CN106922133A - 包括径向置放的冷却板的反应器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从放热或吸热化学反应产生所需产物的反应器。所述反应器具有外壳(20)和在所述外壳(20)内沿周向隔开的多个冷却剂板。将用于所需反应的适合催化剂(70)置放在这些板之间。所述外壳界定在所述外壳(20)的外部部分(24)内的周向冷却剂入口通道(30)和在所述外壳(20)的中心部分(26)内的周向冷却剂出口通道(32)。所述多个冷却剂板的每个冷却剂板在所述冷却剂入口通道(30)与所述冷却剂出口通道(32)之间径向延伸。任选地，所述反应器可用于合成气转化反应以产生一系列反应产物。

Description

包括径向置放的冷却板的反应器及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月30日提交的美国临时申请第62/072,778号的权益，该申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于执行化学反应以产生所需反应产物的反应器，且更具体地，用于执行放热反应(例如合成气转化反应)且当场分离较高重量与较低重量烃反应产物的反应器。

背景

用于进行费-托反应(Fischer-Tropsch reaction)和其它放热反应以产生一系列较高重量反应产物(如高碳烯烃、高碳链烷烃和蜡)的反应器是众所周知的。然而，这些反应器不能提供对反应的加强控制和热限制，所述加强控制和热限制是执行产生一系列较低重量烃反应产物(如低碳烯烃)的合成气转化反应和其它放热反应所需要的。本领域中需要如下反应器，其提供执行此类反应且产生并收集较低重量反应产物所需要的对反应的控制和热限制。

发明概述

一方面，本文描述一种用于产生所需产物的反应器。反应器可具有外壳和在外壳内沿周向隔开的多个冷却剂板。外壳可具有外部部分、中心部分和穿过中心部分的纵轴。外壳的外部部分可与中心部分径向隔开。外壳可界定在外壳的外部部分内的周向冷却剂入口通道和在外壳的中心部分内的周向冷却剂出口通道。多个冷却剂板的每个冷却剂板可在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间径向延伸。每个冷却剂板可界定多个径向冷却剂通道，所述径向冷却剂通道在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间径向延伸且与冷却剂入口通道和冷却剂出口通道流体连通。多个径向冷却剂通道可相对于外壳的纵轴分隔开。

另一方面，本文描述一种用于产生所需产物的反应器。反应器可具有外壳、催化剂床和多个冷却剂板。外壳可具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、穿孔周向壁和纵轴。第一周向内壁可与第二周向内壁径向隔开。穿孔周向壁可被径向安置在第一周向内壁与第二周向内壁之间。外壁与第一周向内壁可配合以界定冷却剂入口通道。第二周向内壁可界定冷却剂出口通道。催化剂床可在外壳内沿周向延伸且被界定在第一周向内壁与穿孔周向壁之间。催化剂床可被配置来接收至少一种催化剂。多个冷却剂板的每个冷却剂板可径向地跨越在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间的催化剂床。每个冷却剂板可界定至少一个被安置成与冷却剂入口通道和冷却剂出口通道流体连通的径向冷却剂通道。外壳的穿孔周向壁可被配置来允许所需产物径向通过，且穿孔周向壁可与第二周向内壁配合以界定产物收集区。

在另一方面，本文描述一种用于产生所需产物的反应器。反应器可具有外壳、催化剂床和多个冷却剂板。外壳可具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、第一穿孔周向壁、第二穿孔周向壁和纵轴。第一内壁可与第二内壁径向隔开。第一穿孔周向壁可被径向安置在第一周向内壁与第二周向内壁之间。第二穿孔周向壁可被径向安置在第一穿孔周向壁与第二周向内壁之间。外壁与第一周向内壁可配合以界定冷却剂入口通道。第二内壁可界定冷却剂出口通道。催化剂床可在外壳内沿周向延伸且被界定在第一穿孔周向壁与第二穿孔周向壁之间。催化剂床可被配置来接收至少一种催化剂。多个冷却剂板的每个冷却剂板可径向地跨越在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间的催化剂床。每个冷却剂板可界定至少一个径向冷却剂通道。第一穿孔周向壁可与第一周向内壁配合以界定气体入口通道。气体入口通道可被配置来接收至少一种气体。第一穿孔周向壁可被配置来允许至少一种气体径向通过而进入催化剂床中。第二穿孔周向壁可与第二周向内壁配合以界定产物收集区。外壳的第二穿孔周向壁可被配置来允许所需产物径向通过而进入产物收集区中。

还公开了使用所述反应器执行化学反应的方法。在示例性方面中，所述反应器可用于执行合成气转化反应。

本发明的其它优点将在随后的描述中部分阐述，且部分将由该描述中显而易见或可通过实践本发明而获悉。本发明的优点将借助于随附权利要求书中尤其指出的元件和组合认识并获得。应了解，上述概述及以下详细描述仅为示例性和说明性的且并不限制所要求保护的本发明。

附图简述

本发明的优选实施方案的这些和其它特征将在详细描述中变得更显而易见，在该详细描述中参考附图，其中：

图1为如本文中所公开的示例性反应器的前视截面图。如所示，反应器的外壳具有与产物收集区连通且界定第一和第二产物出口而允许分离回收轻反应产物的底部。

图2为图1的反应器的俯视截面图。如所示，每个冷却剂板从冷却剂入口延伸到冷却剂出口，且周向穿孔壁与内壁配合以界定产物收集区。

图3为如本文中所公开的示例性反应器的俯视截面图。如所示，每个冷却剂板从冷却剂入口延伸到冷却剂出口，第一穿孔壁允许气体流到催化剂床中，且第二穿孔壁允许所需产物流到产物收集区中。在反应器的中心部提供产物汽提区以收集反应产物且允许较高重量反应产物与较低重量反应产物分离。

