CN1121259C - 从气体原料生产液体和/或气体产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的方法包括将气体原料送入固体颗粒悬浮在液体中的浆状物床。气体原料(13)在浆状物床(16)中反应生成液体和或者气体产物。液体产物与悬浮液一起组成浆状物床(16)的液相。任何气体产物和未反应的气体原料与气相中夹带的任何固体颗粒和液相一起从浆状物床中向上释放，作为气相进入浆状物床(16)上面的上部空间(17)。随后，在此将气相进行蒸馏和或者洗涤，从气相中分离夹带的任何固体颗粒和液相。分离出的任何固体颗粒和或者液相返回到浆状物床。处理后的气体从上部空间排出(44、46)。

Description

从气体原料生产液体和/或气体产品的方法

本发明涉及从气体原料生产液体和/或者气体产品的方法，还涉及从气体原料生产液体和或者气体产品的装置。

本发明的第一方面是提供了从气体原料生产液体和/或者气体产品的方法。该方法包括以下步骤：

进料，气体原料从底部进入由固体颗粒悬浮在液体中组成的浆状物床；

使气体原料向上通过浆状物床时反应，生成液体和或者气体产物。气体原料和任何气体产物都有助于固体颗粒悬浮在悬浮液中；液体产物和悬浮液组成浆状物床的液相；

从浆状物床中排出液体，保持浆状物床在要求的水平；

使任何气体产物和未反应的气体原料与气相中夹带的固体颗粒和液相一起从浆状物床中向上释放，作为气相进入浆状物床上面的上部空间；

在上部空间对气相进行蒸馏和或者洗涤处理，从气相中分离夹带的任何固体颗粒和液相；

将分离出的任何固体颗粒和或者液体返回到浆状物床；以及

从上部空间排出气体。

至少在原理上可以相信该方法有广泛的应用。可以预见在一般情况下，固体颗粒将是催化剂颗粒，用于催化气体原料反应生成液体产物，在适用时生成气体产物。在一般情况下，但不总是必要，悬浮液将是液体产物。一般将在浆状物反应器或泡罩塔中提供浆状物床和其上部空间。

在浆状物反应器或泡罩塔的反应区中包含或提供浆状物床，蒸馏在蒸馏区中完成，蒸馏区和浆状物床由一个自由空间区隔开。换句话说，上部空间包括反应区紧上方的自由空间区和自由空间区上方的蒸馏区。

浆状物反应器或泡罩塔使用三相体系，即固体催化剂颗粒、液体产物、气体原料和或者气体产物。

而且，在原理上还相信该方法有更加广泛的应用，可以预见在碳氢化合物合成中，该方法有独特的应用，因为气体原料在浆状物床中能催化反应生成液体碳氢化合物产物和或者气体碳氢化合物产物。尤其是碳氢化合物合成可能是费-托(Fischer-Tropsch)合成，合成液体和气体碳氢化合物，气体原料是合成气流形式，主要包括一氧化碳和氢气。

催化剂颗粒的催化剂可以是任何要求的费-托催化剂，如铁基催化剂、钴基催化剂、或其它任何费-托催化剂。催化剂颗粒可能有一个要求的颗粒尺寸范围，如颗粒不大于300微米，和少于5％的颗粒小于22微米。

浆状物反应器或泡罩塔将保持在与费-托合成反应相一致的一般高压和温度下，如预定压力为10-50巴(bar)，预定温度为160-280℃，或更高的压力和温度用于更低沸点产物的生产。

催化剂颗粒在浆状物床中由湍流维持悬浮状态，这种湍流由合成气流和生成的气体碳氢化合物产物通过於浆床时形成，如鼓泡通过浆状物床。浆状物床还可以被任意混合，例如使用混合器如通流管或降液管，来帮助保持催化剂颗粒的悬浮状态。通过浆状物床的气体速度大得足以维持浆状物床处于湍流状态或悬浮状态。通流管或降液管可用来确保在整个浆状物床中更均匀的固体悬浮。

