一種從氣態反應物中生產液態及任選氣態產物的方法
2023-05-08 14:17:26 2
專利名稱：一種從氣態反應物中生產液態及任選氣態產物的方法
申請人注意到通過FT合成從主要含有作為氣態反應物的氫(H2)和一氧化碳(CO)的合成氣中生產液態和氣態產物的方法。該方法包括將合成氣加入懸浮到液態產物中的FT催化劑顆粒淤漿床中。當合成氣向上通過淤漿床時可使合成氣中的氣態反應物發生反應以形式液態和氣態的產物。未反應的氣態反應物和氣態產物離開淤漿床並從淤漿床上部的液面上空間被引出。從淤漿床引出液態產物以使淤漿床保持在理想的液面。淤漿從淤漿床中高的液面通過浸沒在淤漿床中的降液管向下通到較低的液面。利用降液管，可增強淤漿床內催化劑顆粒的混合，其尤其使淤漿床頂部和底部之間的溫差更小，即，溫度控制地更好，因此熱分布更均一。
但是，申請人發現有時當在這樣的淤漿床FT合成反應中使用降液管對得到的產物分布有限制。因此，本發明的目的是提供一種方法，由此至少可減輕該缺點。
因此，根據本發明的一個方面，提供一種從氣態反應物生產液態和任選氣態產物的方法，該方法包括在低液面處將氣態反應物加入到懸浮液中懸浮的固體顆粒淤漿床中；當氣態反應物向上通過淤漿床時，其可發生反應，因此形成液態和任選氣態產物，氣態反應物和任何氣態產物有助於使懸浮液中固體顆粒保持懸浮狀態，液態產物與懸浮液一起形成淤漿床的液相；使任何氣態產物和未反應的氣態反應物離開淤漿床進入淤漿床上方的液面上空間；使淤漿進入降液管的上部入口，該降液管也有下部的出口，和在降液管入口和出口之間的淤漿轉移通道，降液管的入口位於淤漿床內的高液面處，而降液管的出口位於淤漿床內較低液面處；將與加入淤漿床相同的氣態反應物引入到降液管中，要將足量的氣態反應物引入到降液管中要使淤漿基本上不沿降液管淤漿轉移通道通過其出口向下通入淤漿床中；從液面上空間引出任何的氣態產物和未反應的氣態反應物；及從淤漿床中引出液相以保持淤漿床的液面。
儘管相信該方法至少原則上具有更廣泛的應用，可以預見固體顆粒通常是催化劑顆粒，用於使氣態反應物催化反應為液態產物和氣態產物(當需要時)，懸浮液通常但不必總是液態產品。
淤漿床可包括在或提供在淤漿反應器或鼓泡塔的反應區中。因此淤漿反應器或鼓泡塔使用三相體系，即固體催化劑顆粒、液態產物和氣態反應物及任選的產物。
而且，儘管原則上也相信該方法具有更廣泛的應用，但可預見其在烴合成中具有特別的應用，其中氣態反應物能夠在淤漿床中催化反應以形成液態烴產物和任選氣態烴產物。特別地是，烴合成可以是FT合成，由合成氣進料物流提供的氣態反應物主要包括作為氣態反應物的一氧化碳和氫，產生液態和氣態烴產物。
催化顆粒的催化劑可以是任何需要的FT催化劑，例如鐵基催化劑、鈷基催化劑或任何其他的FT催化劑。催化劑顆粒可具有需要的粒度範圍，例如沒有催化劑粒子大於300μm，小於5％質量的催化劑粒子小於22μm。
因此淤漿反應器或鼓泡塔可保持在通常的與FT合成反應相關的高壓和高溫條件下，例如預定的操作壓力為10～50巴，預定的溫度為160℃～280℃，或甚至更高用於生產更低沸點的產物。
因此淤漿床中的催化劑粒子通過由合成氣物流通入淤漿床引起的湍流而保持在懸浮狀態，即鼓泡通入淤漿床。因此通入淤漿床的氣體速度要足夠高以使淤漿床保持在湍流或懸浮狀態。
