CN105749831A - 使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法 - Google Patents

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韦恩·W.·西蒙斯
罗伯特·德韦恩·利特
安娜·利·通科维奇
劳拉·J.·席尔瓦
丹尼尔·弗朗西斯·瑞安
布鲁斯·施坦格兰
约翰·布罗菲
杰弗里·S.·麦克丹尼尔
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Abstract

本发明涉及一种将碳质材料转化为含有一种或多种烃或一种或多种醇的目标产物的方法，该方法包括：(A)在大于约700℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气；以及(B)使所述合成气流入微通道反应器与催化剂接触以将所述合成气转化为所述目标产物。

Description

使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法
本申请是申请日为2009年4月9日、申请号为200980121326.7、发明名称为“使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
根据35U.S.C.§119(e)，本申请请求2008年4月9日提交的申请号为61/043,465的美国临时专利申请、2008年10月10日提交的申请号为61/104,432的美国临时专利申请和2009年2月13日提交的申请号为61/152,645的美国临时专利申请的优先权。这些在先申请的内容以引文方式并入本专利申请。
技术领域
本发明涉及一种使用微通道工艺技术升级碳质材料的方法。所述方法可用于将碳质材料(例如生物质、固体废弃物等)转化为一种或多种烃或醇。所述烃或醇可用作合成燃料。
背景技术
美国军方每年使用几十亿加仑石油基燃料。将这些燃料输送至遥远的军事基地是昂贵和耗时的，并且这样的燃料通常是袭击者的首选目标。因此，问题是提供一种更廉价并且更安全的燃料源。
发明内容
本发明提供了解决上述问题的方案。本发明涉及一种将碳质材料例如生物质、固体废弃物等转化为可以用作合成燃料(例如汽车燃料、柴油和航空燃料等)的烃和醇的方法。本发明方法使用了结构紧凑且易于运送的微通道反应器。因此，本发明方法可适用于能够容易地被运送至遥远的地点例如军事基地等的装置。通过本发明方法，可以将在这样的军事基地所产生的废弃物转化为燃料，例如汽车燃料、柴油、航空燃料等。例如，在这样的军事基地采用本发明方法可以每天生产约50-约500桶合成燃料。本发明方法也适合于更大规模的应用，其中将碳质材料例如生活固体废弃物转化为有益的产物例如合成燃料。
本发明涉及一种将碳质材料转化为含有一种或多种烃或一种或多种醇的目标产物的方法，所述方法包括：(A)在至少约700℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气；以及(B)使所述合成气流入微通道反应器与催化剂接触以将所述合成气转化为目标产物。所述产物具有各种用途，包括用作合成燃料。
附图说明
在附图中，相同的部件和特征具有相同的附图标记。其中的多数图是示意图，可以不必按比例绘制。
图1是以具体的形式表示的本发明方法的流程图。所述方法包括使用气化炉以及费-托(FT)或生成醇的微通道反应器将碳质材料转化为一种或多种烃或一种或多种醇。在所述气化炉中将所述碳质材料转化为合成气。在所述微通道反应器中将所述合成气转化为一种或多种烃或醇。
除了在所述微通道反应器中用作热交换流体的蒸汽也用作所述气化炉中的气化剂之外，图2是与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。
除了图3中所示例的方法包括在所述气化炉的上游使用氮气分离器之外，图3是与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。在所述氮气分离器中使氮气与空气分离。将保留的氧气用作所述气化炉中的气化剂。
除了图4中所示例的方法使用了热解反应器之外，图4是与图1中所示例的方法相同的方法的流程图。在所述热解反应器中将所述碳质材料转化为热解油。将所述热解油用作所述气化炉中的碳质原料。
除了使液态烃例如焦油与流出所述气化炉的合成气分离并回收至所述热解反应器之外，图5是与图4中所示例的方法相同的方法的流程图。
图6是使用了图1中所示例的气化炉和微通道反应器以及蒸汽甲烷重整(SMR)微通道反应器的方法的流程图。所述SMR微通道反应器用于将从该微通道反应器中流出的尾气转化为被回收至该微通道反应器的合成气。
除了使二氧化碳与流出气化炉的合成气分离之外，图7是与图6中所示例的方法相同的方法的流程图。然后使得到的贫(lean)二氧化碳合成气流入所述微通道反应器中。
除了与流出所述气化炉的合成气分离的二氧化碳流入SMR微通道反应器并在该反应器中与来自所述微通道反应器的尾气混合并转化为合成气之外，图8是与图7中所示例的方法相同的方法的流程图。
除了使流出费-托微通道反应器的产物在加氢裂解微通道反应器中发生加氢裂解反应之外，图8A是与图1中所示例的其中所述微通道反应器为费-托微通道反应器的方法相同的方法的流程图。
图9和图10是用于容纳多个费-托或生成醇的微通道反应器、或多个SMR微通道反应器或多个加氢裂解微通道反应器的容器的构造示意图。在图9和图10中，示出了五个费-托或生成醇的微通道反应器、五个SMR微通道反应器或五个加氢裂解微通道反应器。
图11-14是可用在所述费-托或生成醇的微通道反应器中的重复单元的构造示意图。图11-14中所示例的重复单元中的每一个重复单元包括具有含有催化剂的反应区域和相邻的热交换通道的费-托或生成醇的工艺微通道。使在图11中所示例的热交换通道内流动的热交换流体按照与所述费-托或生成醇的工艺微通道中的工艺流体的流动错流的方向流动。可以使在图12中所示例的热交换通道内流动的热交换流体按照与所述费-托或生成醇的工艺微通道的工艺流体的流动并流或逆流的方向流动。图13和图14中所示例的热交换通道提供热交换流体的按照与所述费-托或生成醇的工艺微通道中的工艺流体的流动错流的方向的流动。图13和图14中所示例的热交换通道提供仅覆盖所述费-托或生成醇的工艺微通道中的反应区域的长度的一部分的热交换区。通过控制与所述工艺微通道的不同部分热力学接触的热交换通道的数量，采用所述实施方案中的每一个方案可以提供调整的热交换特性。通过这些调整的热交换特性，在所述工艺微通道的某些部分中可以设置比所述工艺微通道的其他部分更多的冷却通道。例如，可以在或靠近所述反应区域的入口处设置比所述反应区域的下游部分更多的冷却通道。通过控制所述热交换通道中的热交换流体的流速，可以调节热交换特性。例如，在与所述反应区域的入口热力学接触的热交换通道中的热交换流体可以使用相对高流速，结合在与所述反应区域的下游部分热力学接触的热交换通道中的热交换流体的相对低流速。
图15-20是可以用于所述SMR工艺微通道、燃烧通道或费-托或生成醇的工艺微通道中的催化剂或催化剂载体的构造示意图。图15中所示例的催化剂是颗粒状固体床的形式。图16中所示例的催化剂具有流经(flow-by)设计。图17中所示例的催化剂具有流过(flow-through)结构。图18-20是可以用于担载所述催化剂的翅片组件的构造示意图。
图21-25是可以用于所述SMR微通道反应器的微通道重复单元的构造示意图。所述重复单元中的每一个包括燃烧通道和一个或多个SMR工艺微通道。图21-25中所示例的燃烧通道包括用于使氧气或氧源流入所述燃烧通道的分阶段的添加通道。图21示出了与M-型燃烧通道相邻的倒置U-型SMR工艺微通道。图22示出了与M-型燃烧通道相邻的单个SMR工艺微通道。图23示出了两个SMR工艺微通道和M-型燃烧通道，其中的一个SMR工艺微通道与所述M-型燃烧通道相邻，并且另一个SMR工艺微通道与第一个SMR工艺微通道相邻，两个SMR工艺微通道都与所述燃烧通道热力学接触。图24示出了单个燃烧通道、设置在所述燃烧通道的一侧的分阶段的添加通道以及设置在所述燃烧通道的另一侧的SMR工艺通道。除了图25中所示例的重复单元的SMR工艺微通道是倒置的U-型微通道的形状之外，图25示出了与图24中所示例的重复单元相似的重复单元。为了清楚的目的，在图21-25中示出了彼此分开的通道，但是实际上所述通道是层层叠加或者紧密并列排布，其间没有空隙。所述通道在通道接触面处分享共用壁。
图26和27是可以用在本发明方法所使用的费-托或生成醇的微通道反应器和/或SMR微通道反应器中使用的通道中的表面特征的构造示意图。
图28是实施例1中所描述的方法的流程图。
图29是实施例2中所描述的微通道反应器的示意图。
图30是用于制造实施例2中所描述的微通道反应器的波形(waveform)的示意图。
具体实施方式
在本申请的说明书和权利要求书中披露的所有范围和比例阈限可以以任意的方式组合。可以理解的是，除非另有规定，“一个(a)”、“一个(an)”和/或“所述”的语义可以包含一个或多于一个，并且以单数形式表示的名称的语义还可以包含该名称的复数形式。所有在权利要求书中定义的组合可以以任意的方式组合。
术语“微通道”可以指一种具有至少一个内部尺寸的通道，该内部尺寸的高度或宽度上至约10毫米(mm)，在一个实施方案中上至约5mm，在一个实施方案中上至约2mm，以及在一个实施方案中上至约1mm。所述微通道可包括至少一个入口和至少一个出口，其中所述至少一个入口与所述至少一个出口是分开的。所述微通道可能不仅是一种孔穴。所述微通道可以不仅是穿过沸石或介孔材料的通道。所述微通道的长度可以是高度或宽度的至少约两倍，在一个实施方案中是高度或宽度的至少约五倍，并且在一个实施方案中是高度或宽度的至少约十倍。所述微通道的内部高度或宽度可以在约0.05-约10mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约5mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约2mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约1.5mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约1mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约0.75mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.05-约0.5mm的范围内。高度或宽度的其他内部尺寸可以是任意尺寸，例如，上至约3米，在一个实施方案中约0.01-约3米，以及在一个实施方案中约0.1-约3米。所述微通道的长度可以是任意尺寸，例如，上至约10米，在一个实施方案中约0.1-约10米，在一个实施方案中约0.2-约10米，在一个实施方案中约0.2-约6米，以及在一个实施方案中约0.2-约3米。所述微通道可以具有任意形状的横截面，例如，正方形、长方形、圆形、半圆形、不规则四边形等。所述微通道的横截面的形状和/或尺寸可沿其长度变化。例如，高度或宽度沿着所述微通道的长度可从相对大的尺寸渐变到相对小的尺寸，反之亦然。
术语“微通道反应器”可以指一种包括一个或多个可在其中执行反应方法的工艺微通道的装置。所述方法可以是费-托或生成醇的反应方法或SMR反应方法。当使用两个或更多个工艺微通道时，所述工艺微通道可并联操作。所述微通道反应器可以包括用于使流体流入一个或多个工艺微通道的顶盖或歧管组，以及使流体流出一个或多个工艺微通道的底座或歧管组。所述微通道反应器可以包括一个或多个与一个或多个工艺微通道相邻和/或热力学接触的热交换通道。所述热交换通道用于加热和/或冷却所述工艺微通道内的流体。当所述热交换通道用在SMR微通道反应器时，可以是燃烧通道。所述热交换通道和/或燃烧通道可以是微通道。所述微通道反应器可以包括用于使热交换流体流入所述热交换通道的顶盖或歧管组，以及使热交换流体流出所述热交换通道的底座或歧管组。
术语“工艺微通道”可以指一种在其中执行方法的微通道。所述方法可以指进行费-托(FT)或生成醇的反应或SMR反应。
有关工艺微通道内的体积的术语“体积”可以包括工艺流体在工艺微通道内可能流过或流经的全部体积。该体积可以包括表面特征内的体积，该表面特征可设置在所述工艺微通道内并适用于流体以流过方式或流经方式的流动。
当表示一个通道相对于另一个通道的位置时，术语“相邻”可以意为直接相邻，以使一面壁或多面壁分隔所述两个通道。在一个实施方案中，所述两个通道可以有一面共用壁。所述共用壁的厚度可以不同。但是，“相邻”通道不可被介于其间的通道分开，所述介于其间的通道可能妨碍所述通道之间的热交换。一个通道可与另一个通道相邻，仅与所述另一个通道的尺寸的一部分重叠。例如，一个工艺微通道可长于或者延伸超过一个或多个相邻的热交换通道。
术语“热力学接触”可以指两个主体，例如两个通道，可以彼此物理接触或彼此相邻，或者可以彼此不物理接触或彼此不相邻，但仍然彼此交换热量。与另一个主体热力学接触的一个主体可以加热或者冷却其他的主体。
术语“流体”可以指气体、液体、气体和液体的混合物、或含有分散固体的气体或液体、液滴和/或气泡。所述液滴和/或气泡可以具有非常规或常规形状并且可以具有相似或不同的尺寸。
术语“气体(gas)”或“蒸气(vapor)”可以具有同样的含义并且有时互换使用。
术语“停留时间”或“平均停留时间”可以指流体在微通道的空间内流动所占据的该空间的内部体积除以在所使用的温度和压力下流体在所述空间内流动的平均体积流速。
术语“上游”和“下游”可以指在通道(例如工艺微通道)内或者在工艺流程图中，相对于所述通道或工艺流程图中的流体流动方向的位置。例如，在通道内或者工艺流程图中的位置，当流向该位置的一股流体的一部分还没有抵达该位置时，该位置是所述流体的那部分的下游。在所述通道或者工艺流程图中的位置，当一股流体的一部分已经通过并离开该位置时，该位置是所述流体的那部分的上游。术语“上游”和“下游”不一定指垂直位置，因为本发明所使用的通道可以是水平、竖直或以一定角度倾斜放置。
术语“夹板”可以指平整的或基本平整的薄片或平板。所述夹板的厚度可以是所述夹板的最小尺寸并且可以上至约4mm，在一个实施方案中在约0.05-约2mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约1mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.05-约0.5mm的范围内。所述夹板可以具有任意的长度和宽度。
术语“表面特征”可以指在通道内扰乱流动的通道壁上的凹陷和/或通道壁上的突起。在图26和27中示出了可以使用的表面特征设计的实例。所述表面特征可以是圆形、球形、圆台形、长椭圆形(oblongs)、正方形、矩形、带角度的矩形(angledrectangles)、对勾形(checks)、尖角形(chevrons)、叶片形(vanes)、机翼形(airfoils)、波浪形等等，以及上述两种或更多种形状的组合。所述表面特征可以包含次特征，其中所述表面特征的主体壁进一步包含更小的表面特征，所述更小的表面特征可以是凹槽形、波纹形、锯齿形、孔形、毛边形(burrs)、对勾形、扇贝形(scallops)等等。所述表面特征可以具有深度、宽度，并且对于非圆形表面特征而言，可以具有长度。根据本发明所披露的方法，所述表面特征形成于所使用的工艺微通道、热交换通道和/或燃烧通道的内壁中的一面或多面内壁的上面或里面。所述表面特征可以指被动型(passive)表面特征或者被动型混合特征。所述表面特征可用于干扰流动(例如干扰层流流线)，并且产生与总体流动方向成一定角度的平流(advectiveflow)。
术语“热交换通道”可以指其中含有提供热量和/或吸收热量的热交换流体的通道。所述热交换通道可以从相邻通道(例如工艺微通道)和/或一个或多个与所述热交换通道热力学接触的通道吸收热量，或将热量提供至这样的通道。所述热交换通道可以从彼此相邻但不与所述热交换通道相邻的通道吸收热量或提供热量至这样的通道。在一个实施方案中，一个、两个、三个或者更多个通道可以彼此相邻并且设置在两个热交换通道之间。
术语“热传导壁”可以指在工艺微通道和相邻的热交换通道之间的共用壁，其中热量从一个通道穿过所述共用壁传递至另一个通道。
术语“热交换流体”可以指一种可释放和/或吸收热量的流体。
术语“波形”可以指从平面的物体转变为三维的物体的连贯的导热材料。所述波形可用于形成一个或多个微通道。所述波形可以包含可夹在两块相对的平面薄片或平板之间的直角波纹状插入(insert)。所述直角波纹状插入可以具有倒圆的边。在这样的方法中，可以通过所述波形的三条侧边以及通过所述平面薄片或平板之一的第四条边限定一个或多个微通道。所述波形可以由本发明所披露的用于制造所述微通道反应器的导热材料中的任意一种制成。这样的材料可以包括铜、铝、不锈钢等等。所述波形的导热性可以是约1W/m-K或更高。
术语“总体流动方向”可以指流体在通道内可沿着开放路径流动的矢量。
术语“总体流动区域”可以指微通道内的开放区域。一个连贯的总体流动区域可以使得流体快速流过微通道而没有明显压降。在一个实施方案中，在所述总体流动区域内的流动可以是层流。总体流动区域可以包含微通道的内部体积和/或横截面积的至少约5％，在一个实施方案中为约5％-约100％，在一个实施方案中为约5％-约99％，在一个实施方案中为约5％-约95％，在一个实施方案中为约5％-约90％，以及在一个实施方案中为微通道的内部体积和/或横截面积的约30％-约80％。
术语“开放通道”或“流经通道”或“开放路径”可以指通道(例如微通道)，其具有穿过整个通道延伸的至少约0.01mm的空隙(gap)，以使流体可以流过所述通道而没有任何障碍影响流动。所述空隙可延长至上至约10mm。
术语通道(例如工艺微通道)的“横截面积”可以指垂直于所述通道内流体总体流动的方向测得的面积，并且可以包括所述通道内含有任意可能存在的表面特征在内但不包括所述通道壁的所有面积。对于沿长度弯曲的通道而言，所述横截面积可以是在已选点处沿直线垂直于总体流动的方向测得的面积，所述直线平行于所述通道长度并且位于所述通道的中心(按面积)。高度和宽度的尺寸可以由通道壁到其对面的通道壁的距离测得。所述壁表面的涂层的使用可以不改变这些尺寸。所述尺寸可以是考虑到由表面特征、表面粗糙度等引起的变化的平均值。
术语通道(例如工艺微通道)的“开放横截面积”可以指垂直于所述通道内总体流体流动的方向测得的对所述总体流体流动而言是开放的面积。所述开放横截面积可以不包括内部隔断物例如可能存在的表面特征等等。
用于流体在通道内流动的速度的术语“表观速度”可以指由在所述通道的入口温度和压力下所述流体的体积流速除以所述通道的横截面积产生的速度。
术语“自由流速”可以指在通道内流动的流体沿所述通道的侧壁至足够长的距离的速度以使得所述速度处于最大值。如果没有可应用的边界层分离条件(slipboundarycondition)，流体在通道内的侧壁处的流速为零，但是该流速随着侧壁的距离增大而增大直至该流速达到稳定值。该稳定值为所述“自由流速”。
在本发明中，术语“工艺流体”可用于指反应物、产物和任意稀释剂或其他可以在工艺微通道内流动的流体。
术语“反应区域”可以指微通道内的空间，其中发生化学反应或至少一种物质的化学转化。所述反应区域可以包含一种或多种催化剂。
术语“产率”可以指离开微通道反应器的产物的摩尔数除以进入微通道反应器的反应物的摩尔数。
术语“循环”可以指通过微通道反应器的反应物的一次单程。
术语“分级催化剂”可以指具有一个或多个梯度的催化活性的催化剂。所述分级催化剂可以具有变化的浓度或表面积的催化活性金属。所述分级催化剂可以具有变化的催化活性位点转变速率。所述分级催化剂可以具有物理性质和/或作为距离的函数而变化的形式。例如，所述分级催化剂可以具有在工艺微通道的入口处是相对低的活性金属浓度，并在靠近所述工艺微通道的出口处升至更高的浓度，或者反之亦然；或者越靠近工艺微通道的中心(即中点)，催化活性金属的浓度越低，并且越靠近工艺微通道壁，催化活性金属的浓度越高，反之亦然等等。分级催化剂在工艺微通道内从一个位置至另一个位置的导热性可以不同。可以通过改变催化活性金属位点在稳定表面积的载体上的尺寸，或者通过改变所述载体的表面积，例如通过改变载体类型或颗粒尺寸，而改变分级催化剂的表面积。分级催化剂可以具有多孔载体，其中所述载体的表面积与体积的比在所述工艺微通道的不同部分可能较高或较低，然后使用相同的催化剂涂覆所述载体的每一处。可以使用两种或更多种前述实施方案的组合。所述分级催化剂可以具有单一催化组分或者多种催化组分(例如双金属或三金属催化剂)。作为距离的函数，所述分级催化剂可以在工艺微通道内从一个位置到另一个位置逐渐改变其性质和/或组成。所述分级催化剂可以包含有边颗粒，所述颗粒在每个颗粒内都具有催化活性金属的“蛋壳”式分布。所述分级催化剂可以沿工艺微通道的长度在轴向或横向上分级。所述分级催化剂在工艺微通道中可以具有不同的催化组分、不同的装载量和/或可以从一个位置到另一个位置变化的活性催化位点的数目。可以通过改变所述催化剂结构的孔隙率来改变催化活性位点的数目。这可以通过使用罩面工艺(washcoatingprocess)沉积不同量的催化材料来实现。一个实例是沿着所述工艺微通道的长度使用不同的多孔催化剂的厚度，由此在需要较高活性的地方可设置较厚的多孔结构。对于固定的或可变的多孔催化剂的厚度而言，还可以调节孔隙率。在与用于流动的开放区域或者空隙相邻处可以使用第一孔尺寸，并且在与所述工艺微通道壁相邻处可以使用至少一个第二孔尺寸。
术语“生物质”可以指能够作为燃料使用的活着的生物材料和刚死亡的生物材料。术语生物质可以指用作生物燃料种植的植物体。术语生物质可以包括用于获取纤维、化学物质或热量的植物或动物体。生物质可以包括能够作为燃料燃烧的可生物降解的废弃物。生物质可以包括植物例如柳枝稷(swtichgrass)、大麻、玉米、白杨木、柳树、甘蔗、油棕榈等等。
术语“焦炭”可以指从碳质材料中抽出或释放出气体后的残余的固体材料。焦炭可以形成于碳质材料的燃烧过程中。
术语“焦油”可以指从碳质材料的干馏中提取的粘稠黑色液体。
术语“灰分”可以指碳质材料燃烧后残余的固体残渣。
术语“链增长”可以指由于反应产生的分子的增长，在该反应中所述分子随着与新分子结构的加成(例如在费-托合成中亚甲基基团与烃链的加成)而增长。
术语“烃”可以指纯烃类化合物；即脂肪族化合物(例如烷烃、烯烃或炔烃)，脂环族化合物(例如环烷烃、环烯烃)，芳香族化合物、脂肪-和脂环-取代芳香族化合物、芳香取代脂肪族化合物、芳香取代脂环族化合物等等。实例可以包括甲烷、乙烷、丙烷、环己烷、乙基环己烷、甲苯、乙苯等等。术语“烃”可以指取代的烃类化合物；即含有非烃取代基的烃类化合物。所述非烃取代基的实例可以包括羟基、酰胺基、硝基等等。术语“烃”可以指杂原子取代的烃类化合物；即在链或环中除含有碳原子外还含有非碳原子的烃类化合物。所述杂原子可包括例如氮、氧、硫等等。对于每个非烃取代基或杂原子而言，所述烃类化合物可以包含大约10个或更多个碳原子。
术语“较高分子量的烃”可以指一种含有2个或者更多个碳原子的烃，在一个实施方案中含有3个或者更多个碳原子，在一个实施方案中含有4个或者更多个碳原子，在一个实施方案中含有5个或者更多个碳原子，以及在一个实施方案中含有6个或者更多个碳原子。所述较高分子量的烃可以含有上至约100个碳原子，在一个实施方案中含有上至约90个碳原子，在一个实施方案中含有上至约80个碳原子，在一个实施方案中含有上至约70个碳原子，在一个实施方案中含有上至约60个碳原子，在一个实施方案中含有上至约50个碳原子，在一个实施方案中含有上至约40个碳原子，以及在一个实施方案中含有上至约30个碳原子。所述较高分子量的烃可以是脂肪烃。实例可以包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、辛烷、癸烷、十二烷等等。
术语“费-托”或“FT”可以指由下式表示的化学反应：
nCO+2nH2→(CH2)n+nH2O
该反应是可以在费-托催化剂的存在下进行的放热反应。n可以是任意数字，例如从1至大约10，在一个实施方案中为2至大约10，以及在一个实施方案中为2至大约8。
术语“费-托产物”或“FT产物”可以指由费-托工艺制得的烃产物。所述FT产物在常压下的沸点可以等于或大于约30℃。
术语“FT尾气”可以指由费-托工艺制得的气态产物，所述尾气在常压下的沸点可以低于约30℃。
术语“生成醇的反应”可以指由下式表示的合成反应：
nCO+H2→CnH2n+1OH+(n-1)H2O
该反应是可以在生成醇的催化剂的存在下进行的放热反应。n可以是任意数字，例如从1至大约10，在一个实施方案中为2至大约10，以及在一个实施方案中为2至大约8。
