CN102985176A - 径向反应器的Fischer-Tropsch方法 - Google Patents

Abstract

通过使包含合成气的气体流与特定Fischer-Tropsch催化剂接触而将合成气转化为高级烃的方法，所述方法在具有入口和出口的管形反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其中的一个或多个用于特定催化剂的载体；其中所述催化剂载体包括：用于在使用中容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；闭合所述管的底部的表面，所述管由所述环形容器的内壁形成；裙缘，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封垫位置的位置；以及密封垫，其位于或邻近所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙缘的外表面；所述方法包括：(a)引导所述气体反应物经过所述入口；(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管达到所述催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，其中它们进入由所述容器的穿孔内壁界定的通道，然后放射状地经过催化剂床朝向所述穿孔外壁；(c)当所述合成气体接触所述催化剂时，使反应发生；(d)使未反应的反应物和产物通过所述穿孔外壁离开所述容器，然后在所述裙缘的内表面和所述环形容器的外壁之间向上，直至它们达到所述密封垫，其中它们被引导在所述裙缘的末端上并导致在所述裙缘的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；(e)在任意的随后催化剂载体重复步骤(b)至(d)；以及(f)从所述出口除去产物。

Description

径向反应器的Fischer-Tropsch方法

本发明涉及在Fischer-Tropsch催化剂的存在下，将一氧化碳和氢气(合成气)转化为液体烃产物的方法。

在Fischer-Tropsch合成反应中，一氧化碳和氢气的气态混合物在催化剂存在下反应以产生具有相对广的分子量分布的烃混合物。该产物主要为直连、饱和烃，其通常具有大于2个碳原子、例如大于5个碳原子的链长度。

从合成气形成烃的能力是通过裂解油制备烃的引人关注的替代方案。烃制备的这种方法已经增加，因为油制备已努力跟上增加的对高品质燃料的需求，并且这种方法将进一步增加，因为油储量变小并且那些储量变得更富含碳。

因此，期望使Fischer-Tropsch过程最优化。已经进行了用于其的几个方法，并且这些通常涉及反应器设计或催化剂配制。与该方法相关的主要问题之一在于由反应逸出的热非常大，例如对于氧化碳的相当转化，其为制备甲醇的反应所产生的约两倍。

处理高逸出热的一个方法是在固定床反应器中进行反应。在该布置中，催化剂颗粒位于轴向反应器的管内。在管周围供给冷却介质，例如汽化的水。然后，反应物气体经过管，其中它们接触催化剂并发生Fischer-Tropsch反应。逸出热通过管壁传递至周围的冷却介质。根据在管内控制热的需求，限制管尺寸以使热易于从管中心到发生热交换的壁。因此，通常管具有小于约40mm的直径以确保热传递的所需水平并且防止位于管中心的催化剂过热并发生热散逸。管的小尺寸造成这些反应器结构的高成本。

即使在小管尺寸下，催化剂颗粒必须相对小，从而确保合理的混合和热传递。此外，必须进行对诸如表面速度和气时空速的条件的仔细选择，从而保持所需热传递并在合理的总压力下降下管理反应物气体的转化。

对于接近尺寸上线的管，已提议使用更大的催化剂粒径，并且并入气体和/或液体再循环以增加管冷却。然而，该方法具有一些缺点，因为在Fischer-Tropsch催化剂颗粒中存在显著的质量传递阻力，其中反应物和轻质产物必须经过蜡。这导致对不期望的轻质产物的选择性增加，并在颗粒中心产生其它的不期望的热。

在解决这些问题的尝试中，已提议所谓的“蛋壳”催化剂，其中浸渍载体的表面。然而，这些催化剂提供了每单位体积的反应器的更低活性的催化剂，因此降低了方法的产率和经济性。

还提议降低反应物气体中的一氧化碳与氢气的比，从而改善一氧化碳到催化剂颗粒中心的质量传递。尽管这改善了催化剂选择性，但减缓了反应动力学，其能导致各种问题，例如碳化物形成，其必须定期被除去。