进入上部空间的气相通常包括不能冷凝的未反应的气体原料、不能冷凝的气体碳氢化合物部分、夹带的固体催化剂颗粒、夹带的液体碳氢化合物产物、蒸发的液体碳氢化合物部分、能冷凝的气体碳氢化合物部分、以及水蒸气。夹带的固体催化剂颗粒通常与夹带的液体产物混在一起形成浆状物液滴。处理后的气相从蒸馏区排出，该气相中通常包括不能冷凝的未反应的气体原料、不能冷凝的气体碳氢化合物部分、可冷凝的气体碳氢化合物部分、以及水蒸气。

气体碳氢化合物产物包括不能冷凝的气体碳氢化合物、蒸发的液体碳氢化合物部分、能冷凝的气体碳氢化合物部分、以及水蒸气。

然后，该方法包括一个冷却阶段，冷却处理后离开蒸馏区的气体或蒸气相，冷凝至少其中一些能冷凝的气体碳氢化合物部分，并作为回流将其中至少一些冷凝的碳氢化合物产物返回到蒸馏区用于蒸馏。这样，处理后的气体或蒸气相在实际上接近反应器压力的压力下，能冷却到30-50℃，典型的冷却到约40℃。

不能冷凝的气体碳氢化合物部分是碳氢化合物产物，它们在反应器中通常的温度和压力条件下以气体或蒸气形式存在，在冷却阶段，在通常的温度和压力条件下不能冷凝。

另一方面，能冷凝的气体碳氢化合物部分也是碳氢化合物产物，它们在反应器中通常的温度和压力条件下以气体或蒸气形式存在，但在冷却阶段，在通常的温度和压力条件下冷凝形成冷凝的碳氢化合物产物，其中至少一部分作为回流被送回到蒸馏区。蒸发的液体碳氢化合物部分也是碳氢化合物产物，它们在反应器的反应区中，在通常的温度和压力条件下以蒸气形式存在，在蒸馏区气相出口处，在通常的温度和压力条件下以液体形式存在。蒸发的液体碳氢化合物部分在分子量方面比能冷凝的气体碳氢化合物部分重，由于蒸发的液体碳氢化合物部分在蒸馏区的出口条件下是液体或冷凝形式，构成了蒸馏区中回流的一部分。蒸发的液体碳氢化合物冷凝后从蒸馏区底部排出，这部分还被称为液体碳氢化合物部分。

液体碳氢化合物产物是预定的产物，它们在反应器中通常的温度和压力条件下以液体形式存在，在大气压和接近环境温度条件下是固体或胶状形式。液体碳氢化合物产物典型地包括含有20或更多的碳原子的碳氢化合物分子以及包括蜡。

由气相以与回流的冷凝后的碳氢化合物产物和液体碳氢化合物部分相反的方向，向上穿过浆状物反应器的蒸馏区中至少一个蒸馏段，来完成蒸馏。

至少在原理上，蒸馏段可能包括任何合适的气/液接触手段用于蒸馏目的，如阀蒸馏塔板、筛蒸馏塔板，和任何其它替代蒸馏塔板、无规则装填的蒸馏介质、结构装填的蒸馏介质、以及类似的手段。但以固定阀蒸馏塔板为优选。

优选的情况下，使用多个这样的蒸馏段，如至少两个垂直间隔的蒸馏段。然而，3-5个这样的段，每一个段都包括一个蒸馏塔板或介质层是优选的。

收集塔板可能设在最低的蒸馏段的下部，收集在收集塔板上的液体并用导管输送至浆状物床和或从反应器中排出和或输送至洗涤段顶部在洗涤段用作洗涤液。该液体碳氢化合物部分主要包括蒸发的液体碳氢化合物冷凝后形成的液体。这样返回到浆状物床的任何液体都不接触到自由空间区的气相，也就是说，在自由空间区不从气相中洗涤夹带的催化剂颗粒或悬浮液滴。如果要求，排出的任何液体都能与从反应器中排出的其它产物混合。

通过固定阀蒸馏塔板的空塔气体速度可以在0.2-2.0米/秒之间，优选约1米/秒。通过浆状物床的空塔气体速度在一般情况下比通过蒸馏区的空塔气体速度低，因此蒸馏区的有效反应器直径或截面积尺寸比反应区的小。

