[发明专利]烃类的生产

说明书

本发明涉及烃类的生产，尤其是一种生产烃类的方法和反应器。

根据发明的第一方面，提供一种生产烃类的方法，其包括

使反应物在反应区域成为部分反应介质，并在反应条件下反应主要生成烃类产物，水为副产物；和

使反应条件下生成的副产物水通过膜渗透选择性从反应介质中分离水，使得水与反应介质分离。

反应物可以是气态。尤其反应物可包括一氧化碳和氢气，而且反应介质还包括颗粒状费托催化剂。选择反应条件使得一氧化碳和氢气在费托催化剂的存在下反应主要生成烃类产物，液态费托烃类产物和/或气态费托烃类产物，与简化的费托反应方程式(1)一致：

    ………(1)

该方法包括含一氧化碳和氢气的合成气的连续进料，进入费托反应进行的反应区域，而反应区域维持典型的费托反应操作条件。

反应区域可以由淤浆床反应器或流化床反应器提供。如使用淤浆床反应器，淤浆床包括液态烃类产物、气态烃类产物、水、合成气和催化剂颗粒。如使用流化床反应器，流化床包括气态烃类产物、水、合成气和催化剂颗粒。膜位于淤浆床反应器或流化床反应器中，使得根据方程式(1)生成的副产物水被分离。如使用淤浆床反应器，反应介质包括液态烃类产物、气态烃类产物、水、合成气和催化剂颗粒。如使用流化床反应器，反应介质包括气态烃类产物、水、合成气和催化剂颗粒。

合成气从淤浆床或流化床反应器的下部较低部分，或底部进入反应器的反应区域。在淤浆床反应器中液态烃类产物通过液态产物出口从反应器中回收；而在淤浆床或流化床反应器中，气态烃类产物从反应器的顶部回收。

费托催化剂可以是铁基、钴基或铁钴基的。根据以上描述以颗粒状形式存在。

反应区域温度在160-380℃之间，淤浆床反应器中通常在200-250℃之间，而流化床反应器中通常在300-360℃之间。压力在1800-5000千帕(绝对压力)之间，通常在2000-4500千帕(绝对压力)之间。

方程式(1)说明水是费托反应中除主要产物烃类之外的另一主要产物。

方程式(1)说明每批一氧化碳和氢气通过的转化率越高，反应器中的水分压越高。

水是费托反应的产物，但是水对催化剂有不利或负面影响。

对于铁基费托催化剂，水的不利或负面影响包括降低费托反应的反应速率；水的再次氧化，和催化剂的失活；对于沉淀的铁基催化剂，水降低催化剂颗粒的机械强度。对于钴基催化剂，反应水引起再次氧化，和催化剂的失活；对于沉淀的钴基催化剂，水降低催化剂颗粒的机械强度。

根据本发明，通过膜分离的方法除去副产物或反应中的水可以避免或至少减缓不利影响。

此外在淤浆床或流化床反应器中，根据方程式(1)伴随(主要的)费托反应，还有可逆的水-气转移反应(WGS)，如方程式(2)：

 △H=-41.1KJ/mol    ……(2)

根据本发明，水在费托反应进行中连续地从反应介质中分离出去。相应地，依据已知的Le Chatelier原理水分压的降低对水-气转移反应(WGS)有直接的影响，在此意义上方程式(2)的平衡向左移动。

此结果有意想不到的优点，就是抑制了不希望的一氧化碳在WGS反应中的消耗，使得更多的一氧化碳用于费托反应，因而提高了碳(一氧化碳)的利用效率；方程式(2)的平衡向左移使得反应介质中H₂/CO的比率全面地下降，使得费托反应生成所希望的不饱和烃类或氧化的物质如羰基化合物类，而不是烷烃的潜在选择性提高了；并且较低的H₂/CO的比率使得α值(链生长概率因子)提高。

膜可以用水可以渗透过(如多孔)的载体负载，这样膜有一个水入口侧面或表面和一个水出口侧面或表面，副产物水由水的入口侧面或表面进入膜，从膜中渗透过去，并由水的出口侧面或表面排出。载体和膜构成水分离装置。

本方法包括在接近膜的水出口侧面沿载体用惰性气体吹扫，夹带走从膜渗透过来的水，因而提供一个水渗透过膜的一个推动力。

分离装置可以有各种适当的形状和构造，如可以是管状、延长形式、U形或其它适当的形状和构造。分离装置可以以任意合适的倾度定向安装，如分离装置或其主要部分，如U形管的分支可以垂直、水平或以与垂直方向成任一角度放置。