[发明专利]实施放热催化工艺的方法及装置

说明书

本发明提供了实施放热催化工艺的方法及设备。在一个实施方式中，在一设有多个床段的催化床内实施该放热催化工艺，该多个床段的设置使得其中至少两个床段在该放热催化工艺的过程中的最高温度分别等于一预定温度或者位于一预定温度范围之内，以此获得较高的收率。

【技术领域】

本发明涉及实施放热催化工艺的方法及装置。

【背景技术】

如业界所周知，费托合成主要用于生产烃类产品。就反应特征而言，其为强放热反应，并且其反应速度随着反应温度的上升而提高，因此，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。因此，商业化费托合成设施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。业界已经投入了大量的研发力量，以优化各种操作条件，进而提高产量。

传统固定床费托合成反应器的催化床中均匀地装填相同的催化剂。在反应过程中，催化床的温度沿反应物流向先升高然后降低，在一特定位置形成一温度峰值，该位置被称为“热点”。热点附近的部分的反应活性(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。因为过高的反应温度会造成飞温，所以温度峰值限制了费托合成的产量。另外，由于催化床的温度梯度较大，热传未达到最优化。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(ICL)或者天然气合成油项目(GTL)而言，大约70％的投资被用于合成气生产步骤的空分装置。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％)。在这种情况下，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，以采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，从而使整个工艺的经济效益受到了限制。为提高费托合成的产量必须增加空速，为提高转化率则必须同时增加反应管长度。增加空速会导致转化率下降，尾气中剩余合成气的含量提高，也就是说合成气的有效利用率将降低。如业界所周知，反应器规模越大，投资就越高，在产量相同的情况下，增加反应管长度就意味着成本的增加。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)，采用空气制合成气，并且尾气被用于燃烧发电，若其费托合成装置的转化率不能达到较高的水平就会影响其经济效益。因此，有必要提供一种转化率极高的费托合成装置，以提高整体经济效益。

【发明内容】

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分别等于一预定温度或位于一预定温度范围之内。

等于一预定温度可以是大约等于该预定温度，可以考虑实际实施中的误差。

在一个实施方式中，任一所述床段所装填的催化材料的催化活性与其相邻的床段所装填的催化材料的催化活性不同。

在一个实施方式中，沿反应物流向下游的床段所装填的催化材料的催化活性高于上游的床段所装填的催化材料的催化活性。

在一个实施方式中，所述放热催化工艺是在一预定反应条件下实施的，而所述至少两个床段是基于该预定反应条件进行设置的。

在一个实施方式中，所述预定反应条件包括反应物空速。

在一个实施方式中，所述放热催化工艺为费托合成工艺。

在一个实施方式中，所述床段的最高温度为在该床段内形成的峰值温度。