KR20050085124A - 촉매 반응기 및 프로세스 - Google Patents

촉매 반응기 및 프로세스 Download PDF

Info

Publication number
KR20050085124A
KR20050085124A KR1020057009259A KR20057009259A KR20050085124A KR 20050085124 A KR20050085124 A KR 20050085124A KR 1020057009259 A KR1020057009259 A KR 1020057009259A KR 20057009259 A KR20057009259 A KR 20057009259A KR 20050085124 A KR20050085124 A KR 20050085124A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fischer
tropsch synthesis
channels
gas
synthesis
Prior art date
Application number
KR1020057009259A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101053040B1 (ko
Inventor
마이클 조셉 바우
투프넬 클리브 데렉 리
Original Assignee
게테엘 미크로시스템스 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=32472134&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20050085124(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from PCT/GB2002/005443 external-priority patent/WO2003048035A1/en
Priority claimed from GBGB0314790.7A external-priority patent/GB0314790D0/en
Application filed by 게테엘 미크로시스템스 아게 filed Critical 게테엘 미크로시스템스 아게
Publication of KR20050085124A publication Critical patent/KR20050085124A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101053040B1 publication Critical patent/KR101053040B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C10G2/34—Apparatus, reactors
    • C10G2/341—Apparatus, reactors with stationary catalyst bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2495—Net-type reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2469—Feeding means
    • B01J2219/247—Feeding means for the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

피셔-트롭쉬 합성은 가스 투과성 촉매 구조체(16)가 존재하는 채널을 형성하는 콤팩트 촉매 반응기 유닛(10)을 사용하여 수행되며, 채널은 헤더(18) 사이에서 연장한다. 반응기 유닛이 헤더에 의해 연결되어 있는, 피셔-트롭쉬 합성을 위한 적어도 두 개의 연속적 채널(14, 14a)을 제공할 때, 합성은 적어도 두 개의 스테이지에서 이루어지며, 제1 채널을 통한 가스 흐름 속도는 일산화탄소의 65% 이하가 변환을 겪도록 충분히 높다. 가스는 두 스테이지 사이의 헤더에서 냉각(25)되어 수증기를 응축하며, 그후, 잔여 일산화탄소의 65% 이하가 변환을 겪도록 충분히 높은 가스 흐름 속도로 제2 채널을 통과한다. 이는 수증기의 분압을 저하시키며, 그래서, 촉매의 산화를 억제한다.

Description

촉매 반응기 및 프로세스{CATALYTIC REACTOR AND PROCESS}
본 발명은 화학 프로세스 및 프로세스를 수행하는데 사용하기에 적합한 촉매 반응기에 관한 것이다.
WO 01/51194(Accentus plc)호에는 제1 촉매 반응기내에서 메탄이 증기와 반응하여 일산화탄소 및 수소를 발생시키고, 결과적인 가스 혼합물이 그후 제2 촉매 반응기에서 피셔-트롭쉬 합성(Fischer-Tropsh systhesis)을 수행하기 위해 사용되는 프로세스가 기술되어 있다. 전체 결과는 메탄을 보다 높은 분자량의 수산화탄소로 변환하기 위한 것이며, 이는 통상적으로 환경 조건하에서 액체 또는 고체이다. 이 프로세스의 두 스테이지, 증기/메탄 재형성 및 피셔-트롭쉬 합성은 서로 다른 촉매를 필요로하며, 각 스테이지를 위한 촉매 반응기가 기술되어 있다. 촉매 반응기는 반응이 각각 흡열성 및 발열성일 때 각각 반응가스로 또는 반응가스로부터 열이 전달될 수 있게 하며, 증기/메탄 재형성을 위해 필요한 열은 가스 연소에 의해 제공된다. 피셔-트롭쉬 합성을 위한 공지된 촉매는 세라믹 지지체상의 코발트의 작은 입자를 활용하지만 이 촉매는 수증기의 존재시 세라믹 지지체와의 비가역적 반응 또는 산화를 겪으며, 결과적으로 반응성이 감소한다는 것이 발견되었다. 이 프로세스를 수행하는 개선된 방식이 이제 발견되었다.
도 1은 평면내의 판을 도시하는, 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기에 적합한 반응기의 단면도.
도 2는 도 1의 반응기의 변형예를 도시하는 도면.
본 발명에 따라서, 가스투과성 촉매 구조체가 존재하는 피셔-트롭쉬 합성 반응을 위한 채널을 형성하는 적어도 하나의 콤팩트 촉매 반응기 유닛을 사용하여 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 프로세스가 제공되며, 일산화탄소 함유 가스가 적어도 두 개의 연속적 스테이지에서 피셔-트롭쉬 합성을 경험하고, 제1 스테이지의 가스 흐름 속도는 일산화탄소의 70% 이하가 제1 스테이지에서 합성 반응을 경험하게 충분히 높고, 가스는 수증기를 응축하도록 연속적 스테이지 사이에서 냉각되고, 제2 스테이지에서의 가스 흐름 속도는 잔여 일산화탄소의 70% 이하가 제2 스테이지에서 합성 반응을 진행할 정도로 충분히 높다.