图4为如本文中所公开的示例性反应器的侧视截面图。如所示，反应器的外壳具有与产物收集区连通且界定第一产物出口以接收较重反应产物的底部。第二产物出口相对于反应器的纵轴向上且远离底部延伸以允许通过汽提回收较轻反应产物。

图5为图4的反应器的俯视截面图。如所示，另一(次级)冷却剂注射位点可与冷却剂入口通道径向隔开以符合冷却剂流动要求。

图6为用于如本文中所公开的反应器的示例性冷却剂板的单独的透视图。

发明详述

本发明可通过参考以下详细描述、实施例、图式和权利要求书以及其以上和以下描述而更容易地理解。然而，在公开并描述本发明的装置、系统和/或方法前，应了解，除非另外规定，否则本发明不限于所公开的特定装置、系统和/或方法，因此当然可以变化。还应了解，本文所用的术语仅用于描述特定方面的目的且不欲具有限制性。

提供本发明的以下描述作为本发明在其最佳当前已知实施方案中的可行教示。为此目的，相关领域技术人员应认识到并了解可对本文所述的本发明的各种方面进行诸多改变，而仍获得本发明的有利结果。还应显而易见，本发明的一些所需益处可通过选择本发明的一些特征而不利用其它特征来获得。因此，本领域的工作人员应认识到可以对本发明进行很多修改和改进，所述修改和改进在特定情形下是合乎需要的，且是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为本发明原理的说明而非对其进行限制。

在公开并描述本发明的化合物、组合物、制品、系统、装置和/或方法前，应了解，除非另外规定，否则其不限于特定合成方法或特定试剂，因此当然可以变化。还应了解，本文所用的术语仅用于描述特定方面的目的且不欲具有限制性。尽管可使用与本文所述类似或等效的任何方法和材料来实践或测试本发明，但现在描述示例性方法和材料。

此外，应了解，除非另外明确陈述，否则决非意指本文所述的任何方法视为要求其步骤以特定次序执行。因此，倘若方法权利要求项并非实际上叙述其步骤所遵循的次序，或权利要求书或说明书中并未另外具体陈述所述步骤限于特定次序，那么其决非意指在任何方面推断出一个次序。这适用于任何可能的未表达出的解释基本点，包括：关于步骤或操作流程安排的逻辑主题；从语法组织或标点符号获得的简单含义；以及本说明书中所述的实施方案的数量或类型。

本文所提及的所有公开案以引用的方式并入本文中以公开并描述与引用所述公开案相关的方法和/或材料。

除非上下文明确另外规定，否则通篇使用的单数形式的“一”和“该”包括复数指示物。因此，举例来说，除非上下文另外表明，否则提及“产物出口”可包括两个或多于两个此类产物出口。

在本文中，范围可表达为“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达此类范围时，另一方面包括一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过在前面使用“约”将值表达为近似值时，应了解特定值形成另一方面。进一步应了解，每个范围的端点在与另一端点相关及独立于另一端点的情况下均是有意义的。

如本文所用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且该描述包括所述事件或情形发生的情况和其不发生的情况。

如本文所用的字“或”意指特定清单的任一成员，并且还包括该清单的成员的任何组合。

反应器

本文参考图1-6描述用于产生所需产物的反应器10。在示例性方面，反应器10可包括外壳20和多个冷却剂板60。

一方面，反应器的外壳20可具有外部部分24、中心部分26和穿过中心部分的纵轴22。在此方面，外部部分24可与中心部分26径向隔开。如本文所用，术语“径向”或“径向地”指相对于基本上垂直于如本文中所公开的反应器的纵轴22的横剖面安置物品或确定物品的方向。因此，当反应器的第一元件与反应器的第二元件径向隔开时，第一元件与第二元件的对准部分相对于位于横剖面内且因此基本上垂直于反应器的纵轴的横轴28分隔开。类似地，当物质沿径向方向移动或流动时，所述移动或流动相对于位于横剖面内且因此基本上垂直于反应器的纵轴的横轴28进行。应了解，此类径向流动可沿大体上朝向反应器的纵轴(径向向内)的方向或大体上远离反应器的纵轴(径向向外)的方向进行。

在示例性方面，外壳20可界定在外壳的外部部分24内的周向冷却剂入口通道30和在外壳的中心部分内的周向冷却剂出口通道32。在这些方面，预期外壳20可界定至少一个开口31，其被安置成与冷却剂入口通道30流体连通而允许向冷却剂入口通道传送一种或多种冷却剂物质。在示例性方面，至少一个开口31可在外壳20外部部分24中界定。在其它示例性方面，至少一个开口31可包括相对于外壳20的纵轴22隔开的至少第一开口和第二开口。在这些方面，预期一种或多种冷却剂物质可被配置来从第一开口流向第二开口，或者，从第二开口流向第一开口，从而允许选择性地改变冷却剂入口通道30内的冷却剂流动的方向。

