[发明专利]对外部回路温度进行控制的由合成气合成烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由进料合成烃的领域，所述进料包含一氧化碳(CO)、氢气(H₂)和可能的二氧化碳(CO₂)，下文称作合成气。

考虑到最大化C₅⁺烃(含有5个或更多的碳原子的烃)的收率，本发明的方法可用于从合成气开始优化烃合成装置的运行(也称作费托合成)。

背景技术

自20世纪起，费托合成反应既为已知。此合成主要生产具有非常宽泛烃链长度分布(C₁～超过C₉₀)的烷烃，及较少量的烯烃和醇。主要副产物为水，由于含有烃和含氧化合物成分，其必须被处理。装置已经在第二次世界大战期间在德国，然后在南非操作，以生产合成燃料。

合成气通常通过自热重整或者蒸汽重整由天然气生产。其它来源可用于生产合成气，例如，煤、石油焦炭、生物质或废物，单独或以合适的混合物。所述合成气的处理有时有必要在一方面调节H₂/CO比例，并在另一方面消除对费托合成和/或催化剂有害的化合物，如含硫化合物、含氯化合物或金属羰基化合物。

所使用的催化剂取决于合成气的来源和/或所需的产物；其活性相包含铁或钴以及金属促进剂，其增加所述催化剂的选择性和活性。

费托合成具有极度发热的特征，其中反应焓为约-170kJ/mol，如文章“费托技术(Fischer-Tropsch technology)”(A.P.Steynberg和M.E..Dry，2004)所描述，其可被用于固定床或多管反应器，或者其可被用于鼓泡塔型反应器，其中，如专利US 5 252 613、EP 0 820 806和EP 0 823 470中描述的，通过从反应器底部到顶部的气体移动，细分的催化剂被悬浮在液相中。

术语“浆液”用于表示由悬浮于液相中的催化剂颗粒组成的介质。所述催化剂颗粒是非常细化的，典型地具有约5微米～700微米的平均尺寸，并且因此与含有它们的所述液相密切相关。术语“蜡”，用于表示在反应区段的运行条件下为液体的浆液部分。“浆液”反应器为三相反应器，含有浆液、气泡流，所述气泡流在通过所述浆液时具有非常宽泛的尺寸范围。

轻产物在所述反应区段的运行条件下处于蒸汽相，在气/液分离区段中被分离，而较重烃化合物在蜡/催化剂分离区段与所述催化剂分离。此区段可用于提取蜡并将催化剂循环至反应区段，以便保持囤积在所述区段中的催化剂体积。

分离蜡和催化剂是非常重要的，因为必须将绝大多数的催化剂保持在反应器中并提取液体产物。此种类型的分离可通过两种方式实现：通过过滤分离，过滤元件被设置在反应器的上部。此过滤技术在许多文章中被描述，例如US 5 527 473或WO 10074761；利用用于分离蜡的外部回路进行分离，如在专利US 5 770 629或FR 2 802 828中描述的。专利US 5 770 629描述了利用允许在反应区域外过滤浆液的设备的费托合成。其设备包含可以过滤液体部分的过滤介质。所述设备可用于从浆液中分离部分气相和固体，以便增加所述过滤介质的过滤效率并减少其堵塞。专利FR 2 802 828描述了以两个步骤分离构成浆液的相，第一脱气步骤，之后是第二步骤，在其中蜡与催化剂分离，该后者被循环至反应区域。

在费托方法中催化剂的消耗是所述方法的总消耗中不可忽视的部分(A.Brumby等人，Catal.Today，vol(106(2005)，166～169页)。因此，任何对催化剂工作寿命的改进都是至关重要的，所述工作寿命为催化剂稳定性的函数。

费托催化剂的稳定性取决于其内在性能(例如，载体的特征、制备的模式)及其使用条件。费托合成的条件已知是严格的，并且可以提升相当高的水的分压P_H2O；然后此高的P_H2O可能引起费托催化剂的失活，特别是当所述催化剂基于钴时通过金属钴(活性相)的氧化(P.J van Berge等人，Catal.Today，vol.508(2000)，pp321～334，A.M.Hilmen et al，Appl.Catal，vol.186(1999).pp.169～188)。

因此，专利申请US 2009/0176894推荐P_H2O的值低于在如下定义的临界极限P_H2O极限的0.95倍：

P_H2O极限＝exp(-7751/d_p.T).P_s(T)