제1 스테이지 및 제2 스테이지 양자 모두에서, 공간 속도는 1000/hr 보다 높은 것이 바람직하지만, 15000/hr 이하인 것이 바람직하다. 프로세스는 수증기가 20몰%를 초과하지 않도록 동작되는 것이 바람직하다. 각 스테이지에서, 일산화탄소의 65% 이하가 변환을 겪는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 공간 속도는 반응기의 공극 체적으로 나누어진, 반응기에 공급되는 가스의 체적 유량(STP로서 측정됨)으로서 규정된다. 따라서, 반응기가 210℃이고, 압력이 2.5MPa 인 경우, 5000/hr의 공간 속도는 약 10s의 체류 시간이 되도록 시간당 공극 체적의 약 354배의 가스 흐름(동작 조건에서)에 대응한다.
따라서, 본 발명은 또한, 가스 투과성 촉매 구조체가 존재하는 피셔-트롭쉬 합성을 위한 채널을 형성하는 적어도 하나의 콤팩트 촉매 반응기를 사용하여 일산화 탄소와 수산화 탄소를 함유하는 가스에 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 프로세스를 제공하며, 이 합성 반응은 수증기가 20몰%를 초과하지 않는 충분히 높은 가스 흐름 속도에서 적어도 두 연속 스테이지에서 수행되고, 연속 스테이지 사이에서 가스는 수증기를 응축하도록 냉각된다.
본 발명은 또한 이런 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 이는 연속 유동 채널을 연결하는 헤더를 포함하는 콤팩트 촉매 반응기일 수 있으며, 헤더는 수증기를 응축하고 헤더로부터 응축된 액체를 제거하기 위한 수단을 수납한다. 촉매 반응기 유닛은 적층체로서 배열되고 함께 접합되어 열 교환액을 위한 채널과 교번하는 피셔-트롭쉬 합성을 위한 채널을 형성하는 복수의 금속 시트를 포함하는 것이 바람직하다. 합성 채널내의 온도는 190℃ 이상, 예로서, 200℃이다. 주름형 또는 딤플형 포일, 금속 매시 또는 주름형이나 플리트형 금속 펠트 시트가 흐름 채널내의 촉매 구조체의 기판으로서 사용되어 열 전달 및 촉매 표면적을 향상시킬 수 있다.
반응기를 제조하는 재료는 사용시에 부식성 분위기에 놓이게 된다는 것을 인지하여야 한다. 반응기는 알루미늄-함유 페리틱 강철 같은 금속으로 이루어질 수 있으며, 예로서, 이는 15% 크롬, 4% 알루미늄 및 0.3% 이트륨을 가지는 철(예로서, Fecralloy(TM))을 포함할 수 있다. 이 금속이 공기중에서 가열될 때, 이는 추가 산화에 대하여 합금을 보호하는 알루미늄의 접착성 산화 코팅을 형성하며, 이 산화물층은 또한 합금을 부식에 대하여 보호한다. 이 금속이 촉매 기판으로서 사용되고, 촉매 재료가 포함되어 있는 세라믹층으로 코팅될 때, 금속상의 알루미늄 산화물층은 산화물 코팅과 결합하는 것으로 믿어지며, 그래서, 금속 기판에 대한 촉매 재료 접착을 보증한다. 다른 스테인레스 강철도 사용될 수 있다. 채널을 형성하는 시트는 대안적으로 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
이제 본 발명을 첨부 도면을 참조로 단지 예로서 추가로, 그리고 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 피셔-트롭쉬 합성에 관련하며, 이는 메탄을 보다 긴 체인의 수산화탄소로 변환하기 위한 프로세스의 일부를 형성할 수 있다. 피셔-트롭쉬 합성은 일산화탄소와 수소 사이의 반응이며, 이 가스 혼합물은 예로서 증기/메탄 재형성에 의해 발생될 수 있다. 피셔-트롭쉬 합성에서, 가스는 보다 긴 체인의 수산화탄소를 생성하도록 반응한다. 즉,
n CO + 2n H2 -> (CH2)n + n H2O
이는 발열성 반응이며, 촉진제를 가지는, 강철, 코발트 또는 용융 마그네타이트 같은 촉매의 존재하에, 통상적으로 190 내지 350℃ 사이, 예로서, 210℃의 상승된 온도 및 2MPa 내지 4MPa, 예로서, 2.5MPa의 상승된 압력에서 이루어진다. 반응에 의해 형성되는 유기 화합물의 정확한 특성은 온도, 압력 및 촉매와 수소에 대한 일산화탄소의 비율에 의존한다.