该方法可以包括气相的洗涤。在自由空间区和蒸馏区之间的洗涤区中，由一种洗涤液完成气相的洗涤。上部空间将包括自由空间区、洗涤区、以及蒸馏区。这种洗涤用于从气相中分离夹带的催化剂颗粒。由气相以与洗涤液相反的方向向上穿过洗涤区中的洗涤段，来实现洗涤。

洗涤液可以是液体碳氢化合物产物。该方法因此可能包括使浆状物床的一部分用于固体分离，从液体碳氢化合物产物中除去大部分催化剂颗粒，由此生产随后用作洗涤液的液体碳氢化合物产品。

由于洗涤液的组成和温度与浆状物床中的悬浮液相同，因此在洗涤区不发生蒸馏或分馏，除非允许来自蒸馏区的液体进入洗涤区。这样在第一具体实施方案中，夹带的催化剂颗粒或浆状物液滴的洗涤和蒸馏都可以在洗涤区进行，在这种情况下，除了洗涤液，还允许来自蒸馏区的液体进入洗涤区。但是，在第二优选的具体实施方案中，没有来自蒸馏区的液体进入洗涤区，因此只有催化剂颗粒或带有洗涤液的浆状物液滴的洗涤在洗涤区进行。在这种具体实施方案中，来自蒸馏区的液体收集在上文中已述的蒸馏区的收集器塔板上，并返回到浆状物床和/或从反应器中排出。

洗涤段可能包括至少一个洗涤塔板和一个在洗涤塔板下面的收集器塔板，随着洗涤液被输送到洗涤塔板上面的洗涤区或段，而且洗涤液和固体从洗涤段到浆状物床，不与自由空间区的气相接触，如通过导管连接洗涤段收集器塔板和浆状物床。优选的情况下，洗涤段包含多个洗涤塔板，如2-3个垂直间隔分开的洗涤塔板。洗涤塔板可以是固定阀塔板。

在第二具体实施方案中，避免了固体催化剂颗粒与回流液体，即回流冷凝的碳氢化合物产物和液体碳氢化合物组份的接触。意外地发现了固体催化剂颗粒与回流液体之间的接触，在某些情况下引起催化剂颗粒催化活性的消散和/或损失。换句话说，这种接触在某些情况下对催化剂颗粒希望的特性有不利的影响。洗涤段的采用克服了或至少减少了这个问题，但又保留了蒸馏区的优点，蒸馏区的主要目的是在气相中的气体和蒸气离开蒸馏区之间从气相中除去液体碳氢化合物产物和大部分液体碳氢化合物组份。

