[发明专利]采用随时间失活的催化剂的工艺操作

说明书

本发明涉及采用随时间失活的催化剂的工艺操作。具体来说，本发明涉及使用随时间失活的催化剂将一种或多种反应物转化为一种或多种产物的工艺。 

已知许多采用随时间失活的催化剂的工艺。此类工艺的一个例子是使用合适的催化剂（例如铁基或者钴基催化剂）从包含CO和H₂的合成气来费-托合成烃类。钴基催化剂在典型的费-托（FT）运行条件下通常是非常稳定的，仅仅随合成时间发生小幅失活。通过不断研究和开发工作，改进了铁基FT催化剂，如今它们也能够实现在长期合成中（数月甚至数年）运行。然而，已知所有类型的FT催化剂随时间发生活性损失，但是通常来说是该活性损失可能是逐步的。这对于用于许多其他工艺，例如甲醇合成或者氨制备中的催化剂也是如此。 

对于采用大型FT反应器的商业应用，TF合成形成部分高度整合的气体循环，其含有各种循环回路，以及潜在的甚至是与其他化工厂或者化学工艺的界面。催化剂活性的任意下降会倾向于降低FT反应器中所实现的转化，这不仅抑制了工艺的生产力，还干扰了所谓的气体回路平衡以及潜在的其他化工厂或者化学工艺。这会对整个联合体的稳定运行造成负面影响。因此，采取缓和措施来补偿催化剂活性的不断损失是重要的。 

已知FT催化剂的失活行为取决于工艺的运行条件，例如运行温度和水分压。某些极端条件，例如过高的温度会导致活性的快速和严重下降。应该选择典型FT反应器的运行外壳彻底不含此类有害区域，因为此类极端条件所导致的失活可能在很大程度上是不可逆转的。FT催化剂的运行温度还会对催化剂性能的其他方面造成影响，例如化学反应动力学（随着温度的增加，反应物转换速率增加）以及产物分布（随着温度的增加，转向较轻产物，导致较高的甲烷选择性）。理想地，FT反应器的运行条件应该维持在最佳催化剂性能的窄范围内。该最佳运行点取决于以下方面，例如：设计约束条件、所需产物的光谱、催化剂和设备成本等，但是典型特征在于：延缓催化剂失活、足够高的反应速率、接近较重端的产物分布以限制甲烷选择性。这使得三相浆鼓泡塔反应器是 商用FT应用的优选选择，因为此类反应器内部的混合行为能确保整个反应器实质上均匀的温度分布，从而使得所有的催化剂颗粒都维持在最优化温度下。 

补偿催化剂逐步失活作用的常规方法是提升工艺的运行温度从而维持转化，因为温度对于化学反应动力学具有正面影响。在FT合成中，这导致产物光谱不合乎希望地转向较轻产物（最主要为甲烷）。此外，由于不断增加温度，反应器的运行外壳变为不利于催化剂稳定性的模式，这会加速失活并进而需要甚至更剧烈的温度调节。其他采用随时间失活的催化剂的工艺也存在类似问题。明显地，该方法是不合适的，最终会导致生产活动以及所涉及的催化剂批料的提前终止。 

US6458857提出了一种替代运行方法，以缓和FT催化剂失活对于工艺性能的影响。该替代方法需要降低反应器的进气速率（下降超过50%），同时将运行温度恒定地保持在起始值，从而维持转化。这当然会造成负面影响，因为反应器生产力也成比例地下降。例如，在US6458857所提供的发明的例子中，在151天（约5个月）时间内反应器生产力下降约60%。如果通过反应器的表观线性气体速度下降太多使催化剂无法在浆态床中进行充分混合和悬浮，则该方法还会在浆鼓泡塔中产生问题。US6458857还指出，一旦进气速率达到预定下限，可任选地升温以维持转化。作为另一种选择，提到可以引入最高为催化剂最大负载的额外的新鲜催化剂。重要的是，US6458857指出这可以在调节进气速率之前完成。也就是说，US6458857指出应该依次（而非平行地）并按照给定顺序完成以下步骤以缓和FT催化剂失活带来的影响：首先，将催化剂含量增加至反应器可容纳的最大负载，之后尽可能地降低反应器的进气速率直至到达下限，然后增加运行温度以维持转化。因此，该运行观点的一个主要目的是尽可能快地并且在采取任意其他措施之前，在反应器中负载全部催化剂含量。 

WO2005/026292要求保护一种方法，该方法在浆料FT反应器中补偿催化剂从而弥补由于固态分离系统的吹扫所导致的反应器的催化材料的损失以及催化活性的损失。该发明着重于使催化剂最初与温和反应条件接触，并逐步接近所需的合成条件来调节催化剂。WO2005/026292所揭示的催化剂添加类型对于弥补反应器中催化材料的损失是有效的。但是，向反应器连续不加选择地加载高于和超过由于固态分离部分所导致的催化材料的损耗量显然会导致反应器的过载，导致催化床的适当流化、较难过滤等问题。因此，WO2005/026292 并未揭示在整个催化剂活动中处理催化剂逐步失活的有效运行策略，也未揭示或暗示其他工艺调节。