其它问题在于还原的催化剂通常不能用于固定床反应器，所以设备必须位于适当位置以满足初始还原，从而若需要，允许催化剂的再生。在一些情况下，这需要反应器装置设计条件远大于正常操作的条件，由此增加资金成本。

可替代的方法是在鼓泡浆态反应器中进行反应。在该布置中，将小催化剂颗粒，例如150μm或更小的那些，悬浮在烃产物中，并且通过在反应器底部注入反应气体来搅动。气体在整个反应器中高度分散，因此，在理论上，从气体到催化剂的质量传递面积非常大。此外，因为催化剂直径非常低，催化剂颗粒内的质量传递和热传递阻力同样非常低。因为催化剂表面积相对大，所以从催化剂颗粒到流体的热传递非常高，以便颗粒能维持在接近流体温度的条件下。能使用其中蒸发水的内部或外部箔来管理反应中的高放热。因此，在理论上，在鼓泡浆态反应器中进行该方法提供了各种优势。

然而，在实践中，在鼓泡浆态反应器中能存在显著的质量传递阻力，以使在催化剂颗粒内部经历高的水分压。工作人员已经报告诸如催化剂氧化和催化剂损坏的问题，这是由于催化剂载体结构的热液攻击。此外，催化剂损耗可能为显著的问题，其能导致产物纯度和催化剂损失问题，使非常小的颗粒与产物充分分离的难度将导致上述问题。

此外，基于钴的Fischer-Tropsch催化剂可能易受到由甚至非常低水平的诸如硫物质的杂质的中毒影响。这是鼓泡浆态反应器中的特殊问题，因为，如果合成气包括毒物，则所有反应器内的催化剂将暴露于毒物，反之在固定床反应器中，要暴露于毒物的第一催化剂趋于起到后续催化剂的保护床的作用。

因此，应理解，鼓泡浆态反应器对催化剂提供了挑战性的环境，因此长的催化剂进料寿命难以实现，导致频繁或连续的除去废催化剂并由新催化剂进料替换，这导致每单位催化剂的降低的平均产量以及增加操作系统的成本。

此外，为了使鼓泡浆态体反应器操作最优化，其必须相对高，从而实现搅动和质量传递的所需水平。在反应器中必须包括充足的液体，从而以20％至30％重量比的浓度来容纳催化剂，这导致大体积的包含液体。当操作这些反应器时，在浆体内保持的气体也是大量的。这需要额外反应器容量以容纳加气状态的浆体床。为了容纳上述情况，反应器通常为约60m高。这类大反应器是沉重的，这使得它们昂贵并难以布置。如果设备位置不接近大的水道，则这类大反应器的传递问题变得至关重要。

最近，已建议能使用所谓的微通道反应器以通过过程强化来改善Fischer-Tropsch反应系统。该方法的关键在于在产生蒸汽的反应器的板之间的窄通道中进行反应。在该布置中，能实现高的热传递系数和高的比产率。该方法还能通过在延伸表面上使用高活性催化剂而使质量传递阻力最小化。

这些微通道反应器能由连接板制备以形成冷却介质流的通路。这些反应器必须由专业人员制备，并且必须包含在保护壳中。因此，这些布置的资金成本是大的。另外的问题在于存在对制备模块单元的尺寸的限制，并且反应器出人意外地具有每单位产量的高比重，使得它们制备昂贵。

当在微通道反应器中使用的催化剂需要高比活性时，它们趋于在更高的温度下操作并产生在烃链谱的更轻质端的产物。

与微通道反应器相关的其它问题涉及中毒的危险，如上所述，Fischer-Tropsch催化剂特别易受到中毒的影响。在微通道反应器中，使用的催化剂的相对量为低的，因此，如果发生中毒，还能观察到性能的显著降低。如果催化剂变得失活，则开发者已阐明必须将反应器模块返回工厂以使催化剂移除并替换，导致高成本和显著的停工时间，除非保留高成本反应器作为备件。因此，微通道反应器通常仅用于小容量的情况，例如，所谓的“耀斑爆发(flare busting)”情况，其中与排出不合适的气体相关的问题相比，其性能和成本更低。

