CN103781541A - 费-托反应器 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种费-托反应器。更特别地，本文描述了这样的费-托反应器，其将通过小孔厚层的整体载体催化剂的强制流与高水平的传热结合起来，能够以高水平的催化剂有效性运行。催化剂床(103)负载在特殊的多孔结构(101)上，合成气流被强制通过所述多孔结构(101)并且催化剂层的厚度大于200微米。

Description

费-托反应器
技术领域
本发明涉及费-托(Fischer-Tropsch)反应器。更特别地，本发明涉及这样的费-托反应器，其将通过小孔厚层的整体负载催化剂的强制流与高水平传热结合，能够以高水平的催化剂有效性运行。
背景技术
将用于生产合成气的重整技术与费-托工艺结合的气液工艺是公知的。多种重整技术和费-托反应器技术是可用的并且具有不同的效率、复杂性、可扩展性和成本。用于合成气重整的三种主要技术是已知的并且它们是蒸汽重整、自热转化制氢和催化部分氧化。对于最大规模的工艺，选择的重整技术通常是自热转化制氢，因为其产生最高水平的热效率，以最低量的蒸汽运行并且对于建立用于大的世界规模设备的高容量单列车是最简单的。其通常与利用钴催化剂的浆态相费-托工艺相结合。开发这些技术的描述在文章例如A.P. Steynberg和M.E Dry,Fischer-TropschTechnology,第152卷，Studies in Surface Science and Catalysis中已被大量记载，其通过引用并入本文。
虽然世界规模设备的驱动者应通过甚至更大的设备的构造来实现竞争性定价，但是对于这种大设备所需的高水平资本投资意味着设备必须建立在能够在很多年中以高速率生产天然气的大天然气储量处(大于1TcF的地域)。
但是，大多数世界天然气来源包含在较小的非常分散地域中，这里的天然气不足以回报大规模花费的设备。在这些情况下，挑战在于产生降低成本的设备，其对于小规模制造是最优的并且使用最少数目的处理单元。
在一系列文献包括K Hedden，A.Jess和T Kuntze的“A new conceptfor the production of liquid hydrocarbons from natural gas in remoteareas”，Oil Gas-European Magazine1994(其通过引用并入本文)中讨论了简化的气液工艺的概念。
在Steynberg和Dry的书中充分描述了建立大型费-托反应器的挑战。对于最大规模，生产直径为几米的管板的困难影响成本，因此淤浆床技术的部分益处来自容易制造最大的反应器。在较小的生产水平下，可在相对低的增量成本下增加反应器的复杂性，原因是制造挑战较低。
此外，当设备位于高度边远区(包括离岸)时，存在难以解决的另外的问题。例如，虽然固定床费托反应器为大设备提供了良好的解决方案，但是在使压降最小化以避免催化剂破碎和过量压缩成本与维持足够高的速度以确保良好传热之间存在折中。结果是尺寸在约1mm或更大的球状催化剂，其由于差的催化剂有效性(归因于内部传质限制)而损失30％或更多的其固有活性。固定床反应器还必须是高的以确保以足够高的速度通过床，以提供足够水平的传热和传质。如果在反应器位于离岸时移动反应器，这在包装反应器以运输至位点和气液分布问题方面呈现出困难。提议了蛋壳(Egg-shell)催化剂，其使钴仅位于催化剂球的表面中，虽然这降低了未使用钴的量，但是其制造是昂贵的并且不能增加反应器的生产力。
文献R.Guettel，T.Turek，Comparison of different reactor types forlow temperature Fischer-Tropsch synthesis：A simulation study，ChemicalEngineering Science，64，(2009)，955-964(通过引用并入本文)中充分描述了费-托反应器设计的传热、传质和体积效率的挑战，其阐明了可用于烃液体合成的多种技术的优势和潜能。虽然产生用于可以以几克催化剂的规模有效操作的费-托烃生产的钴催化剂是相对简单的，但是该文献强调了产生能够在商业规模下维持该性能的挑战。固有地，除非使用小于200微米的颗粒，否则催化剂固定床不能以高钴效率运行。然而，如果要避免过量的压降，则利用小颗粒需要使用低的气体速度和非常短的催化剂床。如果催化剂简单地堆积在25mm直径的常规尺寸的管中，则这会导致不良的传热能力。替代方法显然是用催化剂颗粒涂覆板型反应器的表面。虽然这解决了传热的问题并且提供了比实际需要的更多的传热表面，但是这些类型反应器的构造方法需要工艺气体和催化剂通常占总反应器体积的40％或更小。