台湾专利TW201302666A 方法

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专利摘要:
一種藉由使包含合成氣體之氣體流與微粒費希爾-特羅普希(Fischer-Tropsch)催化劑接觸來將合成氣體轉化成高碳烴的方法，該方法在具有入口及出口之管式反應器中進行，該出口位於入口下游，該反應器包含一或多個管及與該等管接觸的冷卻介質，該一或多個管具有用於該微粒催化劑的一或多個載體位於其中；其中該催化劑載體包含：容納使用中催化劑的環形容器，該容器具有界定管之有孔內壁、有孔外壁、封閉環形容器之頂面及封閉環形容器的底面；表面，其封閉由環形容器之內壁形成之該管的底部；裙套，其自環形容器之有孔外壁自該容器底面處或底面附近的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；及密封件，其位於頂面處或頂面附近且自容器延伸出延伸超出裙套外表面之距離；該方法包含：(a)經由入口引入氣體反應物；(b)使該等反應物通過該至少一個管向下傳遞至催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，在該上表面該等反應物進入由容器之內部有孔壁界定的通道中，隨後通過催化劑床朝向有孔外壁徑向傳遞；(c)允許在合成氣體接觸催化劑時發生反應；(d)使未反應之反應物及產物通過有孔外壁傳遞出容器，隨後在裙套內表面與環形容器外壁之間向上傳遞直至其到達密封件，在該密封件處其經引導越過裙套末端且引起在裙套外表面與反應器管內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞；(e)在隨後任何催化劑載體處重複步驟(b)至(d)；及(f)自出口移出產物。
公开号:TW201302666A
申请号:TW101106303
申请日:2012-02-24
公开日:2013-01-16
发明作者:Timothy Douglas Gamlin
申请人:Davy Process Techn Ltd；
IPC主号:C10G2-00

专利说明:
方法
本發明係關於一種在費希爾-特羅普希(Fischer-Tropsch)催化劑存在下將一氧化碳及氫氣(合成氣體)轉化成液態烴產物的方法。
在費希爾-特羅普希合成反應中，一氧化碳與氫氣之氣體混合物在催化劑存在下反應得到具有相對較寬分子量分佈的烴混合物。產物主要為通常鏈長超過2個碳原子(例如超過5個碳原子)之直鏈飽和烴。
能夠自合成氣體生成烴為藉由裂解石油產生烴之有吸引力的替代方案。此烴製造方法已因石油生產已努力跟上對高品質燃料之漸增需求而增加，且將因石油儲量減少且彼等儲藏物變得更加富含碳而進一步增加。
因此，需要最佳化費希爾-特羅普希法。對此已產生若干方法且該等方法一般針對反應器設計或催化劑配方。方法的主要問題之一在於反應析出之熱量極大量，例如約為製造甲醇之反應達成碳氧化物等效轉化所產生熱量的兩倍。
處理所析出之高熱量的一種方法為在固定床反應器中進行反應。在此配置中，催化劑丸粒裝載於軸向反應器管的內部。圍繞管提供冷卻介質(諸如汽化水)。隨後使反應氣體通過管，在管中其接觸催化劑且發生費希爾-特羅普希反應。析出的熱經由管壁傳遞至周圍的冷卻介質中。鑒於需要控制管內熱量，故限制管之尺寸以允許熱量易於自管中央傳遞至進行熱交換之管壁。因此，管一般具有小於約40 mm之直徑以確保所需程度之熱傳遞且防止朝向管中央定位之催化劑發生過熱及熱逸。管之尺寸較小使得此等反應器之建造成本較高。
即使在較小管尺寸下，催化劑粒子亦必須相對較小以便確保合理的混合及熱傳遞。另外，必須謹慎選擇條件(諸如表觀速度及氣體每小時空間速度)以便維持所需熱傳遞且在合理的總壓降下達成反應氣體的轉化。
對於接近尺寸上限的管，已提出使用較大催化劑粒子尺寸且併入氣體及/或液體再循環以增強管冷卻。然而，此方法具有一些缺點，此係因為在反應物及較輕產物必須行進穿過蠟的費希爾-特羅普希催化劑粒子中存在顯著的質量傳遞阻力。此引起對不想要的較輕產物的選擇性增加且在粒子中心產生另外不想要的熱量。