可替代的布置在WO 2010/069486中讨论，其中许多绝热反应器串联布置。因为描述的温度升高是大的，所以该布置不能预期使用常规Fischer-Tropsch催化剂实现良好的性能。特别地，高温预期导致迅速的催化剂失活。此外，在合理的总转化下，能预期高的甲烷制备。

因此，应理解，尽管各种进行Fischer-Tropsch反应的方法各自提供了一些优势，但是它们同样各自具有本身的缺点。因此，还需要提供改善的Fischer-Tropsch方法，其解决了现有技术布置的问题中的一个或多个。

根据本发明，提供了通过使包含合成气的气体流与特定Fischer-Tropsch催化剂接触而将合成气转化为高级烃的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述至少一个管接触的冷却介质，所述管具有位于其中的一个或多个用于特定催化剂的载体；

其中所述催化剂载体包括：

容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；

闭合所述管底部的表面，所述管由所述环形容器的内壁形成；

裙缘，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封垫位置的位置；以及

密封垫，其位于或邻近所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙缘的外表面；所述方法包括：

(a)引导所述气体反应物经过所述入口；

(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管至所述催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，其中它们进入由容器内穿孔壁界定的通道，然后放射状地经过催化剂床朝向穿孔外壁；

(c)当合成气体接触催化剂时，使反应发生；

(d)使未反应的反应物和产物通过所述穿孔外壁离开所述容器，然后它们在所述裙缘的内表面和所述环形容器的外壁间向上直至达到所述密封垫，其中它们被引导在所述裙缘的末端上并导致在所述裙缘的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；

(e)在任意的随后催化剂载体重复步骤(b)至(d)；以及

(f)从所述出口除去产物。

催化剂载体在2010年10月19日提交的PCT/GB2010/001931中详细描述，其通过参考并入本文。

为了避免疑问，任何方向的讨论，出于易于参考的目的，例如诸如向上、下面和较低等的术语相对于催化剂载体的方向来讨论，如附图所示。然而，当以其它方向使用管以及催化剂载体时，术语应相应地解释。

通常改变催化剂容器的大小，以便其具有比其所放置的反应器管的内尺寸更小的尺寸。改变密封垫的大小，以便当本发明的催化剂载体位于所述管内时，所述密封垫与反应器管的内壁相互作用。密封垫不需要完全精确的，只要其足以有效导致大部分的流动气体经过载体。

通常，多个催化剂载体将叠堆在反应器管内。在该布置中，反应物/产物在第一载体的裙缘外表面和反应器管的内表面之间向下流动，直至它们接触第二载体的上表面和密封垫，并且它们被向下引导进入由环形容器的穿孔内壁界定的第二载体的管。然后，重复上述流动途径。

催化剂载体可以由任何合适的材料组成。通常选择这类材料以经受反应器的操作条件。通常，催化剂载体由碳钢、铝、不锈钢、其它合金或任何能经受反应条件的材料制成。

环形容器的壁能具有任何合适的厚度。合适的厚度为约0.1mm至约1.0mm，优选为约0.3mm至约0.5mm。

选择环形容器内壁和外壁的穿孔尺寸，从而例如使反应物和产物的均匀流经过催化剂，同时将催化剂保持在容器内。因此，应理解它们的尺寸将取决于使用的催化剂颗粒的尺寸。在可替代的布置中，可改变穿孔的大小，以使它们更大，但具有覆盖穿孔的滤网以确保将催化剂保持在环形容器内。这能使用更大的穿孔，其将有利于反应物的自由移动而没有显著的压力损失。

应理解，穿孔可以具有任何适当的结构。实际上，当将壁描述为有孔时，所需要的是存在使反应物和产物通过所述壁的装置。这些可以为任何结构的小孔，它们可以为狭槽，它们可以由金属线网或由任何其他产生孔或可渗透表面的装置形成。

尽管闭合环形容器的顶表面通常位于环形容器的壁或各个壁的上边缘，但可以期望使顶表面位于上边缘以下，以便一部分的外壁的上边缘形成唇缘。同样，底表面可以位于环形容器的壁或各个壁的下边缘，或者可以期望放置底表面以便其在环形容器壁的底边缘之上，以便所述壁形成唇缘。

