CN107107016A - 固定床反应器及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

本公开和发明涉及用于费‑托方法的反应器和方法，诸如包括第一一个或多个催化剂保持区的反应器，其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中所述第一内表面限定第一内部空间，其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中所述第一内表面从所述第一端向所述第二端朝所述第一纵向轴线成锥度，并且其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。

Description

固定床反应器及其相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年11月14日提交的美国申请号为62/079,647的权益，其全部内容通过引用并入本文。
发明背景
合成气(氢(H2)和一氧化碳(CO)的混合物)可通过本领域众所周知的方法从煤或甲烷(天然气)中容易地产生并在世界各地被广泛商业实践。一些众所周知的工业方法使用合成气来生产各种含氧有机化学品。从合成气催化产生烃的费-托(Fischer-Tropsch)催化方法最初在20世纪20年代被发现并开发，并在南非被多年用于生产汽油类烃作为汽车燃料。需要有效地实施费-托催化方法的反应器和方法。
因此，本文公开了有效地实施费-托催化方法的反应器和方法。
发明概要
本文公开了一种包括第一一个或多个催化剂保持区的反应器，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中第一内表面限定第一内部空间，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第一内表面从第一端向第二端朝第一纵向轴线成锥度，且其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。
本文还公开了一种用于生产烃的方法，其包括以下步骤：a)提供本文公开的反应器，其中第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间包括适合于催化放热反应的催化剂：b)通过使合成气从第一端流动至第二端通过第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间而使合成气与适合于催化放热反应的催化剂接触；和c)在第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第二端收集第一产物，其中第一产物包括烃。
将在下面的描述中阐述部分额外优点，并且通过该描述，这些额外优点将部分显而易见，或者可通过实践以下描述的各方面来了解。将通过所附权利要求中特别指出的化学组成、方法及其组合来实现并获得以下所述的优点。应理解，上述一般描述和以下具体实施方式两者仅是示例性和解释性的，而不是限制性的。
附图说明
并入并构成本说明书的一部分的附图示出几个方面，并与具体实施方式一起用于解释本发明的原理。
图1示出第一催化剂保持区的非限制视图。
图2示出具有第一催化剂保持区、第二催化剂保持区和一个冷却段的反应器的非限制视图。
图3示出具有第一催化剂保持区、第二催化剂保持区和两个冷却段的反应器的非限制视图。
图4示出包括催化剂保持区的多管式反应器的非限制视图。
图5示出与常规多管式固定床反应器相比的图2的反应器的建模温度曲线。
图6示出与图2的反应器相比的图3的反应器的建模温度曲线。
本发明的其它优点将在下面的描述中部分列出，并且部分将由描述而变得显而易见，或可以通过本发明的实践来学习。本发明的优点将借助在所附权利要求书中特别指出的要素和组合来实现和达到。应理解，以上概述和以下详述二者都仅为示例性和解释性的，并且不限制要求保护的本发明。
具体实施方式
本文公开的是可用于所公开的方法的产物和组合物、可与所公开的方法的产物和组合物一起使用、可用于制备所公开的方法的产物和组合物或作为所公开的方法的产物和组合物的材料、化合物、组合物和组分。应理解，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、基团等时，虽然不能明确地公开这些化合物的每个各种个体和集体组合和排列的具体参考，但是每个都在这里被特别考虑并描述。例如，如果公开并讨论了催化剂组分，并讨论了该组分的多种替代固态形式，除非特别指出相反，否则特别考虑可能的催化剂组分和固体状态形式的每个和每一个组合和排列。该概念适用于本公开的所有方面，包括但不限于制作和使用所公开的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在可进行的各种附加步骤，应理解，可用所公开方法的任何特定方面或各方面的组合来进行这些附加步骤中的每个，且每个这样的组合都被具体预期且应被考虑为公开。
