费‑托反应器制造技术

本文描述了一种费‑托反应器。更特别地，本文描述了这样的费‑托反应器，其将通过小孔厚层的整体载体催化剂的强制流与高水平的传热结合起来，能够以高水平的催化剂有效性运行。催化剂床(103)负载在特殊的多孔结构(101)上，合成气流被强制通过所述多孔结构(101)并且催化剂层的厚度大于200微米。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】费-托反应器
本专利技术涉及费-托(Fischer-Tropsch)反应器。更特别地，本专利技术涉及这样的费-托反应器，其将通过小孔厚层的整体负载催化剂的强制流与高水平传热结合，能够以高水平的催化剂有效性运行。
技术介绍
将用于生产合成气的重整技术与费-托工艺结合的气液工艺是公知的。多种重整技术和费-托反应器技术是可用的并且具有不同的效率、复杂性、可扩展性和成本。用于合成气重整的三种主要技术是已知的并且它们是蒸汽重整、自热转化制氢和催化部分氧化。对于最大规模的工艺，选择的重整技术通常是自热转化制氢，因为其产生最高水平的热效率，以最低量的蒸汽运行并且对于建立用于大的世界规模设备的高容量单列车是最简单的。其通常与利用钴催化剂的浆态相费-托工艺相结合。开发这些技术的描述在文章例如A.P.Steynberg和M.EDry,Fischer-TropschTechnology,第152卷，StudiesinSurfaceScienceandCatalysis中已被大量记载，其通过引用并入本文。虽然世界规模设备的驱动者应通过甚至更大的设备的构造来实现竞争性定价，但是对于这种大设备所需的高水平资本投资意味着设备必须建立在能够在很多年中以高速率生产天然气的大天然气储量处(大于1TcF的地域)。但是，大多数世界天然气来源包含在较小的非常分散地域中，这里的天然气不足以回报大规模花费的设备。在这些情况下，挑战在于产生降低成本的设备，其对于小规模制造是最优的并且使用最少数目的处理单元。在一系列文献包括KHedden，A.Jess和TKuntze的“Anewconceptfortheproductionofliquidhydrocarbonsfromnaturalgasinremoteareas”，OilGas-EuropeanMagazine1994(其通过引用并入本文)中讨论了简化的气液工艺的概念。在Steynberg和Dry的书中充分描述了建立大型费-托反应器的挑战。对于最大规模，生产直径为几米的管板的困难影响成本，因此淤浆床技术的部分益处来自容易制造最大的反应器。在较小的生产水平下，可在相对低的增量成本下增加反应器的复杂性，原因是制造挑战较低。此外，当设备位于高度边远区(包括离岸)时，存在难以解决的另外的问题。例如，虽然固定床费托反应器为大设备提供了良好的解决方案，但是在使压降最小化以避免催化剂破碎和过量压缩成本与维持足够高的速度以确保良好传热之间存在折中。结果是尺寸在约1mm或更大的球状催化剂，其由于差的催化剂有效性(归因于内部传质限制)而损失30％或更多的其固有活性。固定床反应器还必须是高的以确保以足够高的速度通过床，以提供足够水平的传热和传质。如果在反应器位于离岸时移动反应器，这在包装反应器以运输至位点和气液分布问题方面呈现出困难。提议了蛋壳(Egg-shell)催化剂，其使钴仅位于催化剂球的表面中，虽然这降低了未使用钴的量，但是其制造是昂贵的并且不能增加反应器的生产力。文献R.Guettel，T.Turek，ComparisonofdifferentreactortypesforlowtemperatureFischer-Tropschsynthesis：Asimulationstudy，ChemicalEngineeringScience，64，(2009)，955-964(通过引用并入本文)中充分描述了费-托反应器设计的传热、传质和体积效率的挑战，其阐明了可用于烃液体合成的多种技术的优势和潜能。虽然产生用于可以以几克催化剂的规模有效操作的费-托烃生产的钴催化剂是相对简单的，但是该文献强调了产生能够在商业规模下维持该性能的挑战。固有地，除非使用小于200微米的颗粒，否则催化剂固定床不能以高钴效率运行。然而，如果要避免过量的压降，则利用小颗粒需要使用低的气体速度和非常短的催化剂床。如果催化剂简单地堆积在25mm直径的常规尺寸的管中，则这会导致不良的传热能力。