[go: up one dir, main page]

RU2481151C2 - Способ проведения синтеза фишера-тропша и реактор для его осуществления - Google Patents

Способ проведения синтеза фишера-тропша и реактор для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2481151C2
RU2481151C2 RU2010139275/05A RU2010139275A RU2481151C2 RU 2481151 C2 RU2481151 C2 RU 2481151C2 RU 2010139275/05 A RU2010139275/05 A RU 2010139275/05A RU 2010139275 A RU2010139275 A RU 2010139275A RU 2481151 C2 RU2481151 C2 RU 2481151C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
cooling
synthesis
reactor
surface area
Prior art date
Application number
RU2010139275/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010139275A (ru
Inventor
Кристоф ДУВИГ
Поуль Эрик Хейлунд НИЛЬСЕН
Макс Торхауге
Original Assignee
Хальдор Топсеэ А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хальдор Топсеэ А/С filed Critical Хальдор Топсеэ А/С
Priority claimed from PCT/EP2009/000973 external-priority patent/WO2009118080A1/en
Publication of RU2010139275A publication Critical patent/RU2010139275A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2481151C2 publication Critical patent/RU2481151C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/009—Membranes, e.g. feeding or removing reactants or products to or from the catalyst bed through a membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0292—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds with stationary packing material in the bed, e.g. bricks, wire rings, baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/065—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/152—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the reactor used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02—Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/04—Methanol
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00123—Fingers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/0015—Plates; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/0077—Baffles attached to the reactor wall inclined
    • B01J2219/00772—Baffles attached to the reactor wall inclined in a helix
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Способ и реактор для проведения синтеза Фишера-Тропша (ФТ) с парциальным давлением пара, регулируемым с помощью холодных точек в реакторе для синтеза ФТ, обычно в виде охлаждаемых твердых поверхностей. На поверхности низкая температура приводит к конденсации воды с образованием жидкой пленки. При этом парциальное давление пара в газе и в реакторе значительно не превышает парциальное давление водяного пара на жидкой пленке, и из газового потока удаляется вода по мере ее образования, то есть избегают вызываемой паром дезактивации. Изобретение обеспечивает снижение парциальных давлений водорода и монооксида углерода и вследствие разбавления паром удерживания на низком уровне, тем самым обеспечивая постоянную высокую скорость реакции. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Description

Для процесса Фишера-Тропша (ФТ) требуется поток синтез-газа, в основном состоящий из монооксида углерода и водорода. Итак, первой стадией сжижения угля или производства топлив Фишера-Тропша из биомасс является газификация. Данным процессом синтез-газ переводится в высшие углеводороды, диоксид углерода и воду.
Известные реакторы для синтеза ФТ работают с неподвижным слоем или с продувкой газом (суспензиями). Широко используются реакторы, работающие с суспензией, так как они позволяют лучше регулировать температуру и тем самым повысить качество целевого продукта. Кроме того, современные катализаторы для синтеза ФТ на основе кобальта или рутения обладают хорошей способностью к образованию молекул с длинной углеродной цепью (обычно включающих более чем 5 атомов углерода).
Синтез ФТ является экзотермическим процессом, и производительность реакции в большой степени зависит от температуры реакции. Высокие температуры способствуют образованию метана и отложению углерода на катализаторе. Поэтому необходимо регулировать температуру и снимать избыточную температуру с реакционной среды, чего обычно достигают с путем косвенного теплообмена с использованием охлаждающего агента в реакторе.
Несмотря на вышеописанный прогресс реакторы для синтеза ФТ до сих пор имеют недостатки, главный из которых связан с чувствительностью любого катализатора для синтеза ФТ к пару. В реакциях ФТ на каждую превращаемую молекулу монооксида углерода образуется одна молекула воды. Так как желаемым целевым продуктом являются длинноцепные углеводороды, в результате указанного эффекта значительно повышается концентрация пара, что может отрицательно влиять на активность катализатора. Дезактивация катализатора синтеза ФТ, вызываемая паром, требует ограничения парциального давления пара на уровне обычно ниже примерно 6 бар, предпочтительно значительно ниже. Этого, как правило, достигают путем ограничения уровня конверсии (то есть образования воды) на каждый ход через реактор. При рабочем давлении, составляющем примерно 20-30 бар, конверсия углерода на каждый проход не превышает 50%, что связано со значительным количеством рециркуляционного потока и, следовательно, конструкцией крупногабаритного реактора, то есть реактора большего размера, чем требовалось бы исходя из активности катализатора.