1.定义
在本说明书和下面的权利要求书中，将参考将被定义为具有以下含义的多个术语：
须注意，如在说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一种/个(a/an)”和“该/所述(the)”包括复数指示物。因此，例如，对“催化剂”的参考包括催化剂的混合物。
范围可在本文中表示为“一个特定值”，和/或“另一特定值”。当表示这样的范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当各个值被表示为近似值时，通过使用先行词“，”，应理解，特定值形成另一方面。还应进一步理解，每个范围的端点对于另一端点而言都是显著的，并且独立于另一端点。
在说明书和结论权利要求书中，组合物或制品中的特定元素或组分的重量份的参考指示元素或组分与组合物或制品中的任何其它元素或组分(对其表达了重量份)之间的重量关系。因此，在含有2重量份组分X和5重量份组分Y的化合物中，X和Y以2:5的重量比存在，并且不管另外的组分是否包含在化合物中都以如此的比例存在。
除非相反地明确规定，否则组分的重量百分数基于其中包括组分的制剂或组合物的总重量。
如本文所使用，术语时空产率(“STY”)是指每单位时间/每体积催化剂产生的几吨或kg的产物。
2.反应器
放热方法(诸如费-托方法)是众所周知的。费-托催化方法从合成气产生液体烃(C2-C10)。该技术通常用于生产蜡，然而，目前的开发重点是生产可用于生产烯烃的更有价值烃，诸如轻质烃(C2-C5)。在费-托方法期间最小化蜡形成(或零蜡形成)是具有挑战的。在费-托方法过程中形成蜡可能是使已经产生的烃再吸附至催化剂上的结果。本文公开的反应器和方法降低了使已经产生的烃再吸附至催化剂上的可能性，从而最小化蜡的产生。
重时空速“WHSV“因子(方程1)描述催化反应器，并且指示反应物质量流速除以反应器中的催化剂质量的商。
方程式1
WHSV与反应物转化率相关，其中对于相同质量的催化剂，较高WHSV得到低转化率，这是因为停留时间减少。
在催化反应器(诸如管式反应器)中，在反应进行通过反应器时，反应物的量(以摩尔数计)减少。因此，如果催化剂的量在整个反应器中保持恒定，则WHSV沿催化剂床减少。换言之，反应物流量(以摩尔数计)沿催化剂床减少，且催化剂活性位点与反应物摩尔的比例沿床层长度增加。这种增加的比例使得烃产物重新吸附在活性位点上的可能性增加，从而产生较长烃链，诸如重烃和蜡。可通过在催化剂床上保持相同比例(催化剂质量：反应物摩尔数)由本文公开的反应器和方法使重质烃的形成最小化，从而控制反应物停留时间。
催化剂利用率指示反应物摩尔数除以催化剂质量的商，这也可称为修饰的WHSV，如方程式2中所示。
方程式2
按照方程式2，为了保持催化剂利用率恒定，如果存在较少反应物摩尔数，则需要较少催化剂重量。因此，如果在反应器的初始阶段消耗反应物摩尔数，则在反应器的后续阶段需要较少催化剂重量以使催化剂利用率保持恒定。
本文公开的反应器提供：1.稳定的热稳定性，2.高烯烃选择性，3.低蜡形成和4.优化的催化剂利用率。
本文公开了一种包括第一一个或多个催化剂保持区的反应器，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中第一内表面限定第一内部空间，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第一内表面从第一端向第二端朝第一纵向轴线成锥度，且其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。放热反应可以是费-托反应。
一方面，反应器还可包括第二一个或多个催化剂保持区，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二内表面，其中第二内表面限定第二内部空间，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二纵向轴线，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第二内表面从第一端向第二端远离第一纵向轴线成锥度，且其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。放热反应可以是费-托反应。
本文还公开了一种包括第一一个或多个催化剂保持区和第二一个或多个保持区的反应器，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中第一内表面限定第一内部空间，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第一内表面从第一端向第二端朝第一纵向轴线成锥度，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二内表面，其中第二内表面限定第二内部空间，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二纵向轴线，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第二内表面从第一端向第二端远离第一纵向轴线成锥度，且其中第一一个或多个催化剂保持区和第二一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。放热反应可以是费-托反应。
