本發(fā)明提供了從放熱反應(yīng)中去除熱量的改進(jìn)過程。特別地，本發(fā)明提供了一種過程，其中可以使用公共冷卻劑系統(tǒng)從多個(gè)反應(yīng)列(trains)中去除熱量。

背景技術(shù)：

許多商業(yè)上有用的反應(yīng)的性質(zhì)是放熱的，并且生成需要去除的大量的熱量。在工業(yè)規(guī)模上，對(duì)于許多反應(yīng)，可以以循環(huán)流體(諸如水)的形式去除反應(yīng)的熱量，這種流體上升變成蒸汽，然后蒸汽可以被用于另一個(gè)目的(例如，用于發(fā)電)。

這種反應(yīng)的示例是將合成氣體(synthesisgas)(合成氣(syngas))轉(zhuǎn)化為直鏈烴的費(fèi)托(fischer-tropsch，ft)反應(yīng)?？梢酝ㄟ^部分蒸發(fā)鍋爐給水(bfw)來去除反應(yīng)的熱量，其中鍋爐給水(bfw)被引入為與放熱的ft反應(yīng)容器、管道或通道熱接觸并接收其釋放的熱量，在該容器、管道或通道中包含ft催化劑并發(fā)生與合成氣的反應(yīng)。溫度是ft反應(yīng)的最關(guān)鍵的操作參數(shù)之一，除了控制被合成的烴鏈的長度(選擇性)，還控制合成氣中存在的一氧化碳轉(zhuǎn)化(單程(perpass)的co轉(zhuǎn)化)。

冷卻劑的溫度被選擇為給反應(yīng)提供期望的冷卻能力。在使用水的蒸發(fā)來冷卻反應(yīng)的情況下，冷卻劑的溫度由生成蒸汽的壓力來控制。由于放熱反應(yīng)而部分蒸發(fā)的冷卻劑從反應(yīng)器被傳遞到儲(chǔ)存器(基本是汽包)，在那里蒸氣和液體被分離。蒸氣(蒸汽)可以進(jìn)一步用于加熱或發(fā)電。液體在該過程中可以被進(jìn)一步使用或者在該過程中作為冷卻劑被處理和/或再循環(huán)。汽包操作的壓力決定了液體的飽和溫度，然后，液體作為冷卻劑被回收回到反應(yīng)器中。

在工業(yè)過程中，始終存在最大化反應(yīng)列的生產(chǎn)能力以便采用規(guī)模經(jīng)濟(jì)來最小化單位生產(chǎn)成本的驅(qū)動(dòng)力。單個(gè)反應(yīng)列的生產(chǎn)能力的實(shí)際限制可以由主要裝備的最大尺寸或其它因素驅(qū)動(dòng)。因此，為了滿足設(shè)施的整體期望的生產(chǎn)能力，可能需要多個(gè)反應(yīng)列。當(dāng)使用多個(gè)反應(yīng)列時(shí)，通常期望優(yōu)化輸出并且最大化與用于獨(dú)立操作的相關(guān)聯(lián)的雙配套裝備一起使用的每個(gè)反應(yīng)列的操作容易性。

在常規(guī)放熱催化過程的情況下，尤其是在催化劑的活性隨時(shí)間下降的情況下，每個(gè)反應(yīng)列被設(shè)計(jì)為利用針對(duì)不同列中的不同反應(yīng)器溫度的操作策略以最大生產(chǎn)能力獨(dú)立地操作，由于反應(yīng)催化劑活性隨時(shí)間下降并通過增大反應(yīng)溫度來補(bǔ)償。在這種情況下，為了優(yōu)化生產(chǎn)，冷卻劑溫度分布在多個(gè)列之間可以不同。在通過水的蒸發(fā)來冷卻的過程(諸如費(fèi)托(ft)過程)的情況下，反應(yīng)溫度由所產(chǎn)生的蒸汽的壓力來控制，蒸汽通常被送入單獨(dú)的容器(“汽包”)，在那里控制蒸汽的壓力。在這種情況下，對(duì)于每個(gè)反應(yīng)列，汽包的溫度和壓力在任何時(shí)間點(diǎn)可以是不同的。迄今為止，ft過程已經(jīng)被設(shè)計(jì)為對(duì)每個(gè)反應(yīng)列使用單個(gè)汽包。這意味著可以通過相關(guān)聯(lián)的單個(gè)汽包的操作壓力來控制每個(gè)反應(yīng)列的反應(yīng)溫度。在其它放熱工業(yè)過程中已經(jīng)采用類似的做法，其中反應(yīng)的熱量可以通過再循環(huán)冷卻劑(諸如由水生成蒸汽)來控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對(duì)于工業(yè)過程，從經(jīng)濟(jì)角度而言，始終存在優(yōu)化過程的驅(qū)動(dòng)力?？梢栽诰S持可接受的產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化和/或選擇性的同時(shí)降低成本的任何變化都是這一領(lǐng)域的主要積極因素。