因此根據本發明合成氣也引入到降液管中。合成氣優選在其出口或靠近其出口處引入到降液管中。因此合成氣引入降液管中，鼓泡向上通過降液管中的淤漿，這樣降液管中的淤漿密度差不多與降液管周圍淤漿床中淤漿的密度相同。通常，即，根據本發明在不存在引入到降液管合成氣的情況下，由於降液管中淤漿的密度和環繞降液管淤漿的密度差，沿降液管淤漿向下移動。由於在降液管的入口或開口處發生氣體分離，那麼降液管中的淤漿比環繞降液管淤漿的密度更大。但是，根據本發明通過將合成氣引入到降液管，可防止形成這樣的淤漿密度差，因此沿降液管淤漿向下移動很少，或沒有淨的向下移動。
最後的淨結果是淤漿相混合的程度可根據需要進行調整，而降液管物理地保持在淤漿床的適當位置。另一方面，這反過來將導致在相同的操作條件下得到的產物具有不同的分布或範圍。因此申請人驚奇地發現，根據本發明的方法，可改變這樣的淤漿反應器的產物分布，而降液管物理地保持在反應器中，確實保持全部浸沒在反應器淤漿床中。
可以預見上述的淤漿反應器進行通常的操作，而不需要任何的合成氣引入到降液管中，但是，當需要改變產物的分布時，特別是，當需要得到較重的產物時，可根據本發明將合成氣引入到降液管中，由於密度較大的淤漿很少或不循環通過降液管，因此得到較重的產物。
通常，僅足夠的合成氣被引入到降液管中以抵消淤漿通過降液管的向下移動，因此有效的是沿降液管沒有淤漿的淨移動。用另外的話說，使用的合成氣量通常不足以使降液管中的淤漿提升，因此不足以使降液管的催化劑再分布。因此本發明可控制沿降液管向下的淤漿，因此可改變反應器的溫度變化曲線，因此可改變反應器的產物分布。
通過操作降液管使其在較低控制的溫度下運行也可實現較重的產物分布。在淤漿床底部與頂部之間中間點處測量控制溫度。但是，較低的控制溫度負面影響總的反應器生產率。申請人驚奇地發現根據本發明通過操作配備有降液管的淤漿反應器，並將合成氣引入到降液管，由此可有效地將降液管從操作中移出，而同時保持幾乎恆定的控制溫度，可得到較重的產物分布而不負面影響總的反應器生產率。不希望被理論所束縛，相信這是由於更陡的溫度變化曲線和反應器中反應物濃度的變化引起的。
因此，根據本發明的第二方面，提供一種從主要含有氫和一氧化碳作為氣態反應物的合成氣生產液態和任選氣態產物的方法，該方法包括在低液面處將合成氣加入到液態產物中懸浮的FT催化劑顆粒淤漿床中；當合成氣向上通過淤漿床時，可使氣態反應物發生反應，因此形成液態和任選氣態產物，合成氣和任何氣態產物有助於使液態產物中的催化劑顆粒保持為懸浮狀態；使任何氣態產物和未反應的氣態反應物離開淤漿床進入淤漿床上方的液面上空間；從液面上空間引出任何氣態產物和未反應的氣態反應物；從淤漿床中引出液態產物以保持淤漿床的液面；使淤漿向下通入降液管從淤漿床中的高液面到其較低的液面，該降液管有上部入口和下部出口，和在入口和出口之間的淤漿轉移通道，降液管的入口位於淤漿床內所述的高液面處，而降液管的出口位於淤漿床內所述的較低液面處，因此可得到第一分布和範圍的產物；及將足量的合成氣引入到降液管中這樣不中斷淤漿沿降液管的向下通道，那麼基本上沒有沿降液管淤漿轉移通道另外的淤漿通過其出口進入位於所述較低液面處淤漿床的淨向下移動，由此得到與第一分布產物不同的第二分布產物。