一方面，第一内部空间包括自由空间。一方面，第二内部空间包括自由空间。
在本文公开的催化剂保持区中，H2和CO在费-托反应中进行催化反应。因此，催化剂保持区(诸如第一一个或多个催化剂保持区和第二一个或多个催化剂保持区)可包括一种或多种费-托催化剂。例如，第一一个或多个催化剂保持区可包括一种或多种费-托催化剂。在另一实例中，第二一个或多个催化剂保持区可包括一种或多种费-托催化剂。费-托催化剂在本领域中是已知的，并且可以例如是Fe基催化剂和/或Co基催化剂和/或Ru基催化剂。在美国专利4,088,671和美国专利4,207,248中描述了这种催化剂，所述专利的全部内容并入本文，具体涉及它们关于费-托催化剂的公开。
在本文所述的混合区中混合的气体可包括H2和CO。进气与第一混合区的H2/CO摩尔比可以是0.5-4。例如，H2/CO摩尔比可以是1.0至3.0，例如1.5至3.0，或在另一实例中是1.5至2.5。应理解，H2/CO摩尔比可控制正在生产的烃的选择性。
本文公开的反应器可存在于多管式固定床反应器中。一方面，反应器包括两个或多个第一催化剂保持区。一方面，反应器包括两个或多个第二催化剂保持区。一方面，反应器包括等量的第一催化剂保持区和第二催化剂保持区。
一方面，本文公开的反应器包括1,000至50,000个第一催化剂保持区。例如，反应器包括10,000至30,000个第一催化剂保持区。
一方面，本文公开的反应器包括2至50,000个第一催化剂保持区。例如，本文公开的反应器包括2至30,000个第一催化剂保持区。
一方面，本文公开的反应器包括2至30,000个第一催化剂保持区和2至30,000个第二催化剂保持区。例如，反应器可包括1,000至25,000个第一催化剂保持区和1,000至25,000个第二催化剂保持区。
一方面，反应器是工业尺寸的反应器。例如，反应器可具有至少0.5升、1升、2升、5升、10升、20升、50升、100升、250升、500升、1,000升、10,000升或20,000升的体积。例如，反应器可具有1升至500升(诸如，例如1升至20升)的体积。在另一实例中，反应器可具有500升至20,000升(诸如，例如1,000升至10,000升)的体积。
一方面，本文所述的催化剂保持区可以是反应器。例如，催化剂保持区可具有至少1mL、5mL、25mL、100mL、500mL、1,000mL、5升、20升、100升或1,000升的体积。例如，催化剂保持区可具有1mL至5升(诸如，例如25mL至1000mL)的体积。在另一实例中，催化剂保持区可具有1mL至5升(诸如，例如5升至1,000升)的体积。
费-托反应是高度放热的。可通过利用本文公开的第二催化剂保持区在本文公开的反应器中控制温度曲线。存在于第二催化剂保持区的第一端处的较少量催化剂(与第一催化剂保持区相比)可稳定整个反应器的热分布，从而产生更有效的反应器。
第一端处和第二端处的第一内表面的形状可相同，例如圆形、正方形或矩形。一方面，第一端处和第二端处的第一内表面是圆形。
第一端处和第二端处的第二内表面的形状可相同，例如圆形、正方形或矩形。一方面，第一端处和第二端处的第二内表面是圆形。
一方面，第一内表面和第二内表面彼此相邻。
一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少10％。另一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少15％。又另一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少20％。又另一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少30％。又另一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少50％。又另一方面，第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少100％。又另一方面，第一端处的第一内表面的直径为比第二端处的第一内表面的直径大10％至100％，诸如，例如20％至50％。