替代方法显然是用催化剂颗粒涂覆板型反应器的表面。虽然这解决了传热的问题并且提供了比实际需要的更多的传热表面，但是这些类型反应器的构造方法需要工艺气体和催化剂通常占总反应器体积的40％或更小。考虑到需要的歧管装置和包含任何压力的壳体可导致催化剂堆积非常低的体积效率和高的特定的反应器资本成本。一些效率的这种损失可通过操作在较高温度下并且具有较高固有效率的催化剂来恢复，但是这可导致催化剂寿命减少并且对期望烃产物的选择性降低。可通过使用微通道装置中的较大通道来改善反应器的体积负荷，然后将透气性嵌件放置在通道中。例如，WO／2004／050799描述了施用于微通道中多层透气性结构的催化剂的薄层。然而，仍然使用通常为200微米或更小的催化剂的薄层以维持催化剂效率。在催化剂结构周围没有设置密封使得气流强制(对流)流经多孔载体。相反地，仅有对流穿过载体表面；气体必须扩散通过载体和催化剂的薄层。虽然不希望受缚于理论，但是认为缺少通过多孔结构的强制流导致了仅使用催化剂薄层的必要性。在费-托催化剂的其他高活性构造中描述了相同的限制。例如，在US2006／0167120中，描述了多孔载体上的高活性催化剂，其还建议了其中层必须为200微米或更小的催化剂层结构以递送高活性催化剂。不设置密封使得有强制流通过多孔载体，系统仅依赖于气体扩散到达催化剂活性位点。无论现有技术中反应器的形式如何，显然都存在对层尺寸的限制。即使对于使用自由移动颗粒(例如US2003／0211940)并且通过在多孔载体上放置钴来形成催化剂的浆态反应器，如果要实现高钴活性，则仍然需要避免厚层的催化剂。这也是因为没有实现通过多孔结构的强制流。EP2341120A1中举例说明了认识到的利用薄层的重要性，其中在催化剂制造方法中使用通过多孔载体的空气流以移除过量的催化剂并使结构内的层保持小于100微米。同样地原因在于不能利用多孔载体上厚层的催化剂。建议的允许开发高活性床的一种替代方法是使用结构化催化剂，例如如Itenberg等的US2005／0032921／A1(通过引用并入本文)中所描述的，其利用固定床深度通常相等(约5mm)的高渗透性圆筒结构。气体被强制通过多孔结构，所述多孔结构使得催化剂能够操作并且没有严重的传质限制。融合催化剂结构的热导率足以避免穿过膜结构建立温度差大于5℃。这在一定程度上阐明了可将钴结构结合到反应器中以维持钴催化剂效率的方法，但是关于所示方法具有几个问题。所示解决方法将催化剂材料用作结构载体的一部分。现在公知的是甚至在基于络合钴的催化剂制剂中催化剂物质也仅仅是金属钴。其他组分的存在仅有助于产生最佳尺寸的金属钴晶体，有助于所产生晶体的还原性或者抑制晶体与载体氧化物(特别是在氧化铝存在的情况下)反应。尽管这样，载体氧化物上钴、促进剂与稳定剂的正确组合在产生活性催化剂方面也是至关重要的。关于浆态相催化剂的一个限制在于制剂还必须考虑机械强度以产生耐磨损催化剂。类似地，将钴材料结合到Itenberg等所述的催化剂主体中在于，所使用的催化剂制剂必须是可融合以产生机械强度足以用于商用反应器的载体结构的催化剂制剂。产生高机械强度催化剂的问题在于能够在浆态相磨损或与固定床工艺的高压降和堆积应力相关的力下存活(s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.13 GB 1112028.41.一种用于使用负载催化剂在费-托工艺中转化合成气以产生重质石蜡的反应器，其中所述催化剂负载在具有超过1000nm的孔的多孔结构上，使所述合成气流强制通过所述多孔结构并且所述催化剂层的厚度大于200微米，其中所述催化剂的载体形成单一内表面，其几何表面积大于其中可内切出的圆柱体的表面积；其中所述催化剂载体形成平面腔体，并且a.其中所述平面腔体具有至少一个喷嘴入口；b.其中所述平面腔体包含覆盖形成所述腔体的外表面或内表面中至少之一的催化剂；并且c.其中与所述平面腔体相邻的传热表面由板的边缘焊缝形成压力容器，其通过钎焊、通过在框架内压制或者通过通道结构的扩散焊接实现。2.根据权利要求1所述的反应器，其中所述多孔结构和催化剂密封地穿过一个或更多个反应器管或通道；并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·巴尼斯特，
申请(专利权)人：GAS二有限公司，
类型：
国别省市：