考慮到這一點(diǎn)，本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)了在操作放熱過程時(shí)獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益的方法，其中可以通過將熱量轉(zhuǎn)移到再循環(huán)冷卻劑來控制反應(yīng)溫度。更具體而言，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使當(dāng)存在多個(gè)反應(yīng)列時(shí)，也可以使用單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器去除反應(yīng)的熱量，而不是對(duì)于每個(gè)反應(yīng)列使用單獨(dú)的冷卻劑儲(chǔ)存器。這大大減少了所需的裝備的數(shù)量，從而顯著降低了成本。

但是，這種變化將帶來的經(jīng)濟(jì)效益超過了與不同反應(yīng)列的單獨(dú)溫度控制相關(guān)聯(lián)的輸出減少，這是完全反直覺的。在本發(fā)明之前，本領(lǐng)域中所認(rèn)知的知識(shí)是每個(gè)反應(yīng)列必須包括單獨(dú)的冷卻劑儲(chǔ)存器。更具體而言，該動(dòng)因已經(jīng)通過單獨(dú)控制每個(gè)反應(yīng)列中的反應(yīng)溫度優(yōu)化了每個(gè)反應(yīng)列的生產(chǎn)能力，反應(yīng)溫度可能由于操作歷史的差異而在列之間變化，操作歷史的差異包括諸如催化劑失活，計(jì)劃或非計(jì)劃的維護(hù)，以及通過確保反應(yīng)器列可以被獨(dú)立操作而對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)率(on-streamfactor)的優(yōu)化等因素。

對(duì)于溫度是關(guān)鍵操作參數(shù)的放熱反應(yīng)(諸如ft反應(yīng))，令人驚訝的是，當(dāng)使用單個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器時(shí)，仍然可以獲得可接受的轉(zhuǎn)化和選擇性，因?yàn)檫@意味著所有的反應(yīng)列必須以相同的溫度和壓力操作，具體而言是由單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器決定的溫度和壓力。但是，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過在維持公共冷卻劑儲(chǔ)存器的溫度和壓力條件的同時(shí)更改通過反應(yīng)列的反應(yīng)物的流速來替代地控制每個(gè)反應(yīng)列中的放熱反應(yīng)的性能。因此，可以獨(dú)立地控制每個(gè)反應(yīng)列，就像使用常規(guī)方法可以實(shí)現(xiàn)的那樣。

如本文所使用的，術(shù)語“相同的溫度和壓力”是指壓力的±10psi或更小的偏差以及溫度的±10℃或更小的偏差。

因而，本發(fā)明提供了一種從放熱反應(yīng)中去除熱量的方法，包括：

(a)將反應(yīng)物饋送流分成至少兩個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物子流；

(b)將每個(gè)反應(yīng)物子流饋送到包括反應(yīng)器的單獨(dú)的反應(yīng)列中；

(c)將冷卻劑流從公共冷卻劑儲(chǔ)存器饋送到每個(gè)反應(yīng)器中；

(d)在反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑；

(e)將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從每個(gè)反應(yīng)列饋送到單個(gè)公共儲(chǔ)存器，在單個(gè)公共儲(chǔ)存器中從冷卻劑去除熱量；

(f)將步驟(e)中已經(jīng)從其去除熱量的冷卻劑饋送回步驟(c)，其中：

步驟(b)中的每個(gè)反應(yīng)器以相同的溫度和壓力操作；并且

通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速和/或通過調(diào)節(jié)被饋送到每個(gè)反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的組分來控制每個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程，其中反應(yīng)器形成反應(yīng)列的一部分。

因此，清楚地，雖然該過程涉及使用多個(gè)反應(yīng)列，但是已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從每個(gè)反應(yīng)列被傳遞到單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器。代替使用溫度作為關(guān)鍵控制，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)列的流速或通過調(diào)節(jié)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)物子流的組分來控制每個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程。有利地，本發(fā)明的過程減少了所需的裝備的量，從而降低了相關(guān)聯(lián)的成本。

本發(fā)明的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在存在至少三個(gè)反應(yīng)列的情況下，可以將一個(gè)反應(yīng)列從該過程隔離并隨后再引入，同時(shí)對(duì)其余的反應(yīng)列的操作條件具有最小的影響。這意味著可以為了催化劑再生或再加載而隔離反應(yīng)列，而不必停止整個(gè)過程。同樣地，這具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