一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少50％。另一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少75％。又另一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少100％。又另一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少150％。又另一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少200％。一方面，第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大50％至200％。
一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少10％。另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少15％。又另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少20％。又另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少30％。又另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少50％。又另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少100％。又另一方面，在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大10％至100％，诸如，例如20％至50％。
一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离大至少50％。另一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离大至少75％。又另一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离至少大100％。又另一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离至少大150％。又另一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离至少大200％。又另一方面，在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离大50％至200％。
从催化剂保持区的第一端至第二端处的锥度确定催化剂保持区的特定点处的催化剂的量。可根据反应条件，诸如合成气的流量、温度等来改变催化剂保持区的锥度。例如，当催化剂浓度高时，需要更高锥度。一方面，第一内表面的锥度从第一端至第二端是恒定的。一方面，第二内表面的锥度从第一端至第二端是恒定的。
此外，期望在整个催化剂保持区具有稳定和恒定的热分布。对于针对烯烃生产的费-托方法，催化剂床对温度非常敏感，且非常期望避免在反应器长度的三分之一处出现温度峰。一方面，反应器包括冷却段，诸如中间冷却器系统。多个冷却段可用于控制整个催化剂保持区的热分布。
一方面，反应器还包括一个或多个冷却段。
一方面，反应器还包括两个或多个冷却段。
反应器可被构造为在约3至25巴的压力下且空间速度是约700至6000ml/g/hr时进行放热反应，诸如约220℃至350℃的费-托反应。反应器或催化剂保持区可由金属材料(诸如碳钢材料或不锈钢材料)制成。催化剂保持区的长度可以是3cm至12m。催化剂保持区中的壁材料的厚度通常是0.5mm至5mm。
现在参考图1，其示出本文公开的反应器的非限制示例方面。图1示出具有第一内表面(102)的第一催化剂保持区(100)。第一催化剂保持区(100)还具有第一纵向轴线(104)。内表面(102)从第一端(106)向第二端(108)朝第一纵向轴线(104)成锥度。第一催化剂保持区(100)也可具有第一外表面(110)，所述第一外表面(110)可以是第二催化剂保持区或冷却区的内表面，如本文所述。
现在参考图2，其示出本文公开的反应器的非限制示例方面。图2示出如本文公开的具有第一催化剂保持区(220)和第二催化剂保持区(222)的反应器(200)。反应器(200)的第一催化剂保持区具有第一内表面(202)。第一催化剂保持区还具有第一纵向轴线(206)。内表面(202)从第一端(210)向第二端(212)朝第一纵向轴线(206)成锥度。反应器(200)的第二催化剂保持区具有第二内表面(204)。第二催化剂保持区具有第二纵向轴线(208)。内表面(202)从第二催化剂保持区的第一端(214)至第二端(216)远离第二纵向轴线(208)成锥度。反应器(200)还可具有冷却段(218)。
现在参考图3，其示出本文公开的反应器的非限制示例方面。图3示出如本文公开的具有第一催化剂保持区(322)和第二催化剂保持区(324)的反应器(300)。反应器(300)的第一催化剂保持区具有第一内表面(302)。第一催化剂保持区还具有第一纵向轴线(306)。内表面(302)从第一端(310)向第二端(312)朝第一纵向轴线(306)成锥度。反应器(30)的第二催化剂保持区具有第二内表面(304)。第二催化剂保持区具有第二纵向轴线(308)。内表面(302)从第二催化剂保持区的第一端(314)至第二端(316)远离第二纵向轴线(308)成锥度。反应器(300)还可具有两个冷却段(318)和(320)。