양호한 촉매는 약 10-40%(알루미나의 중량에 대비한 중량)의 코발트 및 루테늄/백금 촉진제를 가지는 특정 표면적 140-450m2/g의 감마 알루미나의 코팅을 포함하며, 촉진제는 코발트의 0.01중량% 내지 10중량%이다. 또한, 가돌리늄 산화물 같은 염기도 촉진제가 존재할 수 있다. 촉매의 활성도 및 선택도는 지지부상의 코발트 금속의 분산 정도에 의존하며, 최적의 코발트 분산 레벨은 통상적으로 코발트 금속의 10원자% 와 20원자% 사이가 표면에 존재하도록 0.1 내지 2의 범위이다. 보다 큰 분산도는 명백히 코발트 금속 정자 크기 보다 작아야하며, 이는 통상적으로 5 내지 15nm의 범위이다. 이런 크기의 코발트 입자는 높은 레벨의 촉매 활성도를 제공하지만, 수증기의 존재하에 산화될 수 있으며, 이는 그 촉매 활성도의 극적 감소를 초래한다. 이 산화의 정도는 촉매 입자에 인접한 수증기 및 수소의 비율에 의존하며, 또한, 그 온도에 의존하고, 수증기의 보다 높은 비율 및 보다 높은 온도 양자 모두는 산화 정도를 증가시킨다.
이제 도 1을 참조하면, 피셔-트롭쉬 합성을 위한 반응기(10)는 실질적으로 각 판이 직사각형인 Fecralloy 강철 판(12)의 적층체를 포함하며, 이는 450mm 길이 및 150mm 폭과 6mm 두께를 가지고, 이들 치수는 단지 예로서 주어진 것이다. 이런 판(12) 각각의 상부면상에는 랜드(15)에 의해 분리된 깊이 5mm의 직사각형 홈(14)이 존재하지만(8개의 이런 홈이 도시되어 있음), 홈(14)의 3개의 서로 다른 배열이 존재한다. 도면에 도시된 판(12)에서, 홈(14)은 판(12)의 종축에 대해 45°의 각도로 대각선으로, 도시된 바와 같이 좌상단으로부터 우하단으로 연장한다. 판(12)의 제2 유형에서, 홈(14a)(파선으로 도시된 바와 같이)은 경면 대칭 이미지 패턴을 따르며, 도시된 바와 같이 좌하단으로부터 우상단으로 45°로 대각선으로 연장한다. 판(12)의 제3 유형에서, 홈(14b)(일점 쇄선으로 도시된 바와 같이) 종축에 평행하게 연장한다.
판(12)은 적층체로 조립되며, 3개 유형의 판(12)(종방향 홈(14b)을 가지는) 각각은 대각선 홈(14)을 가지는 판과 경면 대칭 이미지 대각선 홈(14a)을 가지는 판 사이에 존재하고, 다수의 판(12)의 조립 이후, 적층체는 블랭크 직사각형 판으로 완성된다. 판(12)은 함께 압착되고, 확산 접합을 유발하도록 열처리를 받거나, 이들이 함께 브레이징되어 서로 밀봉된다. 적절한 형상으로 이루어지고 5mm 높이의 주름부를 가지는, 촉매 재료가 고취된 세라믹 코팅으로 코팅되어 있는 50미크론의 주름형 Feralloy 합금 포일(16)(단 하나만 도시됨)이 각각의 이런 대각선 홈(14 또는 14a)내로 미끄러질 수 있다.
보다 바람직하게는, 홈(14 또는 14a)내로 미끄러지기 이전에, 약 2.4mm 높이의 주름부를 가지는 주름형 촉매-코팅된 포일(16)의 쌍 그 사이의 평탄한 촉매-코팅 포일과 함께 적층되고, 함께 점용접된다.
헤더 챔버(18)는 각 측부를 따라 적층체에 용접되고, 각 헤더는 역시 적층체에 용접되어 있는 두 개의 핀(fin)(20)에 의해 세 개의 격실을 형성한다. 핀(20)은 각 단부로부터 적층체의 길이의 1/3을 따라 존재하며, 대각선 홈(14 또는 14a)을 가지는 각 판(12)내의 랜드(15)(또는 어떠한 홈도 갖지 않는 판의 부분)와 일치한다. 직사각형 캡 형태의 냉각제 헤더(22)는 각 단부에서 적층체상에 용접되며, 종방향 홈(14b)과 연통한다. 변형예에서(미도시), 각 3개 격실 헤더(18) 대신, 각각 직사각형 캡 형 헤더(22)인 3개의 인접 헤더 챔버가 존재할 수 있다. 헤더(18)의 중간 격실 각각내에는 적층체의 전체 높이를 연장하는 냉각제 튜브(25)가 존재한다. 이들 중간 격실 각각의 베이스는 그를 통해 튜브상에서 응축된 액체가 배출되는 출구 덕트(미도시)이다. 사용시, 반응기(10)는 냉각제 튜브(25)가 실질적으로 수직이 되도록 실질적인 수평 평면내에서 판(12)과 함께 배열된다.
