背景技术:
0、技术背景
1、利用费托方法将合成气(即一氧化碳和氢气的混合物,也称为合成气)转化为烃已已知数十年,但与其它烃合成技术相比,其性能一直较为落后。替代能源的重要性日益增加,引起了人们对费托(ft)方法的重新关注,因为它实现了直接且环境可接受的路线来生产出高质量燃料和原料化学品。
2、ft方法已知用于生产用于燃料的直链烃以及可在燃料中有用且还用作有价值原料化学品的含氧化合物。与传统炼油厂生产的燃料相比,衍生自费托方法的烃燃料通常更好地能够满足日益严格的环境法规,因为费托衍生的燃料通常具有较低的硫、氮和芳族化合物含量,而这些物质会导致强效污染物如so2、nox和颗粒物的排放。衍生自费托方法的醇通常比烃具有更高的辛烷值,且因此燃烧更完全,从而减少了这种燃料对环境的影响。所获得的醇和其它含氧化合物也可用作其它方法中的试剂,例如用于润滑油的合成。
3、多种过渡金属已被证实在合成气转化为烃及其含氧衍生物的过程中具有催化活性。特别是,已对钴、镍和铁进行了研究,通常与载体材料相结合,其中最常见的是氧化铝、二氧化硅和碳。
4、在典型的负载型含钴ft合成催化剂制备中,固体载体材料与可溶性钴化合物(如硝酸钴)的溶液接触。经浸渍的载体随后被煅烧和/或氧化以形成钴氧化物,通常是coo、co2o3或co3o4中的一种或多种。然而,此类氧化物通常具有差的ft催化活性,并且必须经过还原以形成优选的钴金属的催化活性物类。
5、启动过程中,还原催化剂在ft反应器中在升高的温度和/或压力下与合成气接触,直到达到所需的稳态操作。在启动过程中,反应效率可能不合意的低,并且产物组合可能通常与稳态操作所得的不同。启动之后,即一旦达到所期望的稳态操作,反应器将在稳态条件下持续操作长时间段。由于启动条件与稳态条件可能有显著差异,因此反应器控制不佳可导致能源使用效率低下、产物分布差,且甚至损坏反应器或催化剂。
6、因此,需要开发改进的费托合成反应器的启动方案。
7、概括
8、本发明人已发现启动费托合成的方法,以提供对反应器条件如压力和温度的优异控制。这导致提高启动过程中的方法效率,并防止因合成气与新鲜催化剂接触放热而发生危险的热失控。
9、因此,在一个方面,本公开提供了在其中设置有催化剂的反应区中启动费托合成的方法,所述催化剂为还原形式,所述方法包括:
10、(i)为反应区提供不超过160℃的温度;然后
11、(ii)在2barg至15barg范围内的压力下,用包含n2的吹扫气体吹扫不超过160℃温度下的反应区;然后
12、(iii)使反应区中的催化剂与以1:1至3:1范围内的比例包含h2和co的气态反应混合物在不超过45barg的压力和不超过160℃的温度下接触;然后,在与气态反应混合物接触的同时,
13、(iv)将反应区加热至至少200℃的温度;以及
14、(v)将反应区加压至25barg至45barg范围内的压力。
15、在本公开方法的各种实施方案中,步骤(iv)的加热采用多种不同的加热速率进行,包括:
16、(a)在低于160℃的温度下以10℃/小时至60℃/小时范围内的速率加热;
17、(b)在160℃至180℃范围内的温度下以2℃/小时至30℃/小时范围内的速率加热;并且
18、(c)在180℃至220℃范围内的温度下以0.5℃/小时至7℃/小时范围内的速率加热。
19、根据以下描述,本公开的其它方面对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
技术实现思路
1.一种在其中设置有催化剂的反应区中启动费托合成的方法,所述催化剂为还原形式,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(i)中的反应区处于100℃至140℃范围内的温度。
3.根据权利要求1和权利要求2中任一项所述的方法,其中所述吹扫气体包含不超过5%的h2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其中h2和co一起以10体积%至80体积%范围内(例如在20体积%至70体积%的范围内,或在30体积%至70体积%的范围内)的量存在于气态反应混合物中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其中h2和co以1:1至2.5:1、或1:1至2:1、或1.5:1至3:1、或1.5:1至2.5:1、或1.5:1至2:1、或2:1至3:1、或2:1至3:1范围内的h2:co比率存在于气态反应混合物中。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其中气态反应混合物中的反应性物类(h2、co、烯烃)的总量为至少20体积%,例如至少30体积%,或至少35体积%,或至少40体积%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法,其中步骤(iii)还包括从反应区取出包含合成气的再循环料流,并将至少一部分再循环料流再循环至反应区。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法,其中步骤(iv)的加热在多种加热速率条件下进行,包括:
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,在步骤(iv)和(v)之后还包括:
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其中所述催化剂包含设置于载体上的钴。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述载体包括氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化铝、氧化硅和氧化锌中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述载体是氧化钛载体。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法,其中所述催化剂包含以钴(0)计算为5-35重量%的钴。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法,其中所述催化剂包含以锰(0)计算为0.1-15重量%的锰,例如0.1-15重量%,例如0.5-12重量%,或0.5-10重量%。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中至少一些烃产物从反应器的出口料流中除去,并且一部分气相产物和未反应的合成气再循环回到反应器的入口。