[发明专利]实施放热催化工艺的方法及装置

说明书

【技术领域】

本申请涉及实施放热催化工艺的方法及装置。

【背景技术】

费托合成是以合成气为原料合成以烃类产品为主的液体燃料的工艺过 程，主要用于间接煤液化(ICL)或天然气合成油(GTL)等涉及以合成气为 原料生产液体燃料的各类项目中。就反应特征而言，费托合成为强放热反应， 并且其反应速度随反应温度的上升而提高，若反应温度超过一临界温度，就会 发生飞温或者催化剂烧毁。所以，商业化费托合成装置需要良好的冷却系统， 并且运行在一套精心设计的操作条件下，以期获得最高产量。

传统固定床费托合成反应器的催化床均匀地装填单一催化剂。在反应过 程中，催化床的温度沿反应物流向先迅速升高然后降低，从而在一特定位置 形成一温度峰值，该位置被称为“热点”。因为热点附近的部分的温度最高， 其反应活性(reaction activity)最高，而其他部分因为温度较低，其反应活 性也相应较低。如前述，过高的反应温度会造成飞温，所以不能高于临界温 度的温度峰值限制了费托合成的产量。另外，由于催化床的温度轴向梯度较 大，传热未达到最优化。显然，还有较大的空间提升费托合成的产量，换言 之，还有较大的空间提高费托合成的经济效益。

对于间接煤液化项目或者天然气合成油项目而言，用于合成气生产步骤 的空分装置的费用占总投资的比例较大。但如果直接采用空气进行合成气生 产，将使产物中合成气的含量过低(以天然气合成油项目为例，产物中合成 气含量大约为60％，而氮气含量大约为40％)。将这种合成气用于费托合成时， 费托合成的尾气中大部分为氮气，若要对尾气进行循环利用就会使能耗大幅 增加，而且这些能耗的大部分都被浪费在对氮气的循环上。所以，以直接用 空气制得的合成气为原料气的费托合成工艺中一般不对尾气进行循环利用， 而是将尾气燃烧进行发电。但这样一来，合成气的有效利用率(合成气转化 为液态产品的比例)就降低了。

在现有的一些小型化费托合成装置中(比如Syntroleum公司提供的费托 装置)，就是采用空气制合成气，并且尾气被用于燃烧发电。由于其不对尾 气进行循环利用，若其费托合成装置的单程转化率不能达到较高的水平，则 其合成气的有效利用率较低，会影响其经济效益。

综上所述，有必要提供一种收率较高的费托合成装置以及一种单程转化 率极高的费托合成装置，以提高经济效益。而这种装置也可用于其他放热催 化工艺。

【发明内容】

对费托合成及类似的放热催化工艺而言，通过提高催化床的平均温度可 提高收率。本申请的一个实施例是通过将催化床分成多段，并使至少两段的 最高温度等于一预定的第一温度或者处于一预定的第一温度范围内，以提高 催化床的平均温度，进而提高收率。

在一个实施例中，第一温度为该放热催化工艺的临界温度。

在另一实施例中，第一温度为在保证该放热催化工艺正常进行的前提 下，在具体操作条件下可达到的最接近该放热催化工艺的临界温度的温度。

在又一实施例中，第一温度为在保证该放热催化工艺正常进行的前提 下，在具体操作条件下可达到的使该放热催化工艺具有最高收率的温度。

在一个实施例中，第一温度范围为以该放热催化工艺的临界温度为最高 值，以具体操作条件下可以控制的合理的最小温度跨度为跨度的温度范围。

在另一实施例中，第一温度范围为在保证该放热催化工艺正常进行的前 提下，以在具体操作条件下可达到的最接近该放热催化工艺的临界温度的温 度为最高值，以具体操作条件下可以控制的合理的最小温度跨度为跨度的温 度范围。

在又一实施例中，第一温度范围为在保证该放热催化工艺正常进行的前 提下，以在具体操作条件下可达到的使该放热催化工艺具有最高收率的温度 为最高值，以具体操作条件下可以控制的合理的最小温度跨度为跨度的温度 范围。

第一温度以及第一温度范围不限于以上实施例所列。

本申请的一方面提供了一种用于一放热催化工艺的反应器，其包括反应 管以及设于所述反应管内并沿反应物流向延伸的催化床。其中，该催化床沿 反应物流向设有多个床段，该多个床段按一预定方式设置，该预定方式可以 通过模拟或实验获得，其目的是使得在该反应器用于实施所述放热催化工艺 时，其中至少有两个床段内的最高温度等于一预定温度或处于一预定温度范 围之内。