底部具有氣體分配系統(tǒng)的反應(yīng)器的制造方法
【專利說明】底部具有氣體分配系統(tǒng)的反應(yīng)器
[0001] 本申請是申請日為2010年12月22日、申請?zhí)枮?01080059666. 4、發(fā)明名稱為"底 部具有氣體分配系統(tǒng)的反應(yīng)器"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行放熱工藝,例如費(fèi)托工藝的反應(yīng)器。其尤其涉及在反應(yīng) 器底部包括氣體分配系統(tǒng)的固定床反應(yīng)器。在優(yōu)選實(shí)施方案中,反應(yīng)器包含高度多孔催化 劑。本發(fā)明進(jìn)一步涉及反應(yīng)器的應(yīng)用。
[0003] 如W02005/075065中說明的,費(fèi)托工藝通常用于使氣態(tài)烴進(jìn)料原料轉(zhuǎn)化成液體和 /或固體烴。進(jìn)料原料例如天然氣、伴生氣、煤-床甲烷、殘余(原)油餾分、煤和/或生物 質(zhì)在第一步驟轉(zhuǎn)化成氫和一氧化碳的混合物,也稱為合成氣。然后在第二步驟在合適的催 化劑上在升高的溫度和壓力下將合成氣轉(zhuǎn)化成從甲烷到包含至多200個,或者在特定情形 下更多的碳原子的高分子量分子的鏈烷烴化合物。
[0004] 已經(jīng)開發(fā)了許多類型的反應(yīng)器系統(tǒng)用于進(jìn)行費(fèi)托反應(yīng)。費(fèi)托反應(yīng)器系統(tǒng)包括固定 床反應(yīng)器,特別是多管固定床反應(yīng)器,流化床反應(yīng)器,例如夾帶的流化床反應(yīng)器和固定流化 床反應(yīng)器,和淤漿床反應(yīng)器,例如三相淤漿泡罩塔和沸騰床反應(yīng)器。
[0005] 費(fèi)托反應(yīng)高度放熱并且溫度敏感,因此需要小心的溫度控制以保持最佳操作條件 和烴產(chǎn)品選擇率。
[0006] 商業(yè)費(fèi)托固定床和三相淤漿反應(yīng)器通常利用沸水除去反應(yīng)熱。在固定床反應(yīng)器 中,單個反應(yīng)器管位于包含水/蒸汽的殼內(nèi),所述水/蒸汽通常通過殼壁中的法蘭送入反應(yīng) 器。反應(yīng)熱使每一管內(nèi)的催化劑床層的溫度升高。該熱能轉(zhuǎn)移到管壁,迫使周圍的水沸騰。 在淤漿設(shè)計中,冷卻管設(shè)置在淤漿體積內(nèi)并且熱從液體連續(xù)基質(zhì)轉(zhuǎn)移到管壁。在管內(nèi)產(chǎn)生 蒸汽提供了冷卻。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供用于進(jìn)行放熱工藝,例如費(fèi)托工藝的改進(jìn)的反應(yīng)器。
[0008] 本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行放熱工藝的反應(yīng)器(1),包括:反應(yīng)器殼(2),用于將反 應(yīng)物和冷卻劑引入反應(yīng)器殼(2)的入口(3,7),用于從反應(yīng)器殼(2)排出產(chǎn)品和冷卻劑的 出口(4,8),至少兩個反應(yīng)器管(9),冷卻劑室(6),和冷卻劑室(6)下方的氣體分配系統(tǒng) (11),其中至少兩個反應(yīng)器管(9)延伸穿過冷卻劑室(6),使得在冷卻劑室(6)下方的空間 (15)與冷卻劑室(6)上方的空間(13)之間流體相通,所述反應(yīng)器(1)包含一種或多種高度 多孔催化劑。所述催化劑具有至少Imm的尺寸。所述催化劑包含多孔體和催化劑材料。多 孔體具有50 - 98體積%的孔隙率。
[0009] 具有至少Imm的尺寸的催化劑被定義為具有至少Imm的最長內(nèi)部直線長度的催化 劑。優(yōu)選地,高度多孔催化劑具有尺寸超過IOym的孔。催化劑材料包含載體和催化活性 組分或其前體。通過使其經(jīng)受氫或含氫氣體,可以使催化活性組分的前體具有催化活性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器具有幾個優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個優(yōu)點(diǎn)是與包含固 體催化劑顆粒填料的固定床反應(yīng)器中在催化劑與冷卻介質(zhì)之間的傳熱相比,在冷卻劑室中 在催化劑與冷卻介質(zhì)之間可以具有非常好的傳熱。與在反應(yīng)器管中包含高度多孔催化劑, 其中反應(yīng)物氣體從反應(yīng)器管的頂部向下流過反應(yīng)器管的多管固定床反應(yīng)器相比,根據(jù)本發(fā) 明的反應(yīng)器中的傳熱也更好。
