璃管和微波發(fā)生器組成，甲烷的第二物流以10-15厘米/分的線性速度通過該反應(yīng)器，該微波發(fā)生器向甲烷的第二物流放射2.45GH的微波，以約95摩爾％的高選擇性將甲烷的第二物流轉(zhuǎn)化成乙炔。控制流量控制閥CV1，CV2以使甲烷的流量為10-10∶1的摩爾比。然后將反應(yīng)器AS中合成的乙炔物流與流量控制閥Cv1輸送的甲烷的第一物流混合形成甲烷和乙炔的混合物，將該混合物送入固體過酸反應(yīng)器SC，該反應(yīng)器SC充滿固體過酸催化劑，該催化劑可以是美國專利4,465,893，美國專利5,780,383和美國專利6,180,556中所描述的類型。固體過酸反應(yīng)器SC的溫度保持在20-50℃，壓力保持在1-25個大氣壓，通過該反應(yīng)器SC將甲烷和乙炔的混合物以大于95摩爾％的選擇性轉(zhuǎn)化成異丁烯。然后，將異丁烯送入裝有低聚催化劑的低聚反應(yīng)器PC進行異丁烯低聚以產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程的烴類。
優(yōu)選用作低聚催化劑的沸石催化劑包括硅鋁摩爾比至少為12的結(jié)晶硅鋁酸鹽沸石。ZSM-5型沸石的代表是ZSM-5，ZSM-11，ZSM-12，ZSM-23，ZSMA-35和ZSMA-38。ZSM-5公開在美國專利3,702,886，ZSM-11公開在美國專利3,709,979。此外，ZSM-12見美國專利3,832,449；ZSM-23見美國專利4,076,842；ZSM-35見美國專利4,016,145，ZSM-38見美國專利4,046,839。
優(yōu)選低聚反應(yīng)器PC的溫度保持在50-300℃，壓力保持在10-50個大氣壓。然后在蒸餾塔EV中蒸餾烴產(chǎn)物，產(chǎn)生汽油沸程和噴氣燃料沸程烴、水和廢氣等。通過循環(huán)管線RW和泵P1將水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR再利用。
圖2顯示了圖1中所示的電弧等離子體反應(yīng)器APR的詳細結(jié)構(gòu)。在圖2中，電弧等離子體反應(yīng)器APR包括與固體碳加料裝置12連接的熱反應(yīng)器裝置14，和電弧放電電源16。固體碳加料裝置12由儲存固體碳物質(zhì)的進料斗20、螺旋進料機22和以預(yù)定的進料量連續(xù)供給固體碳顆粒的旋轉(zhuǎn)閥24組成。熱反應(yīng)器裝置14包括由絕熱陶瓷制成的圓筒形的外絕緣套管26，和具有圓筒形等離子體反應(yīng)室34的內(nèi)部絕緣套管32。絕緣電極支持物28通過固定螺栓30與內(nèi)部絕緣套管32的上端連接在一起。等離子體反應(yīng)器34具有由水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A形成的上游側(cè)和由合成氣產(chǎn)生區(qū)34B形成的下游側(cè)。實際上，合成氣產(chǎn)生區(qū)34B占據(jù)了等離子體反應(yīng)室34的大部分。當(dāng)固體碳顆粒供給等離子體反應(yīng)室34時，在碳物質(zhì)之間以縫隙的形式形成了許多細小的電弧通道35，通過這些細小的電弧通道35在作為等離子氣體的水蒸氣存在下由于均勻的電花產(chǎn)生了許多小的電弧此時，進料水暴露于水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A的高溫下，并轉(zhuǎn)變成水蒸氣流。水蒸氣流通過大量的細小電弧通道35流向下游側(cè)。在水蒸氣流流動期間，在電弧等離子體存在下根據(jù)下列反應(yīng)式水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)形成了含有氫氣和一氧化碳的合成氣。
(1)(2)在此，應(yīng)當(dāng)指出的是合成氣中的氫氣濃度隨著反應(yīng)溫度的提高而增加，為了有效地轉(zhuǎn)化合成氣可調(diào)節(jié)H2/CO比率至適當(dāng)?shù)闹怠?br> 絕緣電極支持物28支持著棒狀電弧放電電極36，38，40。環(huán)狀圓盤形中性電極42位于絕緣套管32的下部。中性電極42有一個錐形面42a和一個中心孔42b。裝入中性電極42并用在絕緣套管26底部形成的電極支持物78支撐和用固定螺栓80就地固定。另一方面，電極支持物28具有一個與固體碳加料裝置12連接的碳進料口50。外面的絕緣套管26的上部有一個在電弧電極36，38，40的上面區(qū)域附近形成的進料水進料口52以便將進料水引入水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A。這有利于進料水作為冷卻劑來防止電極36，38，40的溫度升得過高，并且有利于進料水有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳛榈入x子氣體的水蒸氣，以便促進在合成氣發(fā)生區(qū)35中產(chǎn)生許多電弧。內(nèi)套管32和中性電極42的外圍形成有由環(huán)狀冷卻劑通道54組成的冷卻和熱回收區(qū)63，相鄰的冷卻劑通道通過中間通道54相互連接。外絕緣套管26有一個進口74和一個出口76，該進口和出口通過冷卻劑通道54彼此連通。由螺栓80經(jīng)密封板83連接到電極支持物78上的是絕緣端板82。中性電極42和端板82分別具有同心孔42b和82a，其中過濾器84擋住了合成氣穿過其中。端板82具有一個合成氣出口86。