另一方面，反应器10的多个冷却剂板60可在外壳20内沿周向隔开。在此方面，多个冷却剂板的每个冷却剂板60可在冷却剂入口通道30与冷却剂出口通道32之间径向延伸。在另一方面且参考图6，每个冷却剂板60可界定至少一个径向冷却剂通道，其在冷却剂入口通道30与冷却剂出口通道32之间径向延伸且与冷却剂入口通道30和冷却剂出口通道32流体连通。因此，使用时，预期冷却剂入口通道30可被配置来允许冷却剂相对于外壳纵轴22轴向流动，而多个冷却剂板60可被配置来允许冷却剂在反应器内径向流动。预期反应器内的轴向和径向冷却剂流动可通过改变多个冷却剂板60和冷却剂入口通道30的配置和/或尺寸选择性地调整。任选地，另一方面，至少一个径向冷却剂通道可包括多个径向冷却剂通道。在此方面，预期多个径向冷却剂通道62可相对于外壳20的纵轴22分隔开。任选地，在示例性方面，每个冷却剂板60可包括多个邻接的板段64，且每个板段可界定相应的径向冷却剂通道62。在这些方面，每个冷却剂板60的每个相应板段64可焊接于其邻接的板段。图6中展示示例性非限制性焊接位置65。如图3和图5所示，在示例性任选方面，多个冷却剂板60可在外壳20内基本上均匀地沿周向隔开。

任选地，在示例性方面，预期多个冷却剂板60可包括相对于内圆沿周向隔开的第一组板和相对于相应外圆(其围绕内圆)沿周向隔开的至少另一组板，其中第一组板与另一组板配合以允许如本文中所公开的冷却剂流动。如所了解，冷却剂板60的尺寸和数目可根据所执行的特定化学反应选择。

在另一方面且参考图1-5，反应器10可进一步包括在外壳20内轴向和周向延伸的催化剂床70。在此方面，催化剂床70可在冷却剂入口通道30与冷却剂出口通道32之间界定。预期催化剂床70可被配置来接收至少一种催化剂。

在另一方面，外壳可界定被安置成与催化剂床70流体连通的气体入口34。在此方面，气体入口34可被配置来向催化剂床70传递气体。在示例性方面，气体入口34可被配置来允许气体径向流动到催化剂床70中。在其它示例性方面，多个冷却板60可径向跨越催化剂床70。在这些方面，在将气体传送到气体入口34中后，气体输送到催化剂床70中，且多个冷却剂板60可被配置来在气体与催化剂床内的催化剂之间的反应期间冷却催化剂床。在示例性方面，预期外壳20可界定至少一个开口35，其被安置成与气体入口34流体连通以允许向气体入口传送一种或多种气体物质。任选地，在这些方面，至少一个开口35可包括在外壳20的顶部内界定的周向开口，使得外壳的纵轴22可穿过开口的中心点。在示例性方面，如图1所示，反应器10可包括分离至少一个开口35和气体入口34与至少一个开口31和冷却剂入口通道30的内部结构。

在另一方面，外壳20可界定与催化剂床70流体连通的产物收集区36。在此方面，产物收集区36可被配置来在气体与催化剂床70内的至少一种催化剂之间的反应后接收所需产物。

在另一方面，外壳20可界定一个或多个被安置成与产物收集区36流体连通的产物出口50。任选地，在示例性方面且参考图1和图4，一个或多个产物出口可包括第一产物出口50a和第二产物出口50b。在这些方面，预期第一产物出口50a可被配置来接收来自产物收集区36的轻质产物。进一步预期第二产物出口50b可被配置来接收来自产物收集区36的较重产物。

在另一方面，反应器10可进一步包括至少一个与冷却剂入口通道30(和至少一个开口31)径向向内隔开的次级冷却剂入口38。在此方面，每个次级冷却剂入口38可被安置成与多个冷却剂板的至少一个冷却剂板60流体连通。在操作时，预期次级冷却剂入口38可被配置来提高反应器10内的冷却剂流动效率。任选地，在示例性方面，预期开口31和至少一个次级冷却剂入口38可根据相对于外壳的纵轴22的所需冷却剂流动方向被界定在反应器的顶部或反应器的底部中。

任选地，在示例性方面且参考图2，外壳20可具有外壁40、第一周向内壁42、第二周向内壁44和穿孔周向壁48。在这些方面，第一周向内壁42可与第二周向内壁44径向隔开。如图2所示，穿孔周向壁48可被径向安置在第一周向内壁42与第二周向内壁44之间。在示例性方面，外壁40与第一周向内壁42可配合以界定冷却剂入口通道30。在其它示例性方面，第二周向内壁44可界定冷却剂出口通道32。在其它示例性方面，预期催化剂床70可被界定在第一周向内壁42与穿孔周向壁48之间。在操作时，预期外壳20的穿孔周向壁48可被配置来允许所需产物径向通过。进一步预期穿孔周向壁48可与外壳的邻接部分配合以允许所需产物相对于反应器的纵轴22轴向通过。在示例性方面，进一步预期穿孔周向壁46可与第二周向内壁44配合以界定产物收集区36。

任选地，在其它示例性方面且参考图1和图3-5，外壳可进一步包括第一穿孔周向壁46和第二穿孔周向壁48。在这些方面，第一穿孔周向壁46可被径向安置在第一周向内壁42与第二周向内壁44之间，且第二穿孔周向壁48可被径向安置在第一穿孔周向壁46与第二周向内壁44之间。在这些方面，进一步预期催化剂床70可被界定在第一穿孔周向壁46与第二穿孔周向壁48之间。在示例性方面，第一穿孔周向壁46可与第一周向内壁配合以界定气体入口34，其可任选地为气体入口通道。在操作时，第一穿孔周向壁46可被配置来允许至少一种气体径向通过而进入催化剂床中。预期第二穿孔周向壁48可与第二周向内壁44配合以界定产物收集区36。进一步预期外壳20的第二穿孔周向壁48可被配置来允许所需产物径向通过而进入产物收集区36中。

