[发明专利]底部具有气体分配系统的反应器

说明书

本申请是申请日为2010年12月22日、申请号为201080059666.4、发明名称为“底部具有气体分配系统的反应器”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种用于进行放热工艺，例如费托工艺的反应器。其尤其涉及在反应器底部包括气体分配系统的固定床反应器。在优选实施方案中，反应器包含高度多孔催化剂。本发明进一步涉及反应器的应用。

如WO2005/075065中说明的，费托工艺通常用于使气态烃进料原料转化成液体和/或固体烃。进料原料例如天然气、伴生气、煤-床甲烷、残余(原)油馏分、煤和/或生物质在第一步骤转化成氢和一氧化碳的混合物，也称为合成气。然后在第二步骤在合适的催化剂上在升高的温度和压力下将合成气转化成从甲烷到包含至多200个，或者在特定情形下更多的碳原子的高分子量分子的链烷烃化合物。

已经开发了许多类型的反应器系统用于进行费托反应。费托反应器系统包括固定床反应器，特别是多管固定床反应器，流化床反应器，例如夹带的流化床反应器和固定流化床反应器，和淤浆床反应器，例如三相淤浆泡罩塔和沸腾床反应器。

费托反应高度放热并且温度敏感，因此需要小心的温度控制以保持最佳操作条件和烃产品选择率。

商业费托固定床和三相淤浆反应器通常利用沸水除去反应热。在固定床反应器中，单个反应器管位于包含水/蒸汽的壳内，所述水/蒸汽通常通过壳壁中的法兰送入反应器。反应热使每一管内的催化剂床层的温度升高。该热能转移到管壁，迫使周围的水沸腾。在淤浆设计中，冷却管设置在淤浆体积内并且热从液体连续基质转移到管壁。在管内产生蒸汽提供了冷却。

本发明的目的是提供用于进行放热工艺，例如费托工艺的改进的反应器。

本发明涉及一种用于进行放热工艺的反应器(1)，包括：反应器壳(2)，用于将反应物和冷却剂引入反应器壳(2)的入口(3，7)，用于从反应器壳(2)排出产品和冷却剂的出口(4，8)，至少两个反应器管(9)，冷却剂室(6)，和冷却剂室(6)下方的气体分配系统(11)，其中至少两个反应器管(9)延伸穿过冷却剂室(6)，使得在冷却剂室(6)下方的空间(15)与冷却剂室(6)上方的空间(13)之间流体相通，所述反应器(1)包含一种或多种高度多孔催化剂。所述催化剂具有至少1mm的尺寸。所述催化剂包含多孔体和催化剂材料。多孔体具有50－98体积％的孔隙率。

具有至少1mm的尺寸的催化剂被定义为具有至少1mm的最长内部直线长度的催化剂。优选地，高度多孔催化剂具有尺寸超过10μm的孔。催化剂材料包含载体和催化活性组分或其前体。通过使其经受氢或含氢气体，可以使催化活性组分的前体具有催化活性。

根据本发明的反应器具有几个优点。根据本发明的反应器的一个优点是与包含固体催化剂颗粒填料的固定床反应器中在催化剂与冷却介质之间的传热相比，在冷却剂室中在催化剂与冷却介质之间可以具有非常好的传热。与在反应器管中包含高度多孔催化剂，其中反应物气体从反应器管的顶部向下流过反应器管的多管固定床反应器相比，根据本发明的反应器中的传热也更好。

好的传热允许使用更大的管直径，和因此单位反应器体积中更少的管。这使得反应器较易建造和操作。

根据本发明的反应器的另一个优点是与包含固体催化剂颗粒填料的固定床反应器相比，可以获得沿着反应器管的低压降。低压降降低成本和进料气体和/或循环气体压缩机的能量消耗。

根据本发明的反应器的另一个优点是与包含流化催化剂颗粒的淤浆反应器相比，规模扩大可以更容易并且更可靠地进行。这是因为商业反应器的设计可以依赖于单个管的小规模试验。通过倍增反应器管的数目，规模扩大可以简单并且可靠地进行。

根据本发明的反应器的另一个优点是在反应器内可以获得催化剂的均匀分布，这与水力操作条件无关。甚至在单个反应器管内可以采用不同催化剂结构的堆叠。这是相对于包括具有多个冷却剂管的容器或壳的淤浆反应器的大优点。优选使用如下所述的高度多孔催化剂，或者如下所述的不同的高度多孔催化剂的堆叠或梯度。

根据本发明的反应器的进一步优点是产品可以容易地与催化剂分离。这是相对于包含流化催化剂颗粒的淤浆反应器的大优点。

冷却剂室(6)优选包括至少两个基本平行的板(16，17)，所述板将冷却剂室(6)与冷却剂室(6)下方的空间(15)和冷却剂室(6)上方的空间(13)分开。这种基本平行的板(16，17)优选为基本水平的。优选地，延伸穿过冷却剂室(6)的至少两个反应器管(9)也延伸穿过冷却剂室(6)的至少基本平行的板(16，17)。