考虑到需要的歧管装置和包含任何压力的壳体可导致催化剂堆积非常低的体积效率和高的特定的反应器资本成本。一些效率的这种损失可通过操作在较高温度下并且具有较高固有效率的催化剂来恢复，但是这可导致催化剂寿命减少并且对期望烃产物的选择性降低。可通过使用微通道装置中的较大通道来改善反应器的体积负荷，然后将透气性嵌件放置在通道中。例如，WO／2004／050799描述了施用于微通道中多层透气性结构的催化剂的薄层。然而，仍然使用通常为200微米或更小的催化剂的薄层以维持催化剂效率。在催化剂结构周围没有设置密封使得气流强制(对流)流经多孔载体。相反地，仅有对流穿过载体表面；气体必须扩散通过载体和催化剂的薄层。虽然不希望受缚于理论，但是认为缺少通过多孔结构的强制流导致了仅使用催化剂薄层的必要性。
在费-托催化剂的其他高活性构造中描述了相同的限制。例如，在US2006／0167120中，描述了多孔载体上的高活性催化剂，其还建议了其中层必须为200微米或更小的催化剂层结构以递送高活性催化剂。不设置密封使得有强制流通过多孔载体，系统仅依赖于气体扩散到达催化剂活性位点。
无论现有技术中反应器的形式如何，显然都存在对层尺寸的限制。即使对于使用自由移动颗粒(例如US2003／0211940)并且通过在多孔载体上放置钴来形成催化剂的浆态反应器，如果要实现高钴活性，则仍然需要避免厚层的催化剂。这也是因为没有实现通过多孔结构的强制流。
EP2341120A1中举例说明了认识到的利用薄层的重要性，其中在催化剂制造方法中使用通过多孔载体的空气流以移除过量的催化剂并使结构内的层保持小于100微米。同样地原因在于不能利用多孔载体上厚层的催化剂。
建议的允许开发高活性床的一种替代方法是使用结构化催化剂，例如如Itenberg等的US2005／0032921／A1(通过引用并入本文)中所描述的，其利用固定床深度通常相等(约5mm)的高渗透性圆筒结构。气体被强制通过多孔结构，所述多孔结构使得催化剂能够操作并且没有严重的传质限制。融合催化剂结构的热导率足以避免穿过膜结构建立温度差大于5℃。
这在一定程度上阐明了可将钴结构结合到反应器中以维持钴催化剂效率的方法，但是关于所示方法具有几个问题。
所示解决方法将催化剂材料用作结构载体的一部分。现在公知的是甚至在基于络合钴的催化剂制剂中催化剂物质也仅仅是金属钴。其他组分的存在仅有助于产生最佳尺寸的金属钴晶体，有助于所产生晶体的还原性或者抑制晶体与载体氧化物(特别是在氧化铝存在的情况下)反应。尽管这样，载体氧化物上钴、促进剂与稳定剂的正确组合在产生活性催化剂方面也是至关重要的。关于浆态相催化剂的一个限制在于制剂还必须考虑机械强度以产生耐磨损催化剂。类似地，将钴材料结合到Itenberg等所述的催化剂主体中在于，所使用的催化剂制剂必须是可融合以产生机械强度足以用于商用反应器的载体结构的催化剂制剂。产生高机械强度催化剂的问题在于能够在浆态相磨损或与固定床工艺的高压降和堆积应力相关的力下存活(surviving)。另外，在载体结构中必须维持足够的孔隙度以容纳高浓度的催化剂材料。这也危及载体材料的机械完整性。
使用能够对厚催化剂结构进行良好热控制的导热催化剂的需要也限制了催化剂材料的配制，限制了使用目前文献中描述的最高活性的制剂。
另外，使催化剂结构的渗透性维持在非常高的值以使流阻力(归因于流体通过孔的速度)最小化。这导致催化剂结构易受优先润湿的影响。在较窄的孔填充液体时，流阻力更高，这将导致气体优先通过较空的孔，增强了作用。如果气体通路之间的距离超过通常扩散限制距离(约0.25mm)，则由于进入催化剂的一氧化碳浓度降低，所以催化剂的润湿区域显示出低得多的活性水平。氢的扩散比一氧化碳容易地多，所以这些润湿区域中的氢浓度将升高。所使用的催化剂层越厚，则所需的催化剂层渗透率越高，并且层越敏感将使气体通过层形成通道，产生易受活性的局部损失影响的催化剂。这也导致了在催化剂上高甲烷产生的局部区域，这是高度不期望的。
此外，由于提供流阻力可有助于良好气体分布的催化剂主体包含产生液体的钴催化剂作为正常功能(normal function)的一部分，所以任何区域中的流损失将使局部停留时间增加，导致产生更大量的液体，并且产生更大的流阻力。这种不稳定性严重限制了该技术的使用。
即使在解决了传质的问题并且实施测量以增加催化剂床内的传热之后，以有效方式从催化剂区移除反应热也是至关重要的。Itenberg等没有描述其可如何实现。增加整体催化剂的生产力使需要的传热强度增加。因此，最有益的是如果催化剂生产力的强度增加伴随着可用传热本领的增加。对于整体催化剂这是困难的，原因是传热通常通过再循环流体来提供，并且需要高泵送成本或者使用多个绝热床(其与反应器控制问题有关)。