术语“Co装载量”可以指催化剂中Co的重量除以所述催化剂的总重量，所述催化剂的总重量即所述Co加上任意协同催化剂或促进剂以及任意载体的总重量。如果所述催化剂担载在工程载体结构体上，例如泡沫体、毡毯体、团块体或翅片体，则所述计算中可以不包括该工程载体结构体的重量。类似地，如果所述催化剂附着在通道壁上，则所述计算中可以不包括所述通道壁的重量。
术语“蒸汽甲烷重整”或“SMR”可以指反应：
H2O+CH4→CO+3H2
该反应是吸热的，并且可以在SMR催化剂的存在下进行。所述CO和H2的产物混合物可以指合成气(synthesisgas)或合成气(syngas)。可以通过燃料(例如H2)与氧气或氧源(例如空气或富氧空气)的混合物的燃烧反应提供实施该反应所需要的热量。所述燃烧反应是放热的，并且可以在燃烧催化剂的存在下进行。
术语“加氢裂解工艺”指其中在烃类反应物中的一个或多个C-C键断裂生成含有两个或更多个比所述烃类反应物的分子量更低的烃产物的产物的方法。例如，C12烷烃可以被转化为C7烷烃和C5烷烃。
术语“mm”可以指毫米。术语“nm”可以指纳米。术语“ms”可以指毫秒。术语“μs”可以指微秒。术语“μm”可以指微米(micron)或微米(micrometer)。术语“微米(micron)”和“微米(micrometer)”具有相同的含义并且可以互换使用。
除非另有规定，所有的压力以绝对压力表示。
可以用于本发明方法中的碳质材料可以包括任意能够被气化以产生合成气的有机材料或含碳材料。所述碳质材料可以包括食物源例如玉米、大豆等等。所述碳质材料可以包括非食物源。所述非食物源可以指第二代生物燃料。所述非食物源可以包括任何通常不被用作食物的碳质材料。可以使用的非食物源的例子可以包括煤(例如低质煤、优质煤等等)、油(例如原油、重油、油砂油等等)、生物质、固体废弃物或其中两种或更多种的混合物。所述非食物碳质材料可以包括生活固体废弃物(MSW)、有害废弃物、垃圾衍生燃料(RDF)、轮胎、石油焦炭、垃圾(trash)、废物(garbage)、来自分解系统(digester)的生物质、污水污泥、动物排泄物(例如鸡粪、火鸡粪、牛粪、马粪以及其他动物排泄物)、农业废弃物、玉米秸秆、柳枝稷、木材、木屑(woodcuttings)、草屑(grasscllipings)、建筑垃圾材料、塑料材料(例如塑料废弃物)、轧棉废弃物、堆填区沼气、天然气等等。所述非食物碳质材料可以包括聚乙烯或聚氯乙烯。可以使用上述两种或更多种物质的混合物。
所述碳质材料可以具有相对大的固体物的形状并且在步骤(A)之前，可以通过例如螺旋钻(auger)将这些相对大的固体物粉碎成较小的物体。
所述碳质材料可以包括水，并且在本发明的至少一个实施方案中，在本发明方法的气化步骤(A)之前除去部分或全部的水可能是有利的。这可以通过常规的干燥技术实现。
术语“合成气”指含有CO和H2的气体混合物。合成气(synthesisgas)有时指合成气(syngas)。在本发明方法的气化步骤(A)中形成的合成气可以包括含有不同量的CO和H2的气体混合物。在本发明方法的至少一个实施方案中，在步骤(B)中使用H2和CO的摩尔比可能为约0.5-约4的范围内、在一个实施方案中为约1-约3的范围内、在一个实施方案中为约1.5-约2.5的范围内以及在一个实施方案中为约1.8-约2.2的范围内的合成气是有利的。如果在步骤(A)中产生的H2的量不足以满足以上所定义的H2和CO的摩尔比，则可以在本发明方法的步骤(B)之前向所述合成气中加入额外量的H2。所述合成气还可以包含不同量的CO2和水以及颗粒状固体和其他杂质。在执行本发明方法的步骤(B)之前，可以将所述CO2、水、颗粒状固体和其他杂质与所述合成气分离或至少部分分离。
在本发明示例性的实施方案中，将首先结合图1-8描述本发明方法。参考图1，方法100使用了气化炉110和微通道反应器200。当微通道反应器200用于将合成气转化为一种或多种烃时可以指费-托微通道反应器。当微通道反应器200用于将合成气转化为一种或多种醇时可以指生成醇的微通道反应器。在操作过程中，使所述碳质材料经由线路112进入气化炉110中。使气化剂(例如蒸汽、氧气和/或空气)经由线路114进入气化炉110中。在气化炉110中，加热所述碳质材料和所述气化剂并且使其发生气化反应以生成合成气。使所述合成气经由线路116从气化炉110流入微通道反应器200中。流出气化炉110的合成气可能处于升高的温度，例如在700℃以上，因此，在所述合成气进入微通道反应器200之前降低合成气的温度可能是有利的。如下文所讨论的在气化炉110和微通道反应器200之间的线路中使用一个或多个热交换器，所述温度类似于微通道反应器200中希望的操作温度。这样的热交换器可以是微通道热交换器。流出气化炉110的合成气可能含有不希望的量的水、颗粒状固体、杂质(例如硫、卤素、硒、磷、砷、氮、二氧化碳等等)等等。可以在气化炉110和微通道反应器200之间的线路中使用一个或多个气-液吸附装置(这些装置可以采用一种或多种离子液体吸附剂)、变温吸附(TSA)装置、变压吸附(PSA)装置、含有纳米纤维层或纳米复合膜的微通道装置、旋分器、冷凝器等等降低这些物质的浓度。在微通道反应器200中，使所述合成气流过一个或多个工艺微通道与催化剂接触以生成目标产物。所述催化剂可以是费-托催化剂并且通过与所述费-托催化剂接触生成的产物可以包括一种或多种烃。可替换地，所述催化剂可以是生成醇的催化剂并且通过与所述催化剂接触生成的产物可以包括一种或多种醇。这些反应都为放热反应。可以使用如箭头204和206所示的流过微通道反应器200的热交换流体控制这些反应。在一个实施方案中，所述热交换流体包括蒸汽。使获得的产物经由线路202流出微通道反应器200。
除了在微通道反应器200中用作热交换流体的蒸汽也可以用作气化炉100中的气化剂之外，图2中所示例的方法100A与图1中所示例的方法100相同。使所述蒸汽从微通道反应器200经由线路206流入气化炉110。在气化炉110中，在所述碳质材料的气化过程中将蒸汽作为气化剂使用。
除了方法100B包括氮气分离器300之外，在图3中所示例的方法100B与图1中所示例的方法100相同。所述氮气分离器300可以包括任何适合分离氮气和空气的装置。例如，氮气分离器300可以包括离子液体分离器、变温吸附(TSA)装置或变压吸附(PSA)装置。在操作过程中，使空气经由线路302进入氮气分离器300，在该分离器中使所述空气经历氮气与空气分离的分离过程。从而形成富氧空气或纯化的氧气。使所述氮气经由线路304流出氮气分离器300。使所述富氧空气或纯化的氧气经由线路114从氮气分离器300流入气化炉110。在气化炉110中，将所述富氧空气或纯化的氧气作为气化剂使用。使所述碳质材料和所述气化剂发生气化反应以生成合成气。使所述合成气经由线路116从气化炉110流入微通道反应器200，在该反应器中使所述合成气发生反应以生成如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。
除了方法100C采用热解反应器400之外，在图4中所示例的方法100C与图1中所示例的方法100相同。在操作过程中，使所述碳质材料经由线路112进入热解反应器400。在热解反应器400中，使所述碳质材料发生热解反应，生成热解油。使所述热解油经由线路402从热解反应器400流入气化炉110。使气化剂经由线路114进入气化炉110。在气化炉110中加热所述热解油和所述气化剂并使其发生气化反应以生成合成气。使所述合成气经由线路116从气化炉110流入微通道反应器200，在该反应器中使所述合成气发生反应以生成如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。
除了使液态烃例如焦油与流出气化炉110的合成气分离之外，图5中所示例的方法100D与图4中所示例的方法100C相同。将这些液态烃从线路116经由线路118回收回到热解反应器400中。使回收的液态烃和经由线路112进入热解反应器400的碳质材料在热解反应器400中混合并发生热解反应，生成热解油。使所述热解油经由线路402从热解反应器400流入气化炉110，在该气化炉中将所述热解油与经由线路114进入气化炉110的气化剂混合。在气化炉110中加热所述热解油和所述气化剂并使其发生气化反应以生成合成气。使所述合成气经由线路116从气化炉110流入微通道反应器200。在微通道反应器200中，将所述合成气转化为如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。
图6中所示例的方法100E采用如上所述的气化炉110和微通道反应器200并结合蒸汽甲烷重整(SMR)微通道反应器500。在SMR微通道反应器500中发生SMR反应，其中使含有甲烷的尾气与蒸汽发生吸热反应以生成合成气。SMR微通道反应器500可以包含多个与多个燃烧通道热力学接触的SMR工艺微通道。可以在所述燃烧通道中进行燃烧反应以提供所述吸热SMR反应所需要的热量。在方法100E的操作过程中，使碳质材料经由线路112进入气化炉110，在该气化炉中将所述碳质材料与经由线路114进入气化炉110的气化剂混合。加热所述碳质材料和所述气化剂并使其发生气化反应以生成合成气。使所述合成气经由线路116流入微通道反应器200，在该反应器中使所述合成气与催化剂接触并反应生成如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。使产物经由线路202流出微通道反应器200。使含有甲烷的尾气与所述产物分离并且从线路202经由线路208流入SMR微通道反应器500中。使剩余的产物(即不含尾气的产物)经由线路210流出系统。使所述尾气随蒸汽一起流过SMR微通道反应器500。使所述尾气和所述蒸汽发生SMR反应并转化为合成气。所述合成气经由线路502从SMR微通道反应器500流入微通道反应器200，在所述微通道反应器中使所述合成气与来自气化炉110的合成气混合。混合后的合成气混合物流入微通道反应器200中并发生如上所述的反应。
除了使二氧化碳与通过箭头120示出的经由线路116流出气化炉110的合成气分离之外，图7中所示例的方法100F与图6中所示例的方法100E相同。使贫二氧化碳合成气(即，不含二氧化碳的合成气)经由线路122流入微通道反应器200，在该反应器中所述贫二氧化碳合成气与来自线路502的合成气混合。混合后的合成气混合物在微通道反应器200中发生反应以生成如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。
除了使与经由线路116流出气化炉110的合成气分离的二氧化碳经由线路120流入SMR微通道反应器500并在该反应器中使所述二氧化碳与尾气混合并反应生成合成气之外，图8中所示例的方法100G与图7中所示例的方法100F相同。使所述合成气经由线路502流出SMR微通道反应器500并流入微通道反应器200中。在微通道反应器200中，使来自线路502的合成气与来自线路122的合成气混合并发生反应以生成如上所述的一种或多种烃或一种或多种醇。
除了经由线路202流出微通道反应器200的产物中包含费-托产物之外，图8A所示例的方法100H与图1所示例的方法100相同。所述费-托产物包含液体和气体的混合物。如箭头203所示，可以使气态的费-托产物与液态的费-托产物分离。然后可以使所述液态的费-托产物在加氢裂解微通道反应器700中发生加氢裂解反应。任选地，可以在分离单元或蒸馏单元中将所述费-托液态产物分离为轻馏分和重馏分。可以将所述重馏分送入所述加氢裂解微通道反应器700中。可以将所述轻馏分作为最终产物或单独地进行加工。可选地，可以将所述轻馏分引入正在加工重馏分的加氢裂解微通道反应器700中。可以在独立的加氢裂解微通道反应器中对所述轻馏分进行加氢裂解。可以使经由线路202流动的轻费-托产物进入加氢裂解微通道反应器700并在该反应器中使所述轻质轻费-托产物与氢气进料流混合。如箭头702所示，使所述氢气进料流进入加氢裂解微通道反应器700中。在加氢裂解微通道反应器700中，使所述费-托产物和氢气与加氢裂解催化剂接触并反应生成目标加氢裂解产物。如箭头704所示，所述加氢裂解产物流出加氢裂解反应器700。在一个可选的实施方案中，可以将液态的费-托产物分离成轻馏分和重馏分，然后在加氢裂解微通道反应器700中对所述重馏分进行加氢裂解。所述加氢裂解反应是放热的。如箭头706和708所示，可以使用流过微通道反应器700的热交换流体控制所述反应。但是，所述加氢裂解反应可能只是轻微放热的，基于这样的事实，所述热交换流体的使用是任选的。
在一个可选的实施方案中，可以在与用于进行费-托反应相同的微通道反应器中进行加氢裂解反应。在该实施方案中，可以将用于进行费-托反应的微通道反应器200改造成在所述费-托反应区域的下游包含加氢裂解反应区域。使所述氢气进料流入所述加氢裂解反应区域中。还可以将微通道反应器200改造成在所述费-托反应区域的下游但在所述加氢裂解反应区域的上游能够除去气态的费-托产物以及任选地除去轻馏分液态费-托产物。
本发明方法的气化步骤(A)包括通过使所述碳质材料在至少约700℃下的温度与气化剂反应将所述碳质材料转化为合成气。所述气化剂可以包括氧气、空气和/或蒸汽。可以在至少约800℃的温度下执行所述气化步骤(A)，在一个实施方案中至少约900℃的温度，在一个实施方案中至少约1000℃的温度，在一个实施方案中至少约1100℃的温度，以及在一个实施方案中至少约1200℃的温度。可以在范围约700℃-约2500℃的温度下执行所述气化步骤(A)，在一个实施方案中范围约800℃-约2200℃，在一个实施方案中范围约900℃-约2000℃，在一个实施方案中范围约1000℃-约1800℃，在一个实施方案中范围约1100℃-约1800℃，在一个实施方案中范围约1200℃-约1800℃，以及在一个实施方案中范围约1300℃-约1500℃。在步骤(A)的过程中所使用的升高的温度使得所述步骤不同于生物方法，例如产生沼气的厌氧分解。
不希望受理论的限制，认为在本发明方法的步骤(A)的过程中，所述碳质材料可能发生如下的反应：
1.可以在加热碳质材料时发生热解(或液化)反应。可以释放出挥发物并产生焦炭，导致例如以重量计上至约70％的损失。所述过程取决于所述碳质材料的特性。这些特性可能决定了所述焦炭的结构和组成。
2.可以在所述挥发性产物和部分焦炭与氧气反应以生成二氧化碳和一氧化碳时发生燃烧反应。这可以是后续的气化反应提供热量。
3.所述焦炭与二氧化碳和蒸汽生成一氧化碳和氢气的反应。
4.在所述气化炉中的温度下可逆的气相水煤气变换反应可以达到平衡。这可能使一氧化碳、蒸汽、二氧化碳和氢气的浓度达到平衡。
通过这样的反应，可以将有限量的氧气引入所述气化炉中以使得部分碳质材料燃烧以在第一反应中产生一氧化碳和能量。氧气与碳的摩尔比可以在约0.01:1-约5:1的范围内，在一个实施方案中在约0.2:1-约2:1的范围内，在一个实施方案中在约0.5:1-约1.5:1的范围内，在一个实施方案中在约0.5:1-约1.2:1的范围内，以及在一个实施方案中为约1:1。所述燃烧反应可以用于驱动进一步将碳质材料转化为氢气和额外的一氧化碳的第二反应。
可以在逆流固定床气化炉、并流固定床气化炉、流化床气化炉或气流床气化炉(entrainedflowgasifier)中执行所述气化步骤(A)。所述逆流固定床气化炉可以包括碳质材料固定床，所述气化剂(例如蒸汽、氧气和/或空气)通过该固定床流入逆流构造中。或者通过干法除去灰分或者使灰分作为炉渣排出。所述排渣气化炉(slagginggasifier)可能要求蒸汽和氧气与碳的更高的比例以达到比所述灰分熔合温度更高的温度。可能要求碳质材料具有高机械强度和不结块组分以使得所述碳质材料可以形成可渗透床。这种类型的气化炉的生产能力可能是相对低的。由于气体出口温度可能是相对低的，因此热效率可能高。通过这样的方法可以产生焦炭和甲烷。
除了所述气化剂与所述碳质材料一起流入并流构造中之外，所述并流的固定床气化炉与所述逆流型气化炉类似。可能需要将通过燃烧少量的碳质材料或者来自外部热源的热量引入所述床的上部。所述合成气可以离开高温下的气化炉。可以将所述热量中的大部分热量传递至被添加在所述床顶部的气化剂以获得能源效率。在这样的构造中，焦油可以穿过焦炭温床。但是，所述焦油的水平可能低于逆流型气化炉。
在所述流化床气化炉中，可以在所述气化剂中流化所述碳质材料。或者通过干法除去灰分或者使灰分作为不能流化的重团块排出。在干法灰化气化炉中的温度可能是相对低的，并因而所述碳质材料可以是相对高活性的；低质煤可能是特别适合的。所述团聚(agglomerating)气化炉可以在略微较高的温度下进行操作，并且可能适合于等级更高的煤。碳质材料的产率可能比固定床更高，但是没有气流床气化炉高。由于碳质材料的凝聚，转化率可能是相对低的。固体的回收或后续的燃烧可以用于提高转化率。流化床气化炉可能适合用于产生高腐蚀性的并可能损害排渣气化炉炉壁的灰分的碳质材料。
在所述气流床气化炉中，可以采用氧气或空气在并流中气化干粉末状的固体碳质材料、喷雾状的液体碳质材料或所述碳质材料的粉浆。所述气化反应可以发生在致密的极细颗粒状的团块中。因为操作温度高并且煤颗粒可以彼此分离得很好，所以大部分煤适合于这种类型的气化炉。尽管由于使所述气体在清洗前冷却导致热效率可能有点偏低，但高温和高压也可能意味着可以获得较高的产率。尽管氧气的需要比其他类型的气化炉更高，但是这样高的温度也可能意味着焦油和甲烷可能不存在于产物合成气中。因为操作温度可能大于灰分熔合温度，所以气流床气化炉可以将大部分的灰分作为炉渣除去。可能生成较少部分的或者具有极细干粉飞尘形式的或者具有黑色飞尘粉浆形式的灰分。一些碳质材料，特别是某种类型的生物质可能形成腐蚀用作保护气化炉外壁的陶瓷内壁的炉渣。但是，部分气流床类型的气化炉可能不包含陶瓷内壁但可能含有被部分固化的炉渣覆盖的内部水或蒸汽冷却壁。这种类型的气化炉可能不受腐蚀性炉渣的影响。部分碳质材料可能具有极高的灰分熔合温度的灰分。在这种情况下，可以在气化前将石灰石与所述燃料混合。以足够降低所述熔合温度的量添加石灰石。所述碳质材料颗粒可能小于其他类型的气化炉。这可能意味着所述碳质材料可以是粉末状的，这可能需要比其他类型的气化炉更多的能量。
可以在熔融金属反应器中执行所述气化步骤(A)。在所述熔融金属反应器中，使所述碳质材料和蒸汽与熔融金属接触并反应生成合成气。所述熔融金属可以包括与进入所述反应器的蒸汽的第一部分按照下式反应的活性金属(Me)：
xMe+yH2O→yH2+MexOy
所述碳质材料可以与所述蒸汽的第二部分反应以生成一氧化碳和氢气。所述活性金属可以具有与氢气的氧亲和力相似的氧亲和力。所述活性金属可以包括一种或多种如下的金属或它们的合金：锗、铁、锌、钨、钼、铟、锡、钴或锑。所述活性金属可以至少部分溶解于第二金属或金属的混合物中。溶解所述活性金属的金属可以指稀释金属。所述稀释金属也可以与蒸汽反应，在这种情况下，所述稀释金属可以选自如上所披露的活性金属，前提是所述稀释金属的活性比所述活性金属低。所述稀释金属可以包含镍、铜、钌、铑、钯、银、镉、铼、锇、铱、铂、金、汞、铅、铋、硒、碲中的一种或多种。在所述熔融金属混合物中可以使用多于一种的稀释金属。在一个实施方案中，所述活性金属可以包括铁并且所述稀释金属可以包括锡。可以用于使所述碳质材料转化为合成气的熔融金属反应器可以包括美国专利7,232,472B2、6,685,754B2、6,682,714B2和6,663,681B2中披露的熔融金属反应器，所述专利文献以引文方式并入本专利申请。
可以在等离子气化炉中执行所述气化步骤(A)。采用这样的系统，可以将所述碳质材料送入等离子转化器中，所述等离子转化器可以包括密封的充满氮气或普通空气的不锈钢容器。可以在两个电极中通入电流(例如650伏电流)；这除去了氮气或空气中的电子并产生了等离子。穿过所述等离子的稳定电流形成强大的强能量场，足够使得所述碳质材料分解成其组分元素。副产物可以包括类似于玻璃的物质和合成气，所述类似于玻璃的物质可以被用作制备高强度沥青或家用瓷砖的原材料。可以使处于高温例如大约2200℉(1204℃)下的所述合成气离开所述等离子转化器。然后将所述合成气送入产生蒸汽的冷却系统中。所述系统可以用于驱动产生电力的涡轮机，部分电力可以用于为所述等离子转化器提供能量，同时其余的部分可以用作工厂的热量或电力需要，或者返销至公用电网。然后将所述合成气继续送入微通道反应器200。
可以将一个或多个费-托(FT)反应器或生成醇的微通道反应器200、或一个或多个SMR微通道反应器500、或一个或多个加氢裂解微通道反应器700置于容器220中。容器220具有如图9和图10中所示例的构造。参考图9和图10，容器220包含五个费-托反应器或生成醇的微通道反应器200、或五个SMR微通道反应器500、或五个加氢裂解微通道反应器700。这样的反应器在所述图中标记为200/500/700。这样的反应器在图10中标记为费-托或生成醇的微通道反应器、SMR微通道反应器、或加氢裂解微通道反应器200/500/700-1、200/500/700-2、200/500/700-3、200/500/700-4、200/500/700-5。尽管在所述图中公开了五个微通道反应器，可以理解的是，可以将任意希望的数目的费-托或生成醇的微通道反应器、SMR微通道反应器、或加氢裂解微通道反应器设置于容器220中。例如，容器220可以包含约1-约1000个微通道反应器200、500或700，在一个实施方案中包含约1-约750个、在一个实施方案中包含约1-约500个、在一个实施方案中包含约1-约250个、在一个实施方案中包含约1-约100个、在一个实施方案中包含约1-约50个、以及在一个实施方案中包含约1-约20个微通道反应器200、500或700。容器220可以是承压容器。容器220包含入口224和228以及出口222和226。
当容器220与费-托或生成醇的微通道反应器200一起使用时，入口224与歧管相连，该歧管用于使合成气流入微通道反应器200中的费-托或生成醇的工艺微通道。入口228与歧管相连，该歧管用于使热交换流体(例如蒸汽)流入微通道反应器200中的热交换通道。出口222与歧管相连，该歧管用于使产物流出微通道反应器200中的费-托或生成醇的工艺微通道。出口226与歧管相连，该歧管用于使热交换流体流出微通道反应器200中的热交换通道。
当容器220与SMR微通道反应器500一起使用时，容器220包含出口222和入口224、228和226。入口224与歧管相连，该歧管用于使SMR进料(例如FT尾气和蒸汽)流入SMR微通道反应器500中的SMR工艺微通道。入口228与歧管相连，该歧管用于使燃料(例如天然气)流入SMR微通道反应器500中的燃烧通道。出口222与歧管相连，该歧管用于使合成气从SMR微通道反应器500流出容器220。入口226与歧管相连，该歧管用于使氧气或者氧源(例如空气)流入SMR微通道反应器500中的分阶段的添加通道。容器220还包括用于使废气流出所述SMR微通道反应器500的出口(图中未示出)。
当容器220与加氢裂解微通道反应器700一起使用时，入口224与歧管相连，该歧管用于使费-托产物从线路202流入加氢裂解微通道反应器700中的加氢裂解工艺微通道。容器220还包括用于使氢气经由歧管流入加氢裂解微通道反应器700的工艺微通道中的入口(图中未示出)。入口228与歧管相连，该歧管用于使热交换流体流入微通道反应器700中的热交换通道。出口222与歧管相连，该歧管用于使加氢裂解的费-托产物流出微通道反应器700中的工艺微通道。出口226与歧管相连，该歧管用于使热交换流体流出微通道反应器700中的热交换通道。所述费-托产物所发生的加氢裂解反应可以是仅轻微放热的，并且从而在微通道反应器700中可以不需要使用热交换通道，因此可以认为热交换通道是任选的。当使用微通道反应器700时，可以获得改善的氢气进料气体和费-托产物之间的质量传递，基于这样的事实，使用具有或不具有热交换通道的微通道反应器700对费-托产物进行加氢裂解是有利的。
容器220可以使用任意合适的材料制成，该材料足以在运行费-托反应器或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500、加氢裂解微通道反应器700所需要的温度和压力下进行操作。例如，容器220的壳221和顶盖223可以由铸钢制成。法兰、联接件和管件可由316不锈钢制成。容器220可以有任意希望的直径，例如，为约10-约1000cm，以及在一个实施方案中为约50-约300cm。容器220的轴向长度可以是任意希望的值，例如，约0.5-约50米，以及在一个实施方案中约1-约20米。
费-托或生成醇的微通道反应器200可以包含多个层层重叠或者并排设置的费-托或生成醇的工艺微通道和热交换通道。费-托或生成醇的微通道反应器200可以是立方砖块的形状。这样的立方砖块中的每一个立方砖块可以具有长度、宽度和高度，所述长度在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约20-约200cm的范围内。所述宽度可以在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约20-约200cm的范围内。所述高度在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在从约20-约200cm的范围内。