任选地，在其它示例性方面且参考图3-5，外壳20可界定底部80，其被安置成与产物收集区36及第一产物出口50a和第二产物出口50b流体连通。在这些方面，预期外壳20的底部80可界定第二产物出口50b。进一步预期第二产物出口50b可与外壳20的底部80的其它部分配合以界定汽提区，从而允许轻质气体从蜡和其它较高重量反应产物(重物质)脱离。在另一示例性方面，第一产物出口50a可用安置在外壳20的第二内壁44内且与第二内壁44径向隔开的第三周向内壁45界定。在此方面，如图4所示，第一产物出口50a可从外壳20的底部80向上延伸。

如上所述，在操作时，预期冷却剂可从冷却剂入口通道30径向流向冷却剂出口通道32。同时，气体反应物可从气体入口34径向流过催化剂床70。在示例性方面，当使用水作为冷却剂时，预期冷却剂出口通道32可收集由围绕冷却剂板60的催化剂床70中的较高温度引起的蒸汽。在其它示例性方面且参考图1和图3，因为气体出口通道32接近外壳20的底部80，所以气体出口通道可向外径向延伸通过外壳，从而提供气体出口通道与外壳外部之间的连通。气体与催化剂床70内的催化剂之间的反应后，反应产物径向流入产物收集区36中。当反应产物进入产物收集区36时，其可向下流向外壳20的底部80。当在底部80内收集反应产物时，较低重量反应产物可与较高重量反应产物分离，其中较低重量反应产物流向第一产物出口50a且较高重量反应产物流向第二产物出口50b。因此，预期此配置可允许分离并收集来自反应器10内的化学反应的较低重量反应产物和较高重量反应产物。

在示例性方面，尽管分别标记为冷却剂入口通道和冷却剂出口通道，但预期冷却剂入口通道和冷却剂出口通道的方向可逆转，使得元件30对应于冷却剂出口通道，且元件32对应于冷却剂入口通道。类似地，预期气体入口34和产物收集区36的方向可逆转，使得元件34对应于产物收集区且元件36对应于气体入口。因此，预期冷却剂与气体的流动可选择性地改变，使得冷却剂与气体均沿第一径向方向流动，冷却剂与气体均沿与第一径向方向相对的第二径向方向流动，冷却剂沿第一径向方向流动而气体沿第二径向方向流动，或冷却剂沿第二径向方向流动而气体沿第一径向方向流动。在各示例性方面，预期反应器10的其它元件(包括例如且不限于壁、穿孔壁、气体入口34和产物收集区60)的位置可视需要根据反应器内冷却剂和/或气体流动的轴向和径向方向修改。任选地，在示例性方面，预期反应器内的壁与穿孔壁的径向间隔可选择性地调整。

反应器的使用方法

在使用时，可使用所公开的反应器产生所需产物。一方面，产生所需产物的方法可包括使用反应器执行化学反应。在示例性方面，化学反应可以是合成气转化反应。任选地，在这些方面，预期合成气转化反应可以是费-托反应。

在其它方面，产生所需产物的方法可包括在反应器的催化剂床内安置至少一种催化剂。所述方法可进一步包括向冷却剂入口通道选择性地传递至少一种冷却剂。所述方法可进一步包括向气体入口选择性地传递至少一种气体物质。在示例性方面，所述方法可进一步包括收集至少一种反应产物。任选地，在这些方面，收集至少一种反应产物的步骤可包括收集来自第一产物出口的较低重量反应产物及收集来自第二产物出口的较高重量反应产物。任选地，所述方法可进一步包括收集来自冷却剂出口通道的蒸汽或其它物质。

如本文所用，术语“较低重量反应产物”指C9和更低碳的烃，且术语“较高重量反应产物”指C10和更高碳的烃。C26和更高碳的较高重量反应产物在本文中一般称为“蜡”或“蜡反应产物”。预期可使用如本文中所公开的汽提和/或闪蒸来分离较高重量反应产物与较低重量反应产物。

在示例性方面，至少一种催化剂可以是适用于化学反应的任何常规催化剂。在其它示例性方面，反应可以是气体-固体放热反应或吸热反应。

在示例性方面，至少一种催化剂可包含至少一种本领域中已知的基于Co的一氧化碳(CO)转化催化剂。在其它示例性方面，预期至少一种催化剂可包含至少一种本领域中已知的基于Fe的CO转化催化剂。然而，预期可使用用于产生所需反应产物的任何常规催化剂。进一步预期可将本领域中已知的任何适合的金属促进剂与至少一种催化剂一起使用。

在示例性方面，至少一种冷却剂可包含以下物质中的一或多种：锅炉给水(BFW)、蒸汽、熔盐、合成传热介质、矿物油、有机传热介质、水性或无机或有机盐水、熔融金属、气体等。然而，预期至少一种冷却剂可包含通常用于向催化反应(如且不限于费-托反应)提供冷却或加热的任何物质。