另一种替代方式是使用淤浆床技术，其中将催化剂颗粒悬于通过气体鼓泡搅拌的液体产物混合物中，虽然给出了在反应器中具有较高钴容积负荷的反应器，但是通过使用小的悬浮颗粒的高催化剂有效性具有与催化剂磨损相关的困难。必须在反应器内部或外部使用过滤将细的催化剂颗粒从产物溶液中移除。这些过滤器由于所述工艺固有的催化剂磨耗而具有阻塞的趋势。另外，如果反应器位于离岸(大部分世界搁浅气体来源所处地方和小规模GTL是降低气体燃烧的有吸引力的提议的地方)，则移动反应器可导致液体和气体分布的另一些问题。
需要的是这样的反应器设计，其能够将高传热溶液放置在能够维持高催化剂效率的费-托反应器中。其还需要这样的催化剂载体结构，其允许具有高水平还原性和活性的钴催化剂制剂合并到结构中而不限制机械强度和热导率。此外，为了避免连续的催化剂置换，应使用固定催化剂结构。另外，在反应器中实现钴的高体积浓度需要实现产生高生产力的反应器。
因此，对于费托反应器技术，特别是可以以高度有效方式利用最新的催化剂制剂的适合于小规模和离岸操作的费托反应器技术有着持续的研究。
本发明至少一个方面的目的是避免或减轻上述问题中的至少一个或更多个。
本发明至少一个方面的另一个目的是提供改进的固定床费-托反应器。
本发明至少一个方面的又一个目的是这样的固定床费-托反应器，其将通过小孔催化剂的强制流与高水平的传热结合，能够以高水平的催化剂有效性运行。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了用于使用负载钴催化剂在费-托工艺中转化合成气以产生重质石蜡的反应器，其中所述催化剂负载在合成气流被强制通过的多孔结构上。
多孔结构和催化剂穿过反应器一个或更多个管或通道是基本密封的。
催化剂可以是负载在氧化铝上的钴。
多孔载体可包含小于10wt％的钴。
多孔载体可包含小于5wt％的钴。
载体催化剂层可包含多于10wt％的钴。
载体催化剂层可包含多于15wt％的钴。
覆盖在催化剂中的催化剂载体的几何表面积大于0.1m2／升、大于0.16m2/升、大于0.2m2/升、大于0.4m2/升、大于1.0m2/升。
合成气的流可基本上通过包含小于10wt％钴的多孔载体。
催化剂层可以为大于0.25mm厚、大于0.5mm厚、大于1.0mm厚、大于3.0mm厚、小于10mm厚、小于5mm厚、小于3mm厚、小于1mm厚。
催化剂载体可形成独特的单一内表面，其几何表面积大于所述催化剂载体可在其中内切的圆柱体。
催化剂载体可形成平面腔体，并且
a)其中所述平面腔体具有至少一个喷嘴入口，
b)其中所述平面腔体包含基本上覆盖形成所述腔体外表面或内表面中至少之一的催化剂，
c)其中邻近所述平面腔体的传热表面由板的边缘焊缝形成压力容器，其通过钎焊，通过在框架内压制或者通过通道结构的扩散焊接(diffusion bonding)实现。
合成气通过多孔载体孔比通过催化剂层可行进得更远。
多孔载体可形成多于一个内部通道。
多孔载体可形成多于10个内部通道。
多孔载体可形成多个通道，其中至少一个通道的水力平均直径大于5mm。
多孔载体可形成多个通道，其中至少一个通道的直径大于10mm。
多孔载体可形成至少一个直径小于5mm的通道。
可布置具有多个通道的多孔载体，使得来自先前载体截面(supportsection)的流基本上定向至随后载体截面的最大通道。
可布置具有多个通道的多孔载体，使得来自先前载体截面的流通过在一端阻断较小通道而基本上定向至随后载体截面的最大通道。
可通过使用与相邻传热表面附接的纵向翅片使传热表面积增加。
可通过使用圆周翅片使传热表面积增加。
可通过传热管的插入式(bayonet)布置提供圆筒形催化剂载体内的传热。
小于1mm厚、孔尺寸小于1000nm的基本不含钴的连续层可固定于催化剂载体。
氢∶一氧化碳比可以为约1.8∶1至2.2∶1。
催化剂和多孔载体可容纳在直径小于60mm的管内。
催化剂和多孔载体可放置在直径小于60mm的传热管之间。
费-托反应器内的钴催化剂可通过特征性孔尺寸大于500nm的多孔陶瓷结构来负载。
费-托固定床的总介电常数可大于1×10-15m。
费-托固定床的总介电常数可大于1×10-16m。
费-托催化剂的固定床被布置为圆筒形式。
附图说明
现将参照附图仅通过实施例方式描述了本发明的实施方案，其中：
图1a是根据本发明一个实施方案的费-托反应器，其中所述反应器包括传热管，向所述传热管经由通过线回收的蒸气供给水；
图1b是根据本发明另一个实施方案的费-托反应器，其中所述反应器具有传热管的插入式布置；
图1c是根据本发明另一个实施方案的费-托反应器，其中所述反应器具有位于紧密堆积的催化剂结构的间隙空间中的传热管；
图1d是根据本发明另一个实施方案的费-托反应器，其中在所述反应器中使烃循环与催化剂内表面直接接触；