微通道反应器200以及容器220可以充分地小而紧凑的，从而易于运输。因此，可以将这样的反应器和容器与本发明方法中所使用其他设备一起运送遥远的地点例如军事基地，并且这样的反应器和容器可用于将碳质材料例如固体废弃物、生物质等转化为合成燃料，例如汽车燃料、柴油、航空燃料等。
每一个费-托或生成醇的微通道反应器200可以包含多个重复单元，其中的每一个重复单元包括一个或多个费-托或生成醇的工艺微通道以及一个或多个热交换通道。可以使用的重复单元包括在图11-14中分别示例的重复单元230、230A、230B和230C。费-托或生成醇的微通道反应器200可以包含约1-约1000个重复单元230、230A、230B和230C，以及在一个实施方案中包含约10-约500个这样的重复单元。在重复单元230-230C中使用的催化剂可以具有任意的形式，包括如下文描述的不同的催化剂结构形式。
在图11中示出了重复单元230。参考图11，将费-托或生成醇的工艺微通道232设置成与含有热交换通道236的热交换层234相邻。热交换通道236可以是微通道。共用壁237将工艺微通道232与热交换层234分开。将催化剂设置在工艺微通道232的反应区域240中。在一个实施方案中，热交换层234的长度上至反应区域240的长度的200％，在一个实施方案中热交换层234的长度是反应区域240的长度的约50-约175％，以及在一个实施方案中热交换层234的长度是反应区域240的长度的约75-约150％。按照箭头250所示的方向，使反应物组合物(例如合成气)流入工艺微通道232的反应区域240中，与该反应区域的催化剂接触，并反应生成目标产物。如箭头252所示，使产物(例如一种或多种烃或一种或多种醇)流出工艺微通道232。按照与工艺微通道232中的反应物组合物和产物的流动错流的方向，使热交换流体流过热交换通道236。在工艺微通道232中所进行的费-托或生成醇的反应是放热的并且所述热交换流体为所述反应提供冷量。
可选地，所述工艺微通道和热交换通道可以在重复单元230A中对齐设置。除了使热交换通道236旋转90°并且使流过热交换通道236的热交换流体以一个方向流动之外，图12中所示例的重复单元230A与图11中所示例的重复单元230相同，所述方向可以是与工艺微通道232中的反应物和产物的流动逆流的方向或者是相对于工艺微通道232中的反应物和产物的方向并流的方向。
可选地，所述工艺微通道和热交换通道可以在重复单元230B中对齐设置。在图13中示出了重复单元230B。参考图13，将费-托或生成醇的工艺微通道232a设置成与热交换层235相邻。热交换层235含有多个互相平行对齐设置的热交换通道236，其中的每一个热交换通道236以相对于工艺微通道232a的纵长方向呈垂直的角度纵向延伸。热交换层235在长度上比工艺微通道232a短。热交换层235从或者靠近工艺微通道232a的反应区域240的入口246沿着工艺微通道232a纵向延伸至点247，该延伸长度短于延伸至反应区域240的出口248的长度。在一个实施方案中，热交换层235的长度上至反应区域240长度的约90％，在一个实施方案中热交换层235的长度是反应区域240长度的约5-约90％，在一个实施方案中热交换层235的长度是反应区域240长度的约5-约50％，在一个实施方案中热交换层235的长度是反应区域240长度的约50-约90％。工艺微通道232a的宽度在热交换层235的末端247的下游区域中拓展或延伸。
可选地，所述工艺微通道和热交换通道可以在重复单元230C中对齐设置。除了重复单元230C包含与工艺微通道232a相邻的热交换层235a，所述热交换层235a在工艺微通道232a的相对面热交换层235上之外，图14中所示例的重复单元230C与图13中所示例的重复单元230B相同。热交换层235a含有多个平行热交换通道236a，所述平行热交换通道在尺寸和设计上与上述的热交换通道236相同或类似。热交换层235a从或者靠近工艺微通道232a的反应区域240的入口246沿着工艺微通道232a长度的方向延伸至点249，该延伸长度短于延伸至热交换层235的末端247的长度。热交换层235a的长度上至热交换层235长度的约90％，在一个实施方案中热交换层235a的长度是热交换层235长度的约5-约90％，在一个实施方案中热交换层235a的长度是热交换层235长度的约5-约50％，在一个实施方案中热交换层235a的长度是热交换层235的长度的约50-约90％。工艺微通道232a的宽度分别地在热交换层235和235a的末端247和249的下游区域中拓展。
工艺微通道232和232a可以具有任意形状的横截面，例如正方形、长方形、圆形、半圆形等等。可以认为工艺微通道232和232a中的每一个通道的内高度为垂直于反应物和产物流过工艺微通道的方向的内尺寸的较小尺寸。工艺微通道232和232a中的每一个通道可以具有上至约10mm的内高度，在一个实施方案中上至约6mm，在一个实施方案中上至约4mm，以及在一个实施方案中上至约2mm。在一个实施方案中，所述高度可以在约0.05-约10mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约6mm的范围内，在一个实施方案中在约0.05-约4mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.05-约2mm的范围内。可以认为每一个工艺微通道232和232a的宽度为垂直于反应物和产物流过工艺微通道的方向的另一个内尺寸。每一个工艺微通道232和232a的宽度可以是任意尺寸，例如上至约3米，在一个实施方案中为约0.01-约3米，以及在一个实施方案中为约0.1-约3米。每一个工艺微通道232和232a的长度可以是任意尺寸，例如上至约10米，在一个实施方案中为约0.2-约10米，在一个实施方案中为约0.2-约6米，以及在一个实施方案中为约0.2-约3米。
热交换通道236可以是微通道或者所述通道可以具有使其归为非微通道的较大的尺寸。热交换通道236中的每一个通道可以具有任意形状的横截面，例如正方形、长方形、圆形、半圆形等等。可以认为热交换通道236中的每一个通道的内高度为垂直于反应物和产物在所述热交换通道中的流动方向的内尺寸的较小尺寸。热交换通道236中的每一个通道可以具有上至约2mm的内高度，在一个实施方案中在约0.05-约2mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.05-约1.5mm的范围内。与反应物和产物穿过工艺微通道的流动方向垂直的另一个内尺寸，即所述通道中的每一个通道的宽度，可以是任意尺寸，例如上至约3米，在一个实施方案中为约0.01-约3米，以及在一个实施方案中为约0.1-约3米。热交换通道236中的每一个通道的长度可以是任意尺寸，例如上至约10米，在一个实施方案中为约0.2-约10米，在一个实施方案中为约0.2-约6米，以及在一个实施方案中为约0.2-约3米。
微通道反应器200中的重复单元230-230C的数目可以是任意希望的数目，例如，一、二、三、四、五、六、八、十、几百、几千、几万、几十万、几百万等等。
在费-托或生成醇微通道反应器的设计和操作过程中，提供沿着所述工艺微通道的长度调整的热交换性能来优化所述反应是有利的。这可以通过使在所述工艺微通道中进行的费-托或生成醇的反应所生成的热量的局部释放匹配于在所述微通道反应器的热交换通道中由热交换流体所移除的热量或者提供的冷量实现。与所述反应区域的后置或者下游部分相比，在所述工艺微通道的反应区域的前置或上游部分中的费-托或生成醇的反应程度更高，并且由此释放的热量更多。因此，与所述反应区域的下游部分相比，在所述反应区域的上游部分需要更多与反应所释放的热量相匹配的冷量。通过提供比所述反应区域的下游部分更多的与所述工艺微通道的反应区域的上游部分进行热力学接触的热交换或者冷却通道，由此得到具有更多的热交换或冷却流体的流动，可获得调整的热交换。这样的技术方案示于图13和14中，其中热交换层235和235a从反应区域240的入口246沿工艺微通道230B和230C的纵长方向延伸至点247和249，所述延伸长度短于延伸至所述反应区域240的出口248的长度。可选地或此外，通过改变热交换通道中热交换流体流速可获得调整的热交换性能。与需要较少的热交换或冷量的区域相比，可以在需要另外的热交换或冷量的区域中将热交换流体的流速提高。例如，相比于与所述工艺微通道的反应区域的下游部分进行热力学接触的热交换通道，热交换流体在与工艺微通道的反应区域的上游部分进行热力学接触的热交换通道中的更高的流速是有利的。因此，参考图11，例如，与流速可能较低的靠近工艺微通道232或反应区域240的出口的热交换通道236相比，在靠近工艺微通道232或反应区域240的入口的热交换通道236中的流速更高。通过选择最优的热交换通道尺寸和/或每个单独的或成组的热交换通道的热交换流体的流速，可以对从所述工艺微通道到所述热交换通道的热量传递进行最优效果设计。用于调节热交换的附加的备选设计可涉及在所述工艺微通道内的特定位置处的所述费-托或生成醇的催化剂的选择和设计(如颗粒尺寸、催化剂配方、堆积密度、分级催化剂的使用或者其他化学或物理特性)。这样的备选设计可能同时影响来自所述工艺微通道的热量释放和向所述热交换流体的热量传递。可以为热量传递提供驱动力的工艺微通道和热交换通道之间的温差可以是稳定的也可以沿着所述工艺微通道的长度变化。
SMR微通道反应器500可以包含多个层层重叠或者并排设置的SMR工艺微通道、燃烧通道或分阶段的添加通道。SMR微通道反应器500可以是如图9和10中所示例的立方砖块的形状。这样的立方砖块中的每一个立方砖块可以具有长度、宽度和高度，所述长度在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约50-约200cm的范围内。所述宽度可以在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约50-约200cm的范围内。所述高度在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约50-约200cm的范围内。
SMR微通道反应器500可以包含多个重复单元，其中的每一个重复单元包括一个或多个SMR工艺微通道、燃烧通道或分阶段的添加通道。可以使用的重复单元包括在图21-25中分别示例的重复单元510、510A、510B、510C和510D。SMR微通道反应器500可以包含约1-约1000个重复单元510、510A、510B、510C或510D，在一个实施方案中包含约3-约750个、在一个实施方案中包含约5-约500个、在一个实施方案中包含约5-约250个以及在一个实施方案中包含约10-约100个这样的重复单元。
图21中所示例的重复单元510包括SMR工艺微通道512和加热部分520。加热部分520包括燃烧通道530和分阶段的添加通道540和540A。工艺微通道510是倒置的U形并且包括设置有SMR催化剂(图中未示出)的反应区域516。如箭头514所示，使所述SMR进料(例如FT尾气与蒸汽的组合)进入SMR工艺微通道512中，流过所述SMR工艺微通道，在反应区域516中与所述SMR催化剂接触，发生蒸汽甲烷重整反应，从而生成含有CO和H2的合成气。如箭头518所示，使所述合成气流出所述SMR工艺微通道。燃烧通道530是M形燃烧微通道，其包括设置有燃烧催化剂(图中未示出)的反应区域534。燃烧通道530还包括其侧壁中的开孔部分538，以使得所述氧气或者氧源从分阶段的添加通道540和540A流入燃烧通道530中。如箭头532所示，使燃料进入燃烧通道530并流入反应区域534中。如箭头542和542A所示，使所述氧气或者氧源进入分阶段的添加通道540和540A并流过开孔部分538流入燃烧通道530内的反应区域534中。使所述燃料与所述氧气或者氧源混合，与所述燃烧催化剂接触，并且发生产生热量和燃烧废气的燃烧反应。如箭头536所示，使所述燃烧废气流出燃烧通道530。
除了重复单元510A中的SMR工艺微通道512是直管、流过微通道而非倒置U形微通道之外，图22中所示例的重复单元510A与重复单元510相同。
除了重复单元510B包括被称为SMR工艺微通道512和512A的两个相邻的SMR工艺微通道之外，图23中所示的重复单元510B与重复单元510A相同。SMR工艺微通道512与燃烧通道530相邻。SMR工艺微通道512A与SMR工艺微通道512相邻并与燃烧通道530热力学接触。
除了图24中所示例的燃烧通道330是直管通道而非M形通道，并且只使用一个分阶段的添加通道540之外，图24中所示例的重复单元510C与图22中所示例的重复单元510A相同。
除了重复单元510D的SMR工艺微通道512是倒置U形微通道而非直管微通道之外，图25中所示例的重复单元510D与图24中所示例的单元510C相同。
微通道反应器700可以包含多个层层重叠的加氢裂解工艺微通道和热交换通道。但是，如上所述，所述热交换通道对于加氢裂解微通道反应器700并非必需的，因此可以认为所述热交换通道的使用是任选的。加氢裂解微通道反应器700可以是如图9和10中所示例的立方砖块的形状。所述立方砖块的长度可以在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约20-约200cm的范围内。所述立方砖块的宽度可以在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在约20-约200cm的范围内。所述立方砖块的高度在约10-约1000cm的范围内，以及在一个实施方案中在从约20-约200cm的范围内。可以使所述费-托产物，或者至少所述费-托产物的液态或重质液态部分和氢气进入所述加氢裂解工艺微通道中，并且可以使加氢裂解的产物流出所述加氢裂解工艺微通道。可以使热交换流体(如果使用的话)流过所述热交换通道。微通道反应器700可以具有进料流顶盖或歧管以及产物底座或歧管，所示进料流顶盖或歧管可以使反应物流入工艺微通道中，所述产物底座或歧管可以使产物流出工艺微通道。当热交换通道与微通道反应器700一起使用时，可以采用热交换入口歧管和热交换出口歧管，所述入口歧管可以使热交换流体流入热交换通道中，所述出口歧管可以使热交换流体流出热交换通道。
加氢裂解反应器700可以包含一个或多个重复单元，每一个重复单元可以包含一个或多个工艺微通道以及任选地包含一个或多个热交换通道。所述工艺微通道中的每一个微通道可以包含一个或多个反应区域，在该区域中反应物反应生成目标产物。催化剂以固体形式存在于在所述一个或多个反应区域中。所述催化剂可以包含固定于固体的均相催化剂。在一个实施方案中，可以使每一个工艺微通道与一个或多个相邻的反应物流通道组合以使得分阶段添加的氢气进入所述工艺微通道中。所述工艺微通道和所述相邻的反应物流通道可能具有共用壁，在所述共用壁中设有多个开口。这样的开口可以用于使得来自所述相邻的反应物流通道的氢气流入所述工艺微通道中。所述进料流顶盖可以包括一个或多个用于将反应物的混合物分配给所述工艺微通道的歧管。可选地，所述进料流顶盖可以包括用于将所述反应物单独地分配给所述工艺微通道以及所述相邻的反应物流通道的单独的歧管。
费-托或生成醇的微通道反应器200中的所述热交换通道、SMR微通道反应器中的所述燃烧通道和分阶段的添加通道以及加氢裂解微通道反应器700中的所述相邻的反应物流通道和热交换通道(如果使用的话)可以是微通道或者所述通道可以具有使其归为非微通道的尺寸。例如，这样的通道可以具有上至约50mm的内高度或宽度，在一个实施方案中上至约25mm，以及在一个实施方案中上至约15mm。所述费-托或生成醇的工艺微通道、所述SMR工艺微通道以及所述加氢裂解工艺微通道是微通道。所述微通道中的每一个微通道可以具有任意形状的横截面，例如，正方形、长方形、圆形、半圆形等等。每一个微通道可以具有上至约10mm的内高度，在一个实施方案中上至约5mm，以及在一个实施方案中上至约2mm。所述微通道中的每一个微通道的高度可以在约0.05-约10mm的范围内，在一个实施方案中为约0.05-约5mm，在一个实施方案中为约0.05-约2mm，以及在一个实施方案中为约0.05-约1.5mm。所述微通道中的每一个微通道的宽度可以是是任意尺寸，例如上至约3米，在一个实施方案中为约0.01-约3米，以及在一个实施方案中为约0.1-约3米。每一个微通道的长度可以是任意尺寸，例如上至约10米，在一个实施方案中为约0.2-约10米，在一个实施方案中为约0.2-约6米，以及在一个实施方案中为约0.2-约3米。
费-托或生成醇的微通道反应器200中的费-托或生成醇的工艺微通道和热交换通道、SMR微通道反应器500中的SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段的添加通道以及加氢裂解微通道反应器700中的加氢裂解工艺微通道、相邻的反应物流通道和热交换通道(如果使用的话)可以具有长方形的横截面并且并排垂直对齐于定位平面或者并排水平对齐于定位重叠平面。这样的平面可以从水平面仰起一个倾斜角度。这样的布局可以指平行板布局。这样的通道可设置在用于放大化的模块型紧凑单元中。
费-托或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500和加氢裂解微通道反应器700可以由任意材料制成，这样的材料可提供足够的强度、尺寸稳定性和热传导特性以实现目标方法的操作。这样的材料可以包括铝、钛、镍、铂、铑、铜、铬、前述任意一种金属的合金、黄铜、钢(例如不锈钢)、石英、硅或者上述两种或更多种物质的组合。每一种微通道反应器可以由具有一种或多种用于形成所述通道的铜或铝波形的不锈钢制成。
可以利用现有技术制造费-托或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500和加氢裂解微通道反应器700，所述技术包括电火花线切割加工(wireelectrodischargemachining)、传统加工、激光切割、光化学加工、电化学加工、成型、水射流、冲压、蚀刻(例如化学蚀刻、光化学蚀刻或等离子蚀刻)和上述方法的组合。
通过形成具有被移除的部分并形成流动通道的夹板(shims)，可以构建费-托或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500和加氢裂解微通道反应器700。一沓夹板可以经由扩散粘合(diffusionbonding)、激光焊(laserwelding)、扩散焊(diffusionbrazing)和类似方法进行组装费-托或生成醇的微通道反应器、所述SMR微通道反应器和所述加氢裂解微通道反应器以形成整合的装置。所述微通道反应器可以通过夹板或推板(laminae)以及部分(partial)薄片或带体(strips)的组合进行组装。在这样的方法中，通过将带体或者部分的薄片进行组装，形成所述通道或空间区域以减少所需的材料的量。
使用具有直角波纹状插入的形式的波形可以构建费-托或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500和加氢裂解微通道反应器700。所述直角波纹状的薄片可以具有倒圆的边而不是锐利的边。可以将这样的插入夹在两块相对的平面薄片或夹板之间。在这样的方法中，可以通过所述波纹状薄片在三条侧边以及通过所述平面薄片在第四条边上限定所述微通道。可以通过这样的方式形成所述工艺微通道和所述热交换通道。采用波形制得的微通道反应器披露在WO2008/030467中，该文献以引文方式并入本专利申请中。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道和/或燃烧通道和加氢裂解工艺微通道可以包含一个或多个表面特征，所述表面特征在所述工艺微通道的一个或多个内壁上是凹陷和/或突起的形式。实例示于图26和27中。费-托或生成醇的微通道反应器200中的热交换通道和加氢裂解微通道反应器700中的热交换通道(如果使用的话)以及加氢裂解微通道反应器700中的相邻的反应物流通道也可以包含这样的表面特征。所述表面特征可以用于干扰所述通道内流动的流体的流动。对所述流动的干扰可以增强混合和/或热传导。所述表面特征可以是带图案的表面的形式。所述费-托或生成醇的微通道反应器、SMR微通道反应器和/或加氢裂解微通道反应器可以通过将多个夹板压制在一起制成。在所述夹板的一个或两个主要表面上可以包含表面特征。可选地，可以使用一些薄片或夹板和一些带体或部分薄片对所述费-托或生成醇的微通道反应器、SMR微通道反应器和/或加氢裂解微通道反应器进行组装，以减少制造所述装置所需的金属的总量。含有表面特征的夹板可以与另一个含有表面特征的夹板配对(在一个微通道的两对面)。与仅在一个主要表面上有表面特征的通道相比，配对可以产生更好的混合或热传导增强。所述图案可以包括带斜纹的凹坑，设置所述凹坑使其基本覆盖在微通道表面的全部宽度上。一面壁的带图案的表面特征区域可以占据微通道表面的一部分或者全部长度。可以设置表面特征使其覆盖通道表面的长度的至少约10％、在一个实施方案中至少约20％、在一个实施方案中至少约50％、以及在一个实施方案中至少约80％。每一个带斜纹的凹坑可以包括一个或多个相对于流动方向的角度。相对于其他的凹坑表面特征，连续的凹坑表面特征可以包括类似的或者交替的角度。
在其中可以将表面特征设置在多于一面的微通道壁之上或之内的实施方案中，在一面壁之上或之内的所述表面特征可以具有与建立在第二面壁上的图案相同(或类似)的图案，但是所述表面特征围绕着所述主通道平均总体流动方向的中心线旋转。在其中表面特征可能在相对壁之上或之内的实施方案中，在一面壁之上或之内的所述表面特征可大体是在相对壁上的所述特征的镜像。在其中可以将表面特征设置在多于一面的微通道壁之上或之内的实施方案中，在一面壁之上或之内的所述表面特征可以具有与在第二面壁上的图案相同(或类似)的图案，但是所述表面特征围绕着所述主通道平均总体流动方向的垂直轴线旋转。换言之，所述表面特征可相对于所述主通道平均总体流动方向翻转180度，并且相对于所述主通道平均总体流动方向的中心线旋转。在相对或者相邻壁之上或之内的表面特征可以直接互相对齐或者可以不直接相互对齐，但是可以沿着所述壁在所述壁长度的至少一部分上不断重现。可以将表面特征置于通道的三个或者更多个内表面上。对于有三个面或者更少个面的通道形状，如三角形、卵形、椭圆形、圆形等等，所述表面特征可覆盖所述微通道周长的约20％-约100％。
带图案的表面可以包括多个互相重叠的图案。可以将孔的模型或者阵列设置成与热交换壁相邻，并且可以使第二图案例如表面特征的带斜纹的阵列在顶部重叠并且与用于流动的开放通道相邻。与开放空隙相邻的薄片可以具有穿过所述薄片厚度的图案，以使得流动可以穿过所述薄片进入下面的图案。流动可能作为平流(advection)或者扩散的结果发生。作为示例，可以将具有通孔(throughholes)的阵列的第一薄片设置于热传导壁上，并且将具有斜纹穿过槽(throughslots)的阵列的第二薄片设置于所述第一薄片之上。这为粘附催化剂提供了较多的表面积。所述图案可在所述工艺微通道的至少另一面壁上重现。所述图案可在两相对壁上抵消。所述最内部的带图案的表面(那些界定流动通道的表面)可以具有图案，例如斜纹阵列。可以将所述斜纹阵列的两面同时设置成沿着流动的方向或者一面设置成沿着流动的方向而将相对面设置成逆着流动的方向。通过改变两相对壁的表面特征，在沿着中心或开放空隙向下流动的所述流体中可以形成不同的流场和涡量程度。
可以将所述表面特征设置成与经过所述通道的流动方向成一定角度。可以将所述表面特征设置成相对于流动方向成约1°-约89°的角度，在一个实施方案中为约30°-约75°的角度。定位角度可以是斜角。可沿着流动方向或者逆着流动方向设置所述具有角度的表面特征。与所述表面特征接触的流体的流动可以迫使所述流体的一部分进入所述表面特征的凹陷内，而其他流体在所述表面特征的上方流动。在所述表面特征内的流动可以与所述表面特征一致，并且与所述通道内的总体流动方向成一定角度。当流体流出所述表面特征时，对于所述总体流动是z方向的x、y、z坐标系，其中所述流体可以在x和y方向施加动量。这可能导致在所述流体的流动中产生扰动或漩涡。这样的图案可能是有利于混合的。
可以将所述工艺微通道内的两个或更多个表面特征区域串联设置，以使得通过第一表面特征区域，然后通过可以使用不同的流动图案的至少一个第二表面特征区域，实现所述流体的混合。
所述表面特征可以具有两个层或更多个互相重叠或者以三维模式缠绕在一起的层。每一个单独的层内的图案可以是相同或者不同的。在每一个层或者仅在一个层中的流动可以打旋或者平流(advect)。与所述通道的总体流动路径不相邻的亚层可用于形成另外的表面积。所述流动可在表面特征的第一层打旋，并且通过分子扩散进入第二层或者更多个亚层中以促进反应。可通过金属铸造、光化学加工、激光切割、蚀刻、射频消融或其他方法制造三维的表面特征，其中可以将不同的图案分解成好像互相重叠的单独的平面。可以将三维的表面特征设置成与所述微通道内的总体流动路径相邻，其中所述表面特征具有不同的深度、形状和/或位置，伴随具有不同深度、形状和/或位置的图案的亚特征。