本发明的第二方面是提供了从气体原料生产液体和或者气体产品的装置。该装置包括以下部分：

带有反应区的反应器容器，在使用中，它包含固体颗粒悬浮在悬浮液中的浆状物床，和反应区上方的蒸馏区；

在容器的反应区底部的气体入口，用于将气体原料送入容器；

在容器的蒸馏区的气体出口，用于从容器中排出含有未反应的气体原料和存在的蒸气产物；

在容器的反应区的液体出口，用于从容器中排出液体产物；

可自由选择的，位于蒸馏区下面的洗涤区中的洗涤段；以及

蒸馏区中的蒸馏段，使用时，其中气相在通过气体出口排出蒸馏区之前应得到蒸馏。

该装置可以包括一个冷却段，操作上通过第一根导管线将其连接到容器的气体出口，并通过第二根导管线连接冷却段和蒸馏段，用于从冷却段将冷凝后的产物以回流返回到蒸馏段。

蒸馏段可以是像上文描述的那样。如上文所述，在蒸馏区中可以提供多个蒸馏段，蒸馏区与反应区被自由空间区隔开，即不包括气/液接触手段如蒸馏或洗涤塔板。

该装置可以包括洗涤段，洗涤段位于自由空间区和蒸馏区之间。洗涤段可以如上文所述。

现在，将举例说明本发明，并辅以示意图为参考。

在附图中：

图1概略地显示了浆状物反应器的部分纵剖面视图，根据本发明的第一具体实施方案，它构成一个工厂的中试装置的一部分，用于从气体原料生产液体和气体产品；

图2显示了根据本发明第二具体实施方案的装置流程图，用于从气体原料生产液体和气体或蒸气产品；

图3概略地显示了图2中所示的浆状物反应器的部分纵剖面图；以及

图4概略地显示了浆状物反应器的部分纵剖面图，它构成了根据本发明第三具体实施方案中装置的一部分。

关于图1，标号10总地指工厂中试装置的浆状物反应器，根据本发明的第一具体设备方案，它构成装置的一部分，用于从气体原料生产液体和气体或蒸气产品；

反应器10包括一个圆柱形反应容器12，包含反应区14中的浆状物床16，浆状物床中包括费-托催化剂颗粒，通常为一种铁或钴基催化剂，悬浮在液体碳氢化合物产物中。容器12在低水平，即浆状物床16的底部，提供了气体入口13，以及浆状物出口15用于从浆状物床16中排出浆状物。

容器12还包括一个蒸馏区，以标号18表示这一区域，在浆状物床16上面，位于容器的上部空间。自由空间区17在反应区14或浆状物床16与蒸馏区18之间。这样，上部空间包括自由空间区17和蒸馏区18。在蒸馏区18中，安装了5个固定阀蒸馏塔板20、22、24、26和28，塔板28在最上面。在最下层的塔板20的下面是一个烟囱式收集器塔板30。塔板30上设有一个水仓或井32，从井上接出一根导管34。导管34向下悬挂，其下端35位于浆状物床16的平面以下，如在正常浆状物床平面约200毫米以下。典型的是，浆状物床最大平面高度控制在距井32最下端大约1米。塔板20至30靠安装在与容器12内壁相连的支架40上的支撑柱38支撑。

容器12的直径在蒸馏区18的部分约为870毫米，蒸馏区18的长度约为8.4米，相邻的塔板间的距离约为460毫米。

容器12的上端用穹形顶42封住，顶上有气体出口44、46。通过气体出口44伸出回流导管48，回流导管48在最上层塔板28的上方中止。一根竖向设置的管做成了回流导管48的排出端(未显示出)，其长度约为450毫米，沿着其长度设置了多个竖向间隔排列的出口，每一出口的直径约为8毫米。提供的出口以10个为优选，以15个为更优选。

通过气体出口46伸出一根间歇向四周喷射的管50，它在塔板24的上方中止。一根竖直设置的管类似地提供了间歇式向四周喷射的管50的排出端，沿着其长度设置了多个均匀竖向间隔排列的直径为8毫米的孔。提供的孔以10个为优选，以15个为更优选。

如下文所述，在试运转期间，反应器10用于从合成气生产气体和液体碳氢化合物产物，合成气从入口13进入反应器底部，其组成为一氧化碳和氢气。合成气这样连续加入浆状物床16的底部，同时控制反应器，使其维持恒定的催化剂浆状物床平面。表1中给出了反应区14的条件，温度由典型方法，即设在浆状物床里或绕在浆状物床周围的冷却线圈控制。

气相包括不能冷凝的未反应的气体原料、水蒸气、不能冷凝的气体碳氢化合物部分、能冷凝的气体碳氢化合物部分、蒸发的液体碳氢化合物部分、被气体或蒸气夹带的液体碳氢化合物产物、以及被气体或蒸气夹带的固体催化剂颗粒。气相从浆状物床经过自由空间区17进入蒸馏区18。在自由空间区17中，气相与任何液体不发生接触，因此在自由空间区17中，不从气相中洗涤催化剂颗粒和夹带的液体。在蒸馏区18中，在表1中规定的条件下，用分别沿着导管48、50进入的回流和/或间歇式向四周喷射的物流蒸馏气相。这一蒸馏用于充分除去气相中任何夹带的催化剂颗粒和夹带的液体碳氢化合物产物，以及用于从气相中蒸馏液体碳氢化合物部分，该液体碳氢化合物在气体出口44、46处在通常的温度和压力条件下以液体形式存在。