图1e是根据本发明另一个实施方案的费-托反应器，其中所述反应器的组件以层结构布置；
图2a至2f是根据本发明另一些实施方案的催化剂孔结构的图示；以及
图3是根据本发明另一个实施方案的反应器的图示。
发明详述
一般来说，本发明在于提供这样的费-托反应器，其将通过小孔催化剂的强制流与高水平的传热结合，能够以高水平的催化剂有效性运行。
将通过小孔的厚催化剂层的整体催化剂的强制流与高水平的传热结合的新费-托反应器，能够以高水平的催化剂有效性运行。
如图所示的设备包括：-
a)通过气密密封件与一个或更多个催化剂载体连接的合成气进气室；
b)含钴催化剂的连续层沉积在其上的多孔催化剂载体；
c)包含水力平均直径小于500微米的颗粒的催化剂层，基本所有的合成气都必须通过所述催化剂层；
d)与一个或更多个催化剂载体连接的产物气体出气室，使得未反应的气体和产物通过催化剂层并在该室中收集；
e)在包含第二压力的室中通过使传热流体接近催化剂载体通过和／或通过使传热流体与催化剂体直接接触提供高传热；
f)其中通过在孔结构内基本不含催化物质的催化剂载体结构的存在来维持通过催化剂体的气体分布。
具体实施方案
在图1a中，费-托反应器74包括传热管78，通过线80向其供应水并且通过线82回收蒸气。热交换管78上的压力通过线82中的止回阀84来控制，使得可控制反应器74中的温度。
在图2a中在一个实施方案中以更详细的横截面示出了反应器74中的催化剂负载床90，并且其包括在其上沉积有催化剂颗粒层的多孔管201。催化剂颗粒直径通常为200微米并且形成通常为1mm深的催化剂床103。使用于催化剂的载体成形为例如星形的形式，如图2a所示，使得检查床的横截面，床的内周长大于所述床可在其中内切的圆的周长。小的床深度和床的折叠允许使用低渗透性的催化剂床(通常小于5×10-15m)，同时允许高体积浓度的催化剂并形成大的表面积以表现为传热表面或流体。催化剂床的折叠也产生了较薄层的催化剂，这允许使用较低热导率的催化剂和载体。将负载催化剂固定在接近传热管105处(通常5mm内)，并且可以以与传热截面热接触的大部分催化剂来运行。示出了管105具有翅片结构108以延伸传热表面积并改善与催化剂的热接触。运行时将合成气混合物引入空隙空间102中，所述空隙空间102由可形成受压壳体的外部传热表面107限定。气体通过通常具有超过1000nm的孔的多孔结构101到达孔结构显著较小的催化剂床103。气体通过催化剂床的移动能够维持高的催化剂有效性。然后在室104中收集产物和气体。在室106中有使壁105维持在期望反应温度的传热机制。用于控制传热表面的这种机制包括使水沸腾、使烃循环或使用专业的传热流体。该实施方案的变体在传热表面107不存在下运行。这具有使反应器更紧凑的益处，但是降低了反应器设计的传热有效性。
图1b示出了反应器的第二实施方案，示为反应器的变体574。使用传热管的插入式布置，其中水通过线680供给，经过歧管681到达传热管694内部的远端。传热管694将反应热移除至反应器的截面692并通过线688离开反应器。合成气通过线668供给，经过负载催化剂690并另外地与传热表面678相接触。来自反应器的热另外地通过使水与表面678相接触来移除，所述水通过线680供给到反应器中并且通过线682离开反应器。
图2b示出了可用于前两个反应器实施方案的催化剂固定床布置的变体，其也利用通过催化剂孔结构的强制流。在该布置中，催化剂载体201是多孔的金属热传导结构，其与传热表面207热接触。将合成气引入室202中，然后通过压力强制其通过催化剂床203和多孔或穿孔的金属壁201，在室204中进行收集。设置了另一个传热表面205，传热流体206在其中循环。
图1c示出了第三反应器实施方案，其中将图1b中包围催化剂主体的圆筒形传热表面694替换为传热管，所述传热管位于紧密堆积的催化剂结构的间隙空间中。这些另外的管的位置在图2e中被视为507。在图1c中，水通过线780引入并通过歧管系统781供给至插入式管794。然后在室792中收集水并且水通过线796离开。另外，水也可通过另外的传热管779从室792离开并且通过线782从反应器离开。
图1d示出了表明并入第四反应器实施方案774(图1c)中的催化剂构造的变体。在该变体中，除了使用于反应的合成气由室502通过载体501并通过催化剂层503进入通道509中之外，使用了整体型的载体501。强制流使得能够利用较厚层的催化剂。通过整体结构中间隔的裂口能够在室504中收集产物和过量的合成气。延伸的传热表面505和另外的传热管507移除反应热。