步驟(a)–(f)

步驟(a)

在本發(fā)明的方法的第一步(步驟(a))中，反應(yīng)物饋送流被分成至少兩個(gè)反應(yīng)物子流，然后每個(gè)子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列。以這種方式分開反應(yīng)物饋送流確保了最大化反應(yīng)發(fā)生的程度。

在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流被分成至少3、4、5、6、7、8、9、10、11個(gè)等饋送流。在這方面，對(duì)反應(yīng)物饋送流被分成的子流的數(shù)量的唯一限制是所導(dǎo)致的裝置的復(fù)雜性(和成本)。反應(yīng)物子流的數(shù)量越大，以及因此反應(yīng)列的數(shù)量越大，在對(duì)保持操作的反應(yīng)列具有最小影響的同時(shí)隔離其中一個(gè)反應(yīng)列變得越直接。通常，反應(yīng)物饋送流被分成2到8個(gè)之間的饋送流。

反應(yīng)物饋送流的性質(zhì)將依賴于放熱反應(yīng)的性質(zhì)。術(shù)語“放熱反應(yīng)”被用來描述產(chǎn)生熱量的化學(xué)反應(yīng)。特別地，本發(fā)明的方法對(duì)于可以通過熱量向冷卻劑的轉(zhuǎn)移來控制反應(yīng)的熱量的任何放熱反應(yīng)都是有用的。合適的放熱反應(yīng)的示例包括費(fèi)托過程、甲醇生產(chǎn)、環(huán)氧乙烷生產(chǎn)、二甲醚(dme)生產(chǎn)、乙酸乙烯酯(vam)生產(chǎn)、加氫操作(包括加氫處理)、加氫裂化、氧化(包括部分氧化)、氧化耦合、烷烴氧化、烴化、異構(gòu)化、氨合成、水煤氣變換以及氫化。本發(fā)明涉及的放熱反應(yīng)是眾所周知的并且記錄齊全，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉合適的反應(yīng)物和反應(yīng)條件。

本發(fā)明的方法特別適用于其中催化劑的活性隨時(shí)間降低的非均相(heterogeneously)催化反應(yīng)。對(duì)于此類反應(yīng)，常規(guī)地，必須升高溫度以維持輸出，但是本發(fā)明的方法提供了可以避免這種情況的方式。

在放熱反應(yīng)是費(fèi)托反應(yīng)的情況下，反應(yīng)物饋送流將包括含有co和h2的氣態(tài)混合物。該混合物常常被稱為“合成氣體”或“合成氣”。反應(yīng)物饋送流可以包括h2和co，其中h2與co的摩爾比在大約1:1至大約4:1的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地是1.4:1至大約2.1:1，或者大約1.5:1至大約2.1:1，或者大約1.6:1至大約2:1，或者大約1.6:1至大約1.9:1。反應(yīng)物饋送流可以完全由新的合成氣體組成，或者可以替代地包括新的合成氣體和回收的尾氣(tailgas)(其也含有co和h2)的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流可以包括重量為0至50％(可替代地4％至15％)的惰性組分(即，不是co和h2的組分)。

類似地，在放熱反應(yīng)是甲醇生產(chǎn)的情況下，反應(yīng)物饋送流將包括合成氣體。在這種情況下，反應(yīng)物饋送流可以包括h2和co，其中h2與co的摩爾比在0.5至4的范圍內(nèi)，替代地，1至2.5的范圍內(nèi)。反應(yīng)物饋送流可以完全由新的合成氣體組成，或者可以替代地包括新的合成氣體和回收的尾氣(其也包括co和h2)的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流可以包括重量為0至50％(可替代地4％至15％)的惰性組分(即，不是co和h2的組分，例如n2、co2等)。

如本文所使用的，術(shù)語“尾氣”是指在放熱反應(yīng)之后離開反應(yīng)器的氣流。例如，在放熱反應(yīng)是費(fèi)托反應(yīng)的情況下，尾氣包括未轉(zhuǎn)化的合成氣、費(fèi)托反應(yīng)的氣相副產(chǎn)物和惰性組分。

在放熱反應(yīng)是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的情況下，它一般是通過使用氧經(jīng)催化劑(通常為銀催化劑)進(jìn)行乙烯氧化來產(chǎn)生的，并且反應(yīng)物饋送流將包括乙烯和氧的混合物。反應(yīng)物饋送流可以包括乙烯和氧，其中乙烯與氧的摩爾比小于大約4:1，在一個(gè)實(shí)施例中小于大約3:1。乙烯與氧的摩爾比可以在0.2:1至大約4:1或者大約0.5:1至大約3:1或者大約1:1至大約3:1的范圍內(nèi)。