现在参考图4，其示出本文公开的反应器的非限制示例方面。图4示出具有多个催化剂保持区(402)的反应器(400)，诸如本文所述的那些，包括图1、图2和图3所示的那些。
3.使用反应器的方法
本文还公开了一种使用本文公开的反应器用于生产烃的方法。
本文还公开了一种用于生产烃的方法，其包括以下步骤：a)提供本文公开的反应器，其中第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间包括适合于催化放热反应的催化剂，诸如费-托催化剂；b)通过使合成气从第一端流动至第二端通过第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间将合成气与适合于催化放热反应的催化剂接触；和c)在第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第二端收集第一产物，其中第一产物包括烃。
一方面，烃包括C2-C20+烃。例如，烃包括C2-C10烃，诸如，例如C2-C5烃，诸如C2-C3烃。
一方面，催化剂分布在从第一端至第二端处的整个第一和/或第二一个或多个催化剂保持区。
如本文所述，费-托反应是高度放热的。期望保持反应的温度曲线恒定，且没有任何温度峰，这升高了温度。使用常规反应管的常规方法通常包括具有温度峰的温度曲线。温度峰是温度曲线中的峰，其比通过反应器的平均反应温度高至少5℃。例如，图5示出常规多管式固定床反应器具有反应器长度是约400mm至约800mm的温度峰。一方面，方法的温度曲线不包括温度峰。
一方面，可通过利用本文公开的反应器和方法在整个任何放热反应的反应过程中保持一致等温性。
一方面，合成气在3巴至25巴的压力下流动。例如，合成气可在5巴至15巴的压力下流动。
一方面，第一产物包括至少50％的烃。另一方面，第一产物包括至少75％的烃。又另一方面，第一产物包括50％至75％的烃。例如，第一产物可包括至少20％的C2-C5烃。在另一实例中，第一产物可包括至少40％的C2-C5烃。在另一实例中，第一产物可包括20％至40％的C2-C5烃。
一方面，第一产物包括小于5％的蜡。例如，第一产物可包括小于0.1％的蜡。在另一实例中，第一产物可基本上不包括蜡。
一方面，引入反应器的至少30％的合成气被转化为第一产物。例如，引入反应器的至少40％的合成气被转化为第一产物。在另一实例中，引入反应器的至少50％的合成气被转化为第一产物。在又另一实例中，引入反应器的至少60％的合成气被转化为第一产物。在又另一实例中，引入反应器的至少70％的合成气被转化为第一产物。
4.各方面
考虑到所述的催化剂和催化剂组合物及其方法和变化，在下文描述本发明的一些更特别描述的方面。然而，这些特别叙述的方面不应被解释为对包含本文所述的不同或更一般教导的任何不同权利要求具有任何限制效果，或者“特别”方面以某种方式受限，除了本文字面上使用的语言和公式的固有含义之外。
方面1：本文公开了一种包括第一一个或多个催化剂保持区的反应器，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中第一内表面限定第一内部空间，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第一内表面从第一端向第二端朝第一纵向轴线成锥度，且其中第一一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。
方面2：方面1的反应器，其中反应器还包括第二一个或多个催化剂保持区，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二内表面，其中第二内表面限定第二内部空间，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二纵向轴线，其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，其中第二内表面从第一端向第二端远离第二纵向轴线成锥度，且其中第二一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。
方面3：方面1或2的反应器，其中反应器包括两个或多个第一催化剂保持区。
方面4：方面2或3的反应器，其中反应器包括两个或多个第二催化剂保持区。
方面5：方面11-4中任一方面的反应器，其中反应器包括2至50,000个第一催化剂保持区。
方面6：方面11-5中任一方面的反应器，其中反应器包括2至50,000个第二催化剂保持区。
方面7：方面1-6中任一方面的反应器，其中第一端处和第二端处的第一内表面是圆形。
方面8：方面2-7中任一方面的反应器，其中第一端处和第二端处的第二内表面是圆形。