[0011] 好的傳熱允許使用更大的管直徑,和因此單位反應(yīng)器體積中更少的管。這使得反 應(yīng)器較易建造和操作。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的另一個優(yōu)點(diǎn)是與包含固體催化劑顆粒填料的固定床反應(yīng) 器相比,可以獲得沿著反應(yīng)器管的低壓降。低壓降降低成本和進(jìn)料氣體和/或循環(huán)氣體壓 縮機(jī)的能量消耗。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的另一個優(yōu)點(diǎn)是與包含流化催化劑顆粒的淤漿反應(yīng)器相比, 規(guī)模擴(kuò)大可以更容易并且更可靠地進(jìn)行。這是因?yàn)樯虡I(yè)反應(yīng)器的設(shè)計可以依賴于單個管的 小規(guī)模試驗(yàn)。通過倍增反應(yīng)器管的數(shù)目,規(guī)模擴(kuò)大可以簡單并且可靠地進(jìn)行。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的另一個優(yōu)點(diǎn)是在反應(yīng)器內(nèi)可以獲得催化劑的均勻分布,這 與水力操作條件無關(guān)。甚至在單個反應(yīng)器管內(nèi)可以采用不同催化劑結(jié)構(gòu)的堆疊。這是相對 于包括具有多個冷卻劑管的容器或殼的淤漿反應(yīng)器的大優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選使用如下所述的高度多 孔催化劑,或者如下所述的不同的高度多孔催化劑的堆疊或梯度。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品可以容易地與催化劑分離。這是相對于 包含流化催化劑顆粒的淤漿反應(yīng)器的大優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 冷卻劑室(6)優(yōu)選包括至少兩個基本平行的板(16,17),所述板將冷卻劑室(6)與 冷卻劑室(6)下方的空間(15)和冷卻劑室(6)上方的空間(13)分開。這種基本平行的板 (16,17)優(yōu)選為基本水平的。優(yōu)選地,延伸穿過冷卻劑室(6)的至少兩個反應(yīng)器管(9)也延 伸穿過冷卻劑室(6)的至少基本平行的板(16,17)。
[0017] 反應(yīng)器優(yōu)選包括少于50000個反應(yīng)器管,更優(yōu)選少于30000,甚至更優(yōu)選少于 10000,最優(yōu)選少于5000。反應(yīng)器優(yōu)選包括至少10個反應(yīng)器管,更優(yōu)選至少100,甚至更優(yōu) 選至少1000,最優(yōu)選至少2000。
[0018] 反應(yīng)器管優(yōu)選具有多于1米,更優(yōu)選多于5米,甚至更優(yōu)選多于7米的長度。反應(yīng) 器管優(yōu)選具有少于70米,更優(yōu)選少于40米,甚至更優(yōu)選少于20米的長度。
[0019] 反應(yīng)器管優(yōu)選具有至少lcm,更優(yōu)選至少2cm,甚至更優(yōu)選至少5cm的內(nèi)徑。反應(yīng) 器管優(yōu)選具有少于30cm,更優(yōu)選少于20cm,甚至更優(yōu)選少于15cm的內(nèi)徑。
[0020] 優(yōu)選地每一反應(yīng)器管的至少70%,更優(yōu)選至少80 %在冷卻劑室中。
[0021] 用于將冷卻劑引入反應(yīng)器殼的入口和用于從反應(yīng)器殼排出冷卻劑的出口優(yōu)選在 平行板之間,所述平行板將冷卻劑室與冷卻劑室下方的空間和上方的空間分開。更優(yōu)選地, 一個或多個冷卻劑入口剛好設(shè)置在冷卻劑室的最低平行板上方,并且一個或多個冷卻劑出 口剛好設(shè)置在冷卻劑室的最高平行板下方。
[0022] 用于將反應(yīng)物引入反應(yīng)器殼的入口優(yōu)選在冷卻劑室的下方。用于引入反應(yīng)物的一 個或多個入口可以穿過基本垂直的反應(yīng)器殼位于冷卻劑室的下方,和/或可以穿過拱頂位 于反應(yīng)器底部。用于引入反應(yīng)物的入口優(yōu)選包括噴嘴。
[0023] 反應(yīng)物氣體優(yōu)選分配并且供送到單個反應(yīng)器管。氣體分配系統(tǒng)11優(yōu)選使來自入 口 3的氣體通過位于反應(yīng)器管中和/或下面的分配系統(tǒng)出口到達(dá)反應(yīng)器管9。反應(yīng)物氣體 例如合成氣向上流過反應(yīng)器管中的催化劑,并且轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。一般而言,并非所有通過催化 劑的合成氣轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。
[0024] 在一個實(shí)施方案中,氣體分配系統(tǒng)包括安裝在管下方,例如安裝成行的基本水平 的管。所述管具有幾個反應(yīng)物氣體出口。管可以例如穿孔。補(bǔ)充或作為替代,管可以例如 在垂直方向具有小管,所述小管將氣體導(dǎo)入單個管。在優(yōu)選實(shí)施方案中,小管延伸入管的底 部中。
[0025] 為了最小數(shù)目的反應(yīng)物氣體入口穿過反應(yīng)器殼,一個實(shí)施方案包括具有數(shù)排包括 反應(yīng)物氣體出口的管的氣體分配系統(tǒng),并且其中數(shù)排管與更大的分配管相連。更大的分配 管可以例如為環(huán)的形式。
[0026] 在優(yōu)選實(shí)施方案中,氣體分配系統(tǒng)設(shè)計為使得供送有反應(yīng)物氣體的每一反應(yīng)器管 接收相似量的反