专利名称：一种从气态反应物中生产液态及任选气态产物的方法
申请人注意到通过FT合成从主要含有作为气态反应物的氢(H2)和一氧化碳(CO)的合成气中生产液态和气态产物的方法。该方法包括将合成气加入悬浮到液态产物中的FT催化剂颗粒淤浆床中。当合成气向上通过淤浆床时可使合成气中的气态反应物发生反应以形式液态和气态的产物。未反应的气态反应物和气态产物离开淤浆床并从淤浆床上部的液面上空间被引出。从淤浆床引出液态产物以使淤浆床保持在理想的液面。淤浆从淤浆床中高的液面通过浸没在淤浆床中的降液管向下通到较低的液面。利用降液管，可增强淤浆床内催化剂颗粒的混合，其尤其使淤浆床顶部和底部之间的温差更小，即，温度控制地更好，因此热分布更均一。
但是，申请人发现有时当在这样的淤浆床FT合成反应中使用降液管对得到的产物分布有限制。因此，本发明的目的是提供一种方法，由此至少可减轻该缺点。
因此，根据本发明的一个方面，提供一种从气态反应物生产液态和任选气态产物的方法，该方法包括在低液面处将气态反应物加入到悬浮液中悬浮的固体颗粒淤浆床中；当气态反应物向上通过淤浆床时，其可发生反应，因此形成液态和任选气态产物，气态反应物和任何气态产物有助于使悬浮液中固体颗粒保持悬浮状态，液态产物与悬浮液一起形成淤浆床的液相；使任何气态产物和未反应的气态反应物离开淤浆床进入淤浆床上方的液面上空间；使淤浆进入降液管的上部入口，该降液管也有下部的出口，和在降液管入口和出口之间的淤浆转移通道，降液管的入口位于淤浆床内的高液面处，而降液管的出口位于淤浆床内较低液面处；将与加入淤浆床相同的气态反应物引入到降液管中，要将足量的气态反应物引入到降液管中要使淤浆基本上不沿降液管淤浆转移通道通过其出口向下通入淤浆床中；从液面上空间引出任何的气态产物和未反应的气态反应物；及从淤浆床中引出液相以保持淤浆床的液面。
尽管相信该方法至少原则上具有更广泛的应用，可以预见固体颗粒通常是催化剂颗粒，用于使气态反应物催化反应为液态产物和气态产物(当需要时)，悬浮液通常但不必总是液态产品。
淤浆床可包括在或提供在淤浆反应器或鼓泡塔的反应区中。因此淤浆反应器或鼓泡塔使用三相体系，即固体催化剂颗粒、液态产物和气态反应物及任选的产物。
而且，尽管原则上也相信该方法具有更广泛的应用，但可预见其在烃合成中具有特别的应用，其中气态反应物能够在淤浆床中催化反应以形成液态烃产物和任选气态烃产物。特别地是，烃合成可以是FT合成，由合成气进料物流提供的气态反应物主要包括作为气态反应物的一氧化碳和氢，产生液态和气态烃产物。
催化颗粒的催化剂可以是任何需要的FT催化剂，例如铁基催化剂、钴基催化剂或任何其他的FT催化剂。催化剂颗粒可具有需要的粒度范围，例如没有催化剂粒子大于300μm，小于5％质量的催化剂粒子小于22μm。
因此淤浆反应器或鼓泡塔可保持在通常的与FT合成反应相关的高压和高温条件下，例如预定的操作压力为10～50巴，预定的温度为160℃～280℃，或甚至更高用于生产更低沸点的产物。
因此淤浆床中的催化剂粒子通过由合成气物流通入淤浆床引起的湍流而保持在悬浮状态，即鼓泡通入淤浆床。因此通入淤浆床的气体速度要足够高以使淤浆床保持在湍流或悬浮状态。
因此根据本发明合成气也引入到降液管中。合成气优选在其出口或靠近其出口处引入到降液管中。因此合成气引入降液管中，鼓泡向上通过降液管中的淤浆，这样降液管中的淤浆密度差不多与降液管周围淤浆床中淤浆的密度相同。通常，即，根据本发明在不存在引入到降液管合成气的情况下，由于降液管中淤浆的密度和环绕降液管淤浆的密度差，沿降液管淤浆向下移动。由于在降液管的入口或开口处发生气体分离，那么降液管中的淤浆比环绕降液管淤浆的密度更大。但是，根据本发明通过将合成气引入到降液管，可防止形成这样的淤浆密度差，因此沿降液管淤浆向下移动很少，或没有净的向下移动。
最后的净结果是淤浆相混合的程度可根据需要进行调整，而降液管物理地保持在淤浆床的适当位置。另一方面，这反过来将导致在相同的操作条件下得到的产物具有不同的分布或范围。因此申请人惊奇地发现，根据本发明的方法，可改变这样的淤浆反应器的产物分布，而降液管物理地保持在反应器中，确实保持全部浸没在反应器淤浆床中。
