[发明专利]用于在浆态床中由至少一种气态反应物产生至少一种产物的方法

说明书

本发明涉及用于在浆态床中由至少一种气态反应物产生至少一种产物的方法。

通常期望能够增加浆态反应器每单位体积的生产率，从而只需要总体积较小的反应器用以达到工厂期望的生产能力。还期望增加单个反应器中的产物的总生产速率（即所谓的单个反应器的生产能力），使得只需较少数量的反应器以实现工厂期望的生产能力。

考虑在浆态鼓泡塔反应器中进行例如周知的费-托合成（Fischer-Tropsch）。不管这种反应器是否以一次通过模式或再循环地操作，单个反应器的生产速率可近似为如下：

气体流速（即新鲜进料加上再循环），P_syngas是总进料中的合成气体（合成物的反应剂）的分压，T是以Kelvin为单位的绝对温度，R是气体常量，以及χ_per pass是表示为摩尔分数的合成气体的单程转化率。上述等式可进一步扩展为如下：

SRC=ug(π4d2)(PsyngasRT)(χper pass),---2]]>

其中，u_g是入口表观气体速度，d是反应器的内径。考虑等式2，明显的是设计工程师可有下面的选择以增加浆态鼓泡塔的单个反应器的生产能力：

增加单程合成气体的转化率。然而，在费-托合成中，水（烃合成过程产物中的一个）造成催化剂失活。因此，最大的单程转化率通常指定为在费-托浆态鼓泡塔反应器的设计中不应超过的转化率，以限制水的分压并且从而保护催化剂的性能和有效期。单程转化率的准确数值是催化剂相关的。

增加总进料中的合成气体的分压：然而，设计工程师只有有限的范围以增加总进料中合成气体的浓度，因为这通常是由浆态鼓泡塔形成为其一部分的总气体循线的构造确定的。此外，增加反应器的操作压力是明显的增加进料中的合成气体分压的方法，但这涉及关于反应器和其他生产车间设备的巨大成本，因此该方法证明为不可行的。更高的压力也会导致在相同的单程转化率下更高的水分压，这对催化剂可能是有害的。

增加反应器直径：然而，这将大幅增加反应器的建造成本。此外，已制造了在工厂建造、从工厂到生产车间的运输、以及装配方面具有接近于实际极限尺寸的大型浆态鼓泡塔反应器。

增加入口表观气体速度：然而，如之后将讨论的，现有技术中有清楚的教导：不要在高的入口表观气体速度下操作浆态鼓泡塔反应器。

因此，只给寻求增加浆态鼓泡塔反应器的单个反应器生产能力的技术人员留有有限的可能性，从表面看来最可行的是提高催化剂的抗水性以允许更高的单程的转化率，或者完全改变气体环线构造和压力以增加在反应器进料中的反应物分压。

Exxon的EP450860陈述了当气体速度正好足够高至确保使催化剂颗粒完全流体化时获得浆态鼓泡塔反应器的最优性能。增加气体速度使其超过该点，将造成不期望的增加返混的程度，这将导致反应器中的活塞流（plug flow）特性的损失并且造成更低的反应速率。该专利教导在总反应器生产率方面最优气体速度低于0.25m/s。该专利还教导由于传质限制催化剂容易变得缺乏反应物，因此反应器每体积的高反应速率是不期望的。