环形的底表面和闭合管底部的表面可以形成为单独的单元，或它们可以为连接在一起的两个单独的片。两个表面可以为共面的，并且在优选的布置中，它们在不同平面。在一个布置中，闭合管底部的表面位于比环形容器底表面更低的面。当要使用多个容器时，这用于辅助使一个载体位于布置在其下面的载体上。应理解，在可替代的布置中，闭合管底部的表面可以位于比环形容器的底表面更高的平面。

同时，底表面通常为固体，其可以包括一个或多个排水孔。当存在一个或多个排水孔时，它们可以由滤网来覆盖。同样，任选覆盖有过滤网的排水孔可以存在于闭合管底部的表面中。当以非水平方向使用载体时，若存在，则排水孔将位于可替代的位置，即，为在使用时的载体的最低点的位置。

一个或多个隔板装置可以从环形容器的底表面向下延伸。该隔板装置或每个隔板装置可以形成为单独的部件，或它们可以通过压入底表面而形成。当这些隔板装置存在时，在使用中，它们有助于为在第一载体的底表面和第二更低载体的顶表面之间流动的反应物和产物提供无阻碍的途径。隔板的深度可以为约4mm至约15mm，或约6mm。或者或另外，隔板装置可以存在于顶表面上。

闭合环形容器的顶表面可以包括在其上表面的装置，从而在使用中，将容器与在该容器上叠堆的催化剂载体相对地放置。该放置容器的装置可以具有任意合适的布置。在一个布置中，其包括直立的卡圈，所述卡圈具有开口或在其中的空间以使反应物进入。

向上延伸的裙缘可以为平滑的，或其可以具有形状。可以使用任何适当的形状。适当的形状包括褶裥、皱折等。通常沿载体长度纵向布置褶裥、皱折等。直立裙缘的形状增加了裙缘的表面积并有助于将催化剂载体插入反应管中，因为其允许在反应器管的内表面上的任何表面粗糙度或在待容纳的管中的公差差异。

当向上延伸的裙缘有形状时，通常使其平整地为朝向其与环形容器的接触点的平滑结构，从而使用环形容器形成气体密封。直立的裙缘通常在环形容器的基底或其基底周围与其外壁连接。当裙缘在壁底部之上的点连接时，壁在连接点以下的区域中不存在穿孔。直立的裙缘可以为柔性的。

通常，直立的裙缘将在离环形容器的顶表面约0.5cm至约1.5cm，优选约1·cm处停止。

不期望受任何理论的限制，应认为直立的裙缘用于将来自环形容器的穿孔外壁的反应物/产物聚在一起，并随着它们向上移动，通过形状引导它们朝向催化剂载体的顶部，所述催化剂载体收集更多的从环形容器外壁排出的反应物/产物。如上所述，然后，引导反应物/产物在管壁和直立裙缘外部之间向下。通过该方法，热传递沿着载体的整个长度向下增强，但是当热交换与催化剂分离时，能使用适当的更热或更冷的热交换流体，而不用在管壁处淬灭反应，并且同时确保适当地保持朝向载体中心的催化剂温度。

能以任何合适的方式形成密封垫。然而，其通常为充足可压缩的，从而容纳更小直径的反应管。密封垫通常为柔性的滑动密封垫。在一个布置中，可以使用O形环。可以使用可压缩的开口环或具有高膨胀系数的环。密封垫可由任何合适的材料形成，条件是其能经受反应条件。在一个布置中，其可为从载体延伸的可变形法兰。可以改变法兰的大小以大于管的内直径，以便当容器插入管中时，使其变形以适应内部并与管相互作用。

在本发明中，在催化剂容器的外表面和管壁的内表面之间的环形空间为小的，通常为约3mm至约10mm。该窄的间隙允许实现热传递系数，以便实现在冷却的排出气体和冷却剂之间的可接受的温差为约10°C至约40°C。

