费托合成反应系统和费托合成方法技术方案

费托合成反应系统和采用该系统的费托反应方法，费托合成反应系统包括微反应器、合成气、液相介质和纳米催化剂，所述的微反应器由液相入口、气相入口、反应微通道、换热微通道和产物出口组成，所述的液相入口连通反应微通道的一端，所述的反应微通道的另一端连通产物出口，所述的气相入口经设置于液相入口端的反应微通道上的分布孔与所述的反应微通道相通，所述的换热微通道与所述的反应微通道不相通，其中，所述的反应微通道的横截面积为0.01～100mm2，相邻的反应微通道之间的距离为0.5～20mm，所述的分布孔的直径为0.1-2mm。本发明专利技术提供的费托合成反应系统中采用微反应器，反应设备体积小、结构紧凑，具有良好的移动性和投资低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种费托合成反应系统及费托合成方法，更具体地说，涉及一种通过采用微通道反应器进行费托合成的系统和方法。
技术介绍
费托合成技术是一种非常重要的替代能源技术，能将合成气(H2和CO)通过催化剂转化为烃类物质。一般费托合成反应器包括固定床、流化床和浆态床等三种形式，在反应器内催化剂为固体颗粒，合成气进入反应器后与固体颗粒接触进行反应。上述三种费托合成反应器适合于处理量大、产量高的情况，且反应器的规模较大，设备基本不具备可移动性。但是对于合成气量较小，而且合成气气源分散的情况，就开发出了体积小、便于移动的微通道反应器。200680010313.9提供了一种用于费托合成紧凑型反应器，包含有多条通道，优选的通道宽度小于10mm。通道内设有可移动的催化剂结构。催化剂结构是在无孔金属基体上涂附掺入催化材料的涂层。201280014772.X提出在微通道反应器内装填催化剂颗粒，进行费托合成反应。在实际应用中，如果经过一段反应时间，催化剂失活需要再生，以上两种微通道反应器用于费托合成反应的方法均需要停止反应过程，再进行催化剂的再生或者更换。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种反应器结构紧凑、操作稳定的费托合成反应系统和费托合成方法。一种费托合成反应系统，包括微反应器、合成气、液相介质和纳米催化剂，所述的微反应器由液相入口、气相入口、反应微通道、换热微通道和产物出口组成，所述的液相入口连通反应微通道的一端，所述的反应微通道的另一端连通产物出口，所述的气相入口经设置于液相入口端的反应微通道上的分布孔与所述的反应微通道相通，所述的换热微通道与所述的r>反应微通道不相通，其中，所述的反应微通道的横截面积为0.01～100mm2，相邻的反应微通道之间的距离为0.5～20mm，所述的分布孔的直径为0.1-2mm。其中，所述的纳米催化剂为具有催化活性的高分散性金属纳米颗粒，所述的金属选自铁、钴、镍和钌中的一种或几种的混合物，金属纳米颗粒的直径为0.5～10nm。一种费托合成方法，采用上述的费托合成微反应系统，液相介质经液相入口进入微反应器的反应微通道中，合成气经分布孔进入反应微通道中，合成气与含有纳米催化剂的液相介质混合，并发生费托合成反应，生成产物烃类，反应生成的热量通过与换热通道内的换热介质进行换热释放，在反应器的微通道内的反应温度为100～250℃，反应压力为0.5～4.0MPa。本专利技术提供的费托合成反应系统和费托合成反应方法的有益效果为：本专利技术提供的费托合成反应系统中采用微反应器，反应设备体积小、结构紧凑，同时具有良好的移动性和投资低的特点，本专利技术提供的费托合成微反应系统和反应方法适用于在各分散的小合成气气源地，设备操作安全，容易实现稳定安全的运行，技术经济性能较优。费托合成微反应器内设置换热通道，通过相变换热，来强化换热过程，实现反应器操作温度的稳定。附图说明附图1为费托合成微反应器的侧视图；附图2为费托合成微反应器的俯视图；附图3为费托合成微反应器设置反应微通道和换热微通道的结构示意图；附图4为反应微通道和换热微通道多层排列的侧视图。其中：1－液相入口；2－分布孔；3－反应器壁；4－平行反应微通道；5－产物出口；6－气泡；7－收集室；8－分布构件；9－分布室；10－气相入口；11-交叉反应微通道；12-分流构件；13-换热微通道。具体实施方式本专利技术提供的费托合成微反应器系统是这样具体实施的：一种费托合成反应系统，包括微反应器、合成气、液相介质和纳米催化剂，所述的微反应器由液相入口、气相入口、反应微通道、换热微通道和产物出口组成，所述的液相入口连通反应微通道的一端，所述的反应微通道的另一端连通产物出口，所述的气相入口经设置于液相入口端的反应微通道上的分布孔与所述的反应微通道相通，所述的换热微通道与所述的反应微通道不相通，其中，所述的反应微通道的横截面积为0.01～100mm2，相邻的反应微通道之间的距离为0.5～20mm，所述的分布孔的直径为0.1-2mm。其中，所述的纳米催化剂为具有催化活性的高分散性金属纳米颗粒，所述的金属选自铁、钴、镍和钌中的一种或几种的混合物，金属纳米颗粒的直径为0.5～10nm。本专利技术提供的费托合成反应系统中，所述的换热微通道的一端与换热介质入口相通，另一端与换热介质出口相通。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的反应微通道和所述的换热微通道分层间隔排列，相邻的反应微通道和换热微通道之间的距离为0.5～20mm。反应微通道和换热微通道设置为多层，所述的反应微通和所述的换热微通道分别设置在不同层中并且间隔设置。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的反应微通道为平行线型通道和/或交叉网状通道。如附图2和图3所示。微反应器内可以设置分流构件以形成网状交叉反应微通道，通过流体的不断分流与合流，促进流场均匀分布，强化反应和换热过程。此外分流构件使流体不断的分流、合流，有利于反应通道内的流体温度的均匀分布，并能提高换热系数，从而强化换热过程。分流构件形状可以是菱形、三角形、扇形、矩形、纺锤形、针形等各种形状，或者是所述各种形状的组合，优选为矩形或菱形。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的液相入口与所述的反应微通道之间设置分布室，所述的分布室内设置分布构件。当多个微通道处于一层的时候，为保证流体能够均匀的通过每条微通道，在流体入口与微通道之间设有分布室，分布室内可设分布构件，以保证物料能够均匀的通过各条分布流道，避免偏流或者分布不均造成的不良影响，如微通道内反应过量造成飞温等问题。分布构件的形式可以带有筛孔、条缝等特征结构，也可以设置多片分布构件，分布构件的形状可以是矩形、菱形等形状。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的反应微通道与所述的产物出口之间设置收集室。收集室的作用是把各条微通道排出的物料收集起来，统一排出反应器。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的反应微通道和所述的换热微通道的横截面为矩形，其中每条微通道的宽度为0.1-10mm，高度为0.1-10mm。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的产物出口连通气液分离器，所述的气液分离器的液相出口与所述的液相入口连通。本专利技术提供的费托合成反应系统中，所述的微反应器中，所述的反应微通道与换热微通道之间不连通。换热通道内通入换热介质，如水。所述的反应微通道与所述的换热微通道不平行，两者之间的夹角可在0～180度之间，优选的两者之间的夹角为90度。换热过程优选为有汽化相变的换热过程，如水发生相变成为水蒸气，这样可以利用潜热充分吸收反应热，强化换热过程，使得反应器的温度稳定可控。水的温度为100～145℃，压力为100～500kPa。本专利技术提供的费托合成反应系统中，优选地，所述的纳米催化剂为具有催化活性的高分散性金属纳米颗粒，所述的金属选自铁、钴、镍和钌中的一种或几种的混合物，金属纳米颗粒的直径为0.5～10nm。所述的金属纳米颗粒稳定分散于液相介质中。所述的纳米催化剂的制备方法为：在氮气保护下，将一定量含金属离子的可溶性盐与稳定剂混合溶解于水中，加入一定量的金属还原剂，充分搅拌后产生纳米金属颗粒。采用磁分离的方法将金属颗粒分离出来水洗...