处理后的气相通过气体出口44、46排出，送到单一的冷却/冷凝段，在此能冷凝的碳氢化合物部分冷凝下来，并作为回流沿着导管48和/或沿着导管50送回到反应器。在一次单独的试验中，为证明用洗涤除去夹带的固体的有效性，沿着导管50引入液体碳氢化合物产物作为洗涤液。

在蒸馏区18中，容器12的直径应让通过蒸馏节面18的空塔气体速度通常大于0.2米/秒。烟囱式收集器塔板30是考虑了清扫工作的标准设计，并用于收集从塔板20-28流下的液体产物。

中试工厂的反应器10在试运转期间的参数汇总如下：

                        表1

参数	值
		浆状物床16高度(米)	17-19
蒸馏区18的内径(厘米)	87
		夹带分离或蒸馏区18的高度(米)	20-24
自由空间区17的高度	1-2米
		塔板(20，22，24，26，28)类型	固定阀
塔板数	5
		碳氢化合物冷凝液进料塔板	顶层28或第三层24
项层塔板温度(℃)	±180
		反应区14的温度(℃)	220-250
反应区14的压力(巴(克))	±20

在中试工厂试运转期间，碳氢化合物产物冷凝液送入到顶层塔板28或送到塔板24。当送到塔板24时，与送到塔板28同样有效。在下面的实施例1和实施例2中，碳氢化合物产物冷凝液只送入到塔板28。塔板20至28用于从回流的碳氢化合物冷凝液中除去液体碳氢化合物产物和冷凝的气体碳氢化合物产物，即液体碳氢化合物部分，使从反应器顶部排出的处理后的气相或组份较轻，还防止催化剂以及被气相夹带的液体碳氢化合物产物和较轻的液体碳氢化合物产物，即液体碳氢化合物组份的残余存留在反应器10的顶部。在反应器顶部，为洗涤塔板20至28，以可变的速率连续泵入碳氢化合物冷凝液。塔板28的温度被控制在180℃左右，并且依次向下的每一个塔板的平衡温度和组成都相继升高。

下面是在试运转中使用反应器10进行的没有限制力的实施例：

实施例1

合成气以6000m³ _n/h的流速送入三相浆状物床反应器10。一种铁基催化剂作为浆料悬浮在作为悬浮试剂的熔化的蜡中，使用的浓度为35％。气体通过反应器，溶解在反应器液体或悬浮试剂中，为到达催化剂表面，在此发生费-托反应。含有气体的浆状物床从反应器12的底部算起控制在17.4米的水平，浆状物液滴从浆状物床中被向上携带超过浆状物表面进入自由空间区或浆状物床上方的上部空间的区17，并从区17进主蒸馏区18。该液滴运输过程被称为“夹带”。在蒸馏区18使用5个塔板从气相中分离液滴，使通过反应器顶部损失的催化剂减至最少。就这一特殊的实施例而言，测定夹带的尾气中排出的催化剂为2.15毫克固体/m³ _n/h，而当在反应器10中没进行夹带分离时，一般约为10.4mg/m³ _n/h。

实施例2：

合成气以8800m³ _n/h的流速送入三相浆状物床反应器10。一种钴基催化剂作为浆料悬浮在作为悬浮试剂的熔化的蜡中，使用的浓度为30重量％。该方法的反应条件与实施例1中描写的其它条件完全相同。就这一特殊的实施例而言，测定夹带在尾气中排出的催化剂为0.015mg/m³ _n/h，而当在反应器10中没进行夹带分离时，一般为0.074mg/m³ _n/h。

参照图2和图3，标号100总的指根据本发明另一具体实施方案的装置，用于从气体原料生产液体和气体产物。

装置100包括一个反应器102，与上文所述图1中的反应器10相似。反应器102中与反应器10相同或相似的部分，用相同的标号标出。

但是，在反应器102的蒸馏区16中只包含三个固定阀蒸馏塔板104、106、108，其中塔板108在最上层，回流导管48在塔板108上方结束。反应器102中在最下层的蒸馏塔板104下面还包括一个烟囱式收集器塔板30，从收集塔板30直接引出一根导管34。