可以预见上述的淤浆反应器进行通常的操作，而不需要任何的合成气引入到降液管中，但是，当需要改变产物的分布时，特别是，当需要得到较重的产物时，可根据本发明将合成气引入到降液管中，由于密度较大的淤浆很少或不循环通过降液管，因此得到较重的产物。
通常，仅足够的合成气被引入到降液管中以抵消淤浆通过降液管的向下移动，因此有效的是沿降液管没有淤浆的净移动。用另外的话说，使用的合成气量通常不足以使降液管中的淤浆提升，因此不足以使降液管的催化剂再分布。因此本发明可控制沿降液管向下的淤浆，因此可改变反应器的温度变化曲线，因此可改变反应器的产物分布。
通过操作降液管使其在较低控制的温度下运行也可实现较重的产物分布。在淤浆床底部与顶部之间中间点处测量控制温度。但是，较低的控制温度负面影响总的反应器生产率。申请人惊奇地发现根据本发明通过操作配备有降液管的淤浆反应器，并将合成气引入到降液管，由此可有效地将降液管从操作中移出，而同时保持几乎恒定的控制温度，可得到较重的产物分布而不负面影响总的反应器生产率。不希望被理论所束缚，相信这是由于更陡的温度变化曲线和反应器中反应物浓度的变化引起的。
因此，根据本发明的第二方面，提供一种从主要含有氢和一氧化碳作为气态反应物的合成气生产液态和任选气态产物的方法，该方法包括在低液面处将合成气加入到液态产物中悬浮的FT催化剂颗粒淤浆床中；当合成气向上通过淤浆床时，可使气态反应物发生反应，因此形成液态和任选气态产物，合成气和任何气态产物有助于使液态产物中的催化剂颗粒保持为悬浮状态；使任何气态产物和未反应的气态反应物离开淤浆床进入淤浆床上方的液面上空间；从液面上空间引出任何气态产物和未反应的气态反应物；从淤浆床中引出液态产物以保持淤浆床的液面；使淤浆向下通入降液管从淤浆床中的高液面到其较低的液面，该降液管有上部入口和下部出口，和在入口和出口之间的淤浆转移通道，降液管的入口位于淤浆床内所述的高液面处，而降液管的出口位于淤浆床内所述的较低液面处，因此可得到第一分布和范围的产物；及将足量的合成气引入到降液管中这样不中断淤浆沿降液管的向下通道，那么基本上没有沿降液管淤浆转移通道另外的淤浆通过其出口进入位于所述较低液面处淤浆床的净向下移动，由此得到与第一分布产物不同的第二分布产物。
降液管可包括下部输送段，其提供淤浆输送的通道，和比输送段横截面积更大的上部气体分离或脱气段。所述的段优选横截面是环形的，即，圆柱形，向外的扩孔连接部件将分离段连接到输送段上，或从输送段的上端分离段向外向上呈喇叭开口。但是，如果需要，分离段可以是任何其他适当的形式，例如由反应器内可获得空间决定的正方形或三角形通道形式。
在本发明的一个实施方式中，降液管整个可位于淤浆床内，即，位于反应器内并浸没在淤浆床中，脱气段通常与输送段轴向对齐。但是，在本发明的另外一个实施方式中，相反输送段和任选部分脱气段位于反应器外部，但输送段的下部出口和至少脱气段的上部入口位于淤浆床内反应器内部。
通常，反应器可包括不止一个降液管。例如，其可包含位于淤浆床第一降液管区的至少一个降液管，及位于淤浆床第二降液管区的至少一个另外的降液管，第二降液管区与第一降液管区垂直间隔。当提供不止一个降液管时，那么合成气被引入到每一个如上所述的降液管中。
参考所附示意图及随后的非限制性实施例，将更详细地描述本发明。
附图
表示实施本发明从气态反应物生产液态和气态产物方法装置的纵向横截面图。
在附图中，参考号10一般地表示实施本发明从气态反应物生产液态和气态产物方法装置。
装置10包括直立的圆柱形淤浆反应器或鼓泡塔12，气体进料导管14导入位于反应器内的气体分配器16，气体引出导管18从反应器顶部到出。
反应器12包括淤浆床区20，其通常包含如上所述的淤浆床22，在淤浆床22上方的反应器12内提供有液面上空间24。
在淤浆床区20中提供有筒形过滤器26，液态产物引出导管28从过滤器26中导出。
冷却盘管30位于反应器12内，高于分配器16，冷却介质进料导管32导入盘管中，冷却介质引出导管34盘管中导出。