已提出浸漬支撐物表面之所謂「蛋殼」催化劑以求解決該等問題。然而，此等催化劑每單位反應器體積催化劑之活性較低且因此降低方法之生產力且由此降低方法的經濟性。
亦已提出降低反應氣體中一氧化碳與氫氣之比率以改良一氧化碳向催化劑粒子中央的質量傳遞。雖然此確實改良催化劑選擇性，但反應動力學減緩，由此會引起各種問題，諸如必須定期移除形成的碳化物。
另一問題在於經還原之催化劑一般不能在固定床反應器中使用，所以設備必須處於適當位置以迎合初始還原以允許催化劑在必要時再生。在一些情況下，此需要反應器容器設計條件大大超過正常操作條件，進而增加資金成本。
一種替代性方法為在鼓泡漿液反應器中進行反應。在此配置中，較小催化劑粒子(諸如150 μm或150 μm以下的催化劑粒子)懸浮於烴產物中且藉由在反應器底部注入反應氣體來攪動。氣體變得高度分散於整個反應器中，且因此理論上自氣體至催化劑的質量傳遞面積極大。另外，由於催化劑直徑較小，故催化劑粒子內之質量傳遞及熱傳遞阻力亦較低。因為催化劑表面積相對較大，所以自催化劑粒子至流體的熱傳遞較高以使粒子可維持在接近流體溫度條件下。反應中之較高熱析出可用水在其中汽化的內部或外部旋管達成。因此理論上，在鼓泡漿液反應器中進行該方法提供多種優點。
然而，實際上在鼓泡漿液反應器中可存在顯著的質量傳遞阻力使得催化劑粒子內可經歷較高水分壓。工作人員已報導諸如歸因於催化劑載體結構之水熱侵蝕的催化劑氧化及催化劑損害的問題。另外，催化劑磨耗可為顯著問題，其會導致由難以配置極小粒子與產物之適當分離引起的產物純度及催化劑損失問題。
其他鈷基費希爾-特羅普希催化劑可能易受即使極低含量之雜質(諸如硫物質)毒化。此為鼓泡漿液反應器中的特殊問題，此係因為若合成氣體包括毒物，則反應器內的所有催化劑將受毒物影響，而在固定床反應器中，最先受毒物影響的催化劑趨向於充當後續催化劑的保護床。
因此，應瞭解鼓泡漿液反應器對催化劑提供挑戰性環境，且因此難以獲得較長催化劑饋料壽命，從而引起頻繁或連續的移除廢催化劑及補給新鮮催化劑饋料，由此導致每單位催化劑的平均產量降低及系統操作成本增加。
另外，為了最佳化鼓泡漿液反應器之操作，其必須相對較高以便獲得所需程度的攪拌及質量傳遞。反應器中必須含有充足液體以容納濃度大致為20重量%至30重量%的催化劑，由此使得所含液體的量較大。當操作此等反應器時，滯留於漿液內的氣體亦相當多。此需要額外的反應器容量來容納呈氣態的漿液床。為了容納此漿液床，反應器高度一般約為60 m。該等較大反應器較重，使得其昂貴且難以部署。若廠位置不鄰近實質性水路，則該較大反應器的輸送問題就變得舉足輕重。
近年來，已提出所謂微通道反應器可用以藉由方法強化來改良費希爾-特羅普希反應系統。此方法之關鍵在於在蒸汽產生反應器的板之間的狹窄通道中進行反應。在此配置中，可獲得較高熱傳遞係數及較高單位生產力。此方法亦藉由在擴展之表面上使用高活性催化劑來使質量傳遞阻力最小。
此等微通道反應器係藉由接合板以形成冷卻介質流動的通道來製備。此等反應器必須由專家製造且必須包含在安全殼內。因此，此等配置之資金成本相當大。另一問題在於對可製造之模組單元之尺寸有限制，且反應器意外地具有較高的每生產單位比重，使其製造成本較高。
由於微通道反應器內所用催化劑需要較高比活性，故其傾向於在較高溫度下操作且產生處於烴鏈譜之低碳端的產物。
與微通道反應器有關之另一問題係關於毒化的風險，如上所指，費希爾-特羅普希催化劑尤其易受毒化。在微通道反應器中，所用催化劑之相對量較低，且因此若發生毒化，則亦將觀察到效能的明顯降低。若催化劑去活化，則開發者已說明必須將反應器模組送回工廠以移除且更換催化劑，從而導致高成本及相當長的停工時間(除非保留昂貴的反應器作為備用)。因此，微通道反應器一般僅用於小容量情況，諸如所謂「滅火(flare busting)」任務，其中效能及成本不及與不便氣體處置有關之問題。
WO 2010/069486中論述一種替代性配置，其中多個絕熱反應器串聯配置。因為所述溫度升高相當明顯，所以此配置預期不會在習知費希爾-特羅普希催化劑的情況下提供良好效能。特定言之，預期高溫將引起催化劑快速去活化。另外在合理的總體轉化率下，將預期產生較大量甲烷。