【技术保护点】
一种费托合成反应系统，其特征在于，包括微反应器、合成气、液相介质和纳米催化剂，所述的微反应器由液相入口、气相入口、反应微通道、换热微通道和产物出口组成，所述的液相入口连通反应微通道的一端，所述的反应微通道的另一端连通产物出口，所述的气相入口经设置于液相入口端的反应微通道上的分布孔与所述的反应微通道相通，所述的换热微通道与所述的反应微通道不相通，其中，所述的反应微通道的横截面积为0.01～100mm2，相邻的反应微通道之间的距离为0.5～20mm，所述的分布孔的直径为0.1‑2mm。

【技术特征摘要】
1.一种费托合成反应系统，其特征在于，包括微反应器、合成气、液相介质和纳米催化剂，所述的微反应器由液相入口、气相入口、反应微通道、换热微通道和产物出口组成，所述的液相入口连通反应微通道的一端，所述的反应微通道的另一端连通产物出口，所述的气相入口经设置于液相入口端的反应微通道上的分布孔与所述的反应微通道相通，所述的换热微通道与所述的反应微通道不相通，其中，所述的反应微通道的横截面积为0.01～100mm2，相邻的反应微通道之间的距离为0.5～20mm，所述的分布孔的直径为0.1-2mm。2.按照权利要求1的费托合成反应系统，其特征在于，所述的换热微通道的一端与换热介质入口相通，另一端与换热介质出口相通。3.按照权利要求1或2的费托合成反应系统，其特征在于，所述的反应微通道和所述的换热微通道分层间隔排列，相邻的反应微通道和换热微通道之间的距离为0.5～20mm。4.按照权利要求3的费托合成反应系统，其特征在于，所述的反应微通道为平行线型通道和/或交叉网状通道。5.按照权利要求3的费托合成反应系统，其特征在于，所述的液相入口与所述的反应微通道之间设置分布室，所述的分布室内设置分布构件。6.按照权利要求3的费托合成反应系统，其特征在于，所述的反应微通道与所述的产物出口之间设置收集室。7.按照权利要求3的费托合成反应系统，其特征在于，所述的反应微通道和所述的换热微通道的横截面为矩形，其中每条微通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓津，刘凌涛，黄涛，朱振兴，韩颖，王子军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11