降液管通常由参考号36表示，被提供在淤浆床区20中。用另外的话说，降液管36通常全部浸没于淤浆床22中。降液管36包括可提供淤浆转移通道相对小直径的圆柱形输送段38，，和位于输送段38上端向外扩口较大直径的脱气段40。脱气段40的上端42因此可提供淤浆的入口，而输送段38的下端44可提供位于比淤浆入口更低液面处的淤浆出口。
合成气进料导管46在输送段38下端或出口端，或靠近其下端或出口端导入降液管36的输送段38中。导管46以约45°的角向下倾斜以防止在使用期间催化剂粒子进入其中。
在使用中，合成气主要包括一氧化碳和氢作为气态反应物，通过气体进料导管14加入到反应器12的底部，通过分配器16气体均一地分布。气态反应物向下通过淤浆床22，其含有悬浮在液态产物中的FT催化剂粒子，通常为铁基或钴基催化剂。操作淤浆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间24。当合成气鼓泡通入淤浆床时，其中的气态反应物进行催化反应以形成液态产物，其因此形成部分的淤浆床22。间断或连续地通过过滤器26和导管28引出液态产物，过滤器因此用于催化剂粒子与液态产物分离。相反，过滤器可位于反应器的外部，因此提供另外的系统(未示意)使分离的催化剂粒子返回到反应器中。一些淤浆连续向下通入降液管36从降液管淤浆入口到达降液管淤浆出口，以使催化剂粒子在淤浆床22内进行再分布，也可确保在整个淤浆床内热量的均一分布。
因此这样操作反应器12以通过降液管36使淤浆床22趋近于连续搅拌反应器。在这样的方式，可得到第一分布的液态和气态产物。
但是，当希望得到较重的产物时，沿导管46引入足够的合成气，这样可防止淤浆沿降液管36输送段38的向下移动。用另外的话说，由于所述的合成气鼓泡向上通过降液管36输送段38中的淤浆，所述的淤浆密度变得差不多与环绕降液管36淤浆的密度相同，因此，基本上没有通过降液管36下部出口淤浆的净向下移动。因此，可得到较重的产物分布，即，较重的气态和液态产物。
实施例在申请人South Africa Sasolburg装置中的淤浆床反应器含有多个降液管，其从紧靠通常淤浆床液面48的下方延伸到冷却盘管30的上方。以相对保密的试验方式，在降液管运转的情况下操作反应器，即，在没有合成气引入降液管的情况下及在降液管不运行的情况下，即，合成气通过导管46引入到降液管的下端，其中足够的气体然后鼓泡向上通过降液管中的淤浆，因此所述淤浆的密度几乎与环绕降液管淤浆的密度相同。用另外的话说，基本上没有通过降液管的淤浆净的向下(或向上)的移动。在降液管运行的情况下，产物的分布变化趋于更轻的产物，结果列于表1中。表1列出了在降液管运行或不运行的情况下，在连续5天运行中反应器性能的日平均值。
表1在降液管运行和不运行的情况下操作期间的产物分布
权利要求
1.一种从气态反应物生产液态和任选气态产物的方法，该方法包括在低液面处将气态反应物加入到悬浮液中悬浮的固体颗粒的淤浆床中；当气态反应物向上通过淤浆床时，可使其发生反应，因此形成液态和任选气态产物，气态反应物和任何气态产物有助于使固体颗粒在悬浮液中保持悬浮状态，液态产物与悬浮液一起形成淤浆床的液相；使任何气态产物和未反应的气态反应物离开淤浆床进入淤浆床上方的液面上空间；使淤浆进入降液管的上部入口，该降液管也有下部出口和在降液管入口和出口之间的淤浆转移通道，降液管的入口位于淤浆床内高液面处，而降液管的出口位于淤浆床内较低液面处；将与加入淤浆床相同的气态反应物引入到降液管中，要将足量的气态反应物引入到降液管中以使淤浆基本上不沿降液管淤浆转移通道向下通过其出口通入淤浆床内；从液面上空间引出任何气态产物和未反应的气态反应物；及从淤浆床中引出液相以保持淤浆床的液面。
2.如权利要求1的方法，其中固体颗粒是催化剂粒子，用于将气态反应物催化反应为液态和任选的气态产物，其中悬浮液是液态产物。
3.如权利要求2的方法，其中在淤浆反应器的反应区中提供淤浆床，所述的反应器因此使用三相体系，包括固体催化剂粒子、液态产物和气态反应物和任选的产物。
