[发明专利]催化反应器

说明书

本发明涉及一种适于用在将天然气转化为长链烃的化学加工中的催化反应器，以及涉及一种包括这样的催化反应器用来进行该加工的设备。

WO 01/51194和WO 03/033131(Accentus plc)中描述了一种方法，其中甲烷和蒸汽在第一催化反应器进行反应，来产生一氧化碳和氢气；产生的气体混合物然后用来在第二催化反应器中进行费-托合成。总的结果是将甲烷转化为更高分子量的长链烃，该长链烃在环境条件下通常是液体或蜡状物。该方法的两个阶段，蒸汽/甲烷重整和费-托合成，需要不同的催化剂，并且对每个阶段都描述了催化反应器。在每一种情况中，所述催化剂可以包含一种涂有催化材料的沟纹状箔片。在每一种情况中，该沟纹状箔片的高度与所述通道高度基本上相等：例如，所述通道可以是20mm宽和2.5mm深，则该箔片具有2.5mm高的沟纹。

根据本发明，这里提供一种紧凑型催化反应器，其限定了交替分布在该反应器中的多个第一和第二流动通道，分别用于输送第一和第二流体，其中至少所述第一流体经历化学反应；每个第一流动通道包含结合金属底材的可拆卸的透气催化剂结构，该催化剂结构限定了通过其中的流动通路；其中该催化剂结构结合了多个凸出的可回弹条，该可回弹条支撑与所述通道的至少一个邻近的壁间隔开的催化剂结构。

所述可回弹条可以是凸出的突耳(1ug)，其在一端连接到所述金属底材。

优选地，每个催化剂结构结合了在相反方向上凸出的可回弹条，以便将该催化剂结构与所述通道的两个相对的邻近壁都间隔开。在化学反应在第一和第二流动通道中都发生的情况下，那么第二流动通道将还包含结合了这样的凸出的可回弹条的可拆卸的透气催化剂结构。

所述反应器可以由铝合金、不锈钢、高镍合金或其他钢合金来制造，这取决于反应所需的温度和压力，以及所述流体(反应物和产物二者)的性质。催化剂结构不向反应器提供强度，因此该反应器自身必须有足够强度以抵抗在操作过程中的任何压力。可以理解该反应器可以置于压力容器中以便减少其所承受的压力，或者以便该压力仅仅是压缩力。

该反应器还必须带有用于将流体供给到流动通道的端板(headers)，并且优选地，每个第一端板包含连接到反应器外部并和许多第一流动通道相通的腔体，每个第二端板包含连接到反应器外部并和许多第二流动通道相通的腔体，使得在拆掉端板后，在流动通道中的相应的催化剂层是可拆卸的。这保证了当催化剂用过后，它们可以容易进行替换。

该催化剂结构优选地结合了陶瓷涂层以便携带催化材料。优选地，用于催化剂结构的金属底材是钢合金，当受热时，其形成粘附的氧化铝表面涂层，例如含铝的铁素体钢，例如含15％铬、4％铝和0.3％钇的铁(如Fecralloy^TM)。当这种金属在空气中加热时，其形成粘附的氧化铝的氧化物涂层，其保护所述合金避免进一步氧化和腐蚀。在陶瓷涂层是氧化铝的情况下，这表现为结合到所述表面上的氧化物涂层。底材可以是金属丝网或粘接片，但优选的底材为薄的金属箔片(例如厚度小于100μm)，并且该底材可以沟纹化、打褶或以其它方式成形以便限定多个流动通路。

在一个优选的实施方案中，所述催化剂结构的底材是沟纹化成城堡状结构(矩形沟纹)的箔片，并且可回弹突耳从城堡状结构的上面和下面凸出，与该箔片成为一个整体并通过从城堡状结构的箔片中冲出而形成。其他沟纹形状也是可能的。

在另一个实施方案中，该底材也是箔片，该箔片被平行狭缝切割，并且在狭缝之间的箔片条被变形为从底材邻近部分上面或下面突出的曲形。这即使在底材其余部分是平的情况下也是适用的。

在流动通道中催化剂结构的金属底材提高了催化剂结构内部的热交换，防止了热点或冷点，增加了催化剂表面积，并提供机械强度。凸出条保证了在通道中催化剂结构不会变堵塞(例如由于不同的热膨胀引起的)，并且它们还允许催化剂结构和通道的尺寸存在差异，该差异可能由于制造公差而产生。由于在通道壁和催化剂结构之间形成间隙，它们还允许催化剂结构的全部表面和流动反应物的有效接触。催化剂结构所限定的流动通路可以具有任何合适的横截面形状，但典型的是矩形；并且由于凸出条之间的问隙，沿着催化剂结构外部的邻近的流动通路彼此相通。优选地，形成催化剂结构的全部表面结合了催化材料。