반응기(10) 사용시, 수소와 일산화탄소의 혼합물이 적층체의 일 단부(도시된 바와 같이 좌측 단부)에서 양 헤더(18)의 격실로 공급되고, 그래서, 피셔-트롭쉬 합성에 의해 생성된 가스가 도시된 바와 같이 우측 단부에서 양 헤더(18)의 격실을 통해 배출된다. 좌상단 헤더 격실(도시된 바와 같이)에 공급된 혼합물을 위한 흐름 경로는 예로서, 저면 중간 헤더 격실로 대각선 홈(14)을 통과하고, 그후, 적층체내의 다른 판의 대각선 홈(14a)을 통해 우상단 헤더 격실로 흐른다. 냉각제는 적층체의 동일 단부에서 헤더(22)에 공급되어 반응기(10)내의 온도를 약 210℃로 유지하고, 그래서, 냉각제는 제1 스테이지 동안 열 발생이 그 최대치인 영역에서 그 최저 온도로 존재한다. 따라서, 반응 가스 및 냉각제의 흐름은 적어도 부분적으로 동시적이다. 본 발명은 반응기(10) 전반에 걸쳐 등온 조건에 접근하기 위한 것이며, 이는 국지적 온도가 약 190℃ 이하로 강하하는 경우, 소정의 왁스(즉, 매우 긴 체인의 수산화탄소)가 반응 채널로부터 출구를 향한 흐름 채널을 차단할 위험을 최소화하는 장점을 갖는다. (왁스 증착이 발생하는 경우, 이들은 5 내지 15℃ 사이 만큼 냉각제 온도를 상승시키고, 반응기를 통해 수소-농후 테일(tail) 가스를 공급함으로써 제거될 수 있다.) 반응 가스의 흐름율(공간 속도)은 일산화탄소의 변환이 가스가 헤더(18)의 중간 격실에 도달하는 시간까지 단지 약 60% 이하가 되는 것을 보증하도록 1000-15000/hr의 범위 이내에 있다.
냉각제 튜브(25)는 예로서 150℃(이는 반응기내의 압력에서 물의 비등점 보다 낮다)로 그들이 보다 차가와지도록 서로 다른 온도의 냉각제가 공급된다. 결과적으로, 수증기(그리고, 보다 긴-체인의 수산화탄소 중 일부)는 냉각제 튜브(25)의 외면상에 응축하고, 이들 튜브(25) 아래로 흘러 적층체의 저면에서 출구 덕트(미도시)로부터 배출된다. 이는 대각선 홈(14 또는 14a)의 다음 세트내로 흐르는 가스 혼합물내의 수증기의 분압을 현저히 감소시킨다. 결과는 두 개의 연속 스테이지에서 피셔-트롭쉬 합성이 이루어진다는 것이며, 제1 스테이지는 헤더(18)의 입구 격실로부터 중간 격실로 가스가 흐를 때이며, 제2 스테이지는 중간 격실로부터 외부 격실로 가스가 흐를 때이고, 제1 스테이지에서 발생된 수증기의 적어도 일부는 제2 스테이지로 진입하기 이전에 가스 스트림으로부터 제거된다.
반응기(10)는 다양한 방식으로 변형될 수 있으며, 특히, 판(12)은 다른 두께로 이루어질 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 예로서, 피셔-트롭쉬 합성이 이루어지는 대각선 홈(14, 14a)을 형성하는 판(12)은 9mm 깊이 홈을 가지는 10mm 두께이고, 냉각제를 위한 종방향 홈(14b)을 가지는 판(12)은 3mm 깊이 홈을 가지는 단지 4mm 두께일 수 있다. 주름형 포일(16)의 경우, 이는 총 높이가 9mm이 되도록 함께 점 용접된 세 개 또는 네 개의 주름형 포일의 적층체로 대체될 수 있다. 이런 보다 깊은 홈은 소정의 왁스 재료가 발생되는 경우, 이들이 폐색에 덜 취약하기 때문에 장점을 제공한다. 2mm 깊이 보다 큰 채널은 주름형 촉매 삽입체(16)의 수송 특성을 향상시키며, 피셔-트롭쉬 합성의 경우, 이는 효과적인 액체 생성물의 효과적인 배수 및 제거를 가능하게하며, 촉매의 표면으로의 반응 가스의 전달을 가능하게 한다. 주름형 포일(16)의 피치 또는 패턴은 촉매 활성도를 조절하기 위해, 반응기 채널(14 또는 14a)을 따라 변할 수 있으며, 따라서, 반응기(10)내의 서로 다른 지점에서 온도 및 반응율에 대한 제어를 제공한다. 또한, 대각선 홈은 폭 및 가능하게는 깊이가 그 길이를 따라 감소할 수 있으며, 그래서, 유체 유동 조건을 변경하고, 열 또는 질량 전달 계수를 변경한다.