通常选择在裙缘和催化剂壁以及裙缘和管壁之间的环形尺寸，以适应所需的气体流速，同时保持高的热传递和低的压力下降。因此，本发明的过程可以额外地包括选择适当的环形尺寸以满足这些条件的步骤。

本发明的方法能够使用相对大的反应器管。特别地，相对于常规系统中使用的小于约40mm的直径，能使用约75mm至约130mm，甚至约150mm直径的管。更大直径的管将允许在直径小于6m且重量小于700吨的单个反应器中实现10,000US bbl/天的能力。

如上所述，Fischer-Tropsch反应的高度放热性质是实施反应的反应器设计中的重要因素。在本发明方法中的催化剂载体的使用使得包含多个催化剂载体的管有效地变为多个具有内部冷却的绝热反应器。

任何适当的催化剂可用于本发明的方法。可以使用粉状、泡沫状、有结构的、或其它合适的形式。

本发明方法的一个益处在于载体允许使用小直径的Fischer-Tropsch催化剂布置，例如具有约100μm至约1mm直径的那些。因为这些在固定床中使用，所以与现有技术布置相比，质量传递阻力能显著降低。这将导致对所需产品、特别是具有大于或等于五个碳链长度的那些产物的改善的选择性。

此外，因为这些小催化剂具有高表面积且位于反应气体的顺流中，所以将它们维持在与流动气体非常类似的温度下。这能降低副产物形成的趋势。

在一个可替代的布置中，可以使用整体式催化剂。在该布置中，可以修饰催化剂容器的结构。适于与整体式催化剂一起使用的催化剂容器的全部细节在2011年4月4号提交的第1105691.8号GB专利申请中描述，该申请的内容通过引用并入本文。

因此，根据本发明的第二方面，提供了通过使包含合成气的气体流与整体式Fischer-Tropsch催化剂接触而将合成气转化为高级烃的方法，所述方法在具有入口和出口的管形反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其中的一个或多个用于所述整体式催化剂的载体；

其中所述催化剂载体包括：

容纳所述整体式催化剂的容器，所述容器具有闭合所述容器的底表面和从所述容器底表面向上延伸至低于密封垫位置并与其隔开的裙缘，定位所述裙缘以便在所述整体式催化剂的外表面和所述裙缘之间存在空间；以及

密封垫，其位于或邻近所述整体式催化剂的顶表面并从所述整体式催化剂延伸一定距离，其延伸超过所述裙缘的外表面，所述方法包括：

(a)引导所述气体反应物经过入口；

(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管至整体式催化剂或第一整体式催化剂的上表面，其中它们经过所述整体式催化剂；

(c)当合成气体接触催化剂时，使反应发生；

(d)使未反应的反应物和产物离开催化剂，然后它们在裙缘的内表面和整体式催化剂的外表面之间向上直至达到密封垫，其中它们被引导在裙缘的末端上并导致在所述裙缘的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动；

(e)在任意的随后催化剂载体重复步骤(b)至(d)；以及

(f)从所述出口除去产物。

在一个布置中，整体式催化剂为固体，因为在催化剂未占据的整块(monolith)内基本没有空间。当整块在使用时位于垂直反应器并具有向下流动时，反应物向下流动经过反应器管，反应物首先接触整体式催化剂的上表面并以与圆柱轴平行的方向从其流过。容器的密封垫防止反应物在整块周围流动并有助于将反应物引导进入催化剂。然后，在整体式催化剂内发生反应。然后产物将以与圆柱轴平行的方向而向下流经整块。

一旦反应物和产物达到催化剂载体的底表面，它们被引导朝向载体的裙缘。为了促进该流动，在该载体内，在底表面的上面上可以提供底座，以便在使用中，将催化剂整块支撑在底座上，并且在催化剂整块的底部和催化剂载体的底表面之间存在缝隙。然后，向上延伸的裙缘向上引导在裙缘内表面和整体式催化剂的外表面之间的反应物和产物，直至它们到达密封垫的下侧。然后，将它们通过密封垫的下侧而被引导至裙缘末端上，然后它们在裙缘外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动。