三维的表面特征结构的实例可以包括在与所述微通道总体流动路径相邻的界面处嵌入的倾斜角度或者锯齿形。在所述锯齿形的下方，可能存在一系列三维的结构，所述三维的结构与相邻于总体流动路径的表面特征相连，但是由不同形状、深度和/或位置的结构组成。设置亚层通道使其不直接落在与所述微通道内的总体流动路径相邻的开放表面特征的下方而使上述上层通道通过一个或多个弯曲的二维或三维的通道相连是进一步有利的。这样的方法有利于在所述微通道内形成适合的停留时间分布，其中希望停留时间分布具有较宽和较窄的对比。
可以以与通道的长度和宽度相同的方式限定表面特征的长度和宽度。所述深度可以是所述表面特征沉入或者从所述微通道的表面升起的距离。所述表面特征的深度可以与堆放重叠且绑定的微通道装置的方向一致，所述微通道装置具有形成于所述薄片表面之上或之内的表面特征。所述表面特征的尺寸可以指表面特征的最大尺寸，例如，圆槽的深度可以指最大深度，即到所述圆槽的底部的深度。
所述表面特征可以具有上至约5mm的深度，在一个实施方案中为上至约2mm，在一个实施方案中为约0.01-约5mm的范围内，在一个实施方案中为约0.01-约2mm的范围内，并且在一个实施方案中为约0.01-约1mm的范围内。所述表面特征的宽度可以足以使其几乎横跨所述微通道宽度(例如人字形(herringbone)设计)，但在一个实施方案中(如填入特征)横跨所述微通道宽度的约60％或更少，在一个实施方案中为约50％或更少，在一个实施方案中为约40％或更少，在一个实施方案中为所述微通道宽度的约0.1％-约60％的范围内，在一个实施方案中为所述微通道宽度的约0.1％-约50％的范围内，以及在一个实施方案中为所述微通道宽度的约0.1％-约40％的范围内。所述表面特征的宽度可以是约0.05mm-约100cm的范围内，在一个实施方案中为约0.5mm-约5cm的范围内，以及在一个实施方案中为约1-约2cm的范围内。
多个表面特征或表面特征区域可以可包含于通道内，并包括以不同深度凹入一个或多个微通道壁的表面特征。所述凹坑之间的距离可以在约0.01mm-约10mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.1-约1mm的范围内。所述表面特征可以沿微通道的全长存在或者存在于所述通道的部分或区域内。具有表面特征的所述部分或区域可以是不连续的，以促进在调整的区域内的希望的混合或单元操作(例如分离、冷却等)。例如，在通道的一厘米部分上可能具有紧密相间分布的表面特征，然后是不含表面特征的四厘米的平坦通道，然后是具有疏松间隔的表面特征的两厘米部分。术语“疏松间隔的表面特征”指具有节距或特征对特征的距离的表面特征，所述节距或特征对特征的距离大于约5倍的所述表面特征的宽度。
可以将所述表面特征设置在一个或多个表面特征区域内，该区域基本在通道的整个轴向长度上延伸。在一个实施方案中，通道可以具有在其轴向长度的约50％或更少的轴向长度上延伸的表面特征，以及在一个实施方案中为其轴向长度的约20％或更少。在一个实施方案中，所述表面特征可以在所述通道的轴向长度的约10％-约100％的轴向长度上延伸，在一个实施方案中约20％-约90％，在一个实施方案中约30％-约80％，以及在一个实施方案中为通道的轴向长度的约40％-约60％。
每一个表面特征跨程(leg)可相对于所述总体流动方向成倾斜的角度。可以将所述特征横跨长度或跨度定义为与所述特征朝向垂直的方向。例如，表面特征可以是相对于垂直于主通道内的总体流动的平均方向的平面成45度角的斜纹凹陷，所述主通道具有0.38mm的开口或跨度或特征横跨长度，并且具有5.6mm的特征流通长度。所述流通长度可以是从所述表面特征的一端到另一端在最长的方向上的距离，而所述跨度或横跨特征长度可以是在最短方向上的距离(不是深度)。所述表面特征深度可以是距所述主通道的距离。对于具有非均一宽度(跨度)的表面特征，所述跨度可以是平均于所述流通长度的平均跨度。
表面特征可以包括基于在所述表面特征底部或者所述表面特征顶部处的所述突出的区域的凹坑或者突起。如果在所述表面特征顶部处的所述区域等于或者超出在所述表面特征底部处的区域，则可以认为所述表面特征是凹陷的。如果在所述表面特征底部处的区域超出在所述表面特征顶部处的区域，则可以认为所述表面特征是突起的。对于这样的描述而言，可能将所述表面特征描述为凹陷，但是可以理解的是，通过改变所述表面特征的纵横比可以可选地将所述表面特征定义为突起。对于通过壁面限定的工艺微通道而言，所述壁面仅横贯所述表面特征的顶部，特别对于平坦通道而言，可以将所有表面特征定义成凹陷的，并且可以理解的是，通过使表面特征从通道的底部突起可以形成类似的通道，该通道具有包括所述表面特征的底部的横截面。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道和/或燃烧通道和/或加氢裂解工艺微通道可以具有至少约20％、在一个实施方案中至少约35％、在一个实施方案中至少约50％、在一个实施方案中至少约70％以及在一个实施方案中至少约90％的包含所述表面特征的通道的内表面(在垂直于长度即垂直于穿过所述通道的净流动方向的横截面中测量)。所述表面特征可以覆盖至少约1cm的连续距离(stretch)，以及在一个实施方案中至少约5cm。在封闭通道的情况中，与从所述表面特征的底部或顶部或介于之间的恒定值均匀延伸的封闭通道相比，表面特征的覆盖的百分比可以是被表面特征覆盖的横截面的比例。所述封闭通道可以是平坦通道。例如，如果通道具有带图案的顶部或底部表面和不带图案的高0.1cm的侧壁面，所述顶部或底部表面中的每一个表面跨(宽)0.9cm，那么所述通道90％的表面将含有表面特征。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道和/或加氢裂解工艺微通道可以于所有侧面上封闭，并且在一个实施方案中所述通道可以具有普通的正方形或者长方形的横截面(在长方形通道的情况中，可以将表面特征图案设置在两个主要面上)。对于普通的正方形或者长方形通道而言，所述通道可以于仅两个或三个侧面上封闭，并且仅所述两个或者三个侧壁面可以用于上述表面特征百分比的计算中。可以在具有稳定或变化的轴向横截面的圆柱形通道上设置所述表面特征。
所述表面特征图案中的每一种图案可以沿着所述通道的一面重现，所述图案在所述通道总体流动方向上的表面特征之间具有变化的或者规律的间距。部分实施方案可以仅包括每一个表面特征的单一的跨程(leg)，而其他实施方案可以包括多个跨程(两个、三个或更多个)。对于宽面的(wide-width)通道而言，可以设置复合表面特征或者重复表面特征的纵列使其在所述通道的宽度上彼此相邻。对于所述表面特征图案的每一种图案而言，所述图案沿着所述主通道的总体流动方向重复时，所述特征深度、宽度、跨度和间距可以是变化或者恒定的。另外，具有以不同的角度连接两个跨程的顶点的表面特征尺寸可以有备选的实施方案，在所述实施方案中所述表面特征跨程在所述顶点可以不相连。
所述费-托催化剂可以包括任意的费-托催化剂。所述费-托催化剂可以包括至少一种催化活性的金属或其氧化物。在一个实施方案中，所述费-托催化剂可以进一步包括催化剂载体。在一个实施方案中，所述费-托催化剂可以进一步包括至少一种促进剂。所述催化活性的金属可以包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述两种或更多种物质的组合。所述载体材料可以包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氟化铝、氟化氧化铝、膨润土、氧化铈、氧化锌、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、分子筛或上述两种或更多种物质的组合。所述载体材料可包括耐高温的氧化物。所述促进剂可以包括ⅠA、ⅡA、ⅢB或ⅣB族金属或其氧化物、镧系金属或金属氧化物、或锕系金属或金属氧化物。在一个实施方案中，所述促进剂是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。可使用的催化剂的实例包括那些在美国专利4,585,798；5,036,032；5,733,839；6,075,062；6,136,868；6,262,131B1；6,353,035B2；6,368,997B2；6,476,085B2；6,451,864B1；6,490，880B1；6，537，945B2；6,558,634B1；美国专利申请公开2002/0028853A1；2002/0188031A1；和2003/0105171A1中所披露的催化剂；由于这些专利或专利申请披露了关于费-托催化剂及其制备方法的内容，所以所述专利或专利申请以引文方式并入本专利申请。
在一个实施方案中，所述费-托催化剂可以包括装载在载体上的Co和任选地包括协同催化剂和/或促进剂，其中所述Co装载量以重量计至少约5％，在一个实施方案中以重量计至少约10％，在一个实施方案中以重量计至少约15％，在一个实施方案中以重量计至少约20％，在一个实施方案中以重量计至少约25％，在一个实施方案中以重量计至少约28％，在一个实施方案中以重量计至少约30％，在一个实施方案中以重量计至少约32％，在一个实施方案中以重量计至少约35％，以及在一个实施方案中以重量计至少约40％。在一个实施方案中，所述Co装载量以重量计可以是约5-约50％，在一个实施方案中以重量计为约10-约50％，在一个实施方案中以重量计为约15-约50％，在一个实施方案中以重量计为约20％-约50％，在一个实施方案中以重量计为约25-约50％，在一个实施方案中以重量计为约28-约50％，在一个实施方案中以重量计为约30-约50％，以及在一个实施方案中以重量计为约32-约50％。所述催化剂的催化活性的金属(即Co和任选地一种协同催化剂和/或促进剂)的金属分散度可以是约1-约30％，在一个实施方案中为约2-约20％，并且在一个实施方案中为约3-约20％。所述协同催化剂可以是Fe、Ni、Ru、Re、Os或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。所述促进剂可是ⅠA、ⅡA、ⅢB或ⅣB族金属或其氧化物、镧系金属或金属氧化物或锕系金属或金属氧化物。在一个实施方案中，所述促进剂是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。可以使用以重量计基于所述催化剂的总重量(即催化剂、协同催化剂、促进剂和载体的重量)的浓度上至约10％的协同催化剂，以及在一个实施方案中以重量计为约0.1-约5％。可以在以使用以重量计基于所述催化剂的总重量的浓度上至约10％的促进剂，以及在一个实施方案中以重量计为约0.1-约5％。
所述费-托催化剂可以包括由氧化铝担载的Co；所述Co的装载量以重量计至少约25％，在一个实施方案中以重量计至少约28％，在一个实施方案中以重量计至少约30％，以及在一个实施方案中以重量计至少约32％；所述Co分散度至少约3％，在一个实施方案中至少约5％，以及在一个实施方案中至少约7％。
所述费-托催化剂可以包含以下式表示的组合物
CoM1 aM2 bOx
其中：M1是Fe、Ni、Ru、Re、Os或其混合物，以及在一个实施方案中M1是Ru或Re或其混合物；M2是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或上述两种或更多种物质的混合物；a是0-约0.5范围内的数，以及在一个实施方案中为0-约0.2；b是0-约0.5范围内的数，以及在一个实施方案中为0-约0.1；以及x是满足式中的元素价态平衡所需的氧的数目。
可以采用多个浸渍步骤制备所述费-托催化剂，其中可以在每个浸渍步骤之间执行内煅烧(intercalcination)步骤。至少在一个实施方案中，使用这样的方法所形成的催化剂的起催化作用的金属和任选的促进剂的装载量比其中没有使用这样的内煅烧步骤的方法更高。在一个实施方案中，通过下列步骤将起催化作用的金属(例如Co)和任选的协同催化剂(例如Re或Ru)和/或促进剂装载于载体(如Al2O3)上：(A)用包含起催化作用的金属和任选的协同催化剂和/或促进剂的组合物浸渍所述载体，以提供起催化作用的中间产物；(B)煅烧在步骤(A)中形成的起催化作用的中间产物；(C)用另一种包含催化金属和任选的协同催化剂和/或促进剂的组合物浸透在步骤(B)中形成的煅烧的中间产物，以提供另一种起催化作用的中间产物；以及(D)煅烧在步骤(C)中形成的另一种起催化作用的中间产物，以提供起催化作用的目标产物。使用初湿含浸法(incipientwetnessimpregnationprocess)可以将所述起催化作用的金属和任选的协同催化剂和/或促进剂浸渍于所述载体上。可以重复步骤(C)和(D)一次或多次，直至达到起催化作用的金属和任选的协同催化剂和/或促进剂的希望的装载量。含有所述起催化作用的金属的组合物可以是所述金属的硝酸盐溶液，例如，硝酸钴溶液。可以继续进行所述方法直至所述起催化作用的金属(例如Co)达到以重量计约20％或更多的装载量，在一个实施方案中以重量计约25％或更多，在一个实施方案中以重量计约28％或更多，在一个实施方案中以重量计约30％或更多，在一个实施方案中以重量计约32％或更多，在一个实施方案中以重量计约35％或更多，在一个实施方案中以重量计约37％或更多，以及在一个实施方案中以重量计约40％或更多。所述煅烧步骤中的每一个步骤可以包括在约100℃-约500℃的温度范围内加热所述催化剂，在一个实施方案中为约100℃-约400℃，以及在一个实施方案中为约250-约350℃，加热时间为约0.5-约100小时，在一个实施方案中为约0.5-约24小时，以及在一个实施方案中为约2-约3小时。所述温度以约1-20℃/min的速率上升至所述煅烧温度。可以在所述煅烧步骤之前执行干燥步骤，其中在约75-约200℃的温度下干燥所述催化剂，以及在一个实施方案中为约75℃-约150℃，干燥时间为约0.5-约100小时，以及在一个实施方案中约0.5-约24小时。在一个实施方案中，可以将所述催化剂在约90℃下干燥约12小时，然后在约110-120℃下干燥约1-约1.5小时，可以使温度以约0.5-1℃/min的速率从90℃上升至110-120℃。
所述费-托催化剂可以包括金属、金属氧化物或混合的金属氧化物。所述金属可以是钴、铁、钌或上述两种或更多种物质的混合物。所述催化剂可以包括Co或其碳化物或氧化物。这样的催化剂还可以包括一种或多种碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属和/或镧系金属。可以将这样的催化剂装载于载体上，并且如果这样的话，可用的载体可以包括金属氧化物，例如氧化铝、氧化钛、氧化锆以及二氧化硅、介孔材料、沸石、耐高温的金属或上述两种或更多种物质的组合。可以通过添加少量的一种或多种过渡金属的氧化物对所述载体进行改性。所述催化剂可以是WO2008/104793A2所披露的费-托催化剂中的任意一种，该文献以引文方式并入本专利申请中。
所述费-托催化剂可以包含以重量计含量上至约60％的钴，在一个实施方案中以重量计约10％-约60％，在一个实施方案中以重量计约20％-约60％，在一个实施方案中以重量计约30％-约60％，在一个实施方案中以重量计约35％-约60％，以及在一个实施方案中以重量计约35％-约50％。这样的催化剂可以包含钴和载体。
所述费-托催化剂可以包含钴和载体。可以采用美国专利7,183,329B2中所披露的方法活化这样的催化剂，该文献以引文方式并入本专利申请中。这样的方法包括使用含有至少约5mol％的烃的气体活化含有钴化合物和载体的催化剂前体。
由于催化剂在反应环境中可能发生变化，因此在本申请中所使用的术语“催化剂”可以同时涵盖活性形式(activeform)中的催化剂和前体形式中的催化剂。可以将术语“催化剂前体”广泛地解释为不仅涵盖刚制备出来的催化剂前体或者那些未还原的或者未在由其催化的反应中使用的催化剂前体，还涵盖在活化后能够被用作催化剂的任意的催化剂前体，例如已经在由其催化的反应中使用的催化剂。同理，可以理解术语“活化”不仅包括活化未使用的或未还原的催化剂前体，还包括活化使用过的或还原的催化剂。因此，所述术语包括在其含有使用过的催化剂的再生的范围内的任何活化。
可以通过用烃活化催化剂前体制备所述费-托催化剂。所述催化剂前体可以包含钴化合物和载体。所述载体可以是能够担载目标反应中的催化剂的任意的载体。所述载体可以是惰性载体，抑或可以是活性载体。可以使用的载体的实例包括氧化铝、改性氧化铝、尖晶石氧化物、二氧化硅、改性二氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锆、沸石、β-铝酸盐和各种形式的碳。所述氧化铝或改性氧化铝可以是例如α-氧化铝、β-氧化铝或γ-氧化铝。因为β-氧化铝和尖晶石氧化物(例如六铝酸钡)具有稳定性，所以这些物质可能是有利的。所述碳可以是活性碳的形式或碳纳米管。可以使用沸石。所述载体可以包含孔或通道。
任意的钴化合物可以同所述催化剂前体一起使用。所述钴化合物可以是盐的形式，例如水溶性盐或氧化物。可使用的钴盐的实例可以包括硝酸钴、乙酸钴、苯甲酸钴、草酸钴或乙酰丙酮钴。由于卤化物可以影响载体，所以可能希望避免使用卤化钴。可以使用的氧化钴的实例是Co3O4。可以使用一种或多种钴盐和/或其氧化物。
可以采用任何公知的方法制备所述催化剂前体。可以将所述催化剂前体添加至使用溶剂例如水或有机溶剂例如醇的溶液形式的载体中。所述醇可以包含1-约4个碳原子。这样的醇可以包括甲醇和乙醇。然后可以除去所述溶剂。可以通过在室温下或高于室温的温度(例如约50℃-约250℃)下干燥约1-约24小时来除去所述溶剂。可以使用多个干燥步骤的组合。可以在室温下将被担载的催化剂前体干燥约2-约10小时，然后在升高的温度下干燥约2-约8小时，所述升高的温度为例如约100℃-约200℃，以及在一个实施方案中为约120℃。
如果需要的话，含有所述催化剂前体的溶液可以进一步包含其他的组分。例如，所述催化剂前体的溶液还可以包含促进剂或改性剂。所述促进剂可以包括碱土金属的盐，例如硝酸镁、硝酸钙、硝酸钡和/或硝酸锶。所述促进剂还可以包括碱金属、碱土金属或过渡金属的氧化物，所述氧化物衍生自所述金属的水溶性化合物，如所述金属的盐，例如LiNO3、KNO3、RbNO3、Ba(NO3)2、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Sr(NO3)2、Zr(NO3)2·xH2O、Ce(NO3)3·xH2O和UO(NO3)2。可以以任意方式将所述促进剂装载于所述载体上，例如通过浸渍，特别是与所述钴化合物的串联浸渍或共浸渍。
所述改性剂可以包括稀土改性剂，例如过渡金属或稀土的盐或氧化物，例如镧和/或铈的硝酸盐或乙酸盐，或d-区过渡金属例如Mn、W、Nb和Vn的氧化物。所述改性剂可以衍生自所述金属的水溶性化合物例如盐，然后可以将所述改性剂浸渍在所述催化剂载体中，在约300℃-约1000℃的范围内的温度下在空气中煅烧约1-约24小时。所述促进剂和改性剂可以单独使用也可以将上述物质中的两种或更多种组合使用。
可以采用溶胶-凝胶(solgel)方法制备所述被担载的催化剂前体。例如，在《现代催化剂(CatalystToday)》35(1997),293-317(Gonzalez等人)和《现代催化剂》41(1997),3-19(J.Livage等人)中描述了这样的方法。例如，在起始的“预凝胶(pregelation)”步骤中，可以使氢氧化物或醇以及金属前体例如在水的存在下水解并浓缩为凝胶。然后可以在后续的“凝胶后(postgelation)”步骤中添加钴化合物，然后将所述凝胶干燥并煅烧。
所述被担载的催化剂前体可以包括约0.05-约30wt％的钴，以及在一个实施方案中约0.5-约15wt％的钴。基于所述被担载的催化剂前体的总重量，所述被担载的催化剂前体可以包括约0.5-约50wt％的钴化合物、0-约10wt％的促进剂以及0-约20wt％的改性剂或约0.01-约5wt％的改性剂。所述被担载的催化剂前体可以包括约5-约40wt％的钴化合物、0-约3wt％的促进剂以及0-约3wt％的改性剂。
可以使用含有烃的气体活化所述被担载的催化剂前体。所述烃可以是任意的烃。所述烃可以是饱和抑或不饱和的，例如含有1、2或3或更多个双键和/或三键。所述烃可以是线性的、环状的或含有支链的。所述烃还可以是脂肪烃或芳香烃，或者同时含有脂肪基和芳香基。所述烃可以是含有上至约5个碳原子的饱和烃或不饱和烃，以及在一个实施方案中含有上至约4个碳原子。所述烃可以包括甲烷、乙烷、乙炔、丙烷、丙烯、丁烯或上述两种或更多种物质的混合物。
所述活化气体可以包括至少约5mol％的所述烃，在一个实施方案中至少约10mol％，在一个实施方案中至少约20mol％，以及在一个实施方案中至少约40mol％。含有所述烃的气体可以仅包含所述烃或者所述气体可以进一步包含上至约10mol％、在一个实施方案中上至约20mol％以及在一个实施方案中上至约40mol％的惰性气体，例如氮气和/或氩气。所述气体还可以包含活性组分，例如也可以活化所述催化剂前体另一种组分。例如，所述气体可以包含氢气。所述气体可以包含甲烷和/或乙烷与氢气的组合。如果使用氢气的话，可以采用任意的烃与氢气的比，例如基于摩尔的所述比可以在约0.04:1或0.05:1-约100:1的范围内，或者约0.1:1或约0.5:1-约10:1。
通过将所述被担载的催化剂前体置于所述活化气体的气氛下进行活化。所述活化气体可以穿过所述被担载的催化剂前体。活化温度可以是约300℃或更高，例如为约400℃-约1000℃，或为约400℃-约800℃。活化的持续时间可以至少为约30分钟，在一个实施方案中至少为约1小时，例如约1-约20小时，以及在一个实施方案中为约2-约5小时。所述活化温度可以依据所述催化剂前体和/或所述烃的性质不同而不同。对于执行所述活化步骤可以使用在常压，但是也可以使用减压或增压。
可以在反应容器中活化所述催化剂前体，在该容器中通常使用被活化的催化剂进行反应，或者可以在其他的容器中活化所述催化剂前体。当所述被活化的催化剂暴露在空气中时可以发生大量氧化。为了稳定所述催化剂，可以将所述催化剂置于含有少量例如约1mol％的氧气的惰性气体(例如氮气或氩气)的气氛中进行处理。可以将所述催化剂置于所述活化反应器中，同时抽出少量的氧气。因此，例如，可以通过在氧气减少的气氛中的处理至少约30分钟或至少约1小时来稳定所述被活化的催化剂，所述氧气减少的气氛包含少于约20mol％的氧气，或少于约10mol％的氧气，或少于约5mol％的氧气，或少于约2mol％的氧气。
可以采用美国专利7,304,012B2中描述的方法制备所述费-托催化剂，该文献以引文形式并入本专利申请中。这样的方法包括制备被担载的催化剂或含有碳的催化剂前体。所述方法包括以下步骤：(a)制备(i)至少一种催化剂载体或催化剂载体前体、(ii)至少一种含有金属的化合物，其中所述金属选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo和W以及(iii)至少一种用作所述含有金属的化合物的溶剂的极性有机化合物的液态混合物，所述液态混合物包含基于所述混合物的总重量的0-约20wt％的水；(b)将所述混合物转变成膏体或固体残渣；以及(c)在含有氧的气氛中燃烧所述残余物以至少部分地将所述有机化合物转化为碳并且形成所述被担载的催化剂或催化剂前体。
在步骤(a)中，可以由如下至少三种组分制备液态混合物：(i)催化剂载体或催化剂载体前体；(ii)一种或多种含有金属的化合物和(iii)一种或多种用作所述含有金属的化合物的溶剂的极性有机化合物溶剂，任选地将所述溶剂与水一起使用。
可以同时将所有的三种组分混合在一起。可以在室温下或升高的温度下混合所述组分，例如在约20-约200℃的温度，在一个实施方案中约40-约80℃的温度，以及在一个实施方案中约40-约60℃的温度。
在一个可选的实施方案中，可以在预备步骤中先将所述三种组分中的两种组分混合在一起，然后添加第三种组分以完成所述液态混合物。可以在预备步骤中将组分(ii)和(iii)混合在一起。这两种组分可以形成透明的溶液。之后，可以添加组分(i)完成所述液态混合物，如果组分(i)为固体载体，则所述混合物可能包含固体颗粒。可以在升高的温度下制得所述液态混合物，例如，约20-约200℃的温度，以及在一个实施方案中约30-约80℃的温度。
组分(i)可以是催化剂载体或催化剂载体前体。催化剂载体可以是一种或多种固体颗粒的形式。所述催化剂载体前体起始可以是液体或溶液的形式。例如，一旦将所述催化剂载体前体添加至所述液态混合物中则所述载体前体可以在原位形成固体催化剂载体。所述催化剂载体前体可以在转化步骤(b)或燃烧步骤(c)中形成催化剂载体。