進口74連接到進料水管線11，出口76連接到進料水進料口52。進料水在冷卻區(qū)63預(yù)熱并從出口76排出進入進料水進料口52。然后將進料水引入水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A形成由水蒸氣組成的等離子氣體。從出口86排出的一部分合成氣通過合成氣再循環(huán)管道(未畫出)可以循環(huán)到等離子體反應(yīng)室34中，在等離子體反應(yīng)室34中水以上述化學(xué)反應(yīng)式(2)所示的方式發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng)。代號88表示密封部件。
在圖2中，電極支持物28固定地支撐交流電三相電極36，38，40，這些電極提供有來自電弧放電電源16的交流三相電力。中性電極42與三相電弧電源16的中點連接，電源16提供了輸出頻率為10-60赫茲、輸出電壓值為30-240伏特的電力。
在運行中，啟動換熱器(未畫出)以維持甲烷化反應(yīng)器MR在250-500℃。在此期間，將電弧放電電力提供給電弧等離子體反應(yīng)器APR的電弧電極，同時驅(qū)動螺旋進料機22和旋轉(zhuǎn)閥24，將固體碳物質(zhì)加到電弧等離子體反應(yīng)器APR中。然后，驅(qū)動進料水供給泵P1，將進料水從進料水進料口52供給等離子體反應(yīng)室34的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)34A，進料水經(jīng)受高溫產(chǎn)生作為等離子氣體的水蒸氣。水蒸氣流過大量的細小等離子體通道35，水蒸氣與固體碳物質(zhì)在高于1000℃的溫度下反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成H2/CO比率大于3的合成氣。合成氣在換熱器H中冷卻，然后在冷卻器C1中進一步冷卻至60-90℃。將如此冷卻的合成氣送入液/氣分離器S1，在此從合成氣中分離出水份作為冷凝水。當(dāng)冷凝水達到給定高度時，驅(qū)動泵P2將冷凝水供給進料水供給管線11與進料水混合。在電弧等離子體反應(yīng)器APR的冷卻區(qū)63預(yù)熱混合水，然后提供給進料水供給口52。另一方面，通過壓縮機CM將合成氣在大約15-50個大氣壓的壓力下加壓，并加入到甲烷化反應(yīng)器MR，該甲烷化反應(yīng)器MR保持在250-500℃的溫度下，從而按照下列反應(yīng)式將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷(3)(4)如上所述，將上述反應(yīng)式(3)和(4)得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR用于生產(chǎn)合成氣，以降低重質(zhì)烴的生產(chǎn)成本和消除環(huán)境污染。
裝在反應(yīng)器MR中的甲烷化催化劑可以是在，例如美國專利4,238,371，4,368,142，和4,774,261和日本專利臨時公開號5-184,925中公開的任何類型的催化劑。在冷卻器C2冷卻甲烷，并經(jīng)過膨脹閥V供給液/氣分離器S2，在分離器S2中冷凝水與甲烷分離，冷凝水從液/氣分離器S2的底部經(jīng)循環(huán)管線R循環(huán)到進料水供給管線11和經(jīng)循環(huán)泵P2循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR。
如上所述，通過流量控制閥CV1，CV2輸送甲烷形成甲烷和乙炔的混合物，乙炔是由乙炔反應(yīng)器AS合成的。將甲烷和乙炔的混合物引入固體過酸反應(yīng)器SC，通過反應(yīng)器SC產(chǎn)生了異丁烯。然后在低聚反應(yīng)器PC中低聚異丁烯，產(chǎn)生含有汽油沸程和噴氣燃料沸程液體燃料的重質(zhì)烴、廢氣。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了許多優(yōu)點，包括(1)可使用成本非常低的進料水和固體碳物質(zhì)作為原料，從而使重質(zhì)烴的生產(chǎn)費用明顯降低。也就是說，使用由固體碳物質(zhì)和進料水產(chǎn)生甲烷和乙炔的技術(shù)，該技術(shù)使用合成氣發(fā)生器，甲烷化反應(yīng)器和乙炔反應(yīng)器，這些反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單并具有極高的操作性能，使用該技術(shù)可使作為生產(chǎn)重質(zhì)烴的原料的甲烷和乙炔在經(jīng)濟簡化的步驟中生產(chǎn)，并且可以聯(lián)合使用固體過酸催化劑反應(yīng)器和低聚反應(yīng)器以最大的操作效率大量生產(chǎn)非常清潔(沒有硫)的重質(zhì)烴。
(2)結(jié)構(gòu)小、但具有高的操作性能的電弧等離子體反應(yīng)器的使用，能夠由低成本的固體碳物質(zhì)和進料水大量地有效生產(chǎn)合成氣，以最高的生產(chǎn)效率生產(chǎn)甲烷和乙炔，從而提高不含硫的清潔重質(zhì)烴的生產(chǎn)效率。
(3)因為碳物質(zhì)僅消耗于生產(chǎn)合成氣，而不象現(xiàn)有技術(shù)中所要求的那樣碳物質(zhì)作為燃料用于轉(zhuǎn)化爐，因此，碳物質(zhì)的利用率是非常高的，從而使清潔重質(zhì)烴的生產(chǎn)成本明顯降低。
(4)因為通過控制電弧等離子體反應(yīng)器APR的操作溫度可容易地將電弧等離子體反應(yīng)器中合成氣的H2/CO比率調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)淖罴阎担允购铣蓺馍a(chǎn)中的操作性能最佳，從而可以在操作中控制合成氣發(fā)生器以提供最佳的操作控制。
(5)雖然現(xiàn)有技術(shù)需要一個復(fù)雜的方法來間歇地將空氣提供給轉(zhuǎn)化爐來生產(chǎn)合成氣，同時要間斷合成氣制備，但是本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不需要這樣復(fù)雜的過程，從而簡化了生產(chǎn)合成氣的控制過程同時能夠明顯地減少清潔重質(zhì)烴的總生產(chǎn)成本。
(6)在現(xiàn)有技術(shù)中，因為轉(zhuǎn)化爐采用燃燒法來生產(chǎn)合成氣，因此，很難在高速反應(yīng)下根據(jù)合成氣發(fā)生器的操作條件控制轉(zhuǎn)化爐的操作溫度。相反，本發(fā)明僅僅通過改變用于電弧電極的電弧放電電源的輸出電壓，就能夠?qū)㈦娀〉入x子體反應(yīng)器準確地控制在適當(dāng)?shù)臏囟?，提供快速反?yīng)，最大效率地大量生產(chǎn)合成氣，從而以非常低的成本、最高的操作效率生產(chǎn)重質(zhì)烴。
(7)在現(xiàn)有技術(shù)中，將在合成氣生產(chǎn)和烴蒸餾步驟期間得到的冷凝水排到外面，造成環(huán)境污染。相反，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可將冷凝水作為循環(huán)水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器APR，結(jié)果使進料水的量明顯減少，同時，消除了環(huán)境污染。
(8)使用部分燃燒方法由天然氣生產(chǎn)合成氣的轉(zhuǎn)化方法中，需要花費較長的升溫時間(rise time)和較長的停工時間。相反，本發(fā)明具有通過將電力供給電弧電極即刻生產(chǎn)合成氣的能力，使合成氣發(fā)生器在操作中快速響應(yīng)開工和終上這特別有利于改善操作效率和緊急停工如地震的情況。
(9)在現(xiàn)有技術(shù)中，烴生產(chǎn)系統(tǒng)的合成氣發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)的尺寸非常大，這增加了運行費用，因此，對這種設(shè)備的金融投資要求相當(dāng)大。相反，本發(fā)明的烴生產(chǎn)系統(tǒng)的合成氣發(fā)生器的尺寸小，但是操作效率高，因此，不需要相當(dāng)大的投資。
雖然已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員都將理解，根據(jù)公開內(nèi)容的全部教導(dǎo)可以對那些細節(jié)內(nèi)容進行各種修改和替換。因此，公開的具體實施方案僅僅是說明性的，并且不限于附加的權(quán)利要求中所定義的發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種由固體碳物質(zhì)和進料水生產(chǎn)重質(zhì)烴的方法，包括步驟準備一個具有等離子反應(yīng)室和位于該反應(yīng)室中的電弧放電電極的電弧等離子體反應(yīng)器；將固體碳物質(zhì)放入反應(yīng)室，并在固體碳物質(zhì)中形成許許多多細小的電弧通道；給電弧電極分別供電以在細小的電弧通道中生產(chǎn)電弧放電等離子體；水蒸氣通過細小的電弧通道，在電弧放電等離子體存在下水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)，生成含有H2和CO的合成氣；將合成氣通入甲烷化反應(yīng)器的甲烷化催化劑中以合成甲烷；制備第一和第二甲烷物流；將第二甲烷物流轉(zhuǎn)化成乙炔物流；制備甲烷第一物流和乙炔物流的混合物；在固體過酸催化劑存在下將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)形成異丁烯；和在低聚催化劑存在下將異丁烯產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成烴類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱等離子體反應(yīng)器具有由水蒸氣產(chǎn)生區(qū)形成的上游側(cè)和由合成氣產(chǎn)生區(qū)形成的下游側(cè)，并進一步包括步驟將進料水供給電弧等離子體反應(yīng)器的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)，在其上游側(cè)形成水蒸氣；冷卻甲烷以分離出冷凝水；和循環(huán)冷凝水至水蒸氣產(chǎn)生區(qū)以轉(zhuǎn)變成水蒸氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，還包括步驟蒸餾烴以便從烴中分離出冷凝水；將蒸餾步驟得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器的水蒸氣產(chǎn)生區(qū)以產(chǎn)生水蒸氣；和在合成氣產(chǎn)生區(qū)使水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生合成氣。
4.一種重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，包括具有固體碳供給口、進料水供給口、具有合成氣出口的絕緣套管、在絕緣套管中形成的電弧等離子體室、位于電弧等離子體室中的電弧放電電極、和在電弧等離子體室中裝有的固體碳物質(zhì)中形成的許多的細小的電弧通道的電弧等離子體反應(yīng)器；通過進料水供給口將進料水供給電弧等離子體室的進料水供給泵，使進料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣；向電弧放電電極供給電能的電弧電源，以在細小的電弧通道中分別產(chǎn)生電弧放電等離子體，從而使水暴露于電弧放電等離子體中形成水蒸氣，在電弧放電等離子體存在下該水蒸氣在經(jīng)過細小的電弧通道時與固體碳物質(zhì)反應(yīng)生成含有H2和CO的合成氣；和用于將合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷的具有甲烷化催化劑的甲烷化反應(yīng)器；用于將甲烷的部分物流轉(zhuǎn)化成乙炔的乙炔合成反應(yīng)器；將甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)合成異丁烯的固體過酸催化劑反應(yīng)器；和將異丁烯低聚成重質(zhì)烴的低聚反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括與甲烷化反應(yīng)器連接的液/氣分離器裝置，用于分離甲烷和冷凝水；和用于將冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器以在那里形成合成氣的循環(huán)管線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的重質(zhì)烴生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括蒸餾烴以便從烴中分離出冷凝水的蒸餾塔；用于將蒸餾塔中得到的冷凝水循環(huán)到電弧等離子體反應(yīng)器以產(chǎn)生合成氣的循環(huán)管線。
全文摘要
公開了一種由固體碳物質(zhì)和水產(chǎn)生重質(zhì)烴的方法和系統(tǒng),包括電弧等離子體反應(yīng)器(APR),該電弧等離子體反應(yīng)器具有電弧放電電極(36,38,40)和裝在等離子反應(yīng)器中的固體碳物質(zhì)中形成的許多細小的電弧通道(35)。在等離子反應(yīng)器中將進料水轉(zhuǎn)變成水蒸氣,并將水蒸氣通入細小的電弧通道,在這些電弧通道中在電弧等離子體存在下水蒸氣與固體碳物質(zhì)反應(yīng)生成合成氣。該合成氣轉(zhuǎn)化成甲烷,一部分甲烷轉(zhuǎn)化成乙炔。在固體過酸催化劑存在下甲烷和乙炔的混合物反應(yīng)生成異丁烯,其然后在低聚反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化成重質(zhì)烴。將烴蒸餾生成汽油沸程和噴氣燃料沸程的液體燃料。
文檔編號C07C11/09GK1379004SQ0211906
公開日2002年11月13日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月29日
發(fā)明者畑中武史 申請人:畑中武史