在一个可替代的布置中，整体式催化剂具有经过其而纵向延伸的通道。通常，通道位于整体式催化剂的中轴上。因此，当催化剂管为圆形截面时，该布置的整体式催化剂将具有环形横截面。在该布置中，在使用时，在具有向下流动的垂直反应器中，反应物向下流经反应器管，并由此首先接触整体式催化剂的上表面。密封垫阻断在催化剂侧面周围的反应物通路。因为由催化剂阻碍反应物流的路径，所以其通常占据更容易的路径并进入整块的通道。然后，反应物进入环形整体式催化剂，并放射状地经过催化剂，朝向催化剂整块的外表面。在通过催化剂整块的通路时，发生反应。然后，未反应的反应物和产物通过整体式催化剂外表面而从其流出。然后，向上延伸的裙缘向上引导在裙缘内表面和整体式催化剂外壁之间的反应物和产物，直至它们到达密封垫。然后，将它们通过密封垫的下侧而引导至裙缘末端上，并且在裙缘外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动。

在其中整体式催化剂包括通道的布置中，催化剂载体可以包括延伸至整体式催化剂之上但通道未受覆盖的顶表面。该顶表面用于确保反应物不从顶部进入催化剂整块，但反应物被引导进入通道以用于放射状流动。

上述关于第一实施方案的催化剂载体具体特征的讨论同样用于在存在相关特征的情况下的第二实施方案的用于整体式催化剂的催化剂载体。

无论使用何种类型的载体，在一个布置中，大于40个载体，优选大于41个载体位于单个管内。更优选地，可以使用约70个至约200个载体。这能使保持在每个阶段内的合理的温度升高约10°C至约20°C。

当与现有技术布置相比时，通过管内催化剂载体或每个催化剂载体的径向流意味着气体流动途径长度同样非常低。在约4000的催化剂时空速度下，在长度高达20米的管内，可以实现约2米的总催化剂深度。低的流动途径意味着实现的总压力下降与在未使用本发明方法的轴向管中使用相同催化剂所实现的相比为更低的数量级。

通过本发明方法能实现低的总压力下降的一个优势在于可以容纳具有高表面气体速度、包含高质量惰性气体或气体再循环的长管，而没有通过现有技术固定床系统的高流动实现的压力下降和催化剂破碎可能性的缺点。容纳再循环的能力将能够在高催化剂产率和选择性下实现较低单程转化的总转化。

还原的催化剂可以重复且可靠地还原并装载入制备设施的载体，并且容器的其余部分能装有蜡。在连接单元中组装容器，所述连接单元能简化反应器的装载并且特别地，意味着操作者不需要与催化剂接触。同样简化卸载过程，因为在进行再加工之前可以容易地卸下载体。

在本发明的一个布置中，可以并联使用多个反应器。

将回收与排除反应器的流分离的液体产物流。在本发明的方法中，反应器或每个反应器的出口排出的未反应气体被进一步处理以除去热。除去的热可以再利用和/或排出以冷却。将回收与反应器排出的流分离的液体产物。

在一个布置中，可以串联放置两个或多个反应器以与位于各个反应器之间的设施的流体连通，从而除去热。热可以再利用和/或排出以冷却。在一个布置中，从一系列互连反应器的最后阶段排出的包含氢气和一氧化碳的蒸汽可以再循环至所述方法的任意适当的点。在一个布置中，其被再循环至第一反应器的入口。

在一个可替代的布置中，两组或多组并联反应器能串联地放置。在该布置中，并联反应器组与位于各个组之间的设施串联连通以除去热。热可以再利用和/或排出以冷却。在一个布置中，在各个阶段间除去流体产物，同时含氢气和一氧化碳的蒸汽以串联方式经过随后的反应器组。从一系列互连反应器的最后阶段排出的含氢气和一氧化碳的蒸汽可以再循环至所述方法的任意适当的点。在一个布置中，其被再循环至第一反应器的入口。