方面9：方面77或88的反应器，其中第一端处的第一内表面的直径比第二端处的第一内表面的直径大至少10％。
方面10：方面88或9的反应器，其中第二端处的第二内表面的直径比第一端处的第二内表面的直径大至少10％。
方面11：方面77或88的反应器，其中由第一端处的第一内表面限定的空间的面积比第二端处的第一内表面的直径大至少10％。
方面12：方面88或9的反应器，其中由第二端处的第二内表面限定的空间的面积比第一端处的第二内表面的直径大至少10％。
方面13：方面11-12中任一方面的反应器，其中在第一端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离比在第二端处从第一内表面至第一纵向轴线的距离大至少10％。
方面14：方面22-13中任一方面的反应器，其中在第二端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离比在所述第一端处从第二内表面至第二纵向轴线的距离大至少10％。
方面15：方面11-14中任一方面的反应器，其中第一内表面的锥度从第一端至第二端是恒定的。
方面16：方面22-15中任一方面的反应器，其中第二内表面的锥度从第一端至第二端是恒定的。
方面17：方面2-16中任一方面的反应器，其中反应器还包括一个或多个冷却剂段。
方面18：方面2-17中任一方面的反应器，其中反应器还包括两个或多个冷却剂段。
方面19：方面2-18中任一方面的反应器，其中放热反应是费-托反应。
方面20：一种用于生产烃的方法，其包括以下步骤：a)提供方面1-19中任一方面的反应器，其中第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间包括适于催化放热反应的催化剂：b)通过使合成气从第一端流动至第二端通过第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第一和/或第二内部空间将合成气与适合于催化放热反应的催化剂接触；和c)在第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的第二端收集第一产物，其中第一产物包括烃。
方面21：方面2020的方法，其中催化剂分布在从第一端至第二端处的整个第一和/或第二一个或多个催化剂保持区。
方面22：方面20或2121的方法，其中合成气在3巴至25巴的压力下流动。
方面23：根据方面20-22中任一方面的方法，其中第一产物包括至少50％的烃。
方面24：方面20-23中任一方面的方法，其中第一产物包括小于5％的蜡。
方面25：方面2020-24中任一方面的方法，其中至少30％的合成气被转化为第一产物。
方面2020-25中任一方面的方法，其中放热反应是费-托反应。
实施例
提出以下实施例以便为本领域普通技术人员提供如何制备和评估本文所述和所要求的化合物、组合物、制品、装置和/或方法的完整公开和描述，并且旨在纯粹是示例性的，且不旨在限制发明人认为是其发明的范围。已经努力确保关于数字(例如数量、温度等)的准确性，但应考虑到一些错误和偏差。除非另有说明，否则份量为重量份，温度为℃或环境温度，压力为大气压或接近大气压。具有反应条件(例如组分浓度、所需溶剂、溶剂混合物、温度、压力和可用于优化从所述方法获得的产物纯度和产率的其它反应范围和条件)的各种变化和组合。只有合理和常规的实验才能优化这种方法条件。
1.实施例1
本实施例描述了本文所述的示例反应器和方法的建模数据。
图2示出具有第一催化剂区和第二催化剂区和一个冷却段的反应器。图5示出图2所示的反应器的建模温度曲线。如图所示，具有第一催化剂区和第二催化剂区两者的反应器的温度曲线不包括温度峰，而常规多管式固定床反应器确实包括如建模的温度峰。
图3示出具有第一催化剂区和第二催化剂区和两个冷却段的反应器。图6示出与图2所示的反应器的模拟温度曲线相比的图3所示的反应器的建模温度曲线。如图所示，与具有第一催化剂区和第二催化剂区和一个冷却段的反应器相比，具有第一催化剂区和第二催化剂区两者和两个冷却段的反应器的温度曲线具有更恒定的建模温度。具有多于一个冷却区域(例如两个冷却区域)的优点是增强反应器下半部分(或最后三分之一)的温度控制。

Claims (26)

1.一种反应器，其包括第一一个或多个催化剂保持区，
其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一内表面，其中所述第一内表面限定第一内部空间，
其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一纵向轴线，
其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，
其中所述第一内表面从所述第一端向所述第二端朝所述第一纵向轴线成锥度，且
其中所述第一一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述反应器还包括第二一个或多个催化剂保持区，