因此，應瞭解雖然進行費希爾-特羅普希反應的各種方法各提供一些優點，但其亦各具有其自身缺點。因此，仍需要提供解決先前技術配置之一或多種問題之改良的費希爾-特羅普希法。
根據本發明，提供一種藉由使包含合成氣體之氣體流與微粒費希爾-特羅普希催化劑接觸來將合成氣體轉化成高碳烴的方法，該方法在具有入口及出口之管式反應器中進行，該出口位於入口下游，該反應器包含一或多個管及與該至少一個管接觸的冷卻介質，該一或多個管具有用於該微粒催化劑的一或多個載體位於其中；其中該催化劑載體包含：容納催化劑之環形容器，該容器具有界定管之有孔內壁、有孔外壁、封閉環形容器之頂面及封閉環形容器的底面；表面，其封閉由環形容器內壁形成之該管的底部；裙套，其自環形容器之有孔外壁自該容器底面處或底面附近的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；及密封件，其位於頂面處或頂面附近且自容器延伸出延伸超出裙套外表面之距離；該方法包含：(a)經由入口引入氣體反應物；(b)使該等反應物通過該至少一個管向下傳遞至催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，在該上表面該等反應物進入由容器之內部有孔壁界定的通道中，隨後通過催化劑床朝向有孔外壁徑向傳遞；(c)允許在合成氣體接觸催化劑時發生反應；(d)使未反應之反應物及產物通過有孔外壁傳遞至容器外，隨後在裙套內表面與環形容器外壁之間向上傳遞直至其到達密封件，在該密封件處其經引導越過裙套末端且引起在裙套外表面與反應器管的內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞；(e)在隨後任何催化劑載體處重複步驟(b)至(d)；及(f)自出口移出產物。
催化劑載體詳細描述於2010年10月19日申請之PCT/GB2010/001931中，該案以引用之方式併入本文中。
為避免疑義，關於定向的任何論述(例如術語向上、下方、下及其類似術語)為便於參考係參照隨附圖式中所說明之催化劑載體的定向進行論述。然而，當管及因此催化劑載體以替代性定向使用時，該等術語應作相應理解。
催化劑容器一般將經訂定尺寸以使得其尺寸小於其所置放之反應器管之內部尺寸。密封件經訂定尺寸以使得當本發明之催化劑載體處於管內的適當位置時，其與反應器管之內壁相互作用。密封件無需完美，其限制條件為其足夠有效地引起大部分流動氣體通過載體。
一般而言，複數個催化劑載體將堆疊在反應器管內。在此配置中，反應物/產物在第一載體之裙套外表面與反應器管之內表面之間向下流動直至其接觸第二載體的上表面及密封件，且向下引導至由其環形容器的有孔內壁界定的第二載體的管中。隨後重複如上所述之流動路徑。
催化劑載體可由任何適當材料形成。該材料一般將經選擇以便能夠承受住反應器之操作條件。催化劑載體一般將由碳鋼、鋁、不鏽鋼、其他合金或任何能夠承受住反應條件之材料製造。
環形容器之壁可具有任何適當厚度。適當厚度將大致為約0.1 mm至約1.0 mm，較佳大致為約0.3 mm至約0.5 mm。
環形容器之內壁及外壁中孔之尺寸將經選擇以便允許反應物及產物均勻流經催化劑同時保持催化劑處於容器內。因此，應瞭解其尺寸將視所用催化劑粒子之尺寸而定。在一替代性配置中，孔可經訂定尺寸以使得其較大但具有覆蓋孔之濾網以確保催化劑保持在環形容器內。由此使得能夠使用較大孔，其將有助於反應物自由移動且無顯著壓力損失。
應瞭解孔可具有任何適當組態。實際上當壁被描述為有孔時，所需要的僅為存在允許反應物及產物通過壁之構件。此等構件可為具有任何組態之小孔，其可為槽，其可由金屬絲網或任何其他產生多孔或可滲透表面之構件形成。
儘管封閉環形容器之頂面一般將位於環形容器之壁或各壁的上緣，但可能需要使頂面位於上緣下方以使得外壁之一部分上緣形成唇緣。類似地，底面可位於環形容器之壁或各壁之下緣或可能需要使底面定位成其在環形容器壁之底緣上方使得壁形成唇緣。
