[发明专利]商业化费-托反应器

说明书

关于联邦资助的研究或开发的陈述

不适用。

发明背景

发明领域

总的来说，本发明涉及费-托(Fischer-Tropsch)合成领域。更具体来说，本发明涉及通过费-托合成将合成气转化成烃的系统和方法。系统和方法包括至少两个包含至少一个磁性动态沉降容器的料浆环路，或三个或以上用于将催化剂料浆从气态和液态费-托产物中分离的料浆环路。料浆环路与费-托反应器流体连通。

发明背景

天然气、煤藏和生物质是丰富的能量来源，经常作为燃料用于众多日常应用中，包括加热和发电。尽管含量丰富，但这些矿藏的位置远离工业化的商业基础设施，对于作为石油馏分的替代品增加应用构成了明显的障碍。此外，天然气必须通过昂贵和能量密集型工艺转化成液体。相比较而言，作为固体的煤和生物质对于它们的能量产率来说具有相当的体积，需要特殊的工具、包装和运输工具来运输它们。

容易长距离运输而不需昂贵的加工或包装的液体燃料，是非常有优势的。但是，当前的石油勘探和生产跟不上全球对燃料的需求。这种趋势预计在未来不会改变。结果，尽管对于终端消费者来说价格不断上升，但石油储量正被耗尽。因此增加了对开发将固体或气态燃料转化成液体燃料的技术的关注、兴趣和投资。

将可获得的材料转化成液体燃料的工艺过程，涉及材料部分氧化然后进行催化反应以产生液体燃料。费-托(FT)反应器包含了对合成的石油代用品液体燃料进行催化合成的关键步骤。该过程通过催化的化学反应进行，在反应中来自材料的一氧化碳和氢气被转化成液体烃。反应是高度放热的，需要冷却反应器以维持有利于继续合成的条件。商业FT反应器需要将冷却液通过热交换管道进行运输，以便从反应器中移除热量。

此外，所需的液体或蜡产物，必须从可以返回到反应器的反应料浆中的催化剂、烃中间产物和相关的气体中分离出来。目前的反应器系统在该分离步骤中使用了大量工艺方法，包括过滤和沉降。但是，从反应料浆中过滤固体材料和蜡的过程需要高的能量投入，因为混合物必须以超过产物抽取速度的速度被连续泵(循环)过系统。此外，这些系统的维护和清理需要完全停止反应器工艺过程。

沉降器是高度优选的分离方法。尽管相比较而言是较少维护的分离方法，但它们高度依赖于固体催化剂颗粒的尺寸、形状和稠度。通常需要较长的时间或多个连续或并行的步骤才能完全分离液体燃料。这些装置的数量决定了反应器可以生产适合的用于进一步加工的合成产物的速度。

因此，对于通过整合多个料浆环路和大的料浆床FT反应器，能够最大化反应器运行时间并从反应催化剂料浆中有效分离合成的液体产物的商业FT反应器设计，存在着需求。

发明简述

在一个实施方案中，通过一种商业FT反应器系统，其包含两个或以上、优选三个或以上料浆环路用于从反应器中移除所需合成产物用于进一步加工来解决本技术领域中的这些以及其他的需求。

料浆环路增加的数量和较小的尺寸可以为商业反应器提供操作灵活性、效率和增加的运行时间。多个料浆环路包含分离器，其可以单独地与反应器出口料流隔离以进行维护，同时其他的环路保持运转。

本文公开了一种催化反应系统，包含：与至少两个料浆环路流体连接的催化反应器，其中反应器包含与料浆环路至少一样多的反应器料浆出口和至少一样多的料浆返回管；其中每个料浆环路包含分离系统，分离系统包含至少一个用于将浓缩的催化剂料浆与液体产物分离的分离装置；与反应器产物的出口之一通过料浆排放管(offtake)流体连接的至少一个分离器的入口，与料浆返回入口之一通过料浆返回管流体连接的至少一个分离器的出口。在实施方案中，催化反应器是多相费-托浆液鼓泡塔反应器。在某些实施方案中，催化反应器具有圆柱形主体，其内径大于6英尺。在某些实施方案中，催化反应器具有圆柱形主体，其内径大于10英尺。在实施方案中，催化反应器的总垂直高度超过50英尺。在实施方案中，催化反应器的外壁可以经受大约10个大气压到大约40个大气压的内部压力。