图1d示出了反应器的第四实施方案，其是第四实施方案的变体，其中移除了插入式型传热表面794并且在其位置上使烃与催化剂内表面直接接触来循环。通过线868将合成气供给至基本上干燥的主室869中。然后该合成气通过催化剂主体890并与通过线881进入的循环流体相接触。液态烃的两相混合物(包含液态烃产物和气态烃产物和未反应的气体)通过线882离开并转到分离器891。另外，烃传热流体还进入传热管878，通过线879离开反应器并转到分离器891。气态产物和未反应气体通过线895离开分离器。液态产物和循环烃通过线892离开分离器891，由其牵引产物通过线893。将剩余的液态烃冷却，加压并通过线881和880返回反应器中。线881可在启动期间使用阀896隔离以确保室869保持干燥。维持穿过催化剂结构的足够压降以确保不发生冷却烃的流通过结构890。
图2c示出了适合于反应器874的第五实施方案的催化剂结构的变体，使得大部分反应热转到室306中的烃流体。图2c说明了合成气供给到其中并通过与传热表面307的热接触维持在期望反应温度的室302。然后气体通过载体结构301，催化剂层303进入空隙空间304中。示出了任选的多孔结构307，其引导大部分循环烃流通过管中央，从而降低了催化剂的任何机械磨损，并同时确保传热流体与催化剂的良好热接触。
此外，室306内的气体分数可足以降低流体的整体堆积密度，使得可在反应器内或者以与锅炉热交换器热虹吸机制类似的方式通过外部环发生烃流体的再循环，在所述锅炉热交换器中由于存在蒸汽空间而降低的液体整体密度导致流体被替换为冷却剂液体连续流体。可类似地进行流体的外部冷却而不使用外部泵。
图2d示出了催化剂结构的另一种变体，其中高渗透性的催化剂负载床403负载在机械牢固的多孔载体(陶瓷或金属)401上。合成气通过外室402转到内室404。在该实施方案中，在固定床的内部和外部均设置有传热表面405和407。
图1f示出了反应器的第五实施方案，其中反应器的组件被布置成层结构。图2f示出了催化剂布置的细节。催化剂层903负载在多孔载体901上形成平面室902。合成气通过喷嘴908供给至室902中并强制通过催化剂层903。通过催化剂层与板结构909的紧密接触提供传热，所述板结构909可通过焊接和点焊的组合来构造以产生压力容器。所述结构还可通过热交换器制造领域中公知的对板进行钎焊来产生。整个组件可一起固定在框架内，使得衬垫结构能够保持压力。或者，如图1f所示可将热交换元件钎焊在一起，留下足够的缺口(通常约10mm)以用于催化剂的后续插入。将冷却剂供给至喷嘴910并通过头部911分布到单个热交换面板909中，然后通过喷嘴913离开。合成气通过服务板(service plate)(未示出)供给到歧管914中，使气体分布至催化板915。服务板通过位于穿过孔912的螺栓固定就位。整个组件布置为平面催化剂结构915和垂直方向的传热结构909，使得任何液体形成滴到室904的基底上的液滴以备移除。
根据本发明，提供了这样的设备，其能够在产生高体积催化剂负载和高传热能力的费-托反应器中负载高生产力的粉末催化剂制剂。催化剂层的流通布置产生了这样的反应器，其在没有润湿和通道化的倾向下给出了高传质能力并且对催化剂制剂没有限制，产生了总体紧凑、成本降低并且比其他技术组合生产力更高的反应器。
虽然以上描述了本发明的一些具体实施方案，但是应理解，偏离所描述实施方案的也可落入本发明范围内。例如，可使用任意合适类型的固定床反应器。
实施例
通过以下方法制备催化剂粉末：-
使用初始含湿技术用钴和钌浸渍表面为170m2／g的高表面积γ氧化铝，然后干燥并煅烧以产生包含20wt％钴和0.5wt％钌的催化剂粉末，其分散性为约8％，如通过氢化学吸附所测定的。
然后通过搅拌催化剂粉末与蒸馏水、羟乙基纤维素和另一部分高表面积γ氧化铝的混合物制备该材料的悬浮体以作为粘合剂。然后将该悬浮体涂覆到低表面积的多孔陶瓷结构上，所述多孔陶瓷结构由75％二氧化钛、25％氧化铝制得并且特征性孔尺寸为约6000nm。选择悬浮固体组分的粒径和悬浮体的粘度使得不能感知到固体组分至低表面积陶瓷结构中的渗透。
将催化剂粉末作为表面层涂覆到多孔陶瓷的外表面5上或内表面6上(图4a)。多孔陶瓷圆筒7包括内部结构并且在图4b中以横截面更详细地示出。通过使用通道结构延伸内表面的量，通道10在图4b中以横截面示出。
在空气中在250℃下煅烧10小时之后，然后将陶瓷圆筒放置在反应器内，如图3所示意性示出的。
在350℃和1巴(表压)下在使氢流动14小时下进行催化剂的还原，由190至220℃的温度下合成气的消耗确定催化剂结构的活性。将惰性气体合成气(H2／CO／N2，58／28／14)在点1和点2处引入，通过点3或点4将产物气体和液体排出。仅使用一个入口和一个出口。通过测量进入反应器和由反应器出来的气体流速并通过GC分析气体来确定转化率。
实施例1