합성 반응 동안, 가스 체적이 감소하며, 채널(14)의 적절한 테이퍼형성에 의해, 목표 변환을 유지하도록 반응 진행시 가스 속도가 유지될 수 있다. 가스 속도를 유지하는 대안적인 방식은 이제 참조하는 도 2에 도시된 바와 같이 흐름 채널의 수를 감소시키는 것이다. 이는 도 1의 것에 대응하는 도면을 도시한다. 유일한 차이점은 피셔-트롭쉬 합성의 제2 스테이지를 형성하는 대각선 홈(14)(그리고 14a), 말하자면, 헤더(18)의 우측 격실과 중간 격실 사이의 홈(14)(및 14a)이 보다 넓은 랜드(30)에 의해 분리되고, 그래서, 각 판(12)내에 단지 세 개의 이런 홈이 존재한다는 것이다.
또한, 변형된 반응기는 보다 많은 스테이지, 예로서, 3개 스테이지 피셔-트롭쉬 반응기를 제공할 수 있으며, 헤더(18)는 반응기의 각 측부를 따라 4개의 연속 격실을 형성하고, 두 중간 격실 각각에 응축기 튜브(25)를 갖는다. 전체 변환은 실질적으로 동일할 수 있으며, 예로서, 2개 60% 변환 스테이지 및 3개 50% 변환 스테이지가 각각 80%를 초과하는 전체 변환을 제공한다.
수증기 및 보다 낮은 비등점의 수산화탄소의 응축기 튜브(25)로의 제거는 수증기의 분압을 저하시켜 촉매의 산화를 억제할 뿐만 아니라, 촉매 구조체상에 액체층을 형성하는 이들 수산화탄소의 적어도 일부를 제거하는 부가적인 이득을 갖는다. 소정의 이런 액체 층은 촉매 입자와의 가스 혼합물의 접촉을 억제하고, 촉매 입자로부터 멀어지는 방향으로의 생성 수산화 탄소의 확산을 억제하며, 그래서, 수산화탄소 액체의 제거는 이들 확산 저항을 최소화한다.
도 1 및 도 2에서, 단지 4개의 응축기 튜브(25)가 각 중간 격실내에 도시되어 있지만, 다른 수의 튜브, 예로서, 10개 이상이 존재할 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 그리고, 열 전달을 향상시키기 위해, 각 튜브(25)는 핀, 바람직하게는 튜브(25) 아래로의 응축된 액체의 흐름이 저해되지 않도록 종방향으로 연장하는 핀을 구비할 수 있다. 수증기가 튜브상에서 응축할 뿐만 아니라, 가스 흐름에 포획된 소정의 액적이 튜브(25)의 표면과 충돌하는 경향을 가지며, 그래서, 가스 흐름으로부터 분리된다. 열 교환기 튜브(25) 또는 기타 열 전달면에 대한 대안으로서, 분무 응축기 시스템이 헤더(18)의 중간 격실내에 제공될 수 있으며, 이는 약 150℃의 피셔-트롭쉬 합성으로부터 재순환된 생성물을 냉각 유체로서 사용할 수 있다. 이는 특히 왁스 증착물이 열 교환기 표면을 오염시킬 위험이 있는 경우 유리하다.
대안적으로, 냉각 및 응축은 반응기 외측에서, 그로부터 별개로 수행될 수 있다. 예로서, 헤더에 냉각 튜브(25)를 갖지 않는 도 1에 도시된 바와 같은 3개 반응기(10)가 병렬로 가스 흐름을 전달하도록 배열되고, 반응 온도 및 공간 속도를 제어함으로써, CO의 변환이 65% 미만으로 규제된다. 3개 반응기로부터의 출구 가스는 수증기 및 액체 수산화탄소 생성물이 응축되는 응축기 유닛으로 매니폴드를 경유하여 연결된다. 저하된 물 분압을 가지는 잔여 가스는 그후 단일의 이런 반응기(10)(역시, 냉각 튜브(25)를 갖지 않음)에 공급되고, 그래서, 다시 잔류 미반응 CO의 약 60%가 합성 반응을 겪는다. 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이의 가스 체적의 감소-다량의 가스가 합성을 경험하고 액체를 형성하였기 때문에-는 3으로부터 1로의 반응기 수의 감소에 의해 수용되어 높은 흐름 속도를 유지한다.