当方法包括多个反应阶段时，可以将富集氢气的流供给至第二阶段和/或一个或多个随后的任意阶段。

可以使用任何适当的反应条件。在一个布置中，反应温度为约190°C至约250°C。反应压力可以为约20bara至约80bara。

现通过实例，参考附图来描述本发明，其中：

图1是本发明催化剂载体的俯视透视图；

图2是催化剂载体仰视透视图；

图3是侧视的部分横截面；

图4是本发明催化剂载体的简图；

图5是当位于管内时本发明载体的仰视示意图；

图6是位于管内的三个催化剂载体的横截面示意图；

图7是图6部分A的放大的横截面；

图8为本发明的可替代的实施方案的示意图，示出流动途径；

图9为本发明的第三实施方案的示意图，示出流动途径；以及

图10是在图9所示类型的两个叠堆载体间的流动途径的示意图。

在图1至3中示出本发明催化剂载体1。载体包括具有穿孔壁3、4的环形容器2。穿孔内壁3界定了管5。顶表面6在顶部闭合环形容器。其位于朝向环形容器2的壁3、4的点，以便形成唇缘6。底表面7闭合环形容器2的底部，并且表面8闭合管5的底部。表面8位于比底表面7更低的平面。多个压块(depression)9形式的隔板装置位于环形容器2的底表面7上。排水孔10、11位于底表面7和表面8上。

密封垫12从上表面6延伸，并且提供与管5共轴的直立卡圈13。

皱折直立裙缘14在容器2周围。皱折在朝向载体1基底的区域L变平。

本发明的催化剂载体1位于反应器管15中。通过箭头在图4中示例性地示出气体的流动。

当多个本发明的催化剂载体位于催化剂管15内时，它们互锁，如图6和7中所示。对流动途径的影响在图7所示的放大部分中示出。

在图8中示出第二实施方案的催化剂载体101。底表面102闭合容器101的底部。底座103从底表面向上延伸以支持整体式催化剂104。直立的裙缘105从底表面102延伸。裙缘可以为皱折的，并且在朝向底表面103的区域中变平。

提供密封垫106以从整体式催化剂104延伸并与反应器管107的壁相互作用。挡板108对于密封垫向上延伸。这些均用于引导流动并使载体与位于该载体上的载体底表面分离。由箭头示例性地示出气体流动。

本发明的可替代的实施方案在图9中示出。在该布置中，整体式催化剂104具有经其通过的纵向通道109。在该布置中，可以省略第一实施方案的底座。该载体与第一实施方案的布置类似。然而，此外，提供了顶表面110以覆盖整体式催化剂的上表面。通过箭头示例性地示出图9的布置中的气体流动。

当多个本发明的催化剂载体位于催化剂管107内时，对流动途径的影响在图10所示的放大部分中示出。

应理解，尽管特别参考在环形横截面管中的用途而描述了催化剂载体，但管可以具有非环状横截面，例如，其可以为板状反应器。当管具有非环状横截面时，载体将具有合适的形状。在该布置中，在其中使用环形整块所描述的实施方案中，应理解所述整块将不为环形环，并且该术语应当适当地解释。

参考下列实施例来讨论本发明：

实施例1

在制备中现有的常规固定床反应器能制备约5833US桶/天的Fischer-Tropsch液体。公开文献指出这些反应器重1200吨并且具有7.2m的直径并且包括超过28000个管。用于本发明方法的、加工来自天然气的含氢气和一氧化碳的进料气体的、具有5.6m直径的反应器将产生约10000US桶/天的Fischer-Tropsch液体，并且包括约2300个轴向管并重约700吨，每个所述轴向管填充有约80个催化剂载体。因此，应理解，这表示与现有技术布置相比，在每单位产量设置的比重量方面提高了大约三分之一。

Claims (24)

1.通过使包含合成气的气体流与特定Fischer-Tropsch催化剂接触而将合成气转化为高级烃的方法，所述方法在具有入口和出口的管形反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其中的一个或多个用于所述特定催化剂的载体；

其中所述催化剂载体包括：

用于在使用中容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；

闭合所述管的底部的表面，所述管由所述环形容器的内壁形成；

裙缘，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封垫位置的位置；以及

密封垫，其位于或邻近所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙缘的外表面；所述方法包括：

(a)引导所述气体反应物经过所述入口；

(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管至所述催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，其中它们进入由所述容器的穿孔内壁界定的通道，然后放射状地经过催化剂床朝向所述穿孔外壁；