将9.2g催化剂粉末洗涂(washcoat)至多孔圆筒载体的外表面。在煅烧和还原之后，层厚度测定为约0.6mm。然后将催化剂装载到反应器中并在210℃和15.3巴(表压)下测试其活性，其中合成气的输入流为1.1L(n)／分钟。性能示于表1中。
Figure BDA0000466082220000121
表1
这示出了通过多孔载体和催化剂层的强制气流如何提高催化剂的活性并降低由催化剂制造的甲烷的量。这与催化剂孔中提高的传质相一致。实施例2
将12.9g催化剂粉末洗涂至多孔圆筒载体的外表面，将12.1g催化剂洗涂至载体通道的内侧。在煅烧和还原之后，层厚度在载体外侧测定为约0.8mm并且在内表面上为约0.5mm，产生了超过1mm的总层厚度。然后将催化剂装载到反应器中并在210℃和15.3巴(表压)下测试其活性，其中合成气的输入流为1.1L(n)／分钟。性能示于表2中。
Figure BDA0000466082220000131
表2
这示出通过多孔载体和催化剂层的强制气流如何提高催化剂的活性并降低由催化剂制造的甲烷的量。这与催化剂孔中提高的传质相一致。所述作用对于较厚的催化剂层更明显。

Claims (42)

1.一种用于使用负载催化剂在费-托工艺中转化合成气以产生重质石蜡的反应器，其中所述催化剂负载在特殊的多孔结构上，使所述合成气流强制通过所述多孔结构并且所述催化剂层的厚度大于200微米。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述多孔结构和催化剂基本密封地穿过所述一个或更多个反应器管或通道。
3.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂是负载在氧化铝上的钴。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体包含小于10wt％的钴。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体包含小于5wt％的钴。
6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述负载催化剂层包含多于10wt％的钴。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述负载催化剂层包含多于15wt％的钴。
8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中覆盖在催化剂中的所述催化剂载体的几何表面积大于0.1m2／升。
9.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中覆盖在催化剂中的所述催化剂载体的几何表面积大于0.16m2／升。
10.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中覆盖在催化剂中的所述催化剂载体的几何表面积大于0.2m2／升。
11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中覆盖在催化剂中的所述催化剂载体的几何表面积大于0.4m2／升。
12.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中覆盖在催化剂中的所述催化剂载体的几何表面积大于1.0m2／升。
13.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述合成气流基本上通过包含小于10wt％钴的多孔载体。
14.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层大于0.25mm厚。
15.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层大于0.5mm厚。
16.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层大于1.0mm厚。
17.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层大于3.0mm厚。
18.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层小于10mm厚。
19.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层小于5mm厚。
20.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层小于3mm厚。