装置100包括一根气体排出导管110，从气体出口44引出到单一冷却段或冷凝段112。冷凝的碳氢化合物部分或产物的排出管线114从段112到泵116。回流导管48从泵116引出，然而，冷凝的碳氢化合物部分或产物的排出管线118还是从回流导管48引出用于排出要求排出的冷凝产物。水排出导管120也是从段112引出。类似地，用于排出未反应的合成气以及不能冷凝的碳氢化合物部分或产物气的尾气导管122，还是从段112引出。循环气导管124从导管122引出到压缩机126，循环导管128从压缩机126引出到反应器102底部的气体入口13。导管128与新的合成气进料管130汇合。

浆状物排出导管132从反应器浆状物出口15引出。

反应器102的功能在本质上与反应器10相同，其中冷凝的碳氢化合物部分沿着导管114、48被回流到顶层塔板108。尾气沿着管线122从装置中排出或沿着管线124、128、130循环返回到反应器。

浆状物床的最高液面典型地控制在1米到2米之间，在液面下方，容器12的用陷型模使成形的或向外喇叭状张开的部分接合到圆柱形壁上。

参照图4，标号200总的是指浆状物反应器，它构成本发明第三具体实施方案中装置的一部分，用于从气体原料生产液体和气体或蒸气产物。

反应器200中与反应器10相同或相似的部分，用相同的标号标出。

反应器200的上部空间包括自由空间区17、蒸馏区18外，还有洗涤区202。洗涤区202位于自由空间区17和蒸馏区18之间。

反应器200的蒸馏区18仅包含个固定阀蒸馏塔板20、22和24，回流导管48输送冷凝的碳氢化合物产物回流液至顶层塔板24上。还有从收集器塔板上的水仓30引出的导管34用于从反应器中排出液体碳氢化合物部分，而不是将其返回到浆状物床16。

洗涤区202含有一个由三个垂直交错的固定阀洗涤塔板204、206和208组成的洗涤段，塔板208在最上层。洗涤液导管210输送作为洗涤液的液体碳氢化合物产物到顶层洗涤塔板208上。使浆状物床的一部分易于进行固体分离，从那里除去大部分催化剂颗粒，这样得到用作洗涤液的液体碳氢化合物产物。收集器塔板212位于最下层洗涤塔板204之下，而且提供了一个水仓或井214。洗涤液返回导管216从塔板上的水仓214引出至浆状物床，用于输送用过的洗涤液返回浆状物床16，用过的洗涤液中含有在洗涤区202从气相洗出的催化剂颗粒。

浆状物反应器如反应器10、102是众所周知的包括液相的三相反应器，液相中有分散的或被鼓泡通过液相的气相保持在浆状物中的固体催化剂。液体和悬浮的固相构成浆状物。提高液相向上的速率可增强催化剂的分散。

当气泡到达浆状物床的上层表面时，它们通过上层表面时在充分的能量下破碎，从而夹带一些浆状物。由于向上流动的气体的拖力和重力引起的向下的拉力，较大的液滴返回到浆状物床的顶部，但较轻的液滴被向上带走。浆状物夹带的回流随气体速度和粘度的增加而增加。夹带的浆状物的固体含量随体积大的浆状物固体浓度的增加而增加，尤其是随着固体尺寸小于10微米的固体浓度的增加而增加。

浆状物夹带速率越高，反应中的浆状物损失增加，因此在已知的没有蒸馏区16的反应器中，在浆状物表面上方的自由空间区部分的反应器直径大，以避免在这一区域的高速率。

在这种已知的反应器中为减少催化剂损失，夹带分离一般由内部分离器完成。有许多已知的分离器设计，它们依靠的方法是当气体或蒸气高速流动时改变气体或蒸气流动的方向。这些设计利用夹带分离技术，这些技术引起夹带的浆状物液滴聚结然后落回到浆状物床中。这种单元装置还考虑到了自由穿流，以防止催化剂颗粒的积累和可能的阻塞。这一单元装置的典型例子是叶轮式夹带分离器。这些分离器由于快速改变气流方向，引起浆状物液滴碰撞在金属表面上。然而，已知的夹带分离装置在除去夹带的浆状物方面并不是有100％的效率。而且在用于费-托方法的浆状物反应器的操作条件下，如前面所述，一些反应器的液体成份是在气相中，不能被这些已知的装置分离。