環之底面及封閉管底部之表面可形成為單一單元或其可為連接在一起的兩個獨立部分。兩個表面可為共面的，但在一較佳配置中，其處於不同平面中。在一種配置中，封閉管底部之表面所處的平面低於環形容器之底面。由此有助於在欲使用複數個容器時使一個載體位於配置於其下方之載體上。應瞭解在一替代性配置中，封閉管底部之表面所處的平面可高於環形容器之底面。
雖然底面一般將為實心的，但其可包括一或多個排泄孔。當存在一或多個排泄孔時，其可為濾網所覆蓋。類似地，視情況用濾網覆蓋之排泄孔可存在於封閉管底部之表面中。當載體欲以非垂直定向使用時，排泄孔(若存在)將位於一替代性位置中，亦即在使用中載體中之最低點。
一或多個間隔構件可自環形容器之底面向下延伸。間隔構件或各間隔構件可作為獨立組件形成或其可由底面中之凹陷形成。當存在此等間隔構件時，其有助於為反應物及產物在第一載體之底面與使用中之第二下方載體的頂面之間流動提供暢通路徑。間隔之深度可大致為約4 mm至約15 mm或約6 mm。其他或另外，間隔構件可存在於頂面上。
封閉環形容器之頂面可在其上表面上包括用於使容器相抵於堆疊在使用中容器上方之催化劑載體定位的構件。定位容器之構件可具有任何適合之配置。在一種配置中，其包含具有孔或空隙以允許反應物進入的直立套環。
向上延伸之裙套可為平滑的或其可經成形。可使用任何適合之形狀。適合之形狀包括褶、波紋及其類似形狀。褶、波紋及其類似形狀一般將沿載體長度縱向配置。直立裙套之形狀增大裙套之表面積且有助於將催化劑載體插入反應管中，此係因為其將允許反應器管內表面上之任何表面粗糙度或欲容納之管的容許度差異之故。
當向上延伸之裙套經成形時，其一般將朝向其連接至環形容器之點變平成平滑組態以允許環形容器形成氣封。直立裙套一般將在環形容器基底處或基底附近連接至環形容器外壁。當裙套在壁底部以上之點處連接時，壁在連接點下方區域中將無孔。直立裙套可具可撓性。
直立裙套一般將在環形容器頂面下方約0.5 cm至約1.5 cm，較佳約1 cm處終止。
不希望受任何理論束縛，咸信直立裙套用以自環形容器之有孔外壁收集反應物/產物且借助於其形狀引導反應物/產物朝向催化劑載體之頂部，當反應物/產物向上移動時收集更多的離開環形容器外壁的反應物/產物。如上所述，反應物/產物隨後經引導在管壁與直立裙套外部之間向下。利用此方法，沿載體全長向下熱傳遞得以增強但由於熱交換與催化劑分離，故可使用視情況較熱或較冷之熱交換流體而無需淬滅管壁處之反應且同時確保催化劑朝向載體中央之溫度適當地得以維持。
密封件可以任何適合之方式形成。然而，其一般將具有足夠的可壓縮性以適應反應器管之最小直徑。密封件一般將為可撓的滑動密封件。在一種配置中，可使用O形環。可使用具有較高膨脹係數之可壓縮的開口環或環。密封件可由任何適合之材料形成，其限制條件為其能經受住反應條件。在一種配置中，其可為自載體延伸出的可變形凸緣。凸緣可經訂定尺寸成大於管之內徑，使得當容器插入管內時，其變形以配合於管內且與管相互作用。
在本發明中，催化劑容器外表面與管壁內表面之間的環形空隙較小，一般大致為約3 mm至約10 mm。此狹窄間隙允許達成熱傳遞係數以便可達成冷卻之排出氣與冷卻劑之間大致為約10℃至約40℃的可接受之溫差。
裙套與催化劑壁之間及裙套與管壁之間環的尺寸一般將經選擇以適應所需氣體流速同時保持較高熱傳遞及較低壓降。因此，本發明方法可另外包括選擇環之適當尺寸以滿足此等準則的步驟。
本發明方法能夠使用相對較大的反應器管。特定言之，與習知系統中所用之小於約40 mm之直徑相比，可使用直徑大致為約75 mm至約130 mm或甚至約150 mm之管。較大直徑的管將允許在直徑小於6 m且重量小於700公噸的單個反應器中獲得約10,000美油桶/日(US bbl/day)的生產能力。
如上所論述，費希爾-特羅普希反應之高度放熱性質為設計可進行反應之反應器的主要因素。在本發明方法中使用催化劑載體使包含複數個催化劑載體之管實際上變成具有中間冷卻之複數個絕熱反應器。
任何適合之催化劑均可用於本發明方法中。可使用粉末形式、泡沫形式、結構化形式或其他適合之形式。
