[發明專利]一種基于原位溫度調控的費托合成反應方法

無效

• 申請號: 201210240350.6
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN103540334A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 陳建峰;張燚;初廣文;趙宏
• 申請（專利權）人: 北京中超海奇科技有限公司;北京化工大學
• 主分類號: C10G2/00
• 分類號: C10G2/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種基于原位溫度調控的費托合成反應方法，具體的說，涉及一種利用超重力反應器在超重力條件下進行費托合成反應，費托合成的反應物料合成氣與移熱介質同時進入反應器，合成氣發生費托合成反應放出的反應熱被移熱介質原位移出，進而精確控制反應溫度，合成烯烴、汽油、柴油、石蠟、混合低碳醇等產品，屬于費托合成反應技術領域。

背景技術

費托合成（Fischer–Tropsch?process），又稱F-T合成，是以合成氣（CO，CO2和H2的混合氣體）為原料在催化劑和適當條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料工藝過程。傳統的費托合成產物主要為直鏈烷烴、烯烴、少量芳烴和醛醇，以及副產水和二氧化碳，產物組成復雜，選擇性較差，輕質液體烴少。

隨著全球經濟的發展，液體燃料需求量的不斷增加和石油供需矛盾的日益激化，促使合成液體燃料的興起，因此作為煤間接液化的重要過程之一，費托(F-T)合成是多相催化反應及能源開發利用領域的重要研究課題。費托合成反應是將合成氣(CO+H2)在過渡金屬上轉化為碳數分布很寬的烴類物質和少量醇、醛、酮、酸和酯等有機含氧化合物的過程，該反應體系是復雜的強放熱反應體系。

費托合成是CO非均相催化加氫生成相對分子質量分布很寬的烴類產物的表面聚合反應，主要包括以下幾類反應:

nCO+(2n+1)H₂→C_nH_2n+2+nH₂O????(1)

nCO+2nH₂→C_nH_2n+nH₂O??????????(2)

nCO+2nH₂→CnH_2n+1OH+(n-1)H₂O??(3)

nCO+(2n－2)H₂→C_nH_2nO₂+(n－2)H₂O????(4)

CO+H₂O→CO₂+H₂??????????????????????(5)

CO+H₂→H₂O+C????????????????????????(6)

2CO→CO₂+C??????????????????????????(7)

式(1)—(2)為生成直鏈烷烴和α烯烴的主反應;式(3)—(4)為生成醇、酸等含氧有機化合物的副反應;式(5)為費托合成體系中伴隨的水煤氣變換反應;式(6)為積碳反應;式(7)為歧化反應。以上反應均為放熱反應。

費托合成反應已有80余年歷史，現在擁有較大規模費托合成生產能力的有Sasol，PetroSA，Shell和Oryx公司等。近年來，隨著石油資源的逐漸耗竭以及世界范圍內對新能源和資源需求的不斷攀升，通過費托合成反應制備液體燃料或高附加值化學品的途徑已經獲得廣泛認可。費托合成反應的反應物，即合成氣，可由煤炭，天然氣，生物質經氣化或重整等過程轉化而來。費托合成產物的鏈增長服從聚合機理，產物的選擇性遵循Anderson-Schultz-Flory分布。該分布除甲烷和重碳烴類可取得較高的選擇性外，其他產物的選擇性均不高。采用不同類型的反應器，如固定床，流化床或漿態床，對費托合成產物的選擇性幾乎沒有影響。由于費托合成是強放熱反應，因此不論采用那種反應器移出反應熱都是反應長期穩定運行的必要條件。

已報道的費托合成反應器有多種形式，包括固定床、流化床和漿態床等。采用固定床反應器進行費托反應在半個世紀之前就已經實現了工業化，但反應熱的移除和催化劑的失活問題尤為突出。由于費托合成反應是強放熱反應，如果反應熱沒有及時移走，催化劑床層就容易出現局部熱點，導致催化劑的失活和選擇性降低，嚴重情況下可出現反應器的瞬間飛溫現象，裝置不得不停車檢修。采用漿態床反應器是解決費托合成反應移熱問題的有效手段之一，尤其是對大型的裝置來說更是如此，但是漿態床反應器的使用也帶來新的問題。在漿態床反應器中，細小的催化劑顆粒與液體烴類產品混合在一起，使傳質效率降低對產物選擇性影響較大，而且催化劑顆粒的有效分離難度非常大的技術難題，這是該類反應器面臨的最主要問題。另外，人們對漿態床中的三相流體力學行為所知甚少，這也給漿態床反應器的放大帶來一定的困難。