降液管可包括下部輸送段，其提供淤漿輸送的通道，和比輸送段橫截面積更大的上部氣體分離或脫氣段。所述的段優選橫截面是環形的，即，圓柱形，向外的擴孔連接部件將分離段連接到輸送段上，或從輸送段的上端分離段向外向上呈喇叭開口。但是，如果需要，分離段可以是任何其他適當的形式，例如由反應器內可獲得空間決定的正方形或三角形通道形式。
在本發明的一個實施方式中，降液管整個可位於淤漿床內，即，位於反應器內並浸沒在淤漿床中，脫氣段通常與輸送段軸向對齊。但是，在本發明的另外一個實施方式中，相反輸送段和任選部分脫氣段位於反應器外部，但輸送段的下部出口和至少脫氣段的上部入口位於淤漿床內反應器內部。
通常，反應器可包括不止一個降液管。例如，其可包含位於淤漿床第一降液管區的至少一個降液管，及位於淤漿床第二降液管區的至少一個另外的降液管，第二降液管區與第一降液管區垂直間隔。當提供不止一個降液管時，那麼合成氣被引入到每一個如上所述的降液管中。
參考所附示意圖及隨後的非限制性實施例，將更詳細地描述本發明。
附圖
表示實施本發明從氣態反應物生產液態和氣態產物方法裝置的縱向橫截面圖。
在附圖中，參考號10一般地表示實施本發明從氣態反應物生產液態和氣態產物方法裝置。
裝置10包括直立的圓柱形淤漿反應器或鼓泡塔12，氣體進料導管14導入位於反應器內的氣體分配器16，氣體引出導管18從反應器頂部到出。
反應器12包括淤漿床區20，其通常包含如上所述的淤漿床22，在淤漿床22上方的反應器12內提供有液面上空間24。
在淤漿床區20中提供有筒形過濾器26，液態產物引出導管28從過濾器26中導出。
冷卻盤管30位於反應器12內，高於分配器16，冷卻介質進料導管32導入盤管中，冷卻介質引出導管34盤管中導出。
降液管通常由參考號36表示，被提供在淤漿床區20中。用另外的話說，降液管36通常全部浸沒於淤漿床22中。降液管36包括可提供淤漿轉移通道相對小直徑的圓柱形輸送段38，，和位於輸送段38上端向外擴口較大直徑的脫氣段40。脫氣段40的上端42因此可提供淤漿的入口，而輸送段38的下端44可提供位於比淤漿入口更低液面處的淤漿出口。
合成氣進料導管46在輸送段38下端或出口端，或靠近其下端或出口端導入降液管36的輸送段38中。導管46以約45°的角向下傾斜以防止在使用期間催化劑粒子進入其中。
在使用中，合成氣主要包括一氧化碳和氫作為氣態反應物，通過氣體進料導管14加入到反應器12的底部，通過分配器16氣體均一地分布。氣態反應物向下通過淤漿床22，其含有懸浮在液態產物中的FT催化劑粒子，通常為鐵基或鈷基催化劑。操作淤漿床使其在通常的液面48，因此在液面48上方可提供液面上空間24。當合成氣鼓泡通入淤漿床時，其中的氣態反應物進行催化反應以形成液態產物，其因此形成部分的淤漿床22。間斷或連續地通過過濾器26和導管28引出液態產物，過濾器因此用於催化劑粒子與液態產物分離。相反，過濾器可位於反應器的外部，因此提供另外的系統(未示意)使分離的催化劑粒子返回到反應器中。一些淤漿連續向下通入降液管36從降液管淤漿入口到達降液管淤漿出口，以使催化劑粒子在淤漿床22內進行再分布，也可確保在整個淤漿床內熱量的均一分布。
因此這樣操作反應器12以通過降液管36使淤漿床22趨近於連續攪拌反應器。在這樣的方式，可得到第一分布的液態和氣態產物。