基本的费-托反应是：

在这一放热反应中，典型的是，通过浸在浆状物床的线圈泵进锅炉水来除去反应热。在用于费-托合成方法的一般浆状物床反应器操作中，发现大约50(重量)％的合成的碳氢化合物太重了以致不能与未反应的气体一起逸出反应器，而且含有大部分反应器液相。用多段冷凝从未反应气中分离大部分残余的产物是可能的，形成一些反应器液体组份、轻碳氢化合物产物和反应水。

本申请人已意外地发现使用普遍在蒸馏塔设计中用于液体分离的固定阀蒸馏塔板，能更有效地从气相中分离反应器液体和催化剂。

更为特别的是，申请人已意外地发现随着本发明中的蒸馏塔板的应用，只用三个固定阀蒸馏塔板就能达到有效的分离。本发明还有更加令人吃惊的优点，即从气相中完全除去夹带的反应器液体和催化剂；存在于蒸气相中的所有反应器液体组份都冷凝下来并且保留在费-托反应器中；由于浆状物夹带速率不影响分离效率，因此它允许减小费-托反应器中浆状物分界面之上的自由空间区中的反应器直径。

费-托反应器中所有反应器液体的保留，使只在一步冷凝中，而不是现有技术中的最少两步冷凝，就从反应器产物气或蒸气中分离较轻的碳氢化合物产物成为可能。已知的反应器要求两步冷凝，以避免在冷凝所有需要的液体产物的规定温度下，热交换表面被固定蜡阻塞。

Claims (20)

1.从气体原料生产液体和气体产物的方法，该方法包括：

进料，主要含有一氧化碳和氢气的合成气流作为气体原料从底部进入由固体费-托催化剂颗粒悬浮在液体中构成的浆状物床，其中该浆状物床在反应区内；

使气体原料在向上通过浆状物床时通过费-托合成方式反应，生成液体和气体产物，气体原料和气体产物有助于在悬浮液中保持固体催化剂颗粒处于悬浮状态，以及液体产物与悬浮液体一起构成浆状物床的液相；

从浆状物床排出液相，以保持浆状物床处在要求的水平；

使气体产物和未反应的气体原料从浆状物床中逸出，并与被夹带的固体催化剂颗粒和液相一起作为气相向上进入浆状物床上方的上部空间的自由空间区，其中自由空间区位于反应区的紧上部；

在上部空间对气相进行蒸馏和或者洗涤处理，其中蒸馏在上部空间的蒸馏区完成，洗涤在上部空间的洗涤区完成，自由空间区将蒸馏区和存在的洗涤区与反应区隔开，因此从气相中分离夹带的固体催化剂颗粒和液相；

将分离出的夹带的固体催化剂颗粒和液体从蒸馏区或当存在洗涤区时，从洗涤区通过导管返回到浆状物床而不与在自由空间区的气相接触；以及

从上部空间排出处理后的气相。

2.根据权利要求1的方法，其中悬浮液体是液体产物；在浆状物反应器中提供浆状物床和上部空间。

3.根据权利要求2或3的方法，其中进入上部空间的气相包括或由不能冷凝的未反应的气体原料、不能冷凝的气体碳氢化合物部分、夹带的固体催化剂颗粒、夹带的液体碳氢化合物产物、蒸发的液体碳氢化合物部分、可冷凝的气体碳氢化合物部分、以及水蒸气组成，同时从蒸馏区排出的处理过的气相包括或由不能冷凝的未反应的气体原料、不能冷凝的气体碳氢化合物部分、能冷凝的气体碳氢化合物部分、水蒸气部分组成，并且气体碳氢化合物产物包括不能冷凝的气体碳氢化合物组份、蒸发的液体碳氢化合物部分、能冷凝的气体碳氢化合物部分、以及水蒸气。

4.根据权利要求3的方法，其中包括处理后的气体或蒸气相离开蒸馏区后，在冷却段中进行冷却，冷凝至少一部分能冷凝的气体碳氢化合物组份，并返回至少一部分这些冷凝的碳氢化合物产物到蒸馏区，作为回流液用于蒸馏。