4.如权利要求3的方法，其中通过合成气进料物流提供气态反应物，所述的物流主要含有一氧化碳和氢作为气态反应物，通过FT合成可产生液态和气态烃产物，催化剂粒子是那些FT催化剂，淤浆反应器保持为通常FT合成反应的高压和高温条件。
5.如权利要求4的方法，其中合成气在降液管出口或靠近其出口处引入到降液管中，因此合成气引入到降液管中鼓泡向上通过降液管中的淤浆，这样降液管中的淤浆密度差不多与降液管周围淤浆床中淤浆的密度相同。
6.如权利要求3的方法，其中降液管包括提供淤浆输送通道的下部输送段，和比输送段横截面积更大的上部脱气段。
7.如权利要求6的方法，其中降液管段的横截面是环形的，向外的扩口连接部件将脱气段连接到输送段上。
8.如权利要求6的方法，其中降液管整个位于淤浆床内，降液管的脱气段与其输送段轴向对齐。
9.如权利要求6的方法，其中所述降液管输送段和任选部分的脱气段位于反应器外部，输送段的下部出口和至少脱气段的上部入口位于淤浆床内反应器内部。
10.如权利要求4的方法，其中降液管位于淤浆床第一降液管区，及提供至少另外一个降液管，位于淤浆床第二降液管区，第二降液管区与第一降液管区垂直间隔，合成气被引入到每一个所述的降液管中。
11.一种从主要含氢和一氧化碳作为气态反应物的合成气生产液态和任选气态产物的方法，该方法包括在低液面处将合成气加入到液态产物中悬浮的FT催化剂粒子淤浆床中；当合成气向上通过淤浆床时，可使气态反应物发生反应，因此形成液态和任选气态产物，合成气和任何气态产物有助于使催化剂粒子在液态产物中保持为悬浮状态；使任何气态产物和未反应的气态反应物离开淤浆床进入淤浆床上方的液面上空间；从液面上空间引出任何气态产物和未反应的气态反应物；及从淤浆床中引出液态产物以保持淤浆床的液面；使淤浆向下通入降液管从淤浆床中的高液面到达其较低的液面，该降液管有上部入口、下部出口和在入口和出口之间的淤浆转移通道，降液管的入口位于淤浆床内所述的高液面处，而降液管的出口位于淤浆床内所述的较低液面处，因此可得到第一分布或范围的产物；及将足量的合成气引入到降液管中，这样不中断淤浆沿降液管的向下通过，那么基本上没有另外的淤浆沿降液管淤浆转移通道通过其出口在所述较低液面处进入淤浆床的净向下移动，由此得到与第一分布产物不同的第二分布产物。
12.如权利要求11的方法，其中在淤浆反应器的反应区中提供淤浆床。
13.如权利要求12的方法，其中降液管包括提供淤浆输送通道的下部输送段，和比输送段横截面积更大的上部脱气段。
14.如权利要求13的方法，其中降液管段的横截面是环形的，向外的扩口连接部件将脱气段连接到输送段上。
15.如权利要求13的方法，其中降液管整个位于淤浆床内，降液管的脱气段与其输送段轴向对齐。
16.如权利要求13的方法，其中所述降液管输送段和任选部分的脱气段位于反应器外部，输送段的下部出口和至少脱气段的上部入口位于淤浆床内反应器内部。
17.如权利要求11的方法，其中降液管位于淤浆床第一降液管区，及提供至少另外一个降液管，位于淤浆床第二降液管区，第二降液管区与第一降液管区垂直间隔，合成气被引入到每一个所述的降液管中。
全文摘要
一种生产液态和气态产物的方法，包括将气态反应物加入到液体中悬浮的固体颗粒的淤浆床中。当反应物向上通过淤浆床时，其发生反应形成液态和气态产物。气态产物和未反应的气态反应物离开淤浆床进入床上方的液面上空间，从此处它们被引出。淤浆进入降液管的上部入口，该降液管也有下部出口和在降液管入口和出口之间的淤浆转移通道。与加入到淤浆床相同的气态反应物被引入到降液管中，要使用足量的气态反应物以使淤浆基本上不沿淤浆转移通道向下通过降液管出口通入淤浆床中。从淤浆床中引出液相以保持淤浆床的液面。
文档编号B01J8/20GK1575849SQ200410069819
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月11日
发明者安德烈·皮特·斯泰恩贝格, 赫尔曼·格哈德斯·内尔 申请人:萨索尔技术(控股)有限公司