但是，當希望得到較重的產物時，沿導管46引入足夠的合成氣，這樣可防止淤漿沿降液管36輸送段38的向下移動。用另外的話說，由於所述的合成氣鼓泡向上通過降液管36輸送段38中的淤漿，所述的淤漿密度變得差不多與環繞降液管36淤漿的密度相同，因此，基本上沒有通過降液管36下部出口淤漿的淨向下移動。因此，可得到較重的產物分布，即，較重的氣態和液態產物。
實施例在申請人South Africa Sasolburg裝置中的淤漿床反應器含有多個降液管，其從緊靠通常淤漿床液面48的下方延伸到冷卻盤管30的上方。以相對保密的試驗方式，在降液管運轉的情況下操作反應器，即，在沒有合成氣引入降液管的情況下及在降液管不運行的情況下，即，合成氣通過導管46引入到降液管的下端，其中足夠的氣體然後鼓泡向上通過降液管中的淤漿，因此所述淤漿的密度幾乎與環繞降液管淤漿的密度相同。用另外的話說，基本上沒有通過降液管的淤漿淨的向下(或向上)的移動。在降液管運行的情況下，產物的分布變化趨於更輕的產物，結果列於表1中。表1列出了在降液管運行或不運行的情況下，在連續5天運行中反應器性能的日平均值。
表1在降液管運行和不運行的情況下操作期間的產物分布
權利要求
1.一種從氣態反應物生產液態和任選氣態產物的方法，該方法包括在低液面處將氣態反應物加入到懸浮液中懸浮的固體顆粒的淤漿床中；當氣態反應物向上通過淤漿床時，可使其發生反應，因此形成液態和任選氣態產物，氣態反應物和任何氣態產物有助於使固體顆粒在懸浮液中保持懸浮狀態，液態產物與懸浮液一起形成淤漿床的液相；使任何氣態產物和未反應的氣態反應物離開淤漿床進入淤漿床上方的液面上空間；使淤漿進入降液管的上部入口，該降液管也有下部出口和在降液管入口和出口之間的淤漿轉移通道，降液管的入口位於淤漿床內高液面處，而降液管的出口位於淤漿床內較低液面處；將與加入淤漿床相同的氣態反應物引入到降液管中，要將足量的氣態反應物引入到降液管中以使淤漿基本上不沿降液管淤漿轉移通道向下通過其出口通入淤漿床內；從液面上空間引出任何氣態產物和未反應的氣態反應物；及從淤漿床中引出液相以保持淤漿床的液面。
2.如權利要求1的方法，其中固體顆粒是催化劑粒子，用於將氣態反應物催化反應為液態和任選的氣態產物，其中懸浮液是液態產物。
3.如權利要求2的方法，其中在淤漿反應器的反應區中提供淤漿床，所述的反應器因此使用三相體系，包括固體催化劑粒子、液態產物和氣態反應物和任選的產物。
4.如權利要求3的方法，其中通過合成氣進料物流提供氣態反應物，所述的物流主要含有一氧化碳和氫作為氣態反應物，通過FT合成可產生液態和氣態烴產物，催化劑粒子是那些FT催化劑，淤漿反應器保持為通常FT合成反應的高壓和高溫條件。
5.如權利要求4的方法，其中合成氣在降液管出口或靠近其出口處引入到降液管中，因此合成氣引入到降液管中鼓泡向上通過降液管中的淤漿，這樣降液管中的淤漿密度差不多與降液管周圍淤漿床中淤漿的密度相同。
6.如權利要求3的方法，其中降液管包括提供淤漿輸送通道的下部輸送段，和比輸送段橫截面積更大的上部脫氣段。
7.如權利要求6的方法，其中降液管段的橫截面是環形的，向外的擴口連接部件將脫氣段連接到輸送段上。