其中所述第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二内表面，其中所述第二内表面限定第二内部空间，
其中所述第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第二纵向轴线，
其中所述第二一个或多个催化剂保持区中的每个都具有第一端和第二端，
其中所述第二内表面从所述第一端向所述第二端远离所述第二纵向轴线成锥度，且
其中所述第二一个或多个催化剂保持区中的每个都被构造为进行放热反应。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中所述反应器包括两个或多个第一催化剂保持区。
4.根据权利要求2或3所述的反应器，其中所述反应器包括两个或多个第二催化剂保持区。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的反应器，其中所述反应器包括2至50,000个第一催化剂保持区。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的反应器，其中所述反应器包括2至50,000个第二催化剂保持区。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应器，其中所述第一端和所述第二端处的所述第一内表面是圆形。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的反应器，其中所述第一端和所述第二端处的所述第二内表面是圆形。
9.根据权利要求7或8所述的反应器，其中所述第一端处的所述第一内表面的直径比所述第二端处的所述第一内表面的直径大至少10％。
10.根据权利要求8或9所述的反应器，其中所述第二端处的所述第二内表面的直径比所述第一端处的所述第二内表面的直径大至少10％。
11.根据权利要求7或8所述的反应器，其中由所述第一端处的所述第一内表面限定的所述空间的面积比所述第二端处的所述第一内表面的直径大至少10％。
12.根据权利要求8或9所述的反应器，其中由所述第二端处的所述第二内表面限定的所述空间的面积比所述第一端处的所述第二内表面的直径大至少10％。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的反应器，其中在所述第一端处从所述第一内表面至所述第一纵向轴线的距离比在所述第二端处从所述第一内表面至所述第一纵向轴线的距离大至少10％。
14.根据权利要求2-12中任一项所述的反应器，其中在所述第二端处从所述第二内表面至所述第二纵向轴线的距离比在所述第一端处从所述第二内表面至所述第二纵向轴线的距离大至少10％。
15.根据权利要求1-10中任一项所述的反应器，其中所述第一内表面的锥度从所述第一端至所述第二端是恒定的。
16.根据权利要求2至11中任一项所述的反应器，其中所述第二内表面的锥度从所述第一端至所述第二端是恒定的。
17.根据权利要求2-16中任一项所述的反应器，其中所述反应器还包括一个或多个冷却剂段。
18.根据权利要求2-16中任一项所述的反应器，其中所述反应器还包括两个或多个冷却剂段。
19.根据权利要求2-16中任一项所述的反应器，其中所述放热反应是费-托反应。
20.一种用于生产烃的方法，其包括以下步骤：
a)提供权利要求1-18中任一项所述的反应器，其中所述第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的所述第一和/或第二内部空间包括适于催化放热反应的催化剂；
b)通过使合成气从所述第一端流动至所述第二端通过所述第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的所述第一和/或第二内部空间而使所述合成气与适合于催化放热反应的催化剂接触；和
c)在所述第一和/或第二一个或多个催化剂保持区的所述第二端收集第一产物，其中所述第一产物包括烃。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述催化剂分布在从所述第一端至所述第二端处的整个所述第一和/或第二一个或多个催化剂保持区中。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述合成气在3巴至25巴的压力下流动。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的方法，其中所述第一产物包括至少50％的烃。
24.根据权利要求20-23中任一项所述的方法，其中所述第一产物包括小于5％的蜡。
25.根据权利要求20-24中任一项所述的方法，其中至少30％的所述合成气被转化为所述第一产物。
26.根据权利要求2020-25中任一项所述的方法，其中所述放热反应是费-托反应。
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