5.根据权利要求4的方法，其中处理后的气体或蒸气相被冷却至30-50℃。

6.根据权利要求4或5的方法，其中气相以与回流的冷凝的碳氢化合物产物和液体碳氢化合物部分相反的方向向上穿过浆状物反应器蒸馏区中至少一个蒸馏段，以实现蒸馏。

7.根据权利要求6的方法，其中使用多个垂直间隔设置的蒸馏段，每一段包含一个固定阀蒸馏塔板。

8.根据权利要求7的方法，其中通过固定阀蒸馏塔板的空塔气体速率在0.2米/秒-2.0米/秒的范围内，通过浆状物床的空塔气体速率一般低于通过蒸馏区的空塔气体速率，所以蒸馏区的有效反应器直径或截面积尺寸小于反应区。

9.根据权利要求7或8的方法，其中收集器塔板位于最下层的蒸馏段之下，收集在收集器塔板上的液体并用导管返回到浆状物床，使返回到浆状物床的任何液体都不与在自由空间区的气相发生接触。

10.根据权利要求4-8中任一项的方法，其中包括在洗涤区中气相的洗涤，用一种洗涤液完成洗涤，洗涤用于从气相中分离夹带的催化剂颗粒。

11.根据权利要求10的方法，其中气相以与洗涤液方向相反的方向向上穿过洗涤区的洗涤段完成洗涤，洗涤液是液体碳氢化合物产物。

12.根据权利要求11的方法，其中包括使部分浆状物床易于固体分离，从液体碳氢化合物产物中除去大部分催化剂颗粒，由此生产随后用作洗涤液的液体碳氢化合物产物。

13.根据权利要求12的方法，其中夹带的催化剂颗粒或浆状物液滴的洗涤和蒸馏都发生在洗涤区，除洗涤液外，还允许来自蒸馏区的液体进入洗涤区。

14.根据权利要求12的方法，其中没有来自蒸馏区的液体进入洗涤区，所以在洗涤区只有用洗涤液洗涤催化剂颗粒或浆状物液滴。

15.根据权利要求11-14中任一项的方法，其中洗涤段包括至少一个洗涤塔板和洗涤塔板下面的一个收集器塔板，洗涤液被导入洗涤塔板之上的洗涤区或段，洗涤液和固体催化剂颗粒通过连接洗涤段收集器塔板和浆状物床的管线从洗涤段到达浆状物床。

16.根据权利要求15的方法，其中洗涤段包括多个垂直分开排列的洗涤塔板，所述洗涤塔板为固定阀塔板。

17.用于从气体原料生产液体产物和气体产物的装置，该装置包括：

一个反应器容器，其中包括一个反应区和一个反应区之上的蒸馏区，反应区在使用中含有一个固体催化剂颗粒悬浮在悬浮液中的浆状物床；

反应区中容器上低水平部位的一个气体入口，用于将气体原料导入容器；

蒸馏区中容器上的气体出口，用于从容器中排出含有未反应的气体原料和存在的蒸气产物；

在反应区中容器上的液体出口，用于从容器中排出液体产物；

可任选的，洗涤区中的洗涤段，位于蒸馏区的下面；以及

蒸馏区中的蒸馏段，其中，在使用时，气相在通过气体出口排出蒸馏区之前，对气相进行蒸馏；

在蒸馏区或存在的洗涤区和反应区之间的一个自由空间区；和

由蒸馏区或存在的洗涤区导向反应区的一根导管，以使在使用时，可以将催化剂颗粒从蒸馏区或存在的洗涤区返回到反应区而不与自由空间区的气体接触。

18.根据权利要求17的装置，其中包括一个冷却段，操作中冷却段用第一根导管与容器的气体出口相连，第二根导管则引导冷却段回到蒸馏区，用于将冷凝的产物从冷却段作为回流返回到蒸馏段。

19.根据权利要求17或18的装置，其中在蒸馏区提供了多个蒸馏段，并且其中在自由空间区中没有气体/液体接触手段。

20.根据权利要求19的装置，其中包括洗涤区中的洗涤段，洗涤区位于自由空间区和蒸馏区之间。

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