8.如權利要求6的方法，其中降液管整個位於淤漿床內，降液管的脫氣段與其輸送段軸向對齊。
9.如權利要求6的方法，其中所述降液管輸送段和任選部分的脫氣段位於反應器外部，輸送段的下部出口和至少脫氣段的上部入口位於淤漿床內反應器內部。
10.如權利要求4的方法，其中降液管位於淤漿床第一降液管區，及提供至少另外一個降液管，位於淤漿床第二降液管區，第二降液管區與第一降液管區垂直間隔，合成氣被引入到每一個所述的降液管中。
11.一種從主要含氫和一氧化碳作為氣態反應物的合成氣生產液態和任選氣態產物的方法，該方法包括在低液面處將合成氣加入到液態產物中懸浮的FT催化劑粒子淤漿床中；當合成氣向上通過淤漿床時，可使氣態反應物發生反應，因此形成液態和任選氣態產物，合成氣和任何氣態產物有助於使催化劑粒子在液態產物中保持為懸浮狀態；使任何氣態產物和未反應的氣態反應物離開淤漿床進入淤漿床上方的液面上空間；從液面上空間引出任何氣態產物和未反應的氣態反應物；及從淤漿床中引出液態產物以保持淤漿床的液面；使淤漿向下通入降液管從淤漿床中的高液面到達其較低的液面，該降液管有上部入口、下部出口和在入口和出口之間的淤漿轉移通道，降液管的入口位於淤漿床內所述的高液面處，而降液管的出口位於淤漿床內所述的較低液面處，因此可得到第一分布或範圍的產物；及將足量的合成氣引入到降液管中，這樣不中斷淤漿沿降液管的向下通過，那麼基本上沒有另外的淤漿沿降液管淤漿轉移通道通過其出口在所述較低液面處進入淤漿床的淨向下移動，由此得到與第一分布產物不同的第二分布產物。
12.如權利要求11的方法，其中在淤漿反應器的反應區中提供淤漿床。
13.如權利要求12的方法，其中降液管包括提供淤漿輸送通道的下部輸送段，和比輸送段橫截面積更大的上部脫氣段。
14.如權利要求13的方法，其中降液管段的橫截面是環形的，向外的擴口連接部件將脫氣段連接到輸送段上。
15.如權利要求13的方法，其中降液管整個位於淤漿床內，降液管的脫氣段與其輸送段軸向對齊。
16.如權利要求13的方法，其中所述降液管輸送段和任選部分的脫氣段位於反應器外部，輸送段的下部出口和至少脫氣段的上部入口位於淤漿床內反應器內部。
17.如權利要求11的方法，其中降液管位於淤漿床第一降液管區，及提供至少另外一個降液管，位於淤漿床第二降液管區，第二降液管區與第一降液管區垂直間隔，合成氣被引入到每一個所述的降液管中。
全文摘要
一種生產液態和氣態產物的方法，包括將氣態反應物加入到液體中懸浮的固體顆粒的淤漿床中。當反應物向上通過淤漿床時，其發生反應形成液態和氣態產物。氣態產物和未反應的氣態反應物離開淤漿床進入床上方的液面上空間，從此處它們被引出。淤漿進入降液管的上部入口，該降液管也有下部出口和在降液管入口和出口之間的淤漿轉移通道。與加入到淤漿床相同的氣態反應物被引入到降液管中，要使用足量的氣態反應物以使淤漿基本上不沿淤漿轉移通道向下通過降液管出口通入淤漿床中。從淤漿床中引出液相以保持淤漿床的液面。
文檔編號B01J8/20GK1575849SQ200410069819
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年7月11日
發明者安德烈·皮特·斯泰恩貝格, 赫爾曼·格哈德斯·內爾 申請人:薩索爾技術(控股)有限公司