[发明专利]烃类的制备方法

说明书

本发明叙述了使含氢和一氧化碳的气体混合物通过含催化剂粒子的反应区而由此混合物催化制备每分子至少含二个碳原子烃的方法。

将合成气（即含氢和一氧化碳的气体混合物）转变为烃的方法是已知的。由于这类转化是强放热过程，一般必需用常规设备移出反应区中的热。例如，一种合适的反应器是多管反应器，管间流动着一种冷却介质，管内则装填有合适的催化剂粒子，合成气体沿管子向下流动，反应产物从反应器底部排出。

近年来，对较大生产能力的设备的需求日益增长。这不仅仅是因为所有（化学）过程的规模大，也因为有些过程越来越多地被人们加以利用。特别是通过如煤的气化，将一氧化碳和氢转变为每分子至少含二个碳原子的烃的合成正在引起人们的兴趣。

为了提高生产能力而将上述多管型反应器增大可能会严重影响其效率，特别是当反应器用于强放热反应时，例如一氧化碳和氢转变成烃的反应。在强放热反应中，所释放的热必需被连续排出，以免产生不利的高温，因为温度过高会引起反应速率骤增（随后可能使催化剂去活）和/或不利的副反应的发生。对于管型反应器，为了连续排出放热反应所释放的热，形成反应区的管子必需要有较小的横截面，并有传热介质在管子的外表面循环。如果反应区的横截面大，其中间部分则远离在该区外围的传热介质，由此导致不利的升温或降温。因此增加管型反应器的生产能力时，应增加管子数目，而不是其直径。但是许多管子装在一个必需的大直径的反应器内尚存在一些问题。首先，传热介质很难完全沿反应器的直径均匀分布，其次是流体在各个管子上的均匀分布则更困难。为了得到预期的反应产物并防止由温差在管束内造成的应力，传热介质要沿管子均匀分布。

本发明的目的是为了解决上述为增加管型反应器的生产能力而遇到的问题。这种反应器适于进行由氢和一氧化碳催化制烃的强放热反应。

业已发现，每分子至少含二个碳原子的烃类催化制备过程非常适于在带催化床层的反应器内进行，其中装有一个或多个螺旋型冷却管，反应器被保持在转化条件下。

使用这种反应器不会产生由于增加多管反应器生产能力而带来的问题，特别是传热介质完全沿反应容器的直径和沿管子均匀分布的问题。同时过程中的传热效果更好，不必采用大直径的管板。本发明另一个优点是反应器壁厚由过程压力决定，而不由冷却介质的压力决定，因为过程压力通常低于冷却介质的压力。螺旋冷却管并不会造成膨胀过大的问题，这使得反应器对管子和反应器壁之间的温差更不敏感，另外催化剂的装卸比起多管反应器更容易。

因此，本发明的方法是从含氢和一氧化碳的气体混合物中催化制备每分子至少含二个碳原子的烃。该方法包括令气体混合物通过含催化剂粒子的反应区，同时令冷却介质流过一个或多个螺旋区进行间接换热，从反应区中排出反应热。每一个螺旋区包括1条或多条螺旋线路。

使用螺旋管或管束可获得上述冷却介质的螺旋区。较好的是使用装有1个或多个螺旋管或管束的圆筒型反应器，每个管束包括2个或多个规格基本一致的螺旋管，管子以反应器中轴为中心在同心圆或数个同心圆上排列，因此，冷却介质流过一个或多个以中轴为中心并同心排列的螺旋区，每个区包括1条或多条螺旋线路。当采用2个或多个同心管或管束时，2个相邻管或管束的螺旋线路的螺旋推进方向较好的是彼此相反。当采用2个或多个管束时，较好的是随距中心管距离的加大管束中螺旋管的数量不断增加，并且每根管的长度基本相等。

冷却介质的螺旋流动方式可使得热交换器与反应器体积比在很宽范围内变化。管径可以变化，轴向和径向方向上两层管子之间的距离也可以变化，合适的冷却管直径为4～55mm，特别是10～35mm。相邻两个管环或管束环之间的距离（径向距离）最好选择为10～50mm，特别是15～25mm，在一个同心环内相邻两圈的距离（轴向距离）最好选择为10～200mm，特别是10～50mm。对于螺旋管束，可将其设计为半球形管板，从而避免不太适宜的平面管板。

换热管在反应区中的排列方式最好要使得径向温度分布最佳。并且每组（如同心环）换热管可以与有冷却流体进出口的单独设备相连，每组换热管均能被独立操作，以便获得对反应区中温度分布的最佳控制。

冷却介质一般是水。最好水在管中至少部分蒸发，这样通过蒸汽的生成而使反应热离开反应区。其它冷却介质，如有机化合物中的联苯、热油和液态金属也可使用。