在示例性方面，传递到气体入口的至少一种气体物质可包含合成气。在这些方面，预期合成气可通过以下方法形成：使天然气与蒸汽(和任选地，二氧化碳)接触以使用已知的重整工艺(如蒸汽甲烷重整(SMR)、自动热重整(ATR)、部分氧化、绝热预重整(APR)或气体加热重整(GHR)或任何适当组合)产生合成气。在其它示例性方面，合成气可包含一氧化碳、二氧化碳或氢气或其组合。另一方面，合成气可包含一氧化碳和氢气。在另一方面，预期进料合成气可任选地包含再循环产物组分、金属杂质、硫、硫化物、氯化物、有机和/或无机酸、水等。

在示例性方面，合成气可通过通常称为费-托(FT)工艺的催化工艺转化为至少一种反应产物。此例如由Van der Laan等人在Catal.Rev.-Sci.Eng.,41,1999,第255页中描述，该文献以全文引用的方式并入本文中。在这些方面，预期至少一种反应产物可包含烃。进一步预期至少一种反应产物可包含至少一种烯烃、二氧化碳和氢气。在其它示例性方面，除至少一种烯烃以外，至少一种反应产物可包含水、一种或多种醇或一种或多种烃。

一方面，至少一种反应产物的烯烃可包含C2-C10烃。另一方面，烯烃可包含在两个碳到十个碳范围内的碳(包括3、4、5、6、7、8或9个碳)。一方面，碳原子范围可源于任何两个前述值。举例来说，烯烃可包含在三个碳到九个碳范围内的碳。另一方面，烯烃可包含至少一个双键。另一方面，烯烃可包含两个双键。在另一方面，烯烃可包含三个双键。在另一方面，烯烃可包含乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-庚烯、1-己烯、2-乙基-己烯、2-乙基-庚烯、1-辛烯、1-壬烯或1-癸烯或其组合。

在另一方面，烯烃可包含多个双键。在此方面，烯烃可以是二烯。在另一方面，烯烃可以是1,3-丁二烯、1,4-戊二烯、庚二烯或其组合。在另一方面，烯烃可以是环状烯烃和二烯烃。在另一方面，烯烃可以是环戊烯、环戊二烯、环己烯、环己二烯或甲基环戊二烯等；或环状二烯烃二烯，例如二环戊二烯、甲基环戊二烯二聚体等。

在其它示例性方面，至少一种反应产物可包含一种或多种链烷烃、一种或多种醇、水或二氧化碳或其混合物。在另一方面，链烷烃可包含轻链烷烃或重链烷烃或其组合。一方面，重链烷烃可包含具有10个或更多碳(C10和更高碳)的烷烃。因此，在此方面，重链烷烃可以是如本文所述的较高重量反应产物。另一方面，轻链烷烃可包含具有9个或更少碳(C9或更少的碳)的烷烃。因此，在此方面，轻链烷烃可以是如本文所述的较低重量反应产物。C26和更高碳的重链烷烃反应产物可以是如本文所述的蜡。

任选地，在各方面，所公开的系统、装备和方法可以工业规模操作或执行。一方面，本文中所公开的系统、装备和方法可被配置来以工业规模产生所公开的反应产物。举例来说，根据其它方面，所述系统、装备和方法可以工业规模产生一或多种所公开的反应产物的批料。在另一方面，批料尺寸可包含任何所需工业规模的批料尺寸。预期反应器的批料容量可由于容器尺寸和多装载的的量而变化。反应器容量还可能与催化剂活性、催化剂类型和所选反应器有关。在示例性方面，每个反应器的催化剂体积和进料流速可从约0.1m³变化到约500m³。

在各方面，所公开的系统、装备和方法可以商业上可实践的任何适宜的时标或生产进度表操作或执行。预期反应器可配置来进行连续、半分批或分批操作。滞留时间和/或重量每小时空间速度(WHSV)可根据催化剂的选择和性能以及化学反应的性质而变化。类似地，所需产物生产速率也可变化。在示例性合成气转化反应中，WHSV和滞留时间可分别在约100与约10,000Nl/kg/hr之间变化及从约1秒变化到约50秒。在这些方面，烃的此类合成气转化反应的生产率可在约0.01kg/kg催化剂/hr与约1kg/kg催化剂/hr之间变化。然而，预期反应的生产率可进一步根据催化剂的选择和性能变化。

在其它方面，可设定所公开的系统和装备的组件的形状和尺寸而允许以工业规模生产所公开的反应产物。类似地，预期所公开的系统和装备的组件可包括如下材料，其材料特性被配置来允许以工业规模产生所公开的反应产物。在其它方面，可设定所公开的系统和装备的组件的形状和尺寸以根据所需时标或生产进度表产生所需反应产物。在这些方面，应了解冷却剂板之间的距离、冷却剂板的尺寸、冷却剂板的安置角度和冷却剂板的周向安置可根据容器的尺寸和反应的性质或反应的生产率确定。类似地，预期所公开的系统和装备的组件可包括如下材料，其材料特性被配置来允许根据所需时标或生产进度表产生所公开的反应产物。

在其它示例性方面，预期所公开的系统和装备的组件可包括能够接收、容纳和/或接触如本文中所公开的反应物、冷却剂、产物等的任何常规材料。

方面

方面1：一种用于产生所需产物的反应器，其包括：具有外部部分、中心部分和穿过中心部分的纵轴的外壳，所述外部部分与中心部分径向隔开，所述外壳界定在外壳的外部部分内的周向冷却剂入口通道和在外壳的中心部分内的周向冷却剂出口通道，所述冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂物质；及在外壳内沿周向隔开的多个冷却剂板，其中多个冷却剂板的每个冷却剂板在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间径向延伸，其中每个冷却剂板界定多个径向冷却剂通道，其在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间径向延伸且与冷却剂入口通道和冷却剂出口通道流体连通，且其中多个径向冷却剂通道相对于外壳的纵轴分隔开。