Было найдено, что можно повысить степень конверсии реактора (на кг катализатора) в известном процессе ФТ, а также значительно уменьшить габариты реактора путем избежания рециркуляционного потока за счет ограничения парциального давления пара на достаточно низком уровне и поддержания адекватной активности катализатора.
Для регулирования парциального давления пара предлагаем вводить в реактор для синтеза ФТ холодные точки, как правило, в виде охлаждаемых твердых поверхностей. На данных поверхностях за счет низкой температуры вода конденсируется с образованием жидкой пленки. Поэтому парциальное давление пара в газе и в реакторе не будет значительно превышать парциальное давление водяного пара на жидкой пленки, и вода удаляется из газового потока по мере ее образования, то есть ограничиваем вызываемую паром дезактивацию катализатора. Кроме того, снижение парциальных давлений водорода и монооксида углерода поддерживается на низком уровне вследствие разбавления паром, благодаря чему обеспечивается постоянно высокая скорость реакции.
Согласно вышеизложенным выводам настоящее изобретение относится к способу проведения синтеза Фишера-Тропша, включающему стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора синтеза ФТ, косвенно охлаждаемых с помощью охлаждающего агента, и конденсации воды по мере ее образования в реакторе на охлаждающей поверхности путем управления жидким охлаждающим агентом с обеспечением температуры в интервале между 50°C и 190°C.
Для обеспечения эффективной конденсации воды на холодном участке и адекватного отвода теплоты из слоя катализатора пригодны разные подходы. Однако все возможные варианты требуют включения набора охлаждаемых поверхностей в реактор(ы) с обеспечением того, что каждая каталитическая зона будет находиться вблизи охлаждаемой поверхности. Например, частицы катализатора можно размещать в узких трубках, снаружи окруженных охлаждающим агентом, и поток синтез-газа пропускают через трубки с большой скоростью. Или же можно использовать реактор, упакованный слоем катализатора, в котором размещены внутренние элементы, в которых циркулирует охлаждающий агент. Такие элементы могут быть разной конфигурации, лишь бы они обеспечивали адекватное охлаждение и близость каждой каталитической зоны к одной из охлаждаемых поверхностей.
Рабочие давление и температуру в реакторе (относительно далеко от холодных поверхностей) необходимо регулировать в интервале, обеспечивающем адекватную активность катализатора, необходимую для высокой конверсии.
Катализаторы, которые чаще всего используют в промышленных установках ФТ и которые пригодны также для осуществления изобретения, являются катализаторами на основе металлов, обычно на основе железа, рутения или кобальта. Хотя до сих пор широко применяли железо, современные катализаторы часто основаны на кобальте, и они проявляют лучшие свойства, что касается их избирательности.
В зависимости от конкретного катализатора процесс можно осуществлять либо при низких, либо при высоких температурах. Если используют катализатор на основе железа, то можно применять высокие рабочие температуры в интервале между 300 и 350°C, а более низкие рабочие температуры в интервале между 200 и 240°C применяют в случае катализатора или на основе железа, или на основе кобальта.
Для реакторов с неподвижным слоем катализатора пригодна рабочая температура в интервале между 180 и 350°C.
Общие рабочие давления могут колебаться между примерно 1 МПа и 6 МПа. В случае использования катализатора на основе железа предпочтительными являются высокие рабочие давления, так как производительность данного катализатора повышается по мере увеличения рабочего давления. Однако можно выбирать адекватное рабочее давление исходя из активности катализатора, расходов на реактор и максимально допустимого парциального давления пара. Поэтому при установлении рабочего давления необходимо позаботиться о том, чтобы температура холодных точек была достаточно низкой при заданном общем рабочем давлении для обеспечения конденсации пара.
Площадь поверхности холодных точек и их температура регулируют скорость конденсации, которая должна быть в равновесии со скоростью образования воды при синтезе ФТ. Однако потеря тепла в холодных точках должна быть в равновесии с выделением тепла реакций ФТ с тем, чтобы температура в реакторе осталась постоянной в ходе реакций. Разница температур между жидкой пленкой (холодной для обеспечения конденсации) и реактором (теплым для поддержания быстрых реакций) обеспечивается за счет теплоты реакции и конденсации. Безразмерный критерий, обобщающий данные равновесия, представляется нижеследующим.
