实施放热催化工艺的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了实施放热催化工艺的方法及设备。在一个实施方式中，在一设有多个床段的催化床内实施该放热催化工艺，该多个床段的设置使得其中至少两个床段在该放热催化工艺的过程中的最高温度分别等于一预定温度或者位于一预定温度范围之内，以此获得较高的收率。

Methods and devices for the implementation of exothermic catalytic process

The invention provides a method and device for implementing an exothermic catalytic process. In one embodiment, the heat release catalytic process is implemented in a catalytic bed with a plurality of bed segments, and the setting of the plurality of beds makes the highest temperature of at least two beds in the process of the exothermic catalytic process equal to a predetermined temperature or within a predetermined temperature range, thus obtaining a higher yield.

【技术实现步骤摘要】
实施放热催化工艺的方法及装置
本专利技术涉及实施放热催化工艺的方法及装置。
技术介绍
如业界所周知，费托合成主要用于生产烃类产品。就反应特征而言，其为强放热反应，并且其反应速度随着反应温度的上升而提高，因此，若反应温度超过一临界温度，就会发生飞温或者催化剂烧毁。因此，商业化费托合成设施需要良好的冷却系统，并且运行在一套精心设计的操作条件下，以期获得最高产量。业界已经投入了大量的研发力量，以优化各种操作条件，进而提高产量。传统固定床费托合成反应器的催化床中均匀地装填相同的催化剂。在反应过程中，催化床的温度沿反应物流向先升高然后降低，在一特定位置形成一温度峰值，该位置被称为“热点”。热点附近的部分的反应活性(reactionactivity)最高，而其他部分因为温度较低其反应活性也相应较低。因为过高的反应温度会造成飞温，所以温度峰值限制了费托合成的产量。另外，由于催化床的温度梯度较大，热传未达到最优化。显然，还有较大的空间提升费托合成的产量，换言之，还有较大的空间提高费托合成的经济效益。对于间接煤液化项目(ICL)或者天然气合成油项目(GTL)而言，大约70％的投资被用于合成气生产步骤的空分装置。如果直接采用空气进行合成气生产，将使产物中合成气的含量过低(以天然气合成油项目为例，产物中合成气含量大约为60％，而氮气含量大约为40％)。在这种情况下，费托合成的尾气中大部分为氮气，若要对尾气进行循环利用就会使能耗大幅增加，而且这些能耗的大部分都被浪费在对氮气的循环上。所以，以采用空气制得的合成气为原料气的费托合成工艺中一般不对尾气进行循环利用，而是将尾气燃烧进行发电。但这样一来，合成气的有效利用率(合成气转化为液态产品的比例)就降低了，从而使整个工艺的经济效益受到了限制。为提高费托合成的产量必须增加空速，为提高转化率则必须同时增加反应管长度。增加空速会导致转化率下降，尾气中剩余合成气的含量提高，也就是说合成气的有效利用率将降低。如业界所周知，反应器规模越大，投资就越高，在产量相同的情况下，增加反应管长度就意味着成本的增加。在现有的一些小型化费托合成装置中(比如Syntroleum公司提供的费托装置)，采用空气制合成气，并且尾气被用于燃烧发电，若其费托合成装置的转化率不能达到较高的水平就会影响其经济效益。因此，有必要提供一种转化率极高的费托合成装置，以提高整体经济效益。
技术实现思路
本申请的一方面提供了一种用于一放热催化工艺的反应器，其包括反应管以及设于所述反应管内并沿反应物流向延伸的催化床。其中，该催化床沿反应物流向设有多个床段，该多个床段按一预定方式设置，该预定方式可以通过模拟或实验获得，其目的是使得在该反应器用于实施所述放热催化工艺时，其中至少有两个床段内的最高温度分别等于一预定温度或位于一预定温度范围之内。等于一预定温度可以是大约等于该预定温度，可以考虑实际实施中的误差。在一个实施方式中，任一所述床段所装填的催化材料的催化活性与其相邻的床段所装填的催化材料的催化活性不同。在一个实施方式中，沿反应物流向下游的床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的床段所装填的催化材料的催化活性。在一个实施方式中，所述放热催化工艺是在一预定反应条件下实施的，而所述至少两个床段是基于该预定反应条件进行设置的。在一个实施方式中，所述预定反应条件包括反应物空速。在一个实施方式中，所述放热催化工艺为费托合成工艺。在一个实施方式中，所述床段的最高温度为在该床段内形成的峰值温度。本申请的另一方面提供了一种实施一放热催化工艺的方法，其包括以下步骤：在一反应管内形成一催化床，该催化床包括多个床段；以及在所述反应管内实施所述放热催化工艺，使至少两个床段的最高温度分别等于一预定温度或位于一预定温度范围之内。在一个实施方式中，形成催化床的步骤还包括一调节步骤，调节装填于各床段的催化材料的催化活性或/和反应条件。在一个实施方式中，所述调节步骤还包括以下步骤：获得催化床温度分布；将所述温度分布与一预定温度或者一预定温度范围进行比对；以及根据所述比对调节对应床段的催化材料的催化活性或/和反应条件。本申请的又一方面提供了一种计算机可读媒介，存储有被计算机处理器执行后可使该处理器实施一设计放热催化工艺的方法的指令，该方法根据设定的催化床设置以及所述反应条件设置计算获得一催化床温度分布，并将所获得的催化床温度分布与一预定温度或者一预定温度范围进行比较。若预先选定的至少两个床段的最高温度不等于所述预定温度，或者位于所述预定温度范围之外，则根据比较结果调节所述设定的催化床设置或/和反应条件设置，并根据调节后的催化床设置与反应条件设置重复以上步骤直至获得合格的催化床温度分布。这里所述的催化床是用于设置在一反应管内的，该催化床设置包括该催化床的床段数量以及每一床段所装填的催化材料的催化活性。在一个实施方式中，所述反应条件设置包括反应物空速。在一个实施方式中，所述反应条件设置包括反应物成分。在一个实施方式中，所述反应条件设置包括反应管壁温度。在一个实施方式中，所述反应条件设置包括压力。在一个实施方式中，所述催化床设置还包括催化床尺寸。本申请的又一方面提供了一种用于放热催化工艺的反应器系统，该反应系统包括第一反应器和第二反应器。其中，第二反应器与第一反应器串联使得至少部分第一反应器输出的反应产物及剩余反应物可以被导入第二反应器。第一和第二反应器分别包括第一和第二反应管以及第一和第二热交换装置，分别用于将第一和第二反应管的外部温度控制在T1和T2，其中，T2高于T1。其中，第一和第二反应管内分别设有第一和第二催化床，第一催化床沿反应物流向设有多个第一床段，使得该第一反应管内的反应空间被分成多个第一反应区域，该等第一床段所装填的催化材料使得在该反应器系统用于实施所述放热催化工艺时，所述多个第一反应区域中至少有两个第一反应区域的最高温度等于一个预定的第一温度或者处在一个预定的第一温度范围之内。在一个实施例中，对应所述至少两个第一反应区域的第一床段所装填的催化材料的催化活性互不相同。在又一实施例中，对应所述至少两个第一反应区域的第一床段中，沿反应物流向下游的第一床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的第一床段所装填的催化材料的催化活性。在又一实施例中，所述多个第一床段中，任意两个相邻的第一床段，沿反应物流向下游的第一床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的第一床段所装填的催化材料的活性。在又一实施例中，所述第二催化床沿反应物流向设有多个第二床段，而使得该第二反应管内的反应空间被分成多个第二反应区域，在该反应器系统用于实施所述放热催化工艺时所述多个第二反应区域中至少有两个第二反应区域的最高温度因所述多个第二床段所装填的催化材料以及所述T2而等于一个预定的第一温度或者处在一个预定的第二温度范围之内。在又一实施例中，对应至少两个第二反应区域的至少两个第二床段所装填的催化材料的催化活性互不相同。在又一实施例中，对应至少两个第二反应区域的第二床段中，沿反应物流向下游的第二床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的第二床段所装填的催化材料的催化活性。在又一实施例中，第一反应区域和第二反应区域的最高温度分别为在对应的第一反应区域和第二反应区域内形成的峰值温度。在又一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于放热催化工艺的反应器系统，包括第一反应器和第二反应器，其特征在于:所述第二反应器与第一反应器串联使得至少部分第一反应器输出的反应产物及剩余反应物可以被导入第二反应器，所述第一和第二反应器分别包括第一和第二反应管以及第一和第二热交换装置，分别用于将第一和第二反应管的外部温度控制在T1和T2，其中，T2高于T1；其中，所述第一和第二反应管内分别设有第一和第二催化床，所述第一催化床沿反应物流向设有多个第一床段，使得该第一反应管内的反应空间被分成多个第一反应区域，该等第一床段所装填的催化材料使得在该反应器系统用于实施所述放热催化工艺时，所述多个第一反应区域中至少有两个第一反应区域的最高温度等于一个预定的第一温度或者处在一个预定的第一温度范围之内。