本發明方法之一個益處在於載體允許使用較小直徑的費希爾-特羅普希催化劑，諸如直徑為約100 μm至約1 mm的催化劑。因為此等催化劑用於固定床，所以質量傳遞阻力與先前技術配置相比可大大降低。由此將引起對所需產物(尤其碳鏈長度為5及5以上的產物)之選擇性改良。
另外，由於此等較小催化劑具有較高表面積且位於反應氣體之直接流中，故其保持在與流動氣體之溫度極類似的溫度下。由此將降低副產物形成的傾向。
在一種替代性配置中，可使用整體式催化劑。在此配置中，可改變催化劑容器之結構。適用於整體式催化劑之催化劑容器之詳細細節描述於2011年4月4日申請之英國專利申請案第1105691.8號中，該案內容以引用之方式併入本文中。
因此根據本發明之第二態樣，提供一種藉由使包含合成氣體之氣體流與整體式費希爾-特羅普希催化劑接觸來將合成氣體轉化成高碳烴的方法，該方法在具有入口及出口之管式反應器中進行，該出口位於入口下游，該反應器包含一或多個管及與該等管接觸的冷卻介質，該一或多個管具有用於該整體式催化劑的一或多個載體位於其中；其中該催化劑載體包含：容納整體式催化劑之容器，該容器具有封閉容器之底面及自該容器底面向上延伸至密封件位置下方位置且與該密封件間隔的裙套，該裙套經定位以使得在整體式催化劑外表面與裙套之間存在空隙；及密封件，其位於整體式催化劑之頂面處或頂面附近且自整體式催化劑延伸出延伸超出裙套外表面之距離；該方法包含：(a)經由入口引入氣體反應物；(b)使該等反應物通過該至少一個管向下傳遞至整體式催化劑或第一整體式催化劑之上表面，在該上表面該等反應物通過整體式催化劑；(c)允許在合成氣體接觸催化劑時發生反應；(d)使未反應之反應物及產物傳遞出催化劑，隨後在裙套內表面與整體式催化劑外表面之間向上傳遞直至其到達密封件，在該密封件處其經引導越過裙套末端且引起在裙套外表面與反應器管內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞；(e)在隨後任何催化劑載體處重複步驟(b)至(d)；及(f)自出口移出產物。
在一種配置中，整體式催化劑為實心的，在該整體內實質上不存在未被催化劑佔據之空間。當整體在具有下向流之垂直反應器中使用時，反應物通過反應器管向下流動，反應物首先接觸整體式催化劑之上表面且以平行於圓柱體軸的方向流過此上表面。容器之密封件防止反應物在整體周圍流動且有助於將反應物引導至催化劑。隨後將在整體式催化劑內發生反應。隨後，產物亦將以平行於圓柱體軸之方向向下流經整體。
一旦反應物及產物到達催化劑載體之底面，其即經引導朝向載體之裙套。為促進此流動，可在載體內在底面之上表面上提供底腳以使得在使用中催化劑整體被支撐於底腳上且在催化劑整體底部與催化劑載體底面之間存在間隙。隨後，向上延伸之裙套引導反應物及產物在裙套內表面與整體式催化劑外表面之間向上直至其到達密封件之底面。隨後，其由密封件之底面引導越過裙套末端，且其隨後在裙套外表面與反應器管內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞。
在一種替代性配置中，整體式催化劑具有縱向貫通的通道。通道一般將位於整體式催化劑之中心軸上。因此當反應器管具有圓形橫截面時，此配置之整體式催化劑將具有環形橫截面。在此配置中，在使用中，在具有下向流之垂直反應器中，反應物通過反應器管向下流動且因此首先接觸整體式催化劑之上表面。密封件阻止反應物圍繞催化劑之側面通過。因為反應物流動路徑被催化劑阻止，所以其一般將採用較容易之路徑且進入整體中之通道。隨後，反應物進入環形整體式催化劑且通過催化劑朝向催化劑整體之外表面徑向傳遞。在通過催化劑整體期間發生反應。未反應之反應物及產物隨後通過其外表面流出整體式催化劑。隨後，向上延伸之裙套引導反應物及產物在裙套內表面與整體式催化劑外壁之間向上直至其到達密封件。隨後，其由密封件之底面引導越過裙套末端且在裙套外表面與反應器管內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞。