Согласно одному варианту изобретения, по меньшей мере, часть температуры катализатора поддерживают на уровне выше точки росы воды путем регулирования площади охлаждающей поверхности (ACOOL) при заданной температуре охлаждающего агента с обеспечением соотношения объема осевшей массы катализатора и площади охлаждающей поверхности в интервале между 0,01 м и 0,125 м.
Согласно другому варианту изобретения температуру частиц катализатора для синтеза ФТ поддерживают на уровне выше точки росы воды с помощью нагревающего агента, включающего воду под давлением с точкой кипения между 180°C и 280°C, пар с точкой росы между 180°C и 280°C или их смесь. Нагревающий агент пропускают через внутреннее нагревательное средство, площадь поверхности которого выбрана с обеспечением соотношения площади поверхности нагревательного средства к площади охлаждающей поверхности, равного между 0,3 и 3,0.
Предпочтительно средняя температура охлаждающего агента находится в интервале между 100°C и 180°C, а соотношение объема осевшей массы катализатора и (VCAT) к площади охлаждающей поверхности (ACOOL) - между 0,01 м и 0,125 м.
Средняя температура определена как температура охлаждающего агента после приема половины общей передаваемой теплоты.
Кроме того, изобретение относится к реактору, пригодному для осуществления вышеописанного способа проведения синтеза ФТ.
Согласно одному варианту выполнения реактор содержит неподвижный слой частиц катализатора для синтеза ФТ и средство охлаждения, выполненное с возможностью косвенного охлаждения синтез-газа ФТ с помощью охлаждающего агента, размещенные в общем корпусе, причем соотношение объема осевшей массы катализатора к площади охлаждающей поверхности средства охлаждения составляет от 0,01 м до 0,125 м, при температуре охлаждающего агента, составляющей от 50°C до 190°C.
Согласно другому варианту выполнения реактор содержит неподвижный слой частиц катализатора для производства метанола, средство охлаждения, выполненное с возможностью косвенного охлаждения синтез-газа ФТ с помощью охлаждающего агента, и нагревательное средство, выполненное с возможностью косвенного поддержания температуры катализатора для синтеза ФТ с помощью нагревающего агента, размещенные в общем корпусе, причем соотношение площади поверхности нагревательного средства к площади поверхности средства охлаждения составляет от 0,3 до 3,0.
Согласно дальнейшему варианту выполнения изобретения реактор далее содержит внутреннее средство для стабилизации жидкой пленки, смежное с поверхностью средства охлаждения. Средство для стабилизации жидкой пленки служит для предотвращения уноса конденсированной воды в слой катализатора и размещено между катализатором и охлаждающим средством. Предпочтительно средство для стабилизации жидкой пленки выполнено в виде проволочной сетки, металлической спирали, пористого волокнистого мата или удлиненной охлаждающей поверхности, снабженной ребрами.
В целях определения критерия в нижеследующем оцениваются и сравниваются показатели (производительность, транспорт и т.д.) в реакторе.
Речь идет о следующих значениях.
Размер конденсации в холодных точках составляет Rcond ~k(Y-Y∗),
где
k - коэффициент транспорта,
Y - массовая доля воды и
∗ - стоит за переменные пара, определяемые как в равновесии с жидкой пленкой.
Выделение тепла - Hrelease ~Н·r,
где
Н - энтальпия реакции и
r - скорость образования воды.
Если вся образующаяся вода конденсируется на поверхности, то верно Hrelease ~Н·k(Y-Y∗). Данное соотношение обеспечивают путем независимого выбора площади охлаждающей поверхности и объема катализатора для заданной активности катализатора.
Потеря теплоты на поверхности или пленки составляет Hlosses ~k Ср (Т-Т∗), где Т и Т∗ стоят за температуру газа и жидкой пленки соответственно.
Определяем А путем сравнения выделяемой теплоты и потери теплоты: А ~(H(Y-Y∗))/(Ср(Т-Т∗)). А должно быть выше 1 для предотвращения чрезмерного охлаждения.