【技术特征摘要】
1.一种用于放热催化工艺的反应器系统，包括第一反应器和第二反应器，其特征在于:所述第二反应器与第一反应器串联使得至少部分第一反应器输出的反应产物及剩余反应物可以被导入第二反应器，所述第一和第二反应器分别包括第一和第二反应管以及第一和第二热交换装置，分别用于将第一和第二反应管的外部温度控制在T1和T2，其中，T2高于T1；其中，所述第一和第二反应管内分别设有第一和第二催化床，所述第一催化床沿反应物流向设有多个第一床段，使得该第一反应管内的反应空间被分成多个第一反应区域，该等第一床段所装填的催化材料使得在该反应器系统用于实施所述放热催化工艺时，所述多个第一反应区域中至少有两个第一反应区域的最高温度等于一个预定的第一温度或者处在一个预定的第一温度范围之内。2.如权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：对应所述至少两个第一反应区域的第一床段所装填的催化材料的催化活性互不相同。且沿反应物流向下游的第一床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的第一床段所装填的催化材料的催化活性。3.如权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：所述第二催化床沿反应物流向设有多个第二床段，而使得该第二反应管内的反应空间被分成多个第二反应区域，在该反应器系统用于实施所述放热催化工艺时所述多个第二反应区域中至少有两个第二反应区域的最高温度因所述多个第二床段所装填的催化材料以及所述T2而等于一个预定的第一温度或者处在一个预定的第二温度范围之内。4.如权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：对应所述至少两个第二反应区域的至少两个第二床段所装填的催化材料的催化活性互不相同。且沿反应物流向下游的第二床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的第二床段所装填的催化材料的催化活性。5.如权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：所述放热催化工艺为费托合成工艺。6.如权利要求1所述的反应器系统，其特征在于：在第一反应器与第二反应器之间设有一第一产物收集装置，收集部分由第一反应管输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晖，
申请(专利权)人：亚申科技研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31