在整體式催化劑包括通道之配置中，催化劑載體可包括頂面，其將覆蓋於整體式催化劑上但保持通道不被覆蓋。此頂面用以確保反應物不自頂部進入催化劑整體而經引導至徑向流動之通道中。
以上關於第一實施例之催化劑載體之特定特徵的論述同樣適用於存在相應特徵之第二實施例的整體式催化劑的催化劑載體。
無論使用何種類型載體，在一種配置中，超過40個載體，較佳超過41個載體位於單一管內。更佳可使用約70個至約200個載體。此將使得在各階段內能夠保持大致為約10℃至約20℃之合理的溫度升高。
徑向流經管內之催化劑載體或各催化劑載體意謂氣體流動路徑長度與先前技術配置相比亦極短。在長度長達20公尺之管內以約4000之催化劑每小時空間速度可達成大致為約2公尺的總催化劑深度。較短流動路徑意謂所達成之總壓降比不使用本發明方法在軸向管中以相同催化劑將經歷之總壓降低一個數量級。
本發明方法能夠達成較小總壓降之一個優點在於可在無壓降且無在流經當前固定床系統之高流動性情況下所經歷之催化劑粉碎缺點的可能性的情況下適應具有較高表觀氣體速度之長管、含有較高量惰性物之氣體或氣體再循環。適應再循環之能力能夠在較高催化劑生產力及選擇性下達成較低單程轉化率下的總轉化率。
經還原之催化劑可反覆且可靠地還原且裝載至製造設施的載體中，且容器之其餘部分可用蠟填充。容器可以連接單元形式裝配，由此將簡化反應器之裝載且特定言之將意謂操作員不必接觸催化劑。亦簡化卸載程序，此係因為載體可容易地排出隨後進行再加工之故。
在本發明之一種配置中，複數個反應器可並聯使用。
將回收自離開反應器之流分離的液體產物流。在本發明方法中，離開反應器或各反應器之出口的未反應氣體可進一步經處理以移除熱量。所移除之熱量可經再使用及/或除去以冷卻。將回收自離開反應器之流分離的液體產物。
在一種配置中，兩個或兩個以上反應器可經定位成與位於各反應器之間以移除熱量的設施串聯流體連通。熱量可經再使用及/或除去以冷卻。在一種配置中，離開一系列互連反應器之最後階段之含有氫氣及一氧化碳的蒸汽可再循環至方法中的任何適合點。在一種配置中，其將再循環至第一反應器的入口。
在一種替代性配置中，兩個或兩個以上並聯反應器群組可串聯定位。在此配置中，並聯反應器群組與位於各群組之間以移除熱量的設施串聯連通。熱量可經再使用及/或除去以冷卻。在一種配置中，液體產物可在各階段之間移除，同時含有氫氣及一氧化碳之蒸汽傳遞至串聯的後續反應器群組。離開一系列互連反應器之最後階段之含有氫氣及一氧化碳的蒸汽可再循環至方法中的任何適合點。在一種配置中，其將再循環至第一反應器的入口。
當方法包括複數個反應階段時，富氫流可饋入第二階段及/或一或多個任何後續階段中。
可使用任何適合之反應條件。在一種配置中，反應溫度將為約190℃至約250℃。反應壓力可為約20巴至約80巴。
現將參考隨附圖式以實例描述本發明。
圖1至圖3說明本發明之催化劑載體1。載體包含具有有孔壁3、4之環形容器2。內部有孔壁3界定管5。頂面6封閉環形容器之頂部。其位於朝向環形容器2之壁3、4之頂部的點處以使得形成唇緣6。底面7封閉環形容器2之底部且表面8封閉管5之底部。表面8所處的平面低於底面7所處之平面。呈複數個凹陷形式的間隔構件9位於環形容器2之底面7上。排泄孔10、11位於底面7及表面8上。
密封件12自上表面6延伸出，且直立套環13與管5同軸設置。
波紋狀直立裙套14圍繞容器2。波紋在朝向載體1基底之區域L中變平。
本發明之催化劑載體1位於反應器管15中。圖4用箭頭示意性說明氣體流動。
當本發明之複數個催化劑載體位於反應器管15內時，其如圖6及圖7中所說明連鎖。以圖7所示之放大截面說明流動路徑上之作用。
圖8說明第二實施例之催化劑載體101。底面102封閉容器101之底部。底腳103自底面向上延伸以支撐整體式催化劑104。直立裙套105自底面102延伸出。裙套可為波紋狀的且可在朝向底面102之區域中變平。
密封件106經設置成自整體式催化劑104延伸出且與反應器管107之壁相互作用。隔板108對於密封件向上延伸。此等用以引導流動且使載體與位於該載體上方之載體的底面分離。用箭頭示意性說明氣體流動。
圖9說明本發明之替代性實施例。在此配置中，整體式催化劑104具有貫通的縱向通道109。在此配置中，可省略第一實施例之底腳。此載體之配置與第一實施例類似。然而，另外設置頂面110以覆蓋整體式催化劑之上表面。用箭頭示意性說明圖9之配置中的氣體流動。
當本發明之複數個催化劑載體位於反應器管107內時，以圖10所示之放大截面說明流動路徑上之作用。
應瞭解雖然已在特定參照在圓形橫截面管中使用之情況下描述催化劑載體，但管可具有非圓形橫截面，例如其可為板式反應器。當管具有非圓形橫截面時，載體將具有適當形狀。在此配置中，在使用環形催化劑整體的所述實施例中，應瞭解催化劑整體將不為圓形環且此術語應作相應理解。
本發明現將參照以下實例論述：實例1
目前生產中之習知固定床反應器能夠產生約5833美油桶/日之費希爾-特羅普希液體。公開揭示案指示此等反應器重1200公噸且具有7.2 m之直徑且含有超過28000個管。用於本發明方法加工源自天然氣之含有氫氣及一氧化碳的饋入氣體且直徑為5.6 m的反應器將產生約10000美油桶/日的費希爾-特羅普希液體且將含有約2300個軸向管，其各填充有約80個催化劑載體且將重約700公噸。因此將瞭解此表示每生產單位所裝配之比重較之先前技術配置改良幾乎三倍。
1‧‧‧催化劑載體
2‧‧‧環形容器
3‧‧‧有孔壁
4‧‧‧有孔壁
5‧‧‧管
6‧‧‧頂面/唇緣/上表面
7‧‧‧底面
8‧‧‧表面
9‧‧‧間隔構件
10‧‧‧排泄孔
11‧‧‧排泄孔
12‧‧‧密封件
13‧‧‧直立套環
14‧‧‧波紋狀直立裙套
15‧‧‧反應器管
101‧‧‧催化劑載體/容器
102‧‧‧底面
103‧‧‧底腳
104‧‧‧整體式催化劑
105‧‧‧直立裙套
106‧‧‧密封件
107‧‧‧反應器管
108‧‧‧隔板
109‧‧‧縱向通道
110‧‧‧頂面
L‧‧‧區域
圖1為本發明之催化劑載體的俯視透視圖；圖2為催化劑載體之仰視透視圖；圖3為部分橫截面的側視圖；圖4為本發明之催化劑載體的簡化圖；圖5為本發明之載體位於管內時的仰視示意圖；圖6為位於一個管內的三個催化劑載體的示意性橫截面；圖7為圖6之A部分的放大橫截面；圖8為本發明之替代性實施例之示意圖，其說明流動路徑；圖9為本發明之第三實施例之示意圖，其說明流動路徑；及圖10為兩個堆疊的圖9中所說明類型之載體之間的流動路徑的示意圖。
1‧‧‧催化劑載體
5‧‧‧管
6‧‧‧頂面/唇緣/上表面
12‧‧‧密封件
13‧‧‧直立套環
14‧‧‧波紋狀直立裙套
L‧‧‧區域

权利要求:
Claims (24)
[1] 一種藉由使包含合成氣體之氣體流與微粒費希爾-特羅普希(Fischer-Tropsch)催化劑接觸來將合成氣體轉化成高碳烴的方法，該方法係在具有入口及出口之管式反應器中進行，該出口係位於該入口下游，該反應器包含一或多個管及與該等管接觸的冷卻介質，該一或多個管具有用於該微粒催化劑的一或多個載體位於其中；其中該催化劑載體包含：容納使用中催化劑的環形容器，該容器具有界定管之有孔內壁、有孔外壁、封閉該環形容器之頂面及封閉該環形容器的底面；表面，其封閉由該環形容器之該內壁形成之該管的底部；裙套，其自該環形容器之該有孔外壁自該容器之該底面處或該底面附近的位置向上延伸至密封件位置下方的位置；及密封件，其位於該頂面處或該頂面附近且自該容器延伸出延伸超出該裙套外表面之距離；該方法包含：(a)經由該入口引入該等氣體反應物；(b)使該等反應物通過該至少一個管向下傳遞至該催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，在該上表面該等反應物進入由該容器之內部有孔壁界定的通道中，隨後通過該催化劑床朝向該有孔外壁徑向傳遞；(c)允許在該合成氣體接觸該催化劑時發生反應；(d)使未反應之反應物及產物通過該有孔外壁傳遞出該容器，隨後在該裙套之內表面與該環形容器之外壁之間向上傳遞直至其到達該密封件，在該密封件處其經引導越過該裙套之末端且引起在該裙套之外表面與該反應器管之內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞；(e)在隨後任何催化劑載體處重複步驟(b)至(d)；及(f)自該出口移出產物。
[2] 如請求項1之方法，其中該等催化劑粒子具有約100 μm至約1 mm的直徑。
[3] 一種藉由使包含合成氣體之氣體流與整體式費希爾-特羅普希催化劑接觸來將合成氣體轉化成高碳烴的方法，該方法係在具有入口及出口之管式反應器中進行，該出口係位於該入口下游，該反應器包含一或多個管與該等管接觸的冷卻介質，該一或多個管具有用於該整體式催化劑的一或多個載體位於其中；其中該催化劑載體包含：容納該整體式催化劑之容器，該容器具有封閉該容器之底面及自該容器之該底面向上延伸至密封件位置下方的位置且與該密封件間隔的裙套，該裙套經定位以使得在該整體式催化劑之外表面與該裙套之間存在空隙；及密封件，其位於該整體式催化劑之頂面處或頂面附近且自該整體式催化劑延伸出延伸超出該裙套之外表面之距離；該方法包含：(a)經由該入口引入該等氣體反應物；(b)使該等反應物通過該至少一個管向下傳遞至該整體式催化劑或第一整體式催化劑之上表面，在該上表面該等反應物通過該整體式催化劑；(c)允許在該合成氣體接觸該催化劑時發生反應；(d)使未反應之反應物及產物傳遞出該催化劑，隨後在該裙套之內表面與該整體式催化劑之外表面之間向上傳遞直至其到達該密封件，在該密封件處其經引導越過該裙套之末端且引起在該裙套之外表面與該反應器管之內表面之間向下流動，其中發生熱傳遞；(e)在隨後任何催化劑載體處重複步驟(b)至(d)；及(f)自該出口移出產物。
[4] 如請求項1至3中任一項之方法，其中複數個催化劑載體堆疊於該反應器管內。
[5] 如請求項1至3中任一項之方法，其中該催化劑容器之該外表面與該管壁之該內表面之間的該環形空隙經選擇以適應所需氣體流速同時保持高熱傳遞及低壓降。
[6] 如請求項1至3中任一項之方法，其中該催化劑容器之該外表面與該管壁之該內表面之間的該環形空隙大致為約3 mm至約10 mm。
[7] 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等管具有約75 mm至約150 mm的直徑。
[8] 如請求項1至3中任一項之方法，其中超過41個載體位於單一管內。
[9] 如請求項1至3中任一項之方法，其中約70至約200個載體位於單一管內。
[10] 如請求項1至3中任一項之方法，其中複數個反應器並聯使用。
[11] 如請求項1至3中任一項之方法，其中離開該反應器或各反應器之出口的未反應之氣體經處理以移除熱量。
[12] 如請求項11之方法，其中該移除之未反應之氣體經再使用。
[13] 如請求項1至3中任一項之方法，其中兩個或兩個以上反應器串聯定位。
[14] 如請求項13之方法，其中該等串聯定位之反應器係與位於各反應器之間以移除熱量的設施流體連通。
[15] 如請求項13之方法，其中離開該一系列互連反應器之最後階段之含有氫氣及一氧化碳的蒸汽經再循環至該方法中的任何適合點。
[16] 如請求項15之方法，其中離開該一系列互連反應器之最後階段之含有氫氣及一氧化碳的蒸汽經再循環至該第一反應器。
[17] 如請求項9之方法，其中並聯反應器群組係與位於各群組之間以移除熱量的設施串聯連通。
[18] 如請求項13之方法，其中該熱量經再使用及/或除去以冷卻。
[19] 如請求項17之方法，其中液體產物在各並聯反應器群組之間移除，同時含有氫氣及一氧化碳之蒸汽經傳遞至串聯的後續反應群組。
[20] 如請求項19之方法，其中離開一系列互連反應器之最後階段之含有氫氣及一氧化碳之蒸汽經再循環至該方法中的任何適合點。
[21] 如請求項20之方法，其中該流再循環至該第一反應器之該入口。
[22] 如請求項9中任一項之方法，其中將富氫流饋入第二反應器及/或一或多個任何後續反應器中。
[23] 如請求項1至3中任一項之方法，其中該反應溫度為約190℃至約250℃。
[24] 如請求項1至3中任一項之方法，其中該反應壓力為約20巴至約80巴。

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