높은 가스 흐름 속도의 부가적인 장점은 가스상으로의 촉매의 표면에서의 발열성 반응으로부터의 열을 재분배하는 것을 돕는 것에 의한, 반응 채널을 가로지른 온도 변화의 감소이다. 또한, 이는 액체 반응 생성물을 가스 흐름내에 포획하는 것을 도우며, 왁스 증착물이 없이 촉매 표면을 유지하는 것을 돕는다.

Claims (14)

  1. 가스 투과성 촉매 구조체(16)가 존재하는 피셔-트롭쉬 합성 반응을 위한 채널(14, 14a)을 형성하는 적어도 하나의 콤팩트 촉매 반응기 유닛(10)을 사용하여 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 프로세스에 있어서,
    일산화탄소 함유 가스는 적어도 두 개의 연속 스테이지에서 피셔-트롭쉬 합성을 겪고,
    제1 스테이지내의 가스 흐름 속도는 제1 스테이지내에서 일산화탄소의 70% 이하가 합성 반응을 겪게 충분히 높고, 가스는 연속 스테이지 사이에서 수증기를 응축하도록 냉각(25)되며,
    제2 스테이지의 가스 흐름 속도는 제2 스테이지에서 잔여 일산화탄소의 70% 이하가 합성 반응을 겪도록 충분히 높은 것을 특징으로 하는 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    합성 반응의 각 스테이지는 반응기 유닛 내의 채널(14, 14a)의 세트에서 이루어지고,
    가스는 연속 스테이지 사이의 헤더(18)내에서 냉각(25)되는 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    일산화탄소 함유 가스 스트림은 제1 스테이지에 평행한 복수의 제1 채널(14, 14a)을 통해 흐르고, 그후, 제2 스테이지에 평행한 복수의 제2 채널(14, 14a)을 통해 흐르며,
    복수의 제2 채널(14, 14a)의 단면적은 복수의 제1 채널(14, 14a)의 단면적 보다 작은 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제2 채널(14, 14a)의 수는 제1 채널(14, 14a)의 수 보다 작은 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 스테이지 및 제2 스테이지 양자 모두에서 공간 속도는 1000/hr 보다 큰 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제1 및 제2 스테이지 양자 모두에서 공간 속도는 15000/hr 이하인 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수증기는 20몰%를 초과하지 않는 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 스테이지 및 제2 스테이지 양자 모두를 통한 가스 흐름 속도는 일산화탄소의 65% 이하가 합성 반응을 겪도록 충분히 높은 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  9. 가스 투과성 촉매 구조체(16)가 존재하는 피셔-트롭쉬 합성을 위한 채널을 형성하는 적어도 하나의 콤팩트 촉매 반응기 유닛(10)을 사용하여 일산화탄소와 수소를 함유하는 가스에 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 프로세스에 있어서,
    합성은 적어도 두 개의 연속 스테이지에서, 수증기가 20몰%를 초과하지 않는 충분히 높은 가스 속도로 수행되고, 연속 스테이지 사이에서 가스는 수증기를 응축하도록 냉각(25)되는 피셔-트롭쉬 합성 수행 프로세스.
  10. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 피셔-트롭쉬 합성을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    가스 투과성 촉매 구조체(16)가 존재하는 피셔-트롭쉬 합성 반응을 위한 채널(14, 14a)을 형성하는 적어도 하나의 콤팩트 촉매 반응기 유닛(10)과,
    연속적 채널(14, 14a)의 세트 사이를 연통하는 연결 수단(18)과,
    수증기를 응축하고, 응축된 액체를 가스 흐름으로부터 제거하기 위한, 연결 수단내의 냉각 수단(25)을 포함하는 피셔-트롭쉬 합성 수행 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    연속적인 채널(14, 14a)의 세트가 동일 반응기 유닛(10)내에 존재하고,
    연결 수단(18)은 헤더인 피셔-트롭쉬 합성 수행 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    연결 수단(18) 외부로 흐름을 인도하는 흐름 채널(14, 14a)의 단면적은 연결 수단(18) 내부로 흐름을 인도하는 흐름 채널(14, 14a)의 단면적 보다 작은 피셔-트롭쉬 합성 수행 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연결 수단(18) 외부로 흐름을 인도하는 흐름 채널(14, 14a)의 수는 연결 수단(18) 내부로 흐름을 인도하는 흐름 채널(14, 14a)의 수 보다 작은 피셔-트롭쉬 합성 수행 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합성 채널(14, 14a)내의 온도가 210℃를 초과하지 않는 것을 보증하기 위한 수단(14b)을 추가로 포함하는 피셔-트롭쉬 합성 수행 장치.