Пример 1
В реактор, работающий при давлении 20 бар и средней температуре слоя катализатора, составляющей 210°C, вводят смесь водорода и монооксида углерода в соотношении Н2/СО=2, температуру охлаждаемой поверхности устанавливают при 147°C. Реагенты взаимодействуют согласно уравнению
СО+2H2→CH2+H2O.
СН2 реагирует далее с образованием молекул с длинной углеродной цепью. Реакция является экзотермической (энтальпия реакции составляет -Н=-165 кДж/моль), причем теплопроизводительность смеси колеблется в соответствии с конверсией углерода в интервале Ср ~30-50 Дж/моль/К.
На фиг.1 показано парциальное давление разных веществ в зависимости от конверсии углерода. При конверсии ниже 0,5 парциальные давления изменяются линейно по мере конверсии, образуется вода, которая накапливается в газовой фазе по мере расхода реагентов. При конверсии, составляющей примерно 0,5, начинается пленочная конденсация, и парциальное давление воды стабилизуется при 4,5 бар, ниже верхнего предела (который для данного случая составляет примерно 6 бар). Реакция продолжается почти до полной конверсии, причем парциальные давления реагентов поддерживаются на постоянном высоком уровне. В данном конкретном случае мы рассчитываем, что безразмерное число А будет равно примерно 1,3 при конверсии 0,5, и повышается по ходу реакции в реакторе, так что температура катализатора пригодна для синтеза ФТ.
Пример 2
В реактор, работающий при давлении 35 бар и средней температуре слоя катализатора, составляющей 210°C, вводят смесь водорода и монооксида углерода в соотношении H2/CO=2, температуру охлаждаемой поверхности устанавливают при 155°C. Реакции похожи реакциям согласно примеру 1.
На фиг.2 показано парциальное давление разных веществ в зависимости от конверсии углерода. При конверсии ниже 0,4 парциальные давления также в данном случае изменяются линейно по мере конверсии, образуется вода, которая накапливается в газовой фазе по мере расхода реагентов. При конверсии, составляющей примерно 0,4, начинается пленочная конденсация, и парциальное давление воды стабилизуется при 5,7 бар, ниже верхнего предела (который в данном случае также составляет примерно 6 бар). Реакция продолжается почти до полной конверсии, причем парциальные давления реагентов поддерживаются на постоянном высоком уровне. В данном конкретном случае мы рассчитываем, что безразмерное число А будет равно примерно 1,3 при конверсии 0,4, и повышается по ходу реакции в реакторе, так что температура катализатора пригодна для синтеза ФТ.
Преимущества реактора конденсации по сравнению с известными методами заключаются в следующем.
Отпадает рециркулируемый поток, и уменьшаются габариты установки (как компрессора, так и реактора), что снижает расходы на создание установки.
Снижается содержание воды в газовой фазе, что позволяет работать при более высоких давлениях / активности катализатора и/или поддерживать парциальные давления реагентов в реакторе на относительно постоянном уровне.
Удаление воды также снижает скорость газового потока, что значительно уменьшает падение давления на единицу длины в зоне высокой конверсии. Благодаря этому можно использовать катализатор в виде мелких частиц, ограничение диффузии внутри частиц снижается при одновременном повышении реакционноспособности, причем падение давления остается в разумных пределах.
Благодаря отсутствию рециркуляционной линии не происходит накопления инертных веществ и снижаются требования к составу синтез-газа, то есть упрощается подготовка синтез-газа (снижение расходов) без существенной потери эффективности конверсии.

Claims (6)

1. Способ проведения синтеза Фишера-Тропша (ФТ), включающий стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора для синтеза ФТ, косвенно охлаждаемых посредством охлаждающего агента, и конденсации воды по мере ее образования на охлаждающей поверхности путем регулирования давления охлаждающего агента с обеспечением точки кипения (TBW) охлаждающего агента в интервале между 50°C и 190°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть температуры катализатора поддерживают на уровне выше точки росы воды путем регулирования площади охлаждающей поверхности (ACOOL) при заданной точке кипения охлаждающего агента с обеспечением соотношения насыпного объема катализатора, осажденного на инертном носителе катализатора (VCAT), к площади охлаждающей поверхности (ACOOL) в интервале между 0,01 м и 0,125 м.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что температуру частиц катализатора для синтеза ФТ поддерживают на уровне выше точки росы воды посредством нагревающего агента, включающего воду под давлением с точкой кипения между 180°C и 280°C, пар с точкой росы между 180°C и 280°C, или их смесь, причем нагревающий агент пропускают через внутреннее нагревательное средство, площадь поверхности которого выбрана с обеспечением соотношения площади нагревательного средства к площади поверхности охлаждающего средства в интервале между 0,3 и 3,0.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что точка кипения охлаждающего агента находится в интервале между 100°C и 180°C, и соотношение насыпного объема катализатора, осажденного на инертном носителе катализатора (VCAT), к площади охлаждающей поверхности (ACOOL) составляет от 0,01 м до 0,125 м.