所述催化剂载体可以是惰性载体或活性载体。可以使用的载体的实例可以包括固体氧化物、炭化物、沸石、碳和氮化硼。这样的载体可以包括氧化铝、改性氧化铝、尖晶石氧化物、二氧化硅、改性二氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锆、分子筛、沸石、β-铝酸盐以及各种形式的碳。所述氧化铝或改性氧化铝可以是例如α-氧化铝、β-氧化铝或γ-氧化铝。β-氧化铝和尖晶石氧化物(例如六铝酸钡)是特别有益的。所述碳可以是活性碳的形式或碳纳米管。可以使用沸石。所述载体可以包含孔或通道。所述沸石可以包括沸石A、沸石X、沸石Y、ZSMs、MCMs或AlPO4。
所述催化剂载体前体可以衍生自Al(NO3)3·9H2O和Mg(NO3)2。在《现代催化剂(CatalystToday)》35(1997),293-317(Gonzalez等人)和《现代催化剂》41(1997),3-19(J.Livage等人)中进一步详细地描述了可以使用的催化剂前体。
所述催化剂载体可以衍生自例如IIA族或IIIA族金属的硝酸盐。例如，可以使用硝酸铝或硝酸镁。所述硝酸盐可以是水合物的形式。实例可以包括Al(NO3)3·9H2O和Mg(NO3)2·6H2O。在步骤(a)中，可以将所述硝酸盐与有机化合物例如脲和/或柠檬酸铵混合，以形成透明的溶液。可以任选地添加水。为了完成所述液态混合物，可以将含有金属的化合物例如硝酸钴添加至所述混合物中。在后续的转化步骤和燃烧步骤中的一个步骤中，可以形成被担载的催化剂或被担载的催化剂前体。
所述催化剂可以是多孔的。颗粒尺寸可以是约0.1μm-约20mm，或者为约0.2μm-约5mm。表面积可以大于约5m2/g，或大于约10m2/g，或大于约50m2/g，或大于约200m2/g。可以使用催化剂载体中的一种或两种或更多种的组合。
所述液态混合物的组分(ii)可以包含一种或多种含有金属的化合物。所述催化剂的催化活性组分可以衍生自这样的含有金属的化合物。所述含有金属的化合物中的金属可以包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W或上述两种或更多种物质的混合物。可以将其他的金属例如Zr、U、Ti、Th、Hf、Ce、La、Y、Mg、Ca、Sr、Cs、Rb、Mo、W、Cr、Mg、稀土金属、贵金属(noblemetal)中的至少一种或上述两种或更多种物质的混合物用作例如促进剂或改性剂。例如，所述含有金属的化合物可以包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo或W中的至少一种以及至少一种选自元素周期表中的镧系金属、锕系金属和过渡金属系列的金属。所述另外的金属可以是f-区或d-区金属。
所述其他的金属可以是一种或多种选自贵金属(例如Pd、Pt、Rh、Ru、Ir、Au、Ag和Os)、过渡金属(例如Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Cd、Hf、Ta、W、Re、Hg、Tl)和4f-区镧系金属(例如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu)的金属。在这样的金属中，Pd、Pt、Ru、Ni、Co、Fe、Cu、Mn、Mo和W可能是特别有益的。
所述含有金属的化合物可以包含其他的元素。所述含有金属的化合物是盐的形式。所述含有金属的盐的示例可以包括硝酸盐、柠檬酸盐、卤化物、氢氧化物、酚盐、乙酸盐、苯甲酸眼、草酸盐和乙酰丙酮盐。
所述液态混合物的组分(iii)可以是极性有机化合物。所述有机化合物可以用作组分(i)的溶剂并且可以用作组分(ii)的溶剂。所述有机化合物可以是能够在含有氧的气氛例如空气的存在下燃烧的任意极性有机化合物。在燃烧的过程中，可以将所述有机化合物转化为可能以元素碳或碳化物的形式存在的碳，例如所述含有金属的化合物(ii)的金属的碳化物。可以将部分或全部的有机化合物转化为碳，并且还可以使部分的有机化合物完全燃烧从而将所述碳转化为一氧化碳或二氧化碳，然后将所述碳以气体形式从所述催化剂或所述催化剂前体中除去。所述有机化合物可以是经过所述燃烧步骤之后不产生灰分特别是氧化物灰分的化合物。所述有机化合物可以是一种不含有燃烧后容易形成残余物例如氧化物的元素的化合物。这样的元素可以包括例如金属、磷和/或硅。
可以使用的有机化合物的实例包括有机胺、有机羧酸及其盐(例如铵盐)、醇、酚和氢氧化物的铵盐、氨基酸和表面活性剂。所述醇可以是那些包含1-约30个碳原子或包含1-约15个碳原子的醇。可使用的醇可以包括甲醇、乙醇和乙二醇。所述羧酸的实例可以是柠檬酸或草酸。其他的有机化合物可以是含有官能团例如一个或多个羟基、氨基、酰胺基、羧基、酯基、醛基、酮基、亚胺基、酰亚胺基的化合物。这样的化合物可以包括脲、羟胺、三甲胺、三乙胺、四甲基氯化铵和四乙基氯化铵。所述有机化合物可以包括EDTA、脲和/或柠檬酸铵。
所述有机化合物在室温下或者在制备所述混合物时的温度下可以是液体的形式。可以先加热所述有机化合物然后将其添加至所述混合物中。所述有机化合物在室温下或者在制备所述混合物时的温度下也可以是固体的形式，在这样的情况下，将制备得到的混合物加热以使所述有机化合物熔解然后使所述金属化合物溶解。可以使用有机化合物的混合物。还可以添加水，例如以促进所述金属化合物的溶解。
当将水用于所述液态混合物中时，可能需要控制水量。例如，某种催化剂载体前体，如Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O，当其一接触有效量的水便容易形成凝胶。因此，应当使步骤(a)中所使用的水的量保持为最小值以避免水解凝胶的形成。这样的水量可能对于使所述催化剂前体部分水解而言是足够的，但是不足以将所述催化剂前体转化为聚合物。特别地，可以使用相对于所述混合物的总重量上至约20wt％的水。
可以单独地添加水或者可以例如作为所述组分中的一个组分的结晶水或配位水存在。
所述混合物还可以包含其他的组分。这样的组分包含促进剂和/或改性剂。所述促进剂可以包括碱土金属盐例如硝酸镁、硝酸钙、硝酸钡和/或硝酸锶。所述改性剂可以包括稀土改性剂例如稀土盐、例如镧和/或铈的硝酸盐或乙酸盐或所述d-区过渡金属的氧化物。可以使用磷、硼、镓、锗、砷和锑的氧化物。可以单独地使用所述促进剂和改性剂或者以上述两种或更多种物质的组合使用。
在步骤(a)中制得的混合物可以是液态混合物。尽管术语“液态混合物”意指所述混合物是均相液体形式的这样的事实，但是所述混合物可以包含固体颗粒。例如，在形成所述有机化合物、任选的水和金属化合物的均相液态混合物之后，可以加入不可溶的惰性载体的颗粒。例如，如果存在催化剂载体而不是催化剂载体前体，则所述液体可以包含固体载体颗粒。所述含有金属的化合物应当能够与所述载体或载体前体相接触，这可以通过使用液体混合物实现。
在步骤(a)中使用的组分(i)：(ii)：(iii)的重量比为0.1-80：1-90:1-99或约0.5-60：2-80：10-90。所述重量比可以依据最终的催化剂的希望的用途的不同而不同。可以通过所述有机化合物中的碳与所述溶解的含有金属的化合物中的金属的原子比(C:M)来确定有机化合物的量。所述原子比可以是至少0.4:1或约1-约20:1。
在所述液态混合物制成后，可以在步骤(b)中将所述液态混合物转变成膏体或固体残渣。这可以通过加热所述混合物实现。这样的加热步骤可以是熔解所述有机化合物所需要的额外的任意加热，尽管要求了前述的加热但是所述加热仅仅维持在步骤(b)中。所述加热将所述液态混合物转变为固体，例如通过所述有机溶剂的蒸发或分解。可以将存在于所述液态混合物的任意的水蒸发。加热所述混合物使其达到的温度可以是高于室温的任意温度，例如约50℃-约250℃，并且可以以任意的时间(例如约1-约24小时)加热所述混合物直至其形成固体残渣。可以使用多个干燥步骤的组合。首先可以在室温下干燥约2-约10小时，然后在升高的温度下干燥，例如约100℃-约200℃或者约120℃。
在步骤(c)中可以燃烧所述混合物。可以在空气中执行所述燃烧步骤。可选地，可以使用纯氧气或例如氮气或其他惰性气体的惰性气氛中的氧气。这样的燃烧步骤可以独立于步骤(b)中的加热，或者可以将所述两个步骤组合使用，例如通过除去溶剂后仅仅继续加热混合物。
燃烧温度可以是约200℃-约1000℃，或者约400℃-约600℃。可以使所述燃烧步骤持续任意一段时间，例如，约60分钟或更少，或者约30分钟或更少，或者约15分钟或更少，或者约5-约15分钟。所述燃烧步骤可以使所述极性有机化合物转化为碳和可挥发物。不希望受理论的限制，认为所述燃烧步骤可以完全地或部分地使所述含有金属的化合物转变为金属和/或一种或多种氧化物、碳氧化物或碳化物的形式或上述两种或更多种物质的混合物。所述燃烧步骤还可以使所述促进剂和/或改性剂(如果它们存在的话)转化为氧化物的形式。
可以通过首先将所述含有金属的化合物和极性有机化合物混合进行所述费-托催化剂的制备。这样的混合物可能是粘稠的并且粘附于固体催化剂载体，可以涂覆在所述载体的外表面，所述载体仅具有有限的“内”表面例如孔的渗透。在所述燃烧步骤之后，可以获得所谓的“蛋壳”式催化剂，在该催化剂中所有的或几乎所有的催化剂可能存在于所述载体的表面。这样的方法使得所述催化剂在所述载体的表面上的分布比仅使用水作为溶剂时的催化剂的分布更好且更均匀。
还可以通过首先将所述含有金属的化合物与所述有机化合物混合然后加入可溶性的载体进行所述费-托催化剂的制备。在燃烧之后，可以使所述催化剂同时分布在所述载体的“外”表面和“内”表面。这样的方法使得所述催化剂在整个载体上的分布比前述的公知催化剂的分布更均匀。
可以通过任何希望的方式使所述费-托催化剂或催化剂前体分布在所述载体的“外”表面上或“内”表面内。可以使所述催化剂或催化剂前体基本分布于整个载体或仅所述载体的外表面上。可以控制活性催化组分或其前体的分布。
所述费-托催化剂或催化剂前体可以包含所有可能形式的碳。例如，所述碳可以作为元素碳存在或者作为金属碳化物或碳氧化物的形式存在。所述碳含量基于所述催化剂或催化剂前体的总重量可以上至约8wt％，或者约0.01-8wt％，或约0.01-约2wt％。
基于所述被担载的催化剂或催化剂前体的总重量，所述被担载的费-托催化剂或催化剂前体可以包含约0.5-约50wt％的催化剂或催化剂前体、0-约10wt％促进剂和0-约5wt％的改性剂。所述被担载的催化剂或催化剂前体可以包含约5-约40wt％的催化剂或催化剂前体、0-约3wt％的促进剂和0-约3wt％的改性剂。
可以通过氢气或烃气体或烃蒸气活化所述被担载的费-托催化剂或催化剂前体。通过加热除去所述溶剂，从而使得所述有机化合物沉积在所述催化剂载体的孔中。然后可以将所述催化剂载体与所述含有金属的化合物混合。可选地，可以将所述催化剂载体与所述含有金属化合物揉合。这样的方法可以生成被担载的催化剂或催化剂前体，在所述被担载的催化剂或催化剂前体中，可以使所述催化剂或催化剂前体绝大部分地位于所述多孔颗粒的外表面。
所述生成醇的催化剂可以包含适合将合成气转化为一种或多种醇的任意的催化剂。所述生成醇的催化剂可以包含Nb、Ta、Mo、W、Tc、Re中的催化剂金属或上述两种或更多种物质以自由或组合形式形成的混合物。可以将所述催化剂金属与协同催化剂金属钇、镧系金属、锕系金属或者上述两种或更多种物质以自由或组合形式形成的混合物组合。所述生成醇的催化剂可以包含RhAg、CuCo、CuThOx和/或CoMoS。术语“以自由或组合形式”意味着目标金属组分可以作为金属、合金、化合物、加成物或上述物质的组合存在。具代表性的化合物包括氢氧化物、氧化物、硫化物、硫酸盐、卤化物、碳化物、氰化物、氮化物、硝酸盐、磷酸盐、硼化物、硅化物、硅酸盐、卤氧化物、羧酸盐(例如乙酸盐和乙酰乙酸盐)、草酸盐、碳酸盐、羰化物(carbonyls)、卤化物、金属桥联的簇状化合物、金属为部分阳离子的或阴离子的化合物等等。所述加成物为化学加成的产物。可以将极性溶剂或供电子溶剂的分子、原溶剂(formersolvent)或配位剂例如氨气(ammonia)、脂肪族或芳香族胺、亚胺、氨基醇、羧酸、氨基酸、二烷基-和三烷基-和三芳基膦、-胂和(stibines)及其氧化物、硫醇、氨基硫醇等等取代或不取代地添加至所述催化剂金属中。在美国专利4,762,858中描述了这样的催化剂，该文献以引文方式并入本专利申请。
所述生成醇的催化剂可以包括基于铜或铜改性的甲醇合成催化剂、铜/钴基或铜/钴改性的费-托催化剂，稀有金属(例如Rh)基催化剂，或Mo或MoS2基催化剂。在美国专利4,122,110、4,298,354、4,492,773和4,882,360和Subramani等人的“对合成气转化为乙醇的高效催化工艺的最新研究文献的综述”(《能源与燃料(EnergyandFuel)》，XXXX,xxxx,000-000,2007)中描述了这样的催化剂，所述文献以引文方式并入本专利申请。
可以将所述生成醇的催化剂与脱水催化剂组合使用，以为不饱和烃路线提供合成气。可以使用的脱水催化剂的实例包括酸性氧化物，例如氧化铝、二氧化硅-氧化铝、沸石和硅-铝-磷酸盐合成分子筛。在US2006/0020155A1和US2007/0244000A1中披露了这样的催化剂，所述文献以引文方式并入本专利申请。可以将所述生成醇的催化剂和所述脱水催化剂在相同的反应区域中混合或组合在一起。可选地，可以将所述脱水催化剂设置在所述生成醇的催化剂的下游，或者在相同的微通道反应器中或者在不同的微通道反应器中。
所述SMR催化剂可以包括任意的SMR催化剂。所述SMR催化剂可以包括La、Pt、Fe、Ni、Ru、In、W和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可以进一步包含MgO、Al2O3、SiO2、TiO2或上述两种或更多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可以包含在FeCrAlY合金的金属毡上的13.8％-Rh/6％-MgO/Al2O3，通过使用厚度约0.25mm且孔隙率约90％的FeCrAlY金属的毡水印(washcoating)来制备所述催化剂。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可以衍生自La(NO3)3·6H2O水溶液。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可以衍生自Pt(NH3)4(NO3)2溶液。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可以衍生自沉积在一层或多层Al2O3上的La(NO3)溶液和Rh(NO3)溶液。
所述燃烧催化剂可以包括Pd、Pr、Pt、Rh、Ni、Cu和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可以进一步包括Al2O3、SiO2、MgO或上述两种或更多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可以衍生自沉积在Al2O3层上的Pd(NO3)2溶液。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可以包括使用硝酸盐形式的前体的Pr和Pd层以及使用Pt(NH3)4(NO3)2溶液的Pt层。
所述加氢裂解催化剂可以包括任意的加氢裂解催化剂。这样的催化剂可以包括沸石催化剂，所述沸石催化剂包括β沸石、Ω沸石、L-沸石、ZSM-5沸石和Y-型沸石。所述加氢裂解催化剂可以包含一种或多种交联粘土(pillaredclays)、MCM-41、MCM-48、HMS或上述两种或更多种物质的组合。所述加氢裂解催化剂可以包括Pt、Pd、Ni、Co、Mo、W或上述两种或更多种物质的组合。所述加氢裂解催化剂可以包括耐高温的无机氧化物，例如氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化钛、氧化锆和二氧化硅-氧化铝。所述加氢裂解催化剂可以包含加氢组分。适合的加氢组分的实例包括元素周期表中的IVB族和VIII族的金属和这样的金属的化合物。可以将钼、钨、铬、铁、钴、镍、铂、铱、锇、铑和钌作为所述加氢组分使用。在美国专利6,312,586B1中描述了这样的催化剂，所述文献以引文方式并入本专利申请。
可以将所述费-托、生成醇的、SMR、燃烧和/或加氢裂解催化剂设置在单独的反应区域或者将它们设置在所述工艺微通道或燃烧通道中的多个的反应区域中。在每一个反应区域中可以使用相同或不同的催化剂。所述催化剂可以是分级的催化剂。在每一个反应区域中，与所述反应区域相邻或者热力学接触的热交换区域中的一个或多个区域的长度在其尺寸方面可以变化。例如，在一个实施方案中，所述热交换区域中的一个或多个区域的长度可能小于每一个反应区域的长度的约50％。或者，所述热交换区域中的一个或多个区域的长度可以大于每一个反应区域的长度的约50％，上至每一个反应区域的长度的约100％。
所述费-托、生成醇的、SMR、燃烧和/或加氢裂解催化剂可以具有适合于所述工艺微通道的任意的尺寸和几何构型。所述催化剂可以是具有约1-约1000μm(微米)的中等颗粒直径的颗粒状固体(如颗粒、粉末、纤维等等)的形式，在一个实施方案中约10-约500μm，在一个实施方案中约25-约300μm，以及在一个实施方案中约80-约300μm。在一个实施方案中，所述催化剂是颗粒状固体的固定床的形式。
所述费-托或生成醇的催化剂、SMR催化剂，燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂可以是颗粒状固体的固定床的形式(如图15中所示)。所述颗粒状固体的中等颗粒直径可以是小的，每一个工艺微通道的长度可以是相对短的。所述中等颗粒直径可在约1-约1000μm的范围内，在一个实施方案中约10-约500μm，并且每个工艺微通道的长度可在上至约500cm的范围内，在一个实施方案中约10-约500cm，并且在一个实施方案中约50-约300cm。
参考图15，具有床或颗粒状固体形式的催化剂261包含于工艺微通道260中。如箭头262所示，反应物进入固定床，经过反应，如箭头263所示，产物流出所述固定床。
可以将所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂装载在多孔载体结构上，例如泡沫体、毡毯、团块或上述物质的组合。本申请中所使用的术语“泡沫体”指一种结构体，该结构体具有限制孔贯穿该结构体的连续壁。本申请中所使用的术语“毡毯”指在其中形成间隙的纤维的结构体。本申请中所使用的术语“团块”指一种缠结的丝线如钢丝的结构体。可以将所述催化剂装载在一种蜂巢结构体上。可以将所述催化剂装载在流经载体结构体上，例如具有相邻空隙的毡，具有相邻空隙的泡沫体，具有空隙的翅片，在任意的被插入的底物上的罩面(washcoat)，或者平行于所述流动方向、为流动提供相应空隙的纱网。
在图16中示出了流经结构的实例。在图16中，催化剂266包含于工艺微通道265中。如箭头268和269所示，开放通道267使得流体穿过工艺微通道265流动。所述反应物与所述催化剂接触并反应生成产物。
可以将所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂装载在流过载体结构体上，例如泡沫体、毡毯、丸粒、粉末或纱网。在图17中示出了流过结构的实例。在图17中，流过催化剂271包含于工艺微通道270中，如箭头272和273所示，所述反应物流过催化剂271并反应生成所述产物。
用于流过催化剂的载体结构体可以由材料构成，该材料包括硅胶、泡沫体铜、烧结不锈钢纤维、钢丝绒、氧化铝或上述两种或更多种物质的组合。在一个实施方案中，所述载体结构体可以由导热材料例如金属制成，以增强热量传入或传出所述催化剂。
可以直接将所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂罩面于所述工艺微通道或者燃烧通道的内壁上，从溶液直接生长在所述通道壁上，或者涂覆于翅片结构体上。所述催化剂可以是单片多孔的连续材料的形式，或者具有物理接触的很多片。在一个实施方案中，所述催化剂可以包括一种连续材料，并且具有连续的孔隙率以使分子能够穿过所述催化剂扩散。在该实施方案中，所述流体流过所述催化剂而非绕其周围流动。所述催化剂的横截面积可以占据所述工艺微通道和/或燃烧通道的横截面积的约1-约99％，以及在一个实施方案中约10-约95％。通过BET可以测得所述催化剂具有大于约0.5m2/g的表面积，以及在一个实施方案中大于约2m2/g。
所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂可以包括多孔载体、所述多孔载体上的界面层和所述界面层上的催化剂材料。所述界面层可以是沉积于所述载体上的溶液，或者可以通过化学蒸气沉积法或物理蒸气沉积法沉积。在一个实施方案中，所述催化剂具有多孔载体、缓冲层、界面层和催化剂材料。前述层中的任意的层可以是连续的或者可以是不连续，以斑或点的形式或者含有空隙或洞的层的形式。通过汞孔隙率法测得所述多孔载体可以具有至少约5％的孔隙率以及约1-约1000微米的平均孔径(孔直径的和除以孔数)。所述多孔载体可以是多孔陶瓷或者金属泡沫体。其他可用的多孔载体包括碳化物、氮化物和复合材料。所述多孔载体可具有约30％-约99％的孔隙率，以及在一个实施方案中约60％-约98％。所述多孔载体可以是泡沫体、毡毯、团块或上述物质的组合的形式。所述金属泡沫体的开放室可以是每英寸约20孔(ppi)-约3000ppi，以及在一个实施方案中约20-约1000ppi，并且在一个实施方案中约40-约120ppi。术语“ppi”指每英寸的孔的最大数目(在各向同性材料中测量的方向与此无关，但是在各向异性材料中，所述测量在最大孔数的方向上完成)。
所述缓冲层，当存在时，可以具有既不同于所述多孔载体又不同于所述界面层的组成和/或密度，以及在一个实施方案中，所述缓冲层具有介于所述多孔载体和所述界面层的热膨胀系数之间的热膨胀系数。所述缓冲层可以是金属氧化物或者金属碳化物。所述缓冲层可以包括Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2或上述物质的组合。所述Al2O3可以是α-Al2O3、γ-Al2O3或上述物质的组合。所述缓冲层可以由两种或更多种组成不同的亚层组成。例如，当所述多孔载体是金属时，例如不锈钢泡沫体，可以使用由两种组成不同的亚层组成的缓冲层。第一亚层(与所述多孔载体接触)可以是TiO2。第二亚层可以是置于所述TiO2之上的α-Al2O3。在一个实施方案中，所述α-Al2O3亚层是密集层，为下面的金属表面提供保护。然后，可以沉积低密度高表面积的界面层例如氧化铝，作为催化活性层的载体。
所述多孔载体的热膨胀系数可以不同于所述界面层的热膨胀系数。在这样的实施方案中，需要缓冲层在两种热膨胀系数之间过渡。通过控制所述缓冲层的组成能够调节所述缓冲层的热膨胀系数，以获得与所述多孔载体和界面层的热膨胀系数兼容的热膨胀系数。所述缓冲层应该没有开口或小孔，从而为下面的载体提供最佳保护。所述缓冲层可以是无孔的。所述缓冲层的厚度可以小于所述多孔载体的平均孔径的一半。所述缓冲层的厚度可以为约0.05-约10μm，在一个实施方案中约0.05-约5μm。
在一个实施方案中,在不存在缓冲层的情况下可以可获得足够的粘附力和化学稳定性。在该实施方案中，可省去所述缓冲层。
所述界面层可以包括氮化物、碳化物、硫化物、卤化物、金属氧化物、碳或上述物质的组合。所述界面层具有高表面积和/或为被担载的催化剂提供希望的催化剂-载体的相互作用。所述界面层可以由传统上作为催化剂载体使用的任意的金属组成。所述界面层可以包括金属氧化物。可以使用的金属氧化物的实例包括α-Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、氧化钨、氧化镁、氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化钼、氧化锡、氧化钙、氧化铝、镧系氧化物、沸石和上述物质的组合。所述界面层可以用作催化活性层而无任何其他的催化活性材料沉积于所述界面层。所述界面层可以与催化活性层组合使用。所述界面层还可以由两个或更多个组成不同的亚层组成。所述界面层的厚度可以小于所述多孔载体的平均孔径的一半。所述界面层的厚度可以是约0.5-约100μm，以及在一个实施方案中约1-约50μm。所述界面层可以是结晶或者非结晶的。所述界面层可以具有至少约1m2/g的BET表面积。
可以使所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂沉积在所述界面层上。可选地，可以同时使所述催化剂材料沉积在所述界面层上。可以使所述催化剂层紧密地分散在所述界面层上。所述使所述催化剂层“分散”或“沉积”在所述界面层上包括传统上理解的使微小催化剂颗粒分散于：所述载体层(即界面层)表面上、所述载体层的裂缝中以及在所述载体层的开放孔内。
可以将所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂装载于设置在所述工艺微通道内的含有一个或多个翅片的组件。实例示于图18-20中。参考图18，翅片组件280包括安装于翅片载体283上的翅片281，翅片载体283叠加在工艺微通道285的底壁284上。翅片281从翅片载体283伸出进入工艺微通道285的内部。翅片281可以延伸至工艺微通道285的上壁286的内表面并与所述内表面接触。翅片281之间的翅片通道287为使反应物和产物流过平行于所述翅片长度的工艺微通道285提供通道。翅片281中的每一个翅片在其每一个侧边都有外表面。所述外表面为所述催化剂提供载体基底。所述反应物可流过翅片通道287，与担载于翅片281的外表面上的催化剂接触，并反应生成产物。除了翅片281a并不完全延伸至微通道285的上壁286的内表面之外，图19中所示例的翅片组件281a与图18中所示例的翅片组件280类似。除了翅片组件280b中的翅片281b具有梯形的横截面之外，图20中所示例的翅片组件280b与图18中所示例的翅片组件280类似。所述翅片中的每一个翅片具有约0.02mm的高度至上至工艺微通道285的高度，在一个实施方案中约0.02-约10mm，在一个实施方案中约0.02-约5mm，以及在一个实施方案中约0.02-约2mm。每一个翅片的宽度可以为约0.02-约5mm，在一个实施方案中约0.02-约2mm，以及在一个实施方案中约0.02-约1mm。每一个翅片的长度可以是上至工艺微通道285的长度的任意长度，在一个实施方案中上至约10m，在一个实施方案中为约0.5-约10m，在一个实施方案中为约0.5-约6m，以及在一个实施方案中为约0.5-约3m。所述翅片中的每一个翅片之间的空隙可以是任意的值，并且可以为约0.02-约5mm，在一个实施方案中为约0.02-约2mm，以及在一个实施方案中为约0.02-约1mm。工艺微通道285中，每厘米工艺微通道285宽度的翅片数目可以为约1-约50，在一个实施方案中为每厘米约1-约30个翅片，在一个实施方案中为每厘米约1-约10个翅片，在一个实施方案中为每厘米约1-约5个翅片，并且在一个实施方案中为每厘米约1-约3个翅片。所述翅片中的每一个翅片可以具有如图18或19中所示的长方形或者正方形横截面，或者如图20中所示的梯形横截面。当沿翅片的长度看时，每个翅片是直线形、锥形或者蛇形构造。所述翅片组件可以由任意的材料制成，该材料提供足够的强度、尺寸稳定性和热传导特性以按预期操作所述工艺微通道。这样的材料包括：钢(例如不锈钢、碳钢等等)、铝、钛、镍、铂、铑、铜、铬、前述金属中的任意金属的合金、蒙乃尔合金、因康镍合金、黄铜、聚合物(例如热固树脂)、陶瓷、玻璃、石英、硅或者前述两种或更多种物质的组合。所述翅片组件可以由Al2O3或Cr2O3成型材料制成。所述翅片组件可由含有Fe、Cr、Al和Y的合金或含有Ni、Cr和Fe的合金制成。
所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂可以是颗粒床的形式，可以按照组成或者用热传导惰性材料对颗粒进行分级。可以使所述活性催化剂分布在所述热传导惰性材料上。可以使用的热传导惰性材料的实例包括金刚石粉、碳化硅、铝、氧化铝、铜、石墨等等。所述催化剂床组分可以是以重量计约100％的活性催化剂-以重量计小于约50％的活性催化剂。所述催化剂床组分可以是以重量计约10％-约90％的活性催化剂，以及在一个实施方案中以重量计约25％-约75％。在一个备选实施方案中，可以使所述热传导惰性材料分布在所述催化剂的中心或所述催化剂颗粒内。可以使所述活性催化剂沉积在含有所述热传导惰性材料的复合结构体的外部、内部和间隔内。当置于工艺微通道或燃烧通道中时，形成的催化剂复合结构体可以具有至少约0.3W/m/K的有效的热传导性，在一个实施方案中至少约1W/m/K，以及在一个实施方案中至少约2W/m/K。
可以在所述工艺微通道或燃烧通道内对所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂仅进行局部分级。例如，工艺微通道可以包括具有第一反应区域和第二反应区域的催化剂床。可以按照组成对所述催化剂床的顶端或底部(或前部或后部)进行分级，由此，在所有或部分所述第一或第二反应区域中使用较多或较少的活性催化剂。在一个反应区域中减少的组成可能每单位体积产生较少的热量，从而减少热位点和产生不希望的副产物(例如费-托反应中的甲烷)的可能性。在所有或部分第一和/或第二反应区域中，可以通过惰性材料对所述催化剂进行分级。所述第一反应区域可以包含第一组成的催化剂或惰性材料，同时第二反应区域可以包含第二组成催化剂或惰性材料。
可以在所述工艺微通道或燃烧通道的不同轴向区域中使用不同的颗粒尺寸，提供给被分级的催化剂床。例如，可以在第一反应区域中使用非常小的颗粒，同时可以在第二反应区域中使用较大的颗粒。平均颗粒直径可以小于所述工艺微通道的高度或空隙的一半。所述非常小的颗粒可小于所述工艺微通道的高度或空隙的四分之一。较大的颗粒可能使所述工艺微通道的每单位长度上的压降较小，并且也可能降低所述催化剂的有效性。较大尺寸颗粒的催化剂床的有效热传导可能较低。可以将较小的颗粒用于那些需要改善催化剂床整体热传导的区域中，或者可选地，可以使用较大的颗粒以降低产热的局部速率。
通过限制催化剂所需的扩散路径可以获得相对短的接触时间、对目标产物的高选择率和催化剂的相对低的失活速率。当所述催化剂是工程载体(例如金属泡沫体)上的薄层形式或所述工艺微通道壁上的薄层形式时，可以实现上述技术方案。这可以获得增加的空速。可以使用化学蒸气沉积法制造所述催化剂薄层。所述薄层的厚度可以在上至约1微米的范围内，在一个实施方案中在约0.1-约1微米的范围内，在一个实施方案中在约0.1-约0.5微米的范围内，以及在一个实施方案中约0.25微米。通过缩小所述扩散路径，这样的薄层可以减少反应物在活性催化剂结构体内的时间。这可以减少反应物在所述催化剂的活性部分的时间。结果可能是提高了对产物的选择率并且减少了不需要的副产物。这种催化剂分布模式的优点可能是，与其中催化剂的活性部分可能被绑定于惰性的低热传导绑定物的传统催化剂不同，活性催化剂膜可以与工程结构体或者所述工艺微通道的壁紧密接触。采用这样的技术方案，在微通道反应器内可以获得高热传导速率并且能够紧密控制温度。这可以获得在升高的温度下(较快的动力学)操作的能力，而不引起不希望的副产物的形成，因此产生较高的生产力和产率，并且延长催化剂寿命。
可以改变SMR微通道反应器500、加氢裂解微通道反应器700和/或所述费-托或生成醇的微通道反应器200的构造以匹配反应动力学。在靠近工艺微通道的第一反应区域的入口或顶端处的微通道高度或空隙可以小于在第二反应区域中靠近所述工艺微通道的出口或底部处的微通道高度或空隙。可选地，所述反应区域可以小于所述工艺微通道长度的一半。例如，所述工艺微通道长度的第一25％、50％、75％或90％可以用作第一反应区域的第一工艺微通道高度或空隙，而在所述第一反应区域下游的第二反应区域中可以使用更高的第二高度或空隙。这样的构造可能适合进行费-托或生成醇反应。在所述工艺微通道高度或空隙中可以采用其他分级方案。例如，可以在靠近所述微通道的入口处使用第一高度或空隙以提供第一反应区域，可以在所述第一反应区域的下游处使用第二高度或空隙以提供第二反应区域，并且在靠近所述微通道的出口处可以使用第三高度或空隙以提供第三反应区域。所述第一和第三高度或空隙可以是相同或者不同的。所述第一和第三高度或空隙可以大于或小于所述第二高度或空隙。所述第三高度或空隙可以小于或大于所述第二高度或空隙。所述第二高度或空隙可以大于或小于所述第三高度或空隙。
通过使再生流体流过通道与催化剂接触可以再生所述费-托催化剂、生成醇的催化剂、SMR催化剂、燃烧催化剂和/或加氢裂解催化剂。所述再生流体可以包括氢气或被稀释的氢气流。稀释剂可以包括氮气、氩气、氦气、甲烷、二氧化碳、蒸汽或者上述两种或更多种物质的混合物。所述再生流体的温度可以为约50-约400℃，以及在一个实施方案中为约200-约350℃。在这样的再生步骤的过程中，所述通道内的压力可以为约1-约40个大气压，在一个实施方案中为约1-约20个大气压，以及在一个实施方案中为约1-约5个大气压。所述再生流体在所述通道内的停留时间为约0.01-约1000秒，以及在一个实施方案中为约0.1秒-约100秒。
当催化剂是费-托催化剂时，可以通过如下的方式再生所述催化剂：将反应物组合物中的H2:CO的摩尔比提高至至少约2.5:1，在一个实施方案中提高至至少约3:1，然后在约150℃-约300℃范围内的温度下，在一个实施方案中在约180℃-约250℃范围内的温度下，使产生的调整后的进料组合物流过所述工艺微通道与所述催化剂接触一段时间，所述接触时间在约0.1-约100小时的范围内，在一个实施方案中在约0.5-约20小时的范围内，以提供再生的催化剂。通过扰动除了氢气以外的所有进料气体的流动以及使所述氢气流过所述工艺微通道与所述催化剂接触可以调整所述进料组合物。可以增加H2的流动以提供与含有H2和CO的反应物组合物相同的接触时间。所述调整后的进料组合物可以包括H2，并且所述组合物的特征在于不含CO。一旦所述催化剂被再生，则通过使所述再生的催化剂与包括H2和CO的起始的反应物组合物相接触可以继续所述费-托工艺。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道、燃烧通道和/或加氢裂解工艺微通道的特征在于具有总体流动路径。术语“总体流动路径”指在所述工艺微通道或者燃烧通道内的开放路径(连贯的总体流动区域)。连贯的总体流动区域使得流体快速流过所述通道而不出现大的压降。在一个实施方案中，在所述总体流动区域中的流体流动是层流。在每一个工艺微通道或燃烧通道内的总体流动区域可以具有约0.05-约10,000mm2的横截面积，在一个实施方案中约0.05-约5000mm2，以及在一个实施方案中约0.1-约2500mm2。所述总体流动区域可以包含所述工艺微通道或燃烧通道横截面的约5％-约95％，在一个实施方案中约30％-约80％。
所述反应物与所述费-托或生成醇的催化剂、SMR催化剂和/或燃烧催化剂的接触时间可以上至约2000毫秒(ms)，在约10-到约2000ms的范围内，在一个实施方案中约10-约1000ms，以及在一个实施方案中约20ms-约500ms。在一个实施方案中，所述接触时间可以上至约300ms，在一个实施方案中约20-约300ms，在一个实施方案中约50-约150ms，在一个实施方案中约75-约125ms，以及在一个实施方案中约100ms。在一个实施方案中，所述接触时间可以上至约100ms，以及在一个实施方案中约10-约100ms。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道和/或燃烧通道内的流体流动的空速(或单位时间内的气体空速(GHSV))可以是至少约1000hr-1(进料的标准升数/小时/所述工艺微通道内的体积的升数)或者至少约800ml进料/(g催化剂)(hr)。所述空速可以是约1000-约1,000,000hr-1，或者约800-约800000ml进料/(g催化剂)(hr)。在一个实施方案中，所述空速可以是约10,000-约100,000hr-1，或者约8，000-约80,000ml进料/(g催化剂)(hr)。
在所述加氢裂解反应器中，液体流动的单位时间内的液体空速(LHSV)可以为约0.1-约100hr-1(进料的体积/hr/催化剂的体积)，在一个实施方案中约1-约100hr-1，在一个实施方案中约5-约100hr-1，在一个实施方案中约10-约100hr-1，在一个实施方案中约1-约50hr-1，以及在一个实施方案中约5-约50hr-1。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道和/或加氢裂解工艺微通道内的压力可以上至约100个大气压，在一个实施方案中在约1-约100个大气压的范围内，在一个实施方案中约1-约75个大气压，在一个实施方案中约2-约40个大气压，在一个实施方案中约10-约50个大气压，以及在一个实施方案中约20-约30个大气压。
当流体在所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道、燃烧通道和/或加氢裂解工艺微通道内流动时，所述流体的压降可以上至约10个大气压每米通道长(atm/m)，并且在一个实施方案中上至约5atm/m，以及在一个实施方案中上至约3atm/m。
所述费-托或生成醇的工艺微通道、SMR工艺微通道、燃烧通道和/或加氢裂解工艺微通道内的流体流动的雷诺数可以在约10-约4000的范围内，以及在一个实施方案中约100-约2000。
所述费-托工艺微通道内的平均温度可以在约150-约300℃，以及在一个实施方案中约200-约300℃。
所述生成醇的工艺微通道内的平均温度可以在约200-约500℃的范围内，以及在一个实施方案中约200-约350℃。
所述SMR工艺微通道内的平均温度可以在约100-约400℃的范围内，以及在一个实施方案中约150-约350℃。
所述加氢裂解工艺微通道内的平均温度可以在约100℃-约700℃的范围内，在一个实施方案中约250℃-约500℃，在一个实施方案中约350℃-约450℃，以及在一个实施方案中约370℃-约400℃。
进入所述费-托或生成醇的微通道反应器200以及任选地进入加氢裂解微通道反应器700的热交换流体的温度可以是约100℃-约400℃，并以及在一个实施方案中约200℃-约300℃。流出所述热交换通道的热交换流体的温度可以在约150℃-约450℃的范围内下，以及在一个实施方案中约200℃-约350℃。所述热交换流体在所述热交换通道内的停留时间为约1-约2000ms，以及在一个实施方案中约10-约500ms。当所述热交换流体流过所述热交换通道时，所述热交换流体的压降可以上至约10atm/m，在一个实施方案中约1-约10atm/m，以及在一个实施方案中约2-约5atm/m。所述热交换流体可以是蒸气、液体或蒸气和液体的混合物的形式。所述热交换流体在热交换通道内流动的雷诺数为约10-约4000，以及在一个实施方案中约100-约2000。
在所述费-托或生成醇的微通道反应器200中使用的以及在加氢裂解微通道反应器700中任选地使用的热交换流体可以是适合于冷却费-托放热反应的任意的热交换流体。这样的热交换流体可以包括空气、蒸汽、液态水、气态氮、其他气体(包括惰性气体)、一氧化碳、油(例如矿物油)以及诸如联合碳化物公司(UnionCarbide)销售的道氏A(DowthermA)和首诺导热油(Therminol)的热交换流体。
在所述费-托或生成醇的微通道反应器200使用的以及在加氢裂解微通道反应器700中任选地使用的热交换通道可包括工艺通道，在所述通道中进行吸热反应。这样的热交换工艺通道可以是微通道。可以在所述热交换通道进行的吸热工艺的实例包括蒸汽重整和脱氢反应。在约200℃-约300℃的范围下发生的醇的蒸汽重整是可以使用的吸热工艺的实例。为了提供改善的吸热装置(heatsink)而增加的同步吸热反应可以使典型热通量基本在对流冷却热通量的数量级之上。
当所述热交换流体流入所述费-托或生成醇的微通道反应器200以及任选地流入加氢裂解微通道反应器700时，所述热交换流体可能发生部分相变或全相变化。除了通过对流冷却能够移除热量之外，所述相变化可以从所述工艺微通道移除额外的热量。对于被汽化的液体热交换流体而言，所述热交换流体所需要的蒸发潜热可以产生从所述费-托或生成醇的工艺微通道传导的以及从所述加氢裂解微工艺通道任选地传导的额外的热量。在一个实施方案中，以重量计约50％的热交换流体可以被气化，在一个实施方案中以重量计约35％可以被气化，在一个实施方案中以重量计约20％可以被气化，以及在一个实施方案中以重量计约10％可以被气化。在一个实施方案中，以重量计约10％-到约50％可以被气化。
在费-托或生成醇的微通道反应器200、SMR微通道反应器500和/或加氢裂解微通道反应器700中，用于热交换的热通量可以在所述微通道反应器中的一个或多个工艺微通道的热交换壁的每平方厘米表面积约0.01-约500瓦特(W/cm2)的范围内，在一个实施方案中在约0.1-约250W/cm2的范围内，以及在一个实施方案中在约1-约125W/cm2的范围内。在所述微通道反应器内用于对流热交换的热通量可以在在约0.01-约250W/cm2的范围内，在一个实施方案中约0.1-约50W/cm2的范围内，在一个实施方案中约1-约25W/cm2，以及在一个实施方案中约1-约10W/cm2。用于相变和/或放热或吸热反应的所述热交换流体的热通量可以在约0.01-约500W/cm2的范围内，在一个实施方案中约1-约250W/cm2，在一个实施方案中约1-约100W/cm2，在一个实施方案中约1-约50W/cm2，在一个实施方案中约1-约25W/cm2，以及在一个实施方案中约1到约10W/cm2。
因为这种额外的冷却和/或加热可以减少或消除不希望的副产物在不希望的具有更高活化能的平行反应中的形成，基于这样的事实，所以所述费-托或生成醇的反应工艺、SMR工艺、和/或任选所述加氢裂解工艺方法中的热交换的控制对于控制朝向目标产物的选择率可能是有利的。
在费-托或生成醇的微通道反应器200中和任选地加氢裂解反应器700中的每一个单独的热交换通道的压力可使用设在所述热交换通道上游或者所述通道内部的被动结构体(如障碍物)、孔和/或机械构件控制。通过控制每一个热交换微通道内部的压力，可以控制每一个热交换微通道内的温度。当所述被动结构体、孔和/或机械构件使所述压力降至希望的压力时，每一个热交换通道可以使用较高的入口压力。通过控制每一个热交换通道内的温度，可以控制所述费-托或生成醇的工艺微通道或加氢裂解工艺微通道内的温度。因此，例如，通过在与所述工艺微通道相邻或者热力学接触的热交换通道中使用特定的压力，可以在希望的温度下操作每一个费-托工艺微通道。这具有精确地控制每一个费-托或生成醇的工艺微通道温度的优点。通过精确地控制每个费-托工艺微通道温度，优点在于能够获得调整的温度特征和所述方法在能量需求上的整体降低。
在放大(scaleup)装置中，对于具体的应用，可能要求使所述工艺流体的质量均匀分布于所述微通道内。这样的应用可能是当需要采用相邻的热交换通道加热或冷却所述工艺流体的时候。通过改变从一个平行微通道到另一个微通道的横截面积，可以获得均匀的质量流动分布。可以使用如下所示的质量指标因子(Q-因子)定义所述质量流动分布的均匀度。0％的Q-因子意味着绝对的均匀分布。
Q = m · m a x - m · m i n m · m a x × 100
横截面积的变化可能导致壁面上的剪切应力的不同。在一个实施方案中，用于加氢裂解微通道反应器700、SMR微通道反应器500和/或费-托或生成醇的微通道反应器200的Q-因子可以小于约50％，在一个实施方案中小于约20％，在一个实施方案中小于约5％，以及在一个实施方案中小于约1％。
在所述费-托或生成醇的微通道、SMR工艺微通道和/或加氢裂解工艺微通道内的流体流动的表观速度至少约每秒0.01米(m/s)，在一个实施方案中至少约0.1m/s,在一个实施方案中在从约0.01-约100m/s的范围内，在一个实施方案中在约0.01-约1m/s的范围内，在一个实施方案中在约0.1-约10m/s的范围内，并且在一个实施方案中在约1-约100m/s的范围内。
在所述费-托或生成醇的微通道、SMR工艺微通道和/或加氢裂解工艺微通道内的流体流动的自由流速至少约0.001米每秒(m/s)，在一个实施方案中至少约0.01m/s,在一个实施方案中在约0.001-约200m/s的范围内，在一个实施方案中在约0.01到约100m/s的范围内，以及在一个实施方案中在约0.01-约200m/s的范围内。
在所述费-托或生成醇的微通道反应器中，CO转化率可以为每循环约40％或更高，在一个实施方案中为约50％或更高，在一个实施方案中为约55％或更高，在一个实施方案中为约60％或更高，在一个实施方案中为约65％或更高，以及在一个实施方案中为约70％或更高。在本申请中使用的术语“循环”指反应物通过所述工艺微通道的一次单程。
在所述费-托(FT)产物中的甲烷的选择率可以为约25％或更低，在一个实施方案中约20％或更低，在一个实施方案中约15％或更低，在一个实施方案中约12％或更低，以及在一个实施方案中约10％或更低。
费-托产物的产率可以为每循环约25％或更高，在一个实施方案中约30％或更高，在一个实施方案中约40％或更高。
在所述费-托工艺的一个实施方案中，CO的转化率至少为约50％，甲烷的选择率为约15％或更低，并且产物的产率至少为每循环约35％。
氮气分离器300可以包括使用离子液体作为液体吸附剂的微通道分离器。所述微通道分离器可以包括薄膜分离器，在所述薄膜分离器中，通过使用毛细管力使微通道内的液体和气体(例如空气)的混合或返混最小，将所述液体吸附剂(即所述离子液体)保留或束缚在通道或结构体内部。所述微通道分离器可以包括装置，在所述装置中，将液体吸附剂的流体混合物和气体共同送入所述微通道装置的内侧或外侧并以共同流动的方式流动。所述流体可以流入并流出所述装置的表面特征。所述微通道分离器可以包括装置，在所述装置中，所述气体和液体吸收剂以共同流动的方式流动并且通过流经一系列具有环状、球状或其他形状的多孔堆积床形式的障碍物混合以形成高界面面积。所述微通道分离器可以包括装置，在所述装置中，薄的接触器平板使相分开以促进逆流流动。所述接触器平板可以包含足够小的孔径以使得所述液体的毛细管压力能够将所述液体保留在所述接触器平板的一侧，并且将所述气流保留在所述接触器平板的另一侧。可以用作所述液体吸附剂的所述离子液体可以包括一种或多种咪唑啉季铵盐和/或一种或多种季芳香-5元或6元的杂环化合物，例如咪唑盐、吡啶盐等等。这样的离子液体可以包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟甲磺酸盐、1-辛基-3甲基咪唑六氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-辛基-3甲基咪唑四氟甲硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐和/或N-丁基吡啶四氟甲硼酸盐。美国专利6,579,343B2和6,623,659B2、美国专利申请2006/0251588A1以及国际申请WO02/34863A1公开了可以使用的离子液体，这些专利及申请以引文方式并入本专利申请中。
在氮气分离器300中可以采用变温吸附(TSA)或变压吸附(PSA)技术。美国专利6508862B1和6652627B1和美国专利公开2005/0045030A1公开了可用于前述分离的使用微通道技术的TSA和PSA工艺，所述文献以引文方式并入本专利申请中。
所述离子液体分离器，TSA分离器和/或PSA分离器可以在气化炉110和微通道反应器200之间的线路中使用以从气化炉110中所形成的合成气中分离出杂质气体和材料(例如CO2、硫化合物例如H2S、颗粒状固体等等)。
可以在气化炉110和微通道反应器200之间的线路中使用采用了纳米纤维层或纳米复合膜的微通道装置。美国专利6,326,326B1、6,531,224B1、6,733,835B2、6,753,038B2、6,846,554B2和7,122,106B2公开了可以使用的纳米纤维和纳米复合膜，所述专利以引文方式并入本专利申请中。
在流出气化炉110的合成气中存在诸如硫、卤素、硒、磷、砷等的杂质是不利的。可以在所述微通道反应器200中发生反应之前从合成气除去前述杂质或者降低前述杂质的浓度。除去或降低这些杂质的量的技术是本领域内众所周知的技术。例如，在气化炉110和微通道反应器200之间的线路中可以使用ZnO防护床以除去硫杂质。可以使所述合成气中的杂质的量降低至以体积计上至约5％，在一个实施方案中以体积计上至约1％，在一个实施方案中以体积计上至约0.1％，以及在一个实施方案中以体积计上至约0.05％。
在热解反应器400中进行的热解方法可以包括在不含氧气或任意其他反应剂(可能的蒸汽除外)的情况下加热所述碳质材料。所述热解方法可以包括无水方法。所述热解方法可以包括快速或闪蒸热解方法，在所述方法中在350℃-500℃的范围内的温度下将所述碳质材料加热相对短的一段时间，所述时间上至约2秒，在一个实施方案中在约0.5-约2秒的范围内。可以采用所述热解方法以生产液态产物，所述液态产物可以是指热解油。所述热解方法可以在螺旋钻反应器、熔融反应器(ablativereactor)、转锥式反应器、流化床或循环流化床中进行。
在螺旋钻反应器中进行的热解反应包括使用在螺旋桨的末端处的热砂和碳质材料颗粒的进料。所述螺旋桨将所述砂和碳质材料混合并随所述热解方法的进行输送所述两种物质的混合物。
所述熔融方法包括在高速下向热金属表面喷射碳质材料颗粒。这可以通过在碳质材料颗粒床内使用高速自转的金属表面实现。作为备选方案，可以使所述颗粒悬浮在载气中并在高速下引入所述颗粒高速使其穿过壁面受热的旋分筒。
所述转锥方法包括加热砂和碳质材料颗粒的混合物并将所述混合物引入旋转的锥体中。由于锥体的旋转，从而随所述热解过程的进行通过离心力经锥体表面输送所述砂和碳质材料的混合物。
对于所述流化床反应器，将碳质材料颗粒引入通过气体流化的热砂床中。由于被流化的砂的传热速率高，从而实现所述碳质材料颗粒的快速加热。通过热交换器管道提供热量，热的燃烧气体可以流过所述管道。
对于所述循环流化床反应器，可以将碳质材料颗粒引入热砂的循环流化床。气体、砂和碳质材料颗粒可以一起运动。所述输运气体可以为被循环的产物气体，但是其也可以为燃烧气体。所述砂的高传热速率能够实现所述碳质材料颗粒的快速加热。分离器可以所述产物气体和蒸气与热砂和焦炭颗粒分离。可以在被流化的燃烧器容器中再加热所述砂粒并将所述砂粒回收至所述反应器。
在微通道反应器200中形成的费-托产物可以包含气态产物馏分和液态产物馏分。所述气态产物馏分可以包括常压下的沸点低于约350℃的烃(例如穿过中间馏分的尾气)。所述液态产物馏分(富集馏分)可以包括沸点在约350℃以上的烃(例如穿过重质烷烃的真空瓦斯油)。
使用例如高压和/或低温气-液分离器或低压分离器或分离器的组合可以将所述沸点低于约350℃的费-托产物馏分分离成尾气馏分和富集馏分，例如具有约5-约20个碳原子的正烷烃和更高沸点的烃。除去一种或多种沸点大于约650℃的馏分之后，可以将沸点大于约350℃的馏分(富集馏分)分离成沸点在350℃-650℃的范围内的石蜡馏分。所述石蜡馏分可以包含具有约20-约50个碳原子的直链烷烃和相对少量的更高沸点的支链烷烃。使用分馏可以有效进行所述分离。
在微通道反应器200中形成的费-托产物可以包含甲烷、石蜡和其他重质高分子量产物。所述产物可以包含烯烃，例如乙烯、正和异-烷烃及其组合。这样的产物可以包含燃料馏程内的烃，所述燃料馏程包括喷气油或柴油馏程。
支化在多种终端使用中可能是有利的，特别当需要提高辛烷值和/或降低倾点时。异构化的程度可以大于约1摩尔异链烷烃每摩尔n-烷烃，在一个实施方案中约3摩尔异链烷烃每摩尔n-烷烃。当所述产物用于柴油组合物时，所述产物可以包含十六烷值至少约60的烃混合物。
可以将所述费-托产物进一步处理以形成润滑基础油或柴油。例如，可以将微通道反应器200中制得的产物加氢裂解，然后进过蒸馏和/或催化异构化以提供润滑基础油、柴油、喷气燃料等等。可以采用美国专利6,103,099或6,180,575中披露的方法对所述费-托产物进行加氢异构化；采用美国专利4,943,672或6,096,940进行加氢裂解及加氢异构化；采用美国专利5,882,505中披露的方法进行脱蜡；或者采用美国专利6,013,171、6,080,301或6,165,949进行加氢异构化及脱蜡。由于这些专利所披露的处理费-托合成烃的方法以及由这样的方法制得的最终产物，这些专利以引文方式并入本专利申请。
在所述加氢裂解微通道反应器700中进行的加氢裂解反应可以包括氢气和来自微通道反应器200的费-托产物之间的反应，或者一种或多种从所述费-托产物分离出来的烃(例如一种或多种液体或石蜡费-托产物)。所述费-托产物可以包括一种或多种长链烃。在所述加氢裂解的方法中，例如可以通过将C23馏分裂解为C12-C22的中等范围碳原子数来增加所希望的柴油馏分。可以使用过量的氢气将产生自费-托微通道反应器200的石蜡馏分送入加氢裂解微通道反应器700进行三相反应。在升高的温度和压力的反应条件下，一部分液体进料可以转化为气相，而其余的液体部分可以沿着所处催化剂流动。在常规的加氢裂解系统中，形成液流。用于加氢裂解反应的微通道反应器的使用在多个方面独具优势。这些方面可以包括动力学、压降、传热和传质。
在加氢裂解微通道反应器700中加氢裂解的费-托烃产物可以包括任意的可以被加氢裂解的烃。这样的烃可以包括含有一种或多种能够在加氢裂解的过程中断裂的C-C键的烃。所述可以被加氢裂解的烃可以包括饱和脂肪族化合物(例如链烷烃)、不饱和脂肪族化合物(例如链烯烃、链炔烃)、烃基(例如烷烃基)取代的芳香族化合物、亚烃基(hydrocarbylene)(例如亚烷基(alkylene))取代的芳香族化合物等等。
加氢裂解反应器700的进料组合物可以包括一种或多种稀释剂材料。这样的稀释剂的实例可以包括不反应的烃稀释剂等等。基于所述费-托产物的重量所述稀释剂的浓度以重量计可以为0-约99％，在一个实施方案中以重量计为0-约75％，以及在一个实施方案中以重量计为0-约50％。所述稀释剂可用于降低粘性液态产物的粘度。加氢裂解反应器700中的所述进料组合物的粘度可以在约0.001-约1厘泊的范围内，在一个实施方案中约0.01-约1厘泊，以及在一个实施方案中约0.1-约1厘泊。
进入加氢裂解微通道反应器700的所述进料组合物中的氢气与费-托产物的比可以在约10-约2000标准立方厘米(sccm)氢气每立方厘米(ccm)费-托产物，在一个实施方案中约100-约1800sccm/ccm,在一个实施方案中约350-约1200sccm/ccm。所述氢气进料可以进一步包括水、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和/或氮气。
所述氢气进料中的H2可以衍生自另外的方法，例如蒸汽重组方法(H2/CO的摩尔比约为3的产物流)、部分氧化方法(H2/CO的摩尔比约为2的产物流)、自热重组方法(H2/CO的摩尔比约为2.5的产物流)、CO2重组方法(H2/CO的摩尔比约为1的产物流)、煤气化方法(H2/CO的摩尔比约为1的产物流)以及上述方法的组合。对于这些进料流中的每一种进料流而言，使用常规技术(例如膜分离或吸附)可以使所述H2与其余的组分分离。
被加氢裂解的费-托产物可以包含沸点温度在约260-270℉(127-371℃)的范围内的中间馏分。术语“中间馏分”通常包括柴油、喷气燃料和煤油沸点范围的馏分。术语“煤油”和“喷气燃料”的沸点范围通常是指260-550℉(127-288℃)的温度范围，并且“柴油”沸点范围通常指烃的沸点在约260-约700℉(127-371℃)之间。所述被加氢裂解后的费-托产物可以包括汽油或萘馏分。这样的馏分通常被认为是C5-400℉(204℃)的终点馏分。
所述生成醇的方法的目标产物可以包括一种或多种具有1-约10个碳原子的醇，在一个实施方案中为1-约5个碳原子，在一个实施方案中为2-约5个碳原子。所述产物可以包括甲醇。所述产物可以包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇或上述两种或更多种物质的混合物。这样的醇和醇的混合物可以被用作燃料或补充燃料。例如，可以将这样的醇添加至汽油以补充所述汽油。
实施例1
使用ChemCAD进行方法模拟。所述过程示于图28中。参考图28，方法600包括干燥器601、混合器607、气化炉610、调质室(temperingchamber)615、过热器620、淬灭室(quenchchamber)625、洗涤器630、旋分器635、冷凝器640、645和650、混合器655、费-托(FT)微通道反应器660、热交换蒸汽回路663、分离器670和675、混合器680以及分馏塔685和690。所述方法还采用了热交换器636、641、646、656、673和674。这样的热交换器可以为微通道热交换器。还可以在所示例的方法中使用压缩机642、647和652。在下述的表1-3中披露了在方法600中所采用的温度、压力、流速和不同流体的组成。
现在描述如28中所示例的方法600的操作过程。在下文的描述中，不同流体的温度和压力表示在括号内。温度用℃并且压力用bars表示。在某些情况下，这样的数值已经由所述ChemCAD模拟所产生的值取整。通过ChemCAD产生的完整的值示于表1-3中。使以重量计的含水量为70％的生活固体垃圾(MSW)经由线路602(15℃，1bar)流入干燥器601中，在所述干燥器中将所述MSW浓缩。使被分离的水经由线路604(89℃,1bar)流出干燥器601。使蒸汽经由线路603(250℃,25bars)流入干燥器601中，加热所述MSW，并且经由线路605(225℃,25bars)流出干燥器601。使以重量计的含水量为14.2％的被浓缩的MSW经由线路606(89℃,1bar)流入混合器607中，在所述混合器中，使被浓缩的MSW与来自线路687(121℃,18bars)的分馏塔轻馏分以及来自线路692(121℃,18bars)的分馏塔塔底产物混合。使被浓缩的MSW、分馏塔轻馏分和分馏塔塔底产物的混合流(所述混合流可以指混合的碳质进料)经由线路608(94℃,1bar)从混合器607流至气化炉610。使氧气(15℃,1bar)经由线路609流至气化炉610。在气化炉610中，加热所述混合的碳质进料和所述氧气并使其发生气化反应生成合成气。如箭头617所示，从气化炉610中除去灰分。
使所述合成气经由线路611(1480℃,1bar)从气化炉610流至调质室615。使水经由线路612和614(15℃,1bar)流至调质室615。使蒸汽经由线路619流出所述调质室615。使所述合成气经由线路616(1013℃,1bar)从调质室615流至过热器620。使蒸汽经由线路618(225℃,1bar)流至并流过过热器620，然后经由线路621(450℃,25bars)流出过热器620。使所述合成气经由线路622(235℃,1bar)从过热器620流至并流过淬灭室625。使水经由线路612和613(15℃,1bar)流至并流过淬灭室625，然后经由线路627(67℃,1bar)流出淬灭室625。使所述合成气经由线路626(67℃,1bar)从淬灭室625流入洗涤器630中。在洗涤器630中使杂质与所述合成气分离并使所述杂质经由线路632(67℃,1bar)流出洗涤器630。使所述合成气经由线路631(67℃,1bar)从洗涤器630流入旋分器635中。在旋分器635中使固体颗粒与所述合成气分离。经由线路638除去固体颗粒。使所述合成气经由线路637(67℃,1bar)从旋分器635流至并流过热交换器636，然后经由线路637a(24℃,1bar)流入冷凝器640中，在该所述冷凝器中冷凝所述合成气。使水经由线路644(24℃,1bar)流出冷凝器640。使所述合成气经由线路643(24℃,1bar)从冷凝器640流至并流过压缩机642，然后经由线路643a(125℃,2.6bars)从压缩机642流至并流过热交换器641。使所述合成气经由线路643b(24℃,2.6bars)从热交换器641流至冷凝器645，在该冷凝器中冷凝所述合成气。在冷凝器645中从所述合成气中除去水并使所述水经由线路648(24℃,2.6bars)流出所述冷凝器。使所述合成气经由线路649(24℃,2.6bars)从冷凝器645流至并流过压缩机647，然后经由线路649a(101℃,5.5bars)流至并流过热交换器646。使所述合成气经由线路649b(24℃,5.5bars)从热交换器646流至冷凝器650，在该冷凝器中冷凝所述合成气。使水经由线路651a(24℃,1bar)流出冷凝器650。使所述合成气经由线路651(24℃,5.5bars)流出冷凝器650然后流至并流过压缩机652。
使所述合成气经由线路653(243℃,25bars)从压缩机652流至混合器655。经由线路653流动的所述合成气具有0.989的H2:CO比。使氢气经由线路654(37℃,15bars)流至混合器655，在该混合器中使氢气与所述合成气混合。合成气和氢气的混合物可以指升级的合成气。所述升级的合成气具有1.896的H2:CO比。所述升级的合成气从混合器655流过热交换器656，并且经由线路657(220℃,25bars)从热交换器656流至并流过费-托(FT)微通道反应器660，在该反应器中所述合成气发生放热FT反应以形成FT产物。
采用流过冷却剂蒸汽环路663的蒸汽冷却费-托微通道反应器660。使蒸汽经由线路664(150℃,26bars)进入所述冷却剂蒸汽环路663并流入混合器664a中。使蒸汽经由线路664b(222℃,26bars)流出混合器664a然后流至并流过热交换器668。热交换器668与FT微通道反应器660热力学接触，然后与所述FT微通道反应器交换热量。在所述合成气在FT微通道反应器660中被转化为所述FT产物的同时，用所述蒸汽冷却FT微通道反应器660。使蒸汽经由线路664c(225℃,25bars)流出热交换668并流至容器666。使蒸汽经由线路665(225℃,25bars)流出容器666并流出冷却剂蒸汽环路663。使蒸汽经由线路664d(225℃,25bars)从容器666流至并流过泵667。使所述蒸汽经由线路669(225℃,27bars)从泵667流至混合器664a。
使所述FT产物经由线路661(230℃,18bars)从FT微通道反应器660流至分离器670，在该分离器中对所述FT产物进行分离。使气态FT产物经由线路671(230℃,18bars)流出分离器670。使液态FT产物经由线路672(230℃,18bars)流出分离器670并流至混合器680。使所述气态FT产物流过热交换器673并流至线路671a(80℃,18bars)。使冷却剂水从线路682(30℃,5bars)流至并流过热交换器673然后经由线路683(34.2℃,3.5bars)流出热交换器673。使所述气态FT产物经由线路671a(80℃,18bars)流至并流过热交换器674然后从热交换器674流至并流过线路671b(35℃,18bars)并流至三路分离器675。使气态混合物经由线路676(35℃,18bars)流出三路分离器675。这样的气态混合物可以是指FT尾气。使液态混合物经由线路677(35℃,18bars)流出三路分离器675。所述液态混合物可以是指工艺冷凝液。
使液态FT产物经由线路678(35℃,18bars)从三路分离器675流至混合器680，在该混合器中，使所述液态FT产物与来自线路672的液态FT产物混合。所述混合的液态FT产物经由线路681(121℃,18bars)从混合器680流至分馏塔685，在该分馏塔中，对所述混合的液态FT产物进行分馏。使轻馏分产物经由线路687(121℃,18bars)流出分馏塔685并流至混合器607。使液态FT产物经由线路686(121℃,18bars)流出分馏塔685流至分馏塔690，在分馏塔690中，对所述混合的液态产物进行分馏。使液态FT产物经由线路691(121℃,18bars)流出分馏塔。这样的液态FT产物可以指合成燃料。使塔底产物经由线路692(121℃,18bars)流出分馏塔690并流至混合器607。
表1
表2
表3
实施例2
在采用固定床催化剂的微通道反应器中进行费-托反应。所述过程在高产能(接触时间在约290-约214毫秒的数量级上)下进行并且具有高的CO转化率(上至约80％)。用两相流操作所述反应器，所述反应器的压降变化很小，压降的标准偏差小于全部压降的3％。所述高CO转化率和稳定的压降还可能伴有低的CH4选择率(对于所有的情况而言小于15％，以及对于大部分情况而言小于10％)以及高的C6+烃选择率(对于所有的情况而言大约75％，对于大部分情况而言大约80％)。
所述微通道反应器具有两个插在三个冷却剂重复单元之间的工艺重复单元。所述工艺重复单元中的工艺微通道与所述冷却剂重复单元中的冷却剂通道呈错流的方向。这示于图29中。活性反应器核的面积为15.2cm(6英寸)×15.2cm(6英寸)。所述反应器的整体堆叠尺寸为25.4cm(10英寸)×19.1cm(7.5英寸)×6.17cm(2.43英寸)。所述冷却剂通道由多个具有流动分布特征的夹片制成。所述工艺微通道由铜波形制成。这示于图30中。这样的波形具有19.1cm(7.5英寸)×15.2cm(6英寸)×3.18cm(0.125英寸)。所述波形的厚度为0.15mm(0.006英寸)。得到的微通道反应器具有分成两层的276个工艺微通道。所述工艺微通道中的每一个通道具有宽度为0.95mm(0.0375英寸)、高度为3.18mm(0.125英寸)和长度为19.1cm(7.5英寸)的尺寸。顶盖和底座与所述冷却剂通道和工艺微通道相连以提供更大的外部管道系统连接。
将催化剂床装载在如下所述的微通道反应器。然后使所述组件包含在过程控制系统内(PCS)。所述催化剂床包含SiC颗粒和FT催化剂颗粒。
所述SiC颗粒由新泽西州卑尔根的亚特兰大设备工程公司(AtlanticEquipmentengineersofBergenNewJersey)提供，类别号为SI-312。采用MalvernHydro2000G光散射粒度分析仪测量所述SiC颗粒的体积平均d(50)直径。所述SiC颗粒具有281微米的平均直径。所述SiC的松散填充堆积密度(PABD)为每立方厘米1.62克(g/cc),并且PABD处的空隙率为0.31。
所述FT催化剂由牛津催化剂有限公司(OxfordCatalystlimited)提供。所述催化剂包含钴和载体。采用MalvernHydro2000G分析仪侧得的所述催化剂颗粒的体积平均颗粒尺寸为261微米。随后对所述催化剂进行的筛分显示大部分的催化剂质量在215-250微米之间在较高的筛孔尺寸下得到的催化剂比在较低的筛孔尺寸下得到的催化剂更多。催化剂的PABD为1.08g/cc。PABD的空隙率为0.362。使用移液管添加100微升去离子水直至所述水破坏所述表面。将被湿润的催化剂置于振动试验台上在中等的强度下振动30秒以除去含有的空气、静置该床，然后将过量的水引入所述表面。使用移液管除去过量的水。使所示试样在空气中干燥，然后在200℃的温度下在常压下干燥一个小时。
通过在室温下引入的甲醇确定所述反应器的体积。使151.1cc的甲醇充满所述反应器波形通道直至顶部。
将厚度为0.635cm(0.25英寸)的100ppi泡沫体插入所述反应器的底部。
将所述FT催化剂添加至所述波形并且使用橡胶锤压实所述催化剂。添加的全部质量为143.22克。在每一个波形通道用被测量的长度销钉测量填充的深度，使用分级的薄片和数码相机测量所述长度销钉在所述波形开口上方的距离。FT催化剂填充高度与17.415cm(6.75英寸)的理想的填充高度之间的差为0.467cm(0.184英寸)，低于理想的水平。所述填充高度的标准偏差为0.483cm(0.190英寸)。假设所述工艺波形通道的体积在整个堆积高度上是相同的，则堆积密度为1.068g/cc，或低于所测量的1.08g/cc的PABD的1.1％。所述催化剂的全部体积为134.1cc。
将所述SiC催化剂添加至所述反应器的顶部，并且压实所述催化剂以填充所述反应器。将厚度为0.635cm(0.25英寸)的100ppi泡沫体插入所述反应器的顶部。
使用布鲁克斯(Brooks)5850E质量流量控制器控制被送入所述微通道反应器的合成气的流量和组成。氢气、一氧化碳和氮气由普莱克斯公司(Praxair)、马西修三气公司(MathesonTri-gas)和得利尔(Delille)公司提供。使上述气体同时通过活性碳和Molsieve13X捕捉器。将取样点设置在混合点的下游以测量入口气体组成。在将所述气体送入所述微通道反应器前，在不锈钢微通道热交换器内将所述气体加热至＞300℃，用氮气加热所述热交换器。
采用横河电机株式会社(Yokogawa)JA430A-H型压力传感器测量所述入口压力。采用横河电机株式会社EJA110A-H差示压力传感器测量所述工艺固定床压降。采用配备更高级烃的额外通道的安捷伦(Agilent)3000ARGA精炼气体分析仪的气相色谱(GC)分析入口和出口流。通过设置在反应器下游和第一产物收集槽上游的取样点收集尾气试样。试样调节器由NeptuneSC-316试样冷却器和Swagelok300cc冷凝液捕捉器组成。通过压力调节器和针型阀设定通过所述试样调节器的流量，仅在取样的过程中打开。在每一次气体测量时收集五至七个GC试样，摒弃前两个试样并且取剩余试样的平均。
设定所述产物流的使其在升高的压力下通过三个收集容器，并且使其逐级冷却以提供较轻的烃产物与较重的烃产物以及水相的粗分离。用两个WatlowBand加热器加热第一汽包直至局部表面温度为120℃-135℃。将水相和较重的烃产物底部抽出并称重。气体离开温度在120℃和140℃之间的所述第一汽包，并在第一Sentry型1253C57-EW6-H35X热交换器中使所述气体冷却至低于30℃，使用DowDoeforstHD冷却剂冷却所述热交换器。第二汽包处于室温并被用在收集水相和透明的液态烃相。使剩余的气体流至第二Sentry型1253C57-EW6-H35X热交换器，用丙二醇冷却剂冷却至10℃然后流至第三收集槽，所述收集槽收集少于全部冷凝液的1％。在所述第三槽之后，所述尾气到达用于所述方法侧(side)的压力控制装置。所述装置为卡莫(Kammer)型030000球阀。采用装备有用于信号传播的继电器的美国米特公司100升/分辨率干燥测试计测量所述产物。将第二尾气取样点设置在所述干燥测试计的下游用于另外的取样。
加热所述反应器并且在400℃并接近常压的条件下在氢气还原气氛下进行催化剂的活化。然后使所述反应器冷却并通过将反应器内的压力提高至操作压力启动操作，逐渐打开冷却剂的流量，以及反应物进料混合物的流量，同时提高反应器温度。所述反应物进料混合物含有H2和CO的摩尔比为H2:CO＝2:1。所述反应物进料混合物还含有以体积计16.6％的N2。当接触时间为290ms时，逐渐将所述反应器温度升高至210℃以获得稳定状态的大于70％的CO转换率。
当达到反应条件时，所述压降的标准偏差是高的，然后当系统稳定时所述压降的标准偏差降到较低的值。在被选择的时间条件下的压降示出了短期时间和长期时间的稳定性：
在操作时间大约为1500小时的时候，将所述反应器操作条件设定为在350psig的入口压力和222℃的入口温度和214ms的接触时间下所述进料含有以重量计4％的N2以及入口H2:CO比为2.01。使这样的条件保持190小时。所述反应器性能显示稳定的68.8±0.3％的CO转换率。CH4的平均选择率为13.3±0.1％并且C6+烃的选择率74.8±0.2％。
压降测量中的标准偏差小，由此可见所述反应器的压降是稳定的。在这样的操作过程中的平均压降为1.75±0.01psi。
在操作时间大约为1890小时的时候，再次还原所述催化剂，并且所述反应器在H2:CO比为2.0以及所述进料含有16.6％N2的目标条件下重新启动。所述入口压力为350psig，并且平均入口温度为211℃。所述接触时间为290ms。使这样的反应条件设置保持420小时。所述反应器中的CO转化率一开始高达约75％，然后在几百个小时的过程中逐渐稳定至稳定值68.8±0.3％。CH4的平均选择率为8.9±0.1％并且C6+烃的选择率77.8±0.2％。
对应于如上所述的CO转化率的稳定过程，所述压降一开始上升，然后当CO转化率降至其最终的稳定值时，所述压降趋于稳定。压降测量中的标准偏差小，由此可见在这样的操作过程中所述反应器压降保持稳定。在这样的操作过程中的平均压降为1.46±0.04psi。
在收集数据前，使用标准压力检测，检测到冷却剂侧和固定床(工艺)侧之间的渗漏。从那一时间向前，在高于所述方法侧的压力下操作冷却剂侧，从而任意的渗漏为从所述冷却剂侧进入所述方法侧的液态水或蒸汽。因此相比于以前的操作，示出的所述方法侧压降的标准偏差更大(两到四倍)。
将所述微通道反应器在其整个操作寿命期间的性能的细节总结如下。
在完成初次启动后，获得了在210℃的反应器温度和290ms的接触时间下H2:CO比为2:1以及所述进料含有16.6％N2的目标条件，在这样的条件下，获得71.7％的CO平均转化率。使这样的工艺条件从启动起保持约1140小时的操作时间。所述CO转化率逐渐稳定至约71.7％的平均值并且相应的平均CH4选择率为8.9％。
然后将所述接触时间减少至214ms，并且将所述反应器温度升至222℃以将所述CO转化率提高至其前述的稳定值。在这样的条件下，具有77.2％的C6+烃选择率和71.9％的CO平均转化率。对应的稳定状态的压降为1.843±0.004psi。
在操作时间约为1500小时的时候，将所述进料稀释剂降低至以体积计4％的N2，使所述反应器温度保持在222℃，并且所述CO平均转化率为68.8％。相应的平均压降为1.75psi。
然后通过将所述温度降低至210℃，将N2稀释剂增加至16.6％并且将所述接触时间增加至290ms，使所述反应器条件恢复至初次启动条件。所述CO平均转化率为66.4％。这比起始性能低约5％。这表明了在操作时间内最小限度的催化剂失活的重要性。对应的1.46±0.01psi的压降高于起始看到的1.41±0.01psi。压降中的这种增加与转换率中的减少是相当的。表示工艺微通道中的流动传递的稳定性的所述压降的标准偏差在1880小时的操作时间的过程中实际上保持不变。
在操作时间为1890小时的时候，再次还原所述催化剂，所述催化剂在400℃以上消耗半个小时并且390℃以上消耗约2小时。在还原后，在所述冷却剂侧和所述方法侧之间发现了交叉泄露。在操作过程中，冷却泵未能形成一次内锁停机(interlockshutdown)。当所述反应器达到目标温度，CO转化率仅为39％，远低于前述的值。再次还原所述催化剂。