21.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂层小于1mm厚。
22.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂载体形成特殊的单一内表面，其几何表面积大于其中可内切出的圆柱体。
23.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂载体形成平面腔体，并且
d.其中所述平面腔体具有至少一个喷嘴入口；
e.其中所述平面腔体包含基本覆盖形成所述腔体的外表面或内表面中至少之一的催化剂；
f.其中与所述平面腔体相邻的传热表面由板的边缘焊缝形成压力容器，其通过钎焊，通过在框架内压制或者通过通道结构的扩散焊接实现。
24.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述合成气通过所述多孔载体孔比通过所述催化剂层行进得更远。
25.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体形成多于一个的内通道。
26.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体形成多于10个的内通道。
27.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体形成多个通道，其中至少一个所述通道的水力平均直径大于5mm。
28.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体形成多个通道，其中至少一个所述通道的直径大于10mm。
29.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述多孔载体形成至少一个直径小于5mm的通道。
30.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中布置具有多个通道的所述多孔载体使得来自之前载体截面的流基本上定向于接下来的载体截面的最大通道。
31.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中布置具有多个通道的所述多孔载体使得来自之前载体截面的流通过在一端阻断较小通道而基本上定向于接下来的载体截面的最大通道。
32.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中通过使用与相邻传热表面附接的纵向翅片使所述传热表面积增加。
33.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中通过使用圆周翅片使所述传热表面积增加。
34.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中通过传热管的插入式布置提供圆筒形催化剂载体内的所述传热。
35.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中基本不含钴的小于1mm厚并且孔尺寸小于1000nm的连续层固定于所述催化剂载体。
36.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中氢∶一氧化碳比为约1.8∶1至2.2∶1。
37.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂和多孔载体容纳在直径小于60mm的管内。
38.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述催化剂和多孔载体放置在直径小于60mm的传热管之间。
39.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述费-托反应器中的所述钴催化剂由多孔陶瓷结构负载，所述多孔陶瓷结构的特征性孔尺寸大于500nm。
40.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述费-托的固定床的总介电常数大于1×10-15m。
41.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述费-托的固定床的总介电常数大于1×10-16m。
42.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中费-托催化剂的固定床布置为圆筒形式。
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