(c)当所述合成气体接触所述催化剂时，使反应发生；

(d)使未反应的反应物和产物通过所述穿孔外壁离开所述容器，然后它们在所述裙缘的内表面和所述环形容器的外壁之间向上，直至达到所述密封垫，其中它们被引导在所述裙缘的末端上并导致在所述裙缘的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；

(e)在任意的随后催化剂载体重复步骤(b)至(d)；以及

(f)从所述出口除去产物。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述催化剂颗粒的直径为约100μm至约1mm。

3.通过使包含合成气的气体流与整体式Fischer-Tropsch催化剂接触而将合成气转化为高级烃的方法，所述方法在具有入口和出口的管形反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其中的一个或多个用于所述整体式催化剂的载体；

其中所述催化剂载体包括：

容纳所述整体式催化剂的容器，所述容器具有闭合所述容器的底表面和从所述容器底表面向上延伸至低于密封垫位置并与其隔开的裙缘，定位所述裙缘以便在所述整体式催化剂的外表面和所述裙缘之间存在空间；以及

密封垫，其位于或邻近所述整体式催化剂的顶表面并从所述整体式催化剂延伸一定距离，其延伸超过所述裙缘的外表面，所述方法包括：

(a)引导所述气体反应物经过所述入口；

(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，达到所述整体式催化剂或第一整体式催化剂的上表面，其中它们经过所述整体式催化剂；

(c)当所述合成气体接触所述催化剂时，使反应发生；

(d)使未反应的反应物和产物离开所述催化剂，然后它们在所述裙缘的内表面和所述整体式催化剂的外表面之间向上，直至达到所述密封垫，其中它们被引导在所述裙缘的末端上并导致在所述裙缘的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；

(e)在任意的随后催化剂载体重复步骤(b)至(d)；以及

(f)从所述出口除去产物。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中在所述反应器管内叠堆多个催化剂载体。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中选择所述催化剂容器的外表面和所述管壁的内表面之间的环形空间以适应所需的气体流速，同时保持高的热传递和低的压力下降。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中所述催化剂容器的外表面和所述管壁的内表面之间的环形空间为约3mm至约10mm。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中所述管的直径为约75mm至约150mm。

8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其中大于41个载体位于单个管内。

9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中约70个至约200个载体位于单个管内。

10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中并联使用多个反应器。

11.如权利要求1至10中任一权利要求所述的方法，其中处理每个所述反应器或每个反应器的出口排出的未反应气体以除去热。

12.如权利要求11所述的方法，其中再利用所述除去的未反应气体。

13.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中串联地放置两个或多个反应器。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述串联放置的反应器与位于每个反应器之间的设施流体连通，从而除去热。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中将一系列互连反应器的最后阶段排出的含氢气和一氧化碳的蒸汽再循环至所述方法的任意适当的点。

16.如权利要求15所述的方法，其中将一系列互连反应器的最后阶段排出的含氢气和一氧化碳的蒸汽再循环至第一反应器。

17.如权利要求9所述的方法，其中并联反应器的组与位于每个组之间的设施串联连通以除去热。

18.如权利要求13或16所述的方法，其中将所述热再利用和/或排出以冷却。

19.如权利要求17所述的方法，其中在并联反应器的各个组之间除去液体产物，并且含氢气和一氧化碳的蒸汽以串联方式经过随后的反应组。

20.如权利要求19所述的方法，其中将一系列互连反应器的最后阶段排出的含氢气和一氧化碳的蒸汽再循环至所述方法的任意适当的点。

21.如权利要求20所述的方法，其中将所述流再循环至所述第一反应器的入口。

22.如权利要求9至21中任一权利要求所述的方法，其中将富集氢的流供给至第二反应器和/或一个或多个任意随后的反应器或随后的反应器。

23.如权利要求1至22中任一权利要求所述的方法，其中反应温度为约190°C至约250°C。

24.如权利要求1至23中任一权利要求所述的方法，其中反应压力为约20bara至约80bara。

Images