KR1020057009259A 2002-12-02 2003-11-27 촉매 반응기 및 프로세스 KR101053040B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/GB2002/005443 WO2003048035A1 (en) 2001-12-05 2002-12-02 Process and apparatus for steam-methane reforming
GBPCT/GB02/005443 2002-12-02
GB0314790.7 2003-06-25
GBGB0314790.7A GB0314790D0 (en) 2003-06-25 2003-06-25 Catalytic reactor and process
PCT/GB2003/005198 WO2004050799A1 (en) 2002-12-02 2003-11-27 Catalytic reactor and process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050085124A true KR20050085124A (ko) 2005-08-29
KR101053040B1 KR101053040B1 (ko) 2011-08-01

Family

ID=32472134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057009259A KR101053040B1 (ko) 2002-12-02 2003-11-27 촉매 반응기 및 프로세스

Country Status (12)

Country Link
EP (1) EP1567616B2 (ko)
JP (1) JP4446388B2 (ko)
KR (1) KR101053040B1 (ko)
AT (1) ATE337385T1 (ko)
AU (1) AU2003285558B2 (ko)
BR (1) BR0316828B1 (ko)
CA (1) CA2505614C (ko)
DE (1) DE60307885T3 (ko)
DK (1) DK1567616T4 (ko)
MX (1) MXPA05005870A (ko)
RU (1) RU2310677C2 (ko)
WO (1) WO2004050799A1 (ko)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2007008365A (es) 2001-01-10 2007-09-21 Compactgtl Plc Reactor catalitico.
US7014835B2 (en) 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
US7118920B2 (en) * 2002-10-22 2006-10-10 Battelle Memorial Institute Multiphasic microchannel reactions
US7294734B2 (en) 2003-05-02 2007-11-13 Velocys, Inc. Process for converting a hydrocarbon to an oxygenate or a nitrile
US7485671B2 (en) 2003-05-16 2009-02-03 Velocys, Inc. Process for forming an emulsion using microchannel process technology
US7220390B2 (en) 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
US8580211B2 (en) 2003-05-16 2013-11-12 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
WO2005032693A2 (en) 2003-08-29 2005-04-14 Velocys Inc. Process for separating nitrogen from methane using microchannel process technology
US7029647B2 (en) 2004-01-27 2006-04-18 Velocys, Inc. Process for producing hydrogen peroxide using microchannel technology
US7084180B2 (en) 2004-01-28 2006-08-01 Velocys, Inc. Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US9023900B2 (en) 2004-01-28 2015-05-05 Velocys, Inc. Fischer-Tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US8747805B2 (en) 2004-02-11 2014-06-10 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction using microchannel technology
US7304198B2 (en) 2004-05-14 2007-12-04 Battelle Memorial Institute Staged alkylation in microchannels
GB0413400D0 (en) * 2004-06-16 2004-07-21 Accentus Plc Catalytic plant and process
CA2574113C (en) 2004-07-23 2014-02-18 Anna Lee Tonkovich Distillation process using microchannel technology
US7305850B2 (en) 2004-07-23 2007-12-11 Velocys, Inc. Distillation process using microchannel technology
CN101023068B (zh) 2004-08-12 2013-02-13 万罗赛斯公司 使用微通道工艺技术将乙烯转化成环氧乙烷的方法
WO2006039568A1 (en) 2004-10-01 2006-04-13 Velocys Inc. Multiphase mixing process using microchannel process technology
US9150494B2 (en) 2004-11-12 2015-10-06 Velocys, Inc. Process using microchannel technology for conducting alkylation or acylation reaction
WO2006055609A1 (en) 2004-11-16 2006-05-26 Velocys Inc. Multiphase reaction process using microchannel technology
GB0501731D0 (en) * 2005-01-31 2005-03-02 Accentus Plc Catalytic reactor
EP1890802A2 (en) 2005-05-25 2008-02-27 Velocys, Inc. Support for use in microchannel processing
GB0513484D0 (en) * 2005-07-01 2005-08-10 Accentus Plc Producing liquid hydrocarbons
WO2007008495A2 (en) 2005-07-08 2007-01-18 Velocys Inc. Catalytic reaction process using microchannel technology
CA2675816C (en) 2007-01-19 2015-09-01 Velocys, Inc. Process and apparatus for converting natural gas to higher molecular weight hydrocarbons using microchannel process technology
GB0725140D0 (en) * 2007-12-24 2008-01-30 Compactgtl Plc Catalytic Reactor
US8100996B2 (en) 2008-04-09 2012-01-24 Velocys, Inc. Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology
CN104355957A (zh) 2008-04-09 2015-02-18 万罗赛斯公司 使用微通道工艺技术将碳质材料转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚的方法