方面2：如方面1所述的反应器，其中每个冷却剂板包括多个邻接的板段，且其中每个板段界定相应的径向冷却剂通道。

方面3：如前述方面中任一项所述的反应器，其中每个冷却剂板的每个相应板段焊接于其邻接的板段。

方面4：如前述方面中任一项所述的反应器，其进一步包括在外壳内沿周向延伸且被界定在冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间的催化剂床，催化剂床被配置来接收至少一种催化剂，其中多个冷却剂板径向跨越催化剂床。

方面5：如方面4所述的反应器，其中外壳界定被安置成与催化剂床流体连通的气体入口，所述气体入口被配置来向催化剂床传递反应气体。

方面6：如方面5所述的反应器，其中气体入口被配置来允许气体径向流动到催化剂床中。

方面7：如方面5-6中任一项所述的反应器，其中外壳界定与催化剂床流体连通的产物收集区，其中产物收集区被配置来在气体与催化剂床内的至少一种催化剂之间的反应后接收所需产物。

方面8：如前述方面中任一项所述的反应器，其中多个冷却剂板在外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

方面9：如前述方面中任一项所述的反应器，其进一步包括至少一个与冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

方面10：一种产生所需产物的方法，其包括使用如前述方面中任一项所述的反应器执行化学反应。

方面11：如方面10所述的方法，其中化学反应为放热反应。

方面12：如方面11所述的方法，其中放热反应为合成气转化反应。

方面13：如方面10所述的方法，其中化学反应为吸热反应。

方面14：一种用于产生所需产物的反应器，其包括：具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、穿孔周向壁和纵轴的外壳，第一周向内壁与第二周向内壁径向隔开，穿孔周向壁被径向安置在第一周向内壁与第二周向内壁之间，外壁与第一周向内壁配合以界定冷却剂入口通道，冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂物质，第二周向内壁界定冷却剂出口通道；在外壳内沿周向延伸且被界定在第一周向内壁与穿孔周向壁之间的催化剂床，催化剂床被配置来接收至少一种催化剂；以及多个冷却剂板，多个冷却剂板的每个冷却剂板径向跨越冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间的催化剂床，每个冷却剂板界定至少一个被安置成与冷却剂入口通道和冷却剂出口通道流体连通的径向冷却剂通道，其中外壳的穿孔周向壁被配置来允许所需产物径向(和任选地，轴向)通过，且其中穿孔周向壁与第二周向内壁配合以界定产物收集区。

方面15：如方面14所述的反应器，其中外壳界定被安置成与催化剂床流体连通的气体入口，所述气体入口被配置来向催化剂床传递气体。

方面16：如方面15所述的反应器，其中气体入口被配置来允许气体径向流动到催化剂床中。

方面17：如方面15-16中任一项所述的反应器，其中多个冷却剂板被配置来在气体与催化剂床内的催化剂之间的反应期间冷却催化剂床。

方面18：如方面14-17中任一项所述的反应器，其中外壳界定一个或多个产物出口，且其中产物收集区被安置成与一个或多个产物出口连通。

方面19：如方面18所述的反应器，其中一个或多个产物出口包括第一产物出口和第二产物出口，其中第一产物出口被配置来接收来自产物收集区的轻质产物，且其中第二产物出口被配置来接收来自产物收集区的较重产物。

方面20：如方面14-19中任一项所述的反应器，其中每个冷却剂板的至少一个径向冷却剂通道包括多个径向冷却剂通道。

方面21：如方面14-20中任一项所述的反应器，其中多个冷却剂板在外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

方面22：如方面14-21中任一项所述的反应器，其进一步包括至少一个与冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

方面23：一种产生所需产物的方法，其包括使用如方面14-22中任一项所述的反应器执行化学反应。

方面24：如方面23所述的方法，其中化学反应为放热反应。

方面25：如方面24所述的方法，其中放热反应为合成气转化反应。

方面26：如方面23所述的方法，其中化学反应为吸热反应。

方面27：一种用于产生所需产物的反应器，其包括：具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、第一穿孔周向壁、第二穿孔周向壁和纵轴的外壳，第一内壁与第二内壁径向隔开，第一穿孔周向壁被径向安置在第一周向内壁与第二周向内壁之间，第二穿孔周向壁被径向安置在第一穿孔周向壁与第二周向内壁之间，外壁与第一周向内壁配合以界定冷却剂入口通道，冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂物质，第二内壁界定冷却剂出口通道；在外壳内沿周向延伸且被界定在第一穿孔周向壁与第二穿孔周向壁之间的催化剂床，催化剂床被配置来接收至少一种催化剂；以及多个冷却剂板，多个冷却剂板的每个冷却剂板径向跨越冷却剂入口通道与冷却剂出口通道之间的催化剂床，每个冷却剂板界定至少一个径向冷却剂通道，其中第一穿孔周向壁与第一周向内壁配合以界定气体入口通道，气体入口通道被配置来接收至少一种气体，其中第一穿孔周向壁被配置来允许至少一种气体径向通过而进入催化剂床中，其中第二穿孔周向壁与第二周向内壁配合以界定产物收集区，且其中外壳的第二穿孔周向壁被配置来允许所需产物径向通过而进入产物收集区中。

方面28：如方面27所述的反应器，其中在将气体传送到气体入口通道中后，催化剂床被配置来接收来自气体入口通道的气体，且其中多个冷却剂板被配置来在气体与催化剂床内的催化剂之间的反应期间冷却催化剂床。

方面29：如方面27-28中任一项所述的反应器，其中产物收集区被安置成与一个或多个产物出口连通。

方面30：如方面29所述的反应器，其中一个或多个产物出口包括第一产物出口和第二产物出口，其中第一产物出口被配置来接收来自产物收集区的轻质产物，且其中第二产物出口被配置来接收来自产物收集区的较重产物。

方面31：如方面30所述的反应器，其中外壳界定被安置成与产物收集区及第一和第二产物出口流体连通的底部，其中外壳的底部界定第二产物出口。

方面32：如方面31所述的反应器，其中第一产物出口用安置在外壳的第二内壁内且与第二内壁径向隔开的第三内壁界定，且其中第一产物出口从外壳的底部向上延伸。

方面33：如方面27-32中任一项所述的反应器，其中每个冷却剂板的至少一个径向冷却剂通道包括多个径向冷却剂通道。

方面34：如方面27-33中任一项所述的反应器，其中多个冷却剂板在外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

方面35：如方面27-34中任一项所述的反应器，其进一步包括至少一个与冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

方面36：一种产生所需产物的方法，其包括使用如方面27-35中任一项所述的反应器执行化学反应。

方面37：如方面36所述的方法，其中化学反应为放热反应。

方面38：如方面37所述的方法，其中放热反应为合成气转化反应。

方面39：如方面36所述的方法，其中化学反应为吸热反应。

尽管以上说明书中已公开本发明数个实施方案，但本领域的技术人员应了解本发明所属领域的技术人员将想到本发明的许多修改和其它实施方案，其具有上述描述和相关图式中所存在的教示的益处。因此应了解，本发明不限于上文所公开的特定实施方案，且许多修改和其它实施方案意欲包括在随附权利要求书的范畴内。此外，尽管本文中以及下文的权利要求书中采用特定术语，但其仅以一般和描述意义使用，而非用于限制所述的发明的目的以及下文的权利要求书的目的。

Claims (39)

1.一种用于产生所需产物的反应器，其包括：

具有外部部分、中心部分和穿过所述中心部分的纵轴的外壳，所述外部部分与所述中心部分径向隔开，所述外壳界定在所述外壳的所述外部部分内的周向冷却剂入口通道；和在所述外壳的所述中心部分内的周向冷却剂出口通道，所述冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂；以及

在所述外壳内沿周向隔开的多个冷却剂板，其中所述多个冷却剂板的每个冷却剂板在所述冷却剂入口通道与所述冷却剂出口通道之间径向延伸，其中每个冷却剂板界定多个径向冷却剂通道，所述多个径向冷却剂通道在所述冷却剂入口通道与所述冷却剂出口通道之间径向延伸且与所述冷却剂入口通道和所述冷却剂出口通道流体连通，且其中所述多个径向冷却剂通道相对于所述外壳的所述纵轴分隔开。

2.如权利要求1所述的反应器，其中每个冷却剂板包括多个邻接的板段，且其中每个板段界定相应的径向冷却剂通道。

3.如权利要求2所述的反应器，其中每个冷却剂板的每个相应板段焊接于其邻接板段。

4.如权利要求1所述的反应器，其进一步包括在所述外壳内沿周向延伸且被界定在所述冷却剂入口通道与所述冷却剂出口通道之间的催化剂床，所述催化剂床被配置来接收至少一种催化剂，其中所述多个冷却剂板径向跨越所述催化剂床。

5.如权利要求4所述的反应器，其中所述外壳界定被安置成与所述催化剂床流体连通的气体入口，所述气体入口被配置来向所述催化剂床传递反应气体。

6.如权利要求5所述的反应器，其中所述气体入口被配置来允许气体径向流动到所述催化剂床中。

7.如权利要求5所述的反应器，其中所述外壳界定与所述催化剂床流体连通的产物收集区，其中所述产物收集区被配置来在所述气体与所述催化剂床内的所述至少一种催化剂之间的反应后接收所述所需产物。

8.如权利要求1所述的反应器，其中所述多个冷却剂板在所述外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

9.如权利要求1所述的反应器，其进一步包括至少一个与所述冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

10.一种产生所需产物的方法，其包括：

使用如前述权利要求中任一项所述的反应器执行化学反应。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述化学反应为放热反应。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述放热反应为合成气转化反应。

13.如权利要求10所述的方法，其中所述化学反应为吸热反应。

14.一种用于产生所需产物的反应器，其包括：

具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、穿孔周向壁和纵轴的外壳，所述第一周向内壁与所述第二周向内壁径向隔开，所述穿孔周向壁被径向安置在所述第一周向内壁与所述第二周向内壁之间，所述外壁与所述第一周向内壁配合以界定冷却剂入口通道，所述冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂物质，所述第二周向内壁界定冷却剂出口通道；

在所述外壳内沿周向延伸且被界定在所述第二周向内壁与所述穿孔周向壁之间的催化剂床，所述催化剂床被配置来接收至少一种催化剂；类似地，床在倒数第二个内壁处终止，以及

多个冷却剂板，所述多个冷却剂板的每个冷却剂板径向跨越所述冷却剂入口通道与所述冷却剂出口通道之间的所述催化剂床，每个冷却剂板界定至少一个被安置成与所述冷却剂入口通道和所述冷却剂出口通道流体连通的径向冷却剂通道，

