[發明專利]催化反應器

有效

• 申請號: 200680008498.X
• 申請日: 2006-01-11
• 公開（公告）號: CN101142017A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: M·J·鮑;J·維圖奇
• 申請（專利權）人: 康帕克特GTL有限公司
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉鍇;范赤

本發明涉及一種催化反應器，該反應器適用于將天然氣轉化為長鏈烴的化學方法中，尤其適用于進行Fischer-Tropsch合成，本發明還涉及包括這種執行所述化學方法的催化反應器的裝置。

在WO?01/51194和WO?03/048034(Accentus?plc)中描述了一種方法，在該方法中甲烷與蒸汽在第一催化反應器中反應生成一氧化碳和氫；產生的氣體混合物隨后用于在第二催化反應器中進行Fischer-Tropsch合成。結果是將甲烷轉化成更高分子量的烴，這些烴在環境條件下通常為液體。該方法的兩個階段，即蒸汽/甲烷重整和Fischer-Tropsch合成分別需要不同的催化劑和向反應氣體傳遞或來自反應氣體的熱，因為反應分別吸熱和放熱。兩個不同階段的反應器必須符合某些不同的需要：與蒸汽/甲烷重整相比，Fischer-Tropsch合成通常在較高壓力和較溫度下進行；在Fischer-Tropsch反應器的熱傳導通道中僅僅需要一種冷卻劑流體，而蒸汽/甲烷重整需要的熱通常通過催化燃燒提供，因此需要合適的催化劑。

在每種情況中反應器優選為堆疊的板形式，具有在板之間界定的流動通道，不同流體的流動通道在疊層中互相交互。在那些需要催化劑的通道中，優選為波紋結構的金屬基底，在基底的難熔金屬涂層中負載催化劑，當催化劑失效后能夠將這種波紋結構從通道中除去。然而，兩種流體之間壓差很大時，將趨向導致板彎曲，使得在催化劑結構和板之間的熱傳遞受阻，并且可能很難除去或替換催化劑結構；而且如果板必須足夠堅固以抵抗壓差，則板必須更加厚和/或通道更窄，并且作為反應器總體積的一部分的流動體積將趨向減少。

根據本發明，提供了一種用于Fischer-Tropsch合成的緊湊型催化反應器，包括反應模塊，所述模塊限定了多個在模塊中交替設置的第一和第二流動通道，分別用于運送第一和第二流體，第一流體為進行Fischer-Tropsch合成的氣體混合物，其壓力高于環境壓力，第二流體為冷卻劑流體，其中每個發生化學反應的流動通道中都含有可去除的氣體可滲透催化劑結構，該催化劑結構結合在金屬基底上，其中反應模塊裝在壓力容器中，將該壓力容器內的壓力設定為基本上等于任何較高壓力流體的壓力。

因為壓力容器中的壓力基本上為較高壓力流體的壓力，所以疊層板(the?stack?of?plates)內的所有流動通道都處在環境壓力下或處在加壓下。因此疊層板的任何部分都沒有處在拉伸狀態。優選氣體混合物為較高壓力的流體，并且該氣體混合物被設置成流過至少部分壓力容器，以到達第一流動通道或(在已進行完Fischer-Tropsch合成后)離開第一流動通道。已完成Fischer-Tropsch合成后的氣體混合物隨后流過壓力容器的一個優點是壓力容器能夠提供產物烴液滴和氣體產物之間的第一級分離。

因此，在第二方面，本發明提供了用于Fischer-Tropsch合成的緊湊型催化反應器，包括密封在壓力容器中合適的反應模塊，其中壓力容器內的壓力被設定為基本上等于Fischer-Tropsch反應通道內的壓力。

Fischer-Tropsch反應通常在大約200℃的溫度下進行，所以可以選擇很寬范圍的材料來制備反應器模塊。例如反應器模塊可以由鋁合金、不銹鋼或高鎳合金或其它鐵合金制備。

優選催化劑結構的金屬基底為鐵合金，當被加熱時所述鐵合金形成了附著的氧化鋁表面涂層，例如含有鋁(aluminium-bearing)的低合金鋼，例如具有15％鉻、4％鋁和0.3％釔的鐵(即鐵合金(Fecralloy)(TM))。當在空氣中加熱這種金屬時，其形成了一種附著的鋁氧化物涂層，該涂層保護合金不會受到進一步的氧化和腐蝕。在難熔金屬覆層為鋁覆層的地方，該覆層與表面上的氧化物涂層結合。基底可以是金屬絲網或氈片，但是優選的基底是薄金屬薄片，例如厚度小于100μm的薄片，并且基底可以是波紋狀、凹陷狀或皺褶狀。

這種與催化材料結合的催化劑結構可以嵌入流動通道中，用于Fischer-Tropsch反應的流動通道與流動通道互相交替以除去熱量。流動通道內的催化劑結構的金屬基底增加了熱傳遞和催化劑表面積。催化劑結構可以從模塊中的通道中移出，因此如果催化劑失效可以被替換。