5. Реактор для синтеза ФТ для осуществления способа по п.1, содержащий неподвижный слой частиц катализатора для синтеза ФТ и средство охлаждения, выполненное с возможностью косвенного охлаждения синтез-газа ФТ с помощью охлаждающего агента, размещенные в общем корпусе, причем соотношение насыпного объема катализатора, осажденного на инертном носителе катализатора, к площади охлаждающей поверхности (VCAT/ACOOL) охлаждающего средства составляет от 0,01 м до 0,125 м.
6. Реактор для синтеза ФТ по п.5, содержащий дополнительно внутреннее средство для стабилизации жидкой пленки, смежное с поверхностью средства охлаждения.
RU2010139275/05A 2008-02-25 2009-02-12 Способ проведения синтеза фишера-тропша и реактор для его осуществления RU2481151C2 (ru)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA200800260 2008-02-25
DKPA200800261 2008-02-25
DKPA200800260 2008-02-25
DKPA200800261 2008-02-25
DKPA200800652 2008-05-08
DKPA200800652 2008-05-08
PCT/EP2009/000973 WO2009118080A1 (en) 2008-02-25 2009-02-12 Method and reactor for performing fischer-tropsch synthesis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010139275A RU2010139275A (ru) 2012-04-10
RU2481151C2 true RU2481151C2 (ru) 2013-05-10

Family

ID=40586790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010139275/05A RU2481151C2 (ru) 2008-02-25 2009-02-12 Способ проведения синтеза фишера-тропша и реактор для его осуществления

Country Status (17)

Country Link
US (3) US8513314B2 (ru)
EP (3) EP2257366B1 (ru)
JP (2) JP2011515334A (ru)
KR (2) KR20100138884A (ru)
CN (2) CN101959586B (ru)
AT (2) ATE516876T1 (ru)
AU (2) AU2009218828B2 (ru)
BR (2) BRPI0906447B1 (ru)
CA (2) CA2730916C (ru)
EA (2) EA019311B1 (ru)
ES (3) ES2368027T3 (ru)
MX (2) MX2010008947A (ru)
NZ (2) NZ586789A (ru)
PL (3) PL2249958T3 (ru)
RU (1) RU2481151C2 (ru)
WO (2) WO2009106232A1 (ru)
ZA (2) ZA201004473B (ru)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2012013292A (es) * 2010-05-20 2012-12-17 Haldor Topsoe As Metodo y aparato para la separacion de un liquido de una corriente de alimentacion de gas en un reactor catalitico.
US8692034B2 (en) 2010-06-24 2014-04-08 Haldor Topsoe A/S Co-production of methanol and ammonia
US20130153188A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Advanced smr reactor design featuring high thermal efficiency
EP3034161A1 (en) 2014-12-18 2016-06-22 Haldor Topsøe A/S Method and reactor design for the production of methanol
DE102015202680A1 (de) 2015-02-13 2016-08-18 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese und Synthesereaktor
WO2017009050A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Haldor Topsoe A/S Catalytic reactor
WO2017019961A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Primus Green Energy Inc. Two-stage reactor for exothermal and reversible reactions and methods thereof
WO2017118572A1 (en) 2016-01-07 2017-07-13 Total Research & Technology Feluy Supported indium oxide catalyst and process for methanol synthesis using the same
WO2017118573A1 (en) 2016-01-07 2017-07-13 Total Research & Technology Feluy Process for methanol synthesis using an indium oxide based catalyst
CN105797653A (zh) * 2016-03-19 2016-07-27 江苏怡达化学股份有限公司 直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置及工艺
DE102016204717A1 (de) * 2016-03-22 2017-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen
DE102016204718A1 (de) 2016-03-22 2017-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor
MX2018011146A (es) * 2016-03-30 2018-11-22 Topsoe Haldor As Un esquema de proceso para la sintesis de metanol para una gran capacidad de produccion.
EP3401300B1 (de) * 2017-05-12 2021-06-23 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren zur herstellung von methanol
WO2018210827A1 (en) 2017-05-17 2018-11-22 Total Research & Technology Feluy Mto-ocp upgrading process to maximize the selectivity to propylene
EP3404005A1 (en) 2017-05-17 2018-11-21 Total Research & Technology Feluy Process for ethylene oligomerisation from diluted stream
WO2018210826A1 (en) 2017-05-17 2018-11-22 Total Research & Technology Feluy Process for ethylene aromatisation from diluted stream
AR113649A1 (es) 2017-12-20 2020-05-27 Haldor Topsoe As Convertidor de flujo axial enfriado
EP3593900A1 (en) 2018-07-10 2020-01-15 Total Raffinage Chimie Copper-iron-based catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols and process using such catalyst composition
EP3599075A1 (de) 2018-07-27 2020-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor zur durchführung einer chemischen gleichgewichtsreaktion
US11865519B2 (en) 2018-09-06 2024-01-09 Total Se Noble metal-promoted IN2O3 catalyst for the hydrogenation of CO2 to methanol
WO2020157057A1 (en) 2019-02-01 2020-08-06 Total S.A. Copper-iron-based catalytic composition comprising zeolites, method for producing such catalytic composition and process using such catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols
EP3917903A1 (en) 2019-02-01 2021-12-08 Total Se Process using catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols
EP4021631A1 (en) * 2019-08-27 2022-07-06 SABIC Global Technologies, B.V. Mass transfer swirler including distribution member
CN114423516B (zh) * 2019-09-20 2024-11-22 Sabic环球技术有限责任公司 反应器管组件
JP7515493B2 (ja) * 2019-09-27 2024-07-12 住友化学株式会社 化学反応方法および化学反応装置
JP2021154230A (ja) * 2020-03-27 2021-10-07 三菱パワー株式会社 ガス状生成物を得るための装置およびガス状生成物を得るための方法
EP4234521A3 (en) * 2020-08-31 2023-09-27 Sumitomo Chemical Company, Limited Chemical reaction method, chemical reaction apparatus and production method
US12049438B2 (en) 2020-11-17 2024-07-30 Totalenergies Onetech Process for methanol synthesis from CO2-rich syngas
ES2914350B2 (es) * 2020-12-09 2023-01-30 Blueplasma Power S L Dispositivo y proceso para producir carbonato de dimetilo
CN114148553B (zh) * 2021-11-12 2024-06-25 中国运载火箭技术研究院 一种类失重流体分布形态构建系统及控制系统
WO2024257435A1 (ja) * 2023-06-14 2024-12-19 本田技研工業株式会社 反応器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1565824A (en) * 1976-11-15 1980-04-23 Ici Ltd Exothermic process and apparatus therefor
RU2031702C1 (ru) * 1989-02-16 1995-03-27 Халдор Топсее А/С Реактор для проведения экзотермической газофазной реакции и способ проведения экзотермической газофазной реакции
EP0737646A2 (en) * 1995-04-10 1996-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Process for operating equilibrium-controlled reactions
US20030068260A1 (en) * 2001-03-05 2003-04-10 Wellington Scott Lee Integrated flameless distributed combustion/membrane steam reforming reactor and zero emissions hybrid power system
RU2296003C2 (ru) * 2001-07-11 2007-03-27 КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи Каталитический реактор

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1894768A (en) * 1929-04-03 1933-01-17 Chemical Construction Corp Catalytic apparatus
US2028326A (en) * 1931-01-23 1936-01-21 Standard Oil Dev Co Apparatus for the production of hydrogen
US2185928A (en) * 1937-09-01 1940-01-02 Socony Vacuum Oil Co Inc Apparatus for catalytic conversions and other contact mass operations
US2521538A (en) * 1945-06-20 1950-09-05 Texaco Development Corp Process for synthesis of hydrocarbons and the like
US3174084A (en) * 1962-12-28 1965-03-16 Gen Electric Electron beam delection system
US3518055A (en) * 1968-03-06 1970-06-30 Japan Gasoline Hydrocarbon reforming process
DE2153437B2 (de) * 1971-10-27 1974-11-21 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Reaktor zur Herstellung von Methanol
US3970435A (en) * 1975-03-27 1976-07-20 Midland-Ross Corporation Apparatus and method for methanation
US4134908A (en) * 1977-04-28 1979-01-16 Foster Wheeler Energy Corporation Methanation process
DE3062221D1 (en) * 1979-10-15 1983-04-07 Ici Plc Catalytic process and apparatus therefor
EP0080270B1 (en) * 1981-11-19 1985-09-04 Imperial Chemical Industries Plc Synthesis process and reactor
AU4695985A (en) * 1984-09-04 1986-03-13 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Process for reforming methanol
DE3605792A1 (de) * 1985-09-27 1987-04-02 Gutehoffnungshuette Man Stehender reaktor fuer katalytische exotherme und endotherme reaktionen, insbesondere zur herstellung von methanol, ammoniak, synthesegas und hoeheren alkoholen
GB8524025D0 (en) 1985-09-30 1985-11-06 Shell Int Research Chemical equilibrium reaction
JPS62106834A (ja) * 1985-11-01 1987-05-18 Hitachi Ltd リフオ−マの反応管
DE3913387A1 (de) * 1989-04-24 1990-10-25 Henkel Kgaa Verfahren zur katalytischen hydrierung von fluessigen fettsaeure-methylestern
DK163578C (da) * 1990-03-19 1992-08-03 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til fremstilling af metanol
US5262443A (en) 1990-03-19 1993-11-16 Haldor Topsoe A/S Method of preparing methanol
US5861353A (en) * 1992-10-06 1999-01-19 Montecatini Tecnologie S.R.L. Catalyst in granular form for 1,2-dichloroethane synthesis
CN1051249C (zh) * 1993-07-05 2000-04-12 帕金诺克斯公司 控制反应温度的装置和方法
EP0914200A1 (en) 1996-07-25 1999-05-12 Syntroleum Corporation Fixed-bed, catalytic reactor and method for manufacturing same
JP3559456B2 (ja) * 1998-09-18 2004-09-02 株式会社日本触媒 接触気相酸化方法及び多管式反応器
EP1008577B2 (en) * 1998-12-07 2006-01-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of manufacturing methanol
JP4427131B2 (ja) * 1999-06-28 2010-03-03 三菱重工業株式会社 メタノール合成用触媒装置
DE60035746T2 (de) * 1999-08-31 2008-04-30 Nippon Shokubai Co., Ltd. Reaktor zur katalytischen Gasphasenoxidation
US7132555B2 (en) * 2000-09-26 2006-11-07 Shell Oil Company Rod-shaped inserts in reactor tubes
KR100440479B1 (ko) * 2002-04-23 2004-07-14 주식회사 엘지화학 탄화수소의 열분해 공정
GB0301323D0 (en) * 2003-01-21 2003-02-19 Johnson Matthey Plc Methanol synthesis
US7161044B2 (en) * 2003-10-22 2007-01-09 Nippon Shokubai Co., Ltd. Catalytic gas phase oxidation reaction
JP4487103B2 (ja) * 2004-04-13 2010-06-23 財団法人北九州産業学術推進機構 メタノールの高効率合成法及びそのための装置
EP1600208A1 (en) * 2004-05-24 2005-11-30 Methanol Casale S.A. Plate-type heat-exchanger
JP4967517B2 (ja) * 2006-08-10 2012-07-04 株式会社Ｉｈｉ メタノール合成方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1565824A (en) * 1976-11-15 1980-04-23 Ici Ltd Exothermic process and apparatus therefor
RU2031702C1 (ru) * 1989-02-16 1995-03-27 Халдор Топсее А/С Реактор для проведения экзотермической газофазной реакции и способ проведения экзотермической газофазной реакции
EP0737646A2 (en) * 1995-04-10 1996-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Process for operating equilibrium-controlled reactions
US20030068260A1 (en) * 2001-03-05 2003-04-10 Wellington Scott Lee Integrated flameless distributed combustion/membrane steam reforming reactor and zero emissions hybrid power system
RU2296003C2 (ru) * 2001-07-11 2007-03-27 КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи Каталитический реактор

Also Published As

Publication number Publication date
US8202915B2 (en) 2012-06-19
KR20100122898A (ko) 2010-11-23
ES2368027T3 (es) 2011-11-11
US20100312021A1 (en) 2010-12-09
ZA201004473B (en) 2011-09-28
ES2409714T3 (es) 2013-06-27
PL2257366T3 (pl) 2011-12-30
ZA201005343B (en) 2011-10-26
PL2249958T3 (pl) 2012-01-31
CA2730916A1 (en) 2009-09-03
EP2374533B1 (en) 2013-04-03
MX2010008947A (es) 2010-09-07
BRPI0907815B1 (pt) 2021-04-06
PL2374533T3 (pl) 2013-09-30
CN101959585B (zh) 2013-10-30
CA2730916C (en) 2014-12-09
EA201001350A1 (ru) 2011-04-29
US8557192B2 (en) 2013-10-15
CN101959586A (zh) 2011-01-26
AU2009218827A1 (en) 2009-09-03
CA2713874A1 (en) 2009-09-03
JP2011515333A (ja) 2011-05-19
EP2257366A1 (en) 2010-12-08
AU2009218828A1 (en) 2009-09-03
EP2257366B1 (en) 2011-07-20
ES2372670T3 (es) 2012-01-25
BRPI0907815A2 (pt) 2020-08-18
ATE521407T1 (de) 2011-09-15
US20120269697A1 (en) 2012-10-25
KR20100138884A (ko) 2010-12-31
BRPI0906447A2 (pt) 2021-02-23
EA019311B1 (ru) 2014-02-28
JP2011515334A (ja) 2011-05-19
BRPI0906447B1 (pt) 2022-03-03
EP2374533B8 (en) 2013-08-28
CN101959585A (zh) 2011-01-26
US20100305222A1 (en) 2010-12-02
AU2009218827B2 (en) 2014-03-27
US8513314B2 (en) 2013-08-20
NZ587453A (en) 2011-10-28
WO2009106232A1 (en) 2009-09-03
EP2249958A1 (en) 2010-11-17
EA201001351A1 (ru) 2011-04-29
CN101959586B (zh) 2013-12-11
EP2374533A1 (en) 2011-10-12
EP2249958B1 (en) 2011-08-24
CA2713874C (en) 2013-12-17
NZ586789A (en) 2011-10-28
MX2010007376A (es) 2010-08-11
RU2010139275A (ru) 2012-04-10
WO2009106231A1 (en) 2009-09-03
ATE516876T1 (de) 2011-08-15
AU2009218828B2 (en) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2481151C2 (ru) Способ проведения синтеза фишера-тропша и реактор для его осуществления
Aasberg-Petersen et al. Large scale methanol production from natural gas
RU2524720C2 (ru) Комплексная установка для переработки газа
AU742314B2 (en) Steam reforming
RU2408567C2 (ru) Синтез метанола
CA3006751C (en) Methanol process
Dahl et al. Proven autothermal reforming technology for modern large-scale methanol plants
KR102183215B1 (ko) 에너지 효율적인 이산화탄소의 전환 시스템 및 방법
Palma et al. State of the art of conventional reactors for methanol production
CN102256687A (zh) 增加合成气混合物中一氧化碳含量的方法
JP5405103B2 (ja) 液化石油ガス製造用触媒
EP0080270A2 (en) Synthesis process and reactor
KR101432621B1 (ko) 합성가스 제조용 개질 촉매, 이를 이용한 합성가스 제조 방법 및 합성가스 제조 반응기
JP2004307493A5 (ru)
US20120308442A1 (en) Method and reactor for performing fischer-tropsch synthesis
Hu et al. Simulation and model design of pipe-shell reactor for the direct synthesis of dimethyl ether from syngas
US4980145A (en) Liquid phase carbon monoxide shift process
EA005280B1 (ru) Производство углеводородов
US20220169502A1 (en) Production of synthesis gas and of methanol
WO2004082819A2 (en) Partial oxidation reactors and syngas coolers using nickel-containing components
US11834394B2 (en) Methanol production process with increased energy efficiency
RU59049U1 (ru) Установка для переработки природного газа (варианты)
WO2021122658A1 (en) System for methanol production from a synthesis gas rich in hydrogen and co2/co
Westerterp New methanol processes
RU2301196C2 (ru) Способ получения водорода