其中所述外壳的所述穿孔周向壁被配置来允许所述所需产物径向通过，且其中所述穿孔周向壁与所述第二周向内壁配合以界定产物收集区。

15.如权利要求14所述的反应器，其中所述外壳界定被安置成与所述催化剂床流体连通的气体入口，所述气体入口被配置来向所述催化剂床传递气体。

16.如权利要求15所述的反应器，其中所述气体入口被配置来允许气体径向流动到所述催化剂床中。

17.如权利要求15所述的反应器，其中所述多个冷却剂板被配置来在所述气体与所述催化剂床内的所述催化剂之间的反应期间冷却所述催化剂床。

18.如权利要求14所述的反应器，其中所述外壳界定一个或多个产物出口，且其中所述产物收集区被安置成与所述一个或多个产物出口连通。

19.如权利要求18所述的反应器，其中所述一个或多个产物出口包括第一产物出口和第二产物出口，其中所述第一产物出口被配置来接收来自所述产物收集区的轻质产物，且其中所述第二产物出口被配置来接收来自所述产物收集区的较重产物。

20.如权利要求14所述的反应器，其中每个冷却剂板的所述至少一个径向冷却剂通道包括多个径向冷却剂通道。

21.如权利要求14所述的反应器，其中所述多个冷却剂板在所述外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

22.如权利要求14所述的反应器，其进一步包括至少一个与所述冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与所述多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

23.一种产生所需产物的方法，其包括：

使用如权利要求14-22中任一项所述的反应器执行化学反应。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述化学反应为放热反应。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述放热反应为合成气转化反应。

26.如权利要求23所述的方法，其中所述化学反应为吸热反应。

27.一种用于产生所需产物的反应器，其包括：

具有外壁、第一周向内壁、第二周向内壁、第一穿孔周向壁、第二穿孔周向壁和纵轴的外壳，所述第一内壁与所述第二内壁径向隔开，所述第一穿孔周向壁被径向安置在所述第一周向内壁与所述第二周向内壁之间，所述第二穿孔周向壁被径向安置在所述第一穿孔周向壁与所述第二周向内壁之间，所述外壁与所述第一周向内壁配合以界定冷却剂入口通道，所述第二内壁界定冷却剂出口通道，所述冷却剂入口通道被配置来接收至少一种冷却剂物质；

在所述外壳内沿周向延伸且被界定在所述第一穿孔周向壁与所述第二穿孔周向壁之间的催化剂床，所述催化剂床被配置来接收至少一种催化剂；以及

多个冷却剂板，所述多个冷却剂板的每个冷却剂板径向跨越所述冷却剂入口通道与所述冷却剂出口通道之间的所述催化剂床，每个冷却剂板界定至少一个径向冷却剂通道，

其中所述第一穿孔周向壁与所述第一周向内壁配合以界定气体入口通道，所述气体入口通道被配置来接收至少一种气体，其中所述第一穿孔周向壁被配置来允许所述至少一种气体径向通过而进入所述催化剂床中，

其中所述第二穿孔周向壁与所述第二周向内壁配合以界定产物收集区，且其中所述外壳的所述第二穿孔周向壁被配置来允许所述所需产物径向通过而进入所述产物收集区中。

28.如权利要求27所述的反应器，其中在将所述气体传送到所述气体入口通道中后，所述催化剂床被配置来接收来自所述气体入口通道的所述气体，且其中所述多个冷却剂板被配置来在所述气体与所述催化剂床内的所述催化剂之间的反应期间冷却所述催化剂床。

29.如权利要求27所述的反应器，其中所述产物收集区被安置成与一个或多个产物出口连通。

30.如权利要求29所述的反应器，其中所述一个或多个产物出口包括第一产物出口和第二产物出口，其中所述第一产物出口被配置来接收来自所述产物收集区的轻质产物，且其中所述第二产物出口被配置来接收来自所述产物收集区的较重产物。

31.如权利要求30所述的反应器，其中所述外壳界定被安置成与所述产物收集区及所述第一和第二产物出口流体连通的底部，其中所述外壳的所述底部界定所述第二产物出口。

32.如权利要求31所述的反应器，其中所述第一产物出口由安置在所述外壳的所述第二内壁内且与所述第二内壁径向隔开的第三内壁界定，且其中所述第一产物出口从所述外壳的所述底部向上延伸。

33.如权利要求27所述的反应器，其中每个冷却剂板的所述至少一个径向冷却剂通道包括多个径向冷却剂通道。

34.如权利要求27所述的反应器，其中所述多个冷却剂板在所述外壳内基本上均匀地沿周向隔开。

35.如权利要求27所述的反应器，其进一步包括至少一个与所述冷却剂入口通道径向向内隔开的次级冷却剂入口，每个次级冷却剂入口被安置成与所述多个冷却剂板的至少一个冷却剂板流体连通。

36.一种产生所需产物的方法，其包括：

使用如权利要求27-35中任一项所述的反应器执行化学反应。

37.如权利要求36所述的方法，其中所述化学反应为放热反应。

38.如权利要求37所述的方法，其中所述放热反应为合成气转化反应。

39.如权利要求36所述的方法，其中所述化学反应为吸热反应。