BRPI0919785A2 (pt) 2008-10-10 2019-05-21 Velocys Inc processo e equipamento empregando tecnologia de processo de microcanal
JP5581028B2 (ja) * 2009-09-16 2014-08-27 住友精密工業株式会社 触媒反応器
GB201007196D0 (en) 2010-04-30 2010-06-16 Compactgtl Plc Gas-to-liquid technology
RU2442819C1 (ru) * 2010-07-05 2012-02-20 Учреждение Российской Академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (ИК СО РАН) Способ работы устройства для переработки попутных нефтяных газов
GB201107070D0 (en) * 2011-04-27 2011-06-08 Davy Process Techn Ltd FT process using can reactor
GB201112028D0 (en) 2011-07-13 2011-08-31 Gas2 Ltd Fixed bed fischer tropsch reactor
GB201120327D0 (en) 2011-11-24 2012-01-04 Compactgtl Plc Oil well product treatment
GB201214122D0 (en) 2012-08-07 2012-09-19 Oxford Catalysts Ltd Treating of catalyst support
US9676623B2 (en) 2013-03-14 2017-06-13 Velocys, Inc. Process and apparatus for conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
GB2554618B (en) 2015-06-12 2021-11-10 Velocys Inc Synthesis gas conversion process
RU2610526C2 (ru) * 2015-06-18 2017-02-13 Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Катализатор для осуществления процесса Фишера-Тропша в компактном варианте и способ его получения (варианты)
RU2638217C1 (ru) * 2016-12-15 2017-12-12 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" Компактный реактор для получения синтетических углеводородов в процессе Фишера-Тропша, способ активации катализатора Фишера-Тропша и способ осуществления синтеза Фишера-Тропша в компактном варианте с его использованием
FR3073152B1 (fr) * 2017-11-09 2022-03-11 Aer Unite d'hydrogenation d'oxydes de carbone a taux de conversion accru, dont la performance depend faiblement du vieillissement du catalyseur
DE102021110735A1 (de) 2021-04-27 2022-10-27 Ineratec Gmbh Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199523A (en) 1975-04-29 1980-04-22 Ruhrchemie Aktiengesellschaft Process for the production of hydrocarbon mixtures
NL8400608A (nl) † 1984-02-28 1985-09-16 Shell Int Research Werkwijze voor de bereiding van koolwaterstoffen.
US5028634A (en) † 1989-08-23 1991-07-02 Exxon Research & Engineering Company Two stage process for hydrocarbon synthesis
US6331573B1 (en) † 2000-02-29 2001-12-18 Chevron U.S.A. Inc. Increased liquid sensitivity during fischer-tropsch synthesis by olefin incorporation
US6495610B1 (en) † 2000-06-19 2002-12-17 Imperial Chemical Industries Plc Methanol and hydrocarbons
FR2824755B1 (fr) * 2001-05-15 2003-08-15 Physiques Et Chimiques Reacteur a plaques et son fonctionnement dans un procede catalytique exothermique
AU2002331937B2 (en) * 2001-10-12 2007-07-05 Compactgtl Plc Catalytic reactor
GB0129054D0 (en) † 2001-12-05 2002-01-23 Accentus Plc Catalytic reactor and process
WO2003048034A1 (en) † 2001-12-05 2003-06-12 Gtl Microsystems Ag Process an apparatus for steam-methane reforming

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006508234A (ja) 2006-03-09
JP4446388B2 (ja) 2010-04-07
DK1567616T4 (en) 2019-04-29
KR101053040B1 (ko) 2011-08-01
EP1567616B1 (en) 2006-08-23
RU2005120773A (ru) 2006-01-20
DE60307885T3 (de) 2010-12-16
DK1567616T3 (da) 2006-10-09
CA2505614A1 (en) 2004-06-17
EP1567616A1 (en) 2005-08-31
WO2004050799A1 (en) 2004-06-17
DE60307885D1 (de) 2006-10-05
AU2003285558A1 (en) 2004-06-23
MXPA05005870A (es) 2005-08-26
AU2003285558B2 (en) 2009-07-16
RU2310677C2 (ru) 2007-11-20
EP1567616B2 (en) 2010-08-18
DE60307885T2 (de) 2007-02-01
CA2505614C (en) 2012-04-17
BR0316828B1 (pt) 2013-04-24
BR0316828A (pt) 2005-10-18
ATE337385T1 (de) 2006-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101053040B1 (ko) 촉매 반응기 및 프로세스
US8118889B2 (en) Catalytic reactor
JP4913047B2 (ja) フィッシャー−トロプシュ合成を行うための触媒プラント及び方法
EP1248675B1 (en) Catalytic reactor
AU2002314372A1 (en) Catalytic reactor
US20120058028A1 (en) Process and Apparatus for Steam-Methane Reforming
NO333822B1 (no) Fremgangsmåte for å gjennomføre Fisher-Tropsch syntese
US7223373B2 (en) Catalytic reactor
WO2003033134A9 (en) Catalytic reactor
CN100548942C (zh) 催化反应器和方法

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee