一種合成氣合成混合醇的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種合成氣合成混合醇的方法，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。該方法是將各種來源的合成氣在超重力環(huán)境和催化劑的共同作用下高效合成混合醇的方法，具體的說，就是提供一種利用超重力反應(yīng)器選擇性強(qiáng)化混合醇合成反應(yīng)過程，顯著提高混合醇產(chǎn)品選擇性的方法。反應(yīng)過程中催化劑床層以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)物料為煤基合成氣、天然氣基合成氣、煤層氣基合成氣或生物質(zhì)基合成氣，超重力反應(yīng)器的超重力水平為20-400g；溫度為200℃-500℃，壓力為10-120atm，合成氣體積空速為100-100000h-1。選擇性地合成混合醇產(chǎn)品，本發(fā)明專利技術(shù)的方法具有定向生產(chǎn)混合醇產(chǎn)物，傳質(zhì)，傳熱性能好，催化劑壽命長的特點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，具體的說，涉及一種利用超重力反應(yīng)器在超重力環(huán)境和催化劑作用下進(jìn)行合成混合醇反應(yīng)的方法。
技術(shù)介紹
費(fèi)托合成(Fischer-Tropsch process)，又稱 F-T 合成，是以合成氣(CO，CO2 和 H2 的混合氣體)為原料在催化劑和適當(dāng)條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料工藝過程。傳統(tǒng)的費(fèi)托合成產(chǎn)物主要為直鏈烷烴、烯烴、芳烴和醛醇，以及副產(chǎn)水和二氧化碳，產(chǎn)物組成復(fù)雜，選擇性較差，輕質(zhì)液體烴少。在使用特定催化劑在一定反應(yīng)條件下可以主要合成混合醇女口廣 PFt ο費(fèi)托合成反應(yīng)已有80余年歷史，現(xiàn)在擁有較大規(guī)模費(fèi)托合成生產(chǎn)能力的有 Sasol, PetroSA, Shell和Oryx公司等。近年來，隨著石油資源的逐漸耗竭以及世界范圍內(nèi)對新能源和資源需求的不斷攀升，通過費(fèi)托合成反應(yīng)制備液體燃料或高附加值化學(xué)品的途徑已經(jīng)獲得廣泛認(rèn)可。費(fèi)托合成反應(yīng)的反應(yīng)物，即合成氣，可由煤炭，天然氣，生物質(zhì)經(jīng)氣化或重整等過程轉(zhuǎn)化而來。費(fèi)托合成產(chǎn)物的鏈增長服從聚合機(jī)理，產(chǎn)物的選擇性遵循 Anderson-Schultz-Flory分布。自20世紀(jì)初，尤其是70年代的石油危機(jī)以來，世界各國在由合成氣合成混合醇工藝的研究方面做了大量的工作，開發(fā)出了多種合成低碳混合醇的工藝體系。采用不同類型的反應(yīng)器，如固定床，流化床或漿態(tài)床，對費(fèi)托合成合成混合醇的產(chǎn)物選擇性影響有限。超重力分離技術(shù)最早是由英國帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)提出的，在地球上通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生加速度大于9. 8m/s2的模擬超重力環(huán)境而加以實(shí)現(xiàn)，被稱為Higee (High “g”，g為地球加速度，=9. 8m/s2)技術(shù)，國內(nèi)譯為超重力技術(shù)。。EP0023745A3提出超重力旋轉(zhuǎn)床可以用于吸收，解吸，蒸餾等過程。中國專利CN1064338A，CN1116146A，CN1116185A突破超重力分離技術(shù)局限性，創(chuàng)新性地提出超重力反應(yīng)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了將超重力旋轉(zhuǎn)床應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的油田注水脫氧過程和超細(xì)碳酸鈣的制備。中國專利CN1507940A，CN1895766A提出在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行烴類催化反應(yīng)并公開了在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行烴類全加氫和部分加氫的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種利用超重力反應(yīng)器進(jìn)行合成混合醇的反應(yīng)，將各種來源的合成氣在超重力環(huán)境和催化劑的共同作用下高效合成混合醇的方法，具體的說，就是提供一種利用超重力反應(yīng)器選擇性強(qiáng)化混合醇合成反應(yīng)過程，顯著提高混合醇產(chǎn)品選擇性的方法。費(fèi)-托合成工藝過程是先將煤，天然氣，煤層氣及生物質(zhì)為原料轉(zhuǎn)化制得的粗合成氣經(jīng)脫硫、脫氧凈化后，依據(jù)采用的費(fèi)-托合成反應(yīng)器，經(jīng)水煤氣變換反應(yīng)調(diào)整H2/CO比合適的合成氣進(jìn)入反應(yīng)器合成各種烴類。混合醇合成催化劑經(jīng)歷了許多改進(jìn).以改善不同催化劑組成的特性.以提高單程轉(zhuǎn)化率、成醇收率和產(chǎn)品的選擇性。但是。卻沒有一種催化劑非常好地適合于每一種混合醇合成工藝設(shè)計(jì)。總體來看，所開發(fā)的催化劑體系催化活性仍低、反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)品分布不良且后分離困難.制約了混合醇合成的商業(yè)化。通常，混合醇合成反應(yīng)在具有加氫作用的催化劑上進(jìn)行，使C-O鍵斷裂和CO插入。工藝工程的設(shè)計(jì)對于有效去除反應(yīng)熱和提高醇的產(chǎn)率也是重要的，因此，對于經(jīng)合成氣制混合醇的催化工藝，目前的重點(diǎn)集中在對催化劑研發(fā)和反應(yīng)器的革新。通常的混合醇工藝流程為首先將煤氣化，經(jīng)凈化脫硫獲得組成合適的合成氣，然后在中壓下催化合成為混合醇及部分水。最近關(guān)于雙段床和漿態(tài)床反應(yīng)器的研究報道表明，其可在一定程度上克服固定床反應(yīng)器的不足，改善合成性能。雙段床反應(yīng)器通過適當(dāng)?shù)拇矊咏M合獲得合適的轉(zhuǎn)化率和選擇性，為進(jìn)一步分離獲取高附加值的化學(xué)品提供保證。漿態(tài)床反應(yīng)器具有高傳熱速率，便于溫度控制和防止催化劑的燒結(jié)和失活。由于超重力反應(yīng)器具有如下優(yōu)勢強(qiáng)化傳質(zhì)。以上反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物與催化劑之間的傳質(zhì)過程在超重力作用下得到強(qiáng)化，有效減少或消除了擴(kuò)散過程對上述反應(yīng)的影響，使生成的產(chǎn)物得以迅速離開反應(yīng)環(huán)境，提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性及產(chǎn)率，有效抑制催化劑積碳失活，并促使反應(yīng)物加快向產(chǎn)物方向移動，從而提高反應(yīng)效率。強(qiáng)化傳熱。以上反應(yīng)是放熱反應(yīng)。在放熱反應(yīng)過程中，及時排除反應(yīng)熱是至關(guān)重要的。在傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行放熱反應(yīng)時，如果熱量不能及時被帶出，反應(yīng)溫度容易失控。而在超重力反應(yīng)器中，由于產(chǎn)物在超重力的強(qiáng)化作用下迅速離開催化劑床層，反應(yīng)放熱被生成物迅速帶出反應(yīng)區(qū)域，因此易于控制反應(yīng)溫度，適用于合成混合醇反應(yīng)。合成混合醇的催化劑通常包括下列三種類型組分主金屬，載體或結(jié)構(gòu)助劑，其他各種助劑和添加劑。催化劑通常含有銠，鉬、鈷，鎳，鐵，銅，鉀元素中的一種或幾種。本專利技術(shù)的一種利用超重力反應(yīng)器進(jìn)行混合醇合成的方法的工藝條件為合成反應(yīng)在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行，超重力反應(yīng)器的超重力水平為20-400g ；溫度為200°C _500°C，壓力為10-120atm，合成氣體積空速為lOO-lOOOOOh—1。反應(yīng)物料為煤基合成氣、天然氣基合成氣、煤層氣基合成氣或生物質(zhì)基合成氣，其組成為CO比例為20% -80%。催化劑是以蜂窩或板式等結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)化形式，或以顆粒堆積形式，固定在超重力反應(yīng)器轉(zhuǎn)子上。本專利技術(shù)方法所述的超重力反應(yīng)器是指模擬的超重力環(huán)境的加速度大于地球引力加速度(g = 9.8m/s2)的各種類型的超重力反應(yīng)器。超重力技術(shù)是過程強(qiáng)化技術(shù)中最先受到人們關(guān)注的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。在地球上實(shí)現(xiàn)超重力技術(shù)最簡便的方法是利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心加速度環(huán)境進(jìn)行模擬而實(shí)現(xiàn)。通過改變旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子半徑來控制離心加速度即模擬超重力水平的高低，使其值達(dá)到地球重力加速度(g)的幾百或幾千倍以上，此時，流體受大大超過地球引力的模擬超重力控制。人們可通過旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)獲得持續(xù)、穩(wěn)定和可控制的離心力場來研究超重力科學(xué)和開發(fā)利用超重力技術(shù)。超重力技術(shù)是一項(xiàng)強(qiáng)化傳遞與微觀混合過程的過程強(qiáng)化技術(shù)，可以大幅度地提高反應(yīng)與分離過程的效率，顯著縮小反應(yīng)與分離裝置的體積，我國多年的工業(yè)應(yīng)用示范實(shí)踐表明，超重力設(shè)備具有操作彈性大，開停車容易， 占地面積小和空間小、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)強(qiáng)度大等突出優(yōu)勢。本專利技術(shù)方法的具體過程包括將費(fèi)托反應(yīng)在超重力場中進(jìn)行，將費(fèi)托反應(yīng)的催化劑固定在超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)子上，在反應(yīng)過程中催化劑床層始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，反應(yīng)物料由超重力反應(yīng)器的入口進(jìn)入，合成氣通過高速旋轉(zhuǎn)的催化劑床層發(fā)生合成混合醇反應(yīng)， 生成的產(chǎn)物是以C1-C6的醇類為主的混合醇，在超重力作用下迅速離開催化劑床層，由超重力反應(yīng)器出口排出并經(jīng)氣相色譜分析測定；超重力反應(yīng)器的超重力水平為20-400g ；溫度為200°C -500°C，壓力為10-120atm，合成氣體積空速為lOO-lOOOOOtT1。反應(yīng)物料為煤基合成氣、天然氣基合成氣、煤層氣基合成氣或生物質(zhì)基合成氣，其組成為CO比例為 20% -80%。本專利技術(shù)的方法通過超重力反應(yīng)器中超重力加速度水平調(diào)控，強(qiáng)化調(diào)控反應(yīng)生成物的傳質(zhì)過程并利用其反應(yīng)分離協(xié)同性，定向調(diào)節(jié)反應(yīng)生成物在反應(yīng)場的停留時間，從而控制或者抑制二次反應(yīng)發(fā)生，提高特定目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，并且提高催化劑壽命。另外，產(chǎn)物和中間產(chǎn)物在催化劑上停留時間過長也是催化劑積碳的原因之一，而積碳是合成混合醇催化劑失活的重要原因之一。因此，本專利技術(shù)可有效抑制催化劑表本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳建峰，張燚，初廣文，趙宏，
申請(專利權(quán))人：北京化工大學(xué)，北京中超海奇科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：