然后重新启动所述催化剂以达到在210℃的平均反应器温度和290ms的接触时间下H2:CO比为2:1以及所述进料含有16.6％N2的条件，所述条件符合在初次启动后的第一稳定条件。起始的CO转化率稍高于前述启动时的转化率，但是所述转化率稳定于稍低值69.5％。相应的平均压降为1.47±0.04psi。相比于反应器起始启动时的值，所述压降的标准偏差增加。这也与所述催化剂的失活速率的增加相对应。标准偏差的增加可能是如上所述的泄露的结果。
然后使接触时间减少至214ms，并且使所述反应器温度逐渐增加至223℃。这获得了70.4％的CO平均转化率以及76.0％的C6+选择率。
然后使H2:CO比变为1.5:1并且使所述接触时间增加至255ms。然后使反应器压力增加至384psig并且使所述反应器温度逐渐升高至228℃，得到了60.9％的CO平均转化率以及7.1％的CH4选择率。当CO转化率在较高的压力下上升时，所述压降下降。
使H2:CO比变为1.5并且使所述稀释剂N2增加至40％。使所述反应器压力增加至420psig并且使所述反应器温度增加至232℃。当所述接触时间由184ms增加至250ms时，所述CO转化率由56.1％增加至64.0％。对应的压降从2.256psi降低至1.545psi。当所述接触时间增加时，所述压降下降，从而降低了流量并提高了CO转化率。
然后使所述反应条件恢复至H2:CO比变为2:1以及所述进料含有16.6％。所述平均反应器温度为211℃并且所述接触时间为290ms。所述CO转化率下降至59.6％的平均值。所述平均压降为1.52±0.04psi。由于催化剂的失活，所以所述压降高于重新启动时的压降。
然后再次还原所述催化剂，并且在H2:CO比变为2:1以及所述进料含有16.6％以及所述平均反应器温度为211℃并且所述接触时间为290ms的相同的反应条件下重新启动。所述CO转化率达到约69.2％的稳定值，所述稳定值与在前述还原之后获得的转化率类似。相应的平均压降为1.50±0.04psi。
表示工艺微通道中的稳定流动的压降的标准偏差(是流动稳定性的指标)在1800小时的操作时间的过程中实际上保持不变。
虽然已经结合各种实施方案描述了本发明，可以理解的是，对于基于阅读本发明的本领域技术人员而言，本发明的各种调整是显而易见的。因此，可以理解，本发明包括所有落入本发明权利要求要求保护的范围内的这样的调整。

Claims (94)

1.一种将碳质材料转化为含有一种或多种烃或一种或多种醇的目标产物的方法，所述方法包括：
(A)在至少约700℃的温度下气化所述碳质材料以形成合成气，所述碳质材料包括煤、油、生物质、固体废弃物、食物源或上述两种或更多种物质的混合物；以及
(B)使所述合成气流入微通道反应器与催化剂接触以将所述合成气转化为目标产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳质材料包括生活固体废弃物、有害废弃物、垃圾衍生燃料、轮胎、垃圾、污水污泥、动物排泄物、石油焦炭、垃圾、废物、农业废弃物、玉米秸秆、柳枝稷、木屑、木材、草屑、建筑垃圾材料、塑料材料、轧棉废弃物、堆填区沼气、沼气、天然气或上述两种或更多种物质的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在逆流固定床气化炉、并流固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、熔融金属反应器或等离子气化系统中气化所述碳质材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在气化剂的存在下气化所述碳质材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气化剂包括蒸汽、氧气、空气或上述两种或更多种物质的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在熔融金属反应器中所述碳质材料与蒸汽和熔融金属接触并反应生成所述合成气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气包括H2和CO。
8.根据权利要求7所述的方法，其中H2与CO的比在约0.5至约4的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气包括H2与CO，并在步骤(B)之前将额外量的H2添加至所述合成气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气进一步包括固体颗粒，在步骤(B)之前从所述合成气中除去所述固体颗粒。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)中制得的合成气进一步包括水，在步骤(B)之前从所述合成气中除去所述水的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个与热交换器热力学接触的工艺微通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含多个工艺微通道和多个热交换通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含多个工艺微通道和多个热交换通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中，每一个热交换通道与至少一个工艺微通道热力学接触，至少一根使合成气流入所述工艺微通道的歧管，至少一根使产物流出所述工艺微通道的歧管，至少一根使热交换流体流入所述热交换通道的歧管以及至少一根使所述热交换流体流出所述热交换通道的歧管。
15.根据权利要求1所述的方法，其中将多个所述微通道反应器设置在容器内，每一个微通道反应器包含多个工艺微通道和多个热交换通道，所述催化剂存在于所述工艺微通道中，每一个热交换通道与至少一个工艺微通道热力学接触，在所述容器中设有使所述合成气流至所述工艺微通道的歧管、使所述产物流出所述工艺微通道的歧管、使热交换流体流至所述热交换通道的歧管以及使热交换流体流出所述热交换通道的歧管。
16.根据权利要求15所述的方法，其中每一个微通道反应器包含约100至约50,000个工艺微通道，并且所述容器包含1至约1000个微通道反应器。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，所述工艺微通道的内部尺寸的宽度或高度上至约10mm。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，所述工艺微通道的长度上至约10米。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换通道，所述工艺微通道和热交换通道由下述材料制成：铝、钛、镍、铜、前述金属中的任意金属的合金、钢、蒙乃尔合金、因康镍合金、黄铜、石英、硅或者前述两种或更多种物质的组合。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道中流动的流体与所述工艺微通道中的表面特征接触，与所述表面特征的接触将干扰性的流动引入所述流体。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道和至少一个热交换通道，所述热交换通道包括微通道。
22.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为费-托催化剂，在步骤(B)的过程中在所述微通道反应器中进行的反应是费-托反应，并且所述目标产物包含一种或多种烃。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os中的一种或多种和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括元素周期表的IA、IIA、IIIB或IVB族金属中的一种或多种和/或其氧化物，镧系金属和/或其氧化物，锕系金属和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Ce或Th中的一种或多种和/或其氧化物，或上述两种或更多种物质的混合物。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括载体，所述载体包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氟化铝、氟化氧化铝、膨润土、氧化铈、氧化锌、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、分子筛中的一种或多种，或上述两种或更多种物质的混合物。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包含以下式表示的组合物
CoM1 aM2 bOx
其中
M1是Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述两种或更多种物质的混合物；
M2是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Ce或Th，或上述两种或更多种物质的混合物；
a是0至约0.5范围内的数；
b是0至约0.5范围内的数；以及
x是满足式中的元素价态平衡所需的氧的数目。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述费-托催化剂包含担载在氧化铝上的Co，所述Co装载量以重量计为至少约5％。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述费-托催化剂进一步包括Re、Ru或其混合物。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的压力在上至约50个大气压的范围内。
31.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的温度在约150至约300℃的范围内。
32.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的接触时间为上至约2000毫秒。
33.根据权利要求22所述的方法，其中所述微通道反应器内的CO转化率在约10至约99％的范围内。
34.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物中的甲烷选择率为上至约25％。
35.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种常压下的沸点为至少约30℃的烃。
36.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种常压下的沸点大于约175℃的烃。
37.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含含有约5至约100个碳原子的一种或多种烷烃和/或一种或多种烯烃。
38.根据权利要求22所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种烯烃、一种或多种正烷烃、一种或多种异构烷烃或上述两种或多种物质的混合物。
39.根据权利要求22所述的方法，其中采用分离、分馏、加氢裂解、加氢异构化、脱蜡或上述两种或更多种的组合进一步处理所述目标产物。
40.根据权利要求22所述的方法，其中进一步处理所述目标产物以形成具有润滑粘性的油或中间馏分燃料。
41.根据权利要求22所述的方法，其中进一步处理所述目标产物以形成燃料。
42.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为生成醇的催化剂，在步骤(B)的过程中在所述微通道反应器中进行的反应是生成醇的反应，并且所述目标产物包含一种或多种醇。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述生成醇的催化剂包含催化剂金属Nb、Ta、Mo、W、Tc、Re或者由上述两种或更多种物质以自由形式或组合形式的混合物。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述催化剂进一步包含协同催化剂金属钇、镧系金属、锕系金属或者上述两种或更多种物质以自由形式或组合形式的混合物。
45.根据权利要求42所述的方法，其中所述微通道反应器内的压力在上至约100个大气压的范围内。
46.根据权利要求42所述的方法，其中所述微通道反应器内的温度在约200至约500℃的范围内。
47.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含一种或多种含有1至约10个碳原子的醇。
48.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含甲醇。
49.根据权利要求42所述的方法，其中所述目标产物包含甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇或上述两种或更多种物质的混合物。
50.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂是颗粒状固体的形式。
51.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含一个或多个工艺微通道，所述催化剂涂覆在所述工艺微通道的内壁上或者生长在所述工艺微通道的内壁上。
52.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂担载在具有流经构型、流过构型或蛇形构型的载体上。
53.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂担载在具有泡沫体、毡毯体、团块体、翅片体的构型或上述两种或更多种构型的组合的载体上。
54.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂担载在含有多个平行相间的翅片的翅片组件形式的载体上。
55.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，所述工艺微通道具有至少一个热交换壁并且在所述微通道反应器内用于热交换的热通量在所述至少一个热交换壁的每平方厘米表面积上约0.01至约500瓦特之间的范围内。
56.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道入口处的温度不超过所述工艺微通道出口处温度的约80℃。
57.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，所述热交换器包含至少一个与所述至少一个工艺微通道热力学接触的热交换通道，所述工艺微通道含有在所述工艺微通道中按照一个方向流动的流体，所述热交换通道含有按照与所述工艺微通道内的流体流动并流或逆流的方向流动的流体。
58.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，所述热交换器包含至少一个与所述至少一个工艺微通道热力学接触的热交换通道，所述工艺微通道含有在所述工艺微通道中按照一个方向流动的流体，所述热交换通道含有按照与所述工艺微通道内的流体流动错流的方向流动的流体。
59.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，所述至少一个工艺微通道与至少一个热交换通道热力学接触，所述工艺微通道的长度和所述热交换通道的长度大致相同。
60.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，所述热交换器包含与所述至少一个工艺微通道热力学接触的热交换区域，所述热交换区域包含一个或多个热交换通道，所述热交换通道以相对于所述工艺微通道的纵长方向呈垂直的角度纵向延伸，所述热交换区域在与所述工艺微通道相同的方向上纵向延伸，所述热交换区域的长度短于所述工艺微通道的长度，所述工艺微通道含有入口和出口，将所述热交换区域设置在或靠近所述工艺微通道的入口处。
61.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包括至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，所述热交换器包含两个与所述至少一个工艺微通道热力学接触的热交换区域，每一个热交换区域包含一个或多个热交换通道，所述热交换通道以相对于所述工艺微通道的纵长方向呈垂直的角度纵向延伸，所述工艺微通道含有入口和出口，所述热交换区域在与所述工艺微通道相同的方向上纵向延伸，所述热交换区域的长度短于所述工艺微通道的长度，所述热交换区域中的一个区域的长度短于另一个热交换区域的长度，将所述热交换区域设置在或靠近所述工艺微通道的入口处。
62.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道和至少一个热交换器，沿所述工艺微通道长度提供调节的热交换性能，在所述工艺微通道中进行的反应所产生的热量的局部释放与由所述热交换器提供的冷量相匹配。
63.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包含分级的催化剂。
64.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器的质量指标因子小于约50％。
65.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道内流动的流体的表观速率为至少约0.01m/s。
66.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道内流动的流体的空速为至少约1000hr-1。
67.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道内流动的流体的压降为每米上至约10个大气压。
68.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含至少一个工艺微通道，在所述工艺微通道内流动的流体的雷诺数在约10至约4000的范围内。
69.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)的过程中在所述微通道反应器内将蒸汽用作热交换流体并且在步骤(A)的过程中在气化剂的存在下气化所述碳质材料，将来自步骤(B)的蒸汽用作步骤(A)的过程中的气化剂。
70.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)之前在氮气分离器中使氮气与空气分离以提供富氧空气或纯化氧气并且在步骤(A)的过程中在所述富氧空气或纯化氧气的存在下气化所述碳质材料。
71.根据权利要求70所述的方法，其中在微通道分离器中使用离子液体作为吸收液体使氮气与空气分离。
72.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)之前使所述碳质材料热解，生成热解油，在步骤(A)的过程中气化所述热解油。
73.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)的过程中在气化炉中形成合成气并且在步骤(B)的过程中制得费-托尾气，在蒸汽甲烷重整微通道反应器中将所述费-托尾气转化为合成气，将来自所述蒸汽重整微通道反应器的合成气与来自气化炉的合成气混合。
74.根据权利要求73所述的方法，其中在步骤(A)的过程中形成的所述合成气含有二氧化碳，使所述二氧化碳与所述合成气分离并且在所述蒸汽甲烷重整微通道反应器中使所述二氧化碳与所述费-托尾气混合。
75.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(A)的过程中形成的所述合成气含有二氧化碳，在步骤(B)之前使所述二氧化碳与所述合成气分离。
76.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳质材料包含聚乙烯或聚氯乙烯，并且在步骤(A)的过程中形成的所述合成气包含富乙烯的合成气。
77.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)之前在一个或多个热交换器中冷却在步骤(A)的过程中形成的所述合成气。
78.根据权利要求77所述的方法，其中所述一个或多个热交换器为微通道热交换器。
79.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气含有杂质并且在步骤(B)之前使用含有离子液体的微通道分离器使所述杂质与所述合成气分离。
80.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气包含杂质并且在步骤(B)之前使用变温吸附或变压吸附微通道分离器使所述杂质和所述合成气分离。
81.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气包含杂质并且在步骤(B)之前使用含有纳米纤维或纳米复合膜的微通道分离器使所述杂质和所述合成气分离。
82.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成气包含杂质并且在步骤(B)之前使用ZnO防护床使所述杂质和所述合成气分离。
83.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳质材料包含非食物碳质材料。
84.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳质材料包括食物源。
85.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器包含多个工艺微通道，通过将波形设置在平面薄片之间制得所述工艺微通道。
86.根据权利要求85所述的方法，其中所述微通道反应器进一步包括多个与所述工艺微通道热力学接触的热交换通道，通过将波形设置在平面薄片之间制得所述热交换通道。
87.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为费-托催化剂，所述催化剂包含钴和载体，所述钴的浓度以重量计在所述催化剂的约35％至约60％之间。
88.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为费-托催化剂，通过用含有至少约5mol％的烃的气体活化含有钴化合物和载体的催化剂前体来制备所述催化剂。
89.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂为费-托催化剂，通过如下方法制备所述催化剂：(a)制备以下物质的液态混合物：(i)至少一种催化剂载体或催化剂载体前体、(ii)至少一种含有金属的化合物，其中所述金属包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo和/或W，以及(iii)至少一种用作所述含有金属的化合物的溶剂的极性有机化合物，所述液态混合物包含基于所述混合物的全部重量的0至约20wt％的水；(b)将所述混合物转化为膏体或固体残渣；以及(c)在含有氧气的气氛下燃烧所述残渣以至少部分地将所述有机化合物转化为碳并形成被担载的催化剂或催化剂前体。
90.根据权利要求89所述的方法，其中所述金属包含钴。
91.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中制得的所述目标产物为费-托产物，所述方法进一步包括在微通道反应器中对所述费-托产物中的至少一部分进行加氢裂解。
92.根据权利要求91所述的方法，其中用于进行所述加氢裂解的微通道反应器就是用于形成所述费-托产物的微通道反应器。
93.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)中使用的催化剂包括生成醇的催化剂和脱氢催化剂，所述目标产物包含一种或多种不饱和烃。
94.根据权利要求1所述的方法，其中所述微通道反应器由具有一种或多种用于形成所述微通道反应器内的微通道的铜或铝波形的不锈钢制成。
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