在放熱反應(yīng)是二甲醚dme生產(chǎn)、dme是通過合成氣與dme的直接反應(yīng)或者通過經(jīng)脫水催化劑進(jìn)行甲醇脫水來產(chǎn)生的實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流包括甲醇。替代地，可以通過將甲醇合成和脫水集成到單個(gè)反應(yīng)器中的過程來生產(chǎn)dme，在這種情況下，反應(yīng)物饋送流包括合成氣體。

在一個(gè)實(shí)施例中，放熱反應(yīng)是加氫裂化反應(yīng)。加氫裂化需要?dú)渑c一種或多種烴類反應(yīng)物之間的反應(yīng)。烴可以包括可以被加氫裂化的任何烴，包括飽和脂族化合物(例如，烷烴)、不飽和脂族化合物(例如，烯烴、炔烴)、烴基(例如，烷基)取代的芳族化合物、亞烴基(hydrocarbylene)(例如，亞烷基(alkylene))取代的芳族化合物等。在這種情況下，反應(yīng)物饋送流可以包括可以從石腦油到重質(zhì)原油殘余餾分變化的一種或多種烴反應(yīng)物。在這方面，5％體積的饋送組分可以具有高于大約175℃的沸點(diǎn)，并且在一個(gè)實(shí)施例中可以高于大約205℃。在一個(gè)實(shí)施例中，至少大約90％體積的饋送組分可以落入大約150℃至大約570℃的沸點(diǎn)范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中可以是大約320℃至大約540℃。饋送組分可以包括一種或多種石油餾分，諸如常壓瓦斯油和真空瓦斯油(ago和vgo)。饋送組分可以包括一種或多種礦物油或合成油，或者其一種或多種餾分的混合物。饋送組分可以包括一種或多種直餾瓦斯油、真空瓦斯油、脫金屬油(demetallizedoils)、脫瀝青真空殘留物、焦化餾出油、貓裂解餾出油(catcrackerdistillates)、頁巖油、焦油砂油、煤液，或其兩種或更多種的混合物等。在被饋送到反應(yīng)列的反應(yīng)物子流中，氫與烴反應(yīng)物之比可以在每立方厘米(ccm)烴反應(yīng)物大約10至大約1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)氫的范圍內(nèi)，或者在大約100sccm/cm至大約500sccm/cm的范圍內(nèi)。

在放熱反應(yīng)是vam生產(chǎn)的情況下，反應(yīng)物饋送流可以包括乙烯、乙酸和二氧化物。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流中乙烯與乙酸與二氧化物之比可以在大約6:3:1至大約2:2:1的范圍內(nèi)。

在放熱反應(yīng)是將烴反應(yīng)物氧化成含氧生成物(oxygenate)或腈的情況下，反應(yīng)物饋送流可以包括烴反應(yīng)物、氧或氧源以及可選地包括氨。術(shù)語“烴反應(yīng)物”是指能夠經(jīng)歷氧化或氨氧化反應(yīng)的任何烴化合物，并且在操作反應(yīng)器的溫度和壓力下是流體。示例包括飽和脂族化合物(例如，烷烴)、不飽和脂族化合物(例如，單烯烴、多烯烴)、醛、烷基取代的芳族化合物、亞烷基取代的芳族化合物。術(shù)語“含氧生成物”是指含有至少一個(gè)氧原子的烴產(chǎn)物(不包括co和co2)。示例包括醇(例如，甲醇、乙醇)、環(huán)氧化物(例如，環(huán)氧乙烷)、醛(例如，甲醛、丙烯醛)、羧酸(例如，乙酸、丙烯酸)、羧酸酐(例如，馬來酸酐)、酯(例如，乙酸乙烯酯)。烴反應(yīng)物與氧的摩爾比可以在大約0.2:1至大約8:1，或者大約0.5:1至大約4:1，或者大約1:1至大約3:1的范圍內(nèi)。氨可以從任何源獲得。在其存在的情況下，烴反應(yīng)物與氨的摩爾比可以在大約0.5:1至大約5:1或者大約0.5:1至大約2:1的范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，放熱反應(yīng)是將甲醇氧化成甲醛。在該實(shí)施例中，反應(yīng)物饋送流包括甲醇和氧。

步驟(b)

在本發(fā)明的方法的步驟(b)中，每個(gè)反應(yīng)物子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列中。每個(gè)反應(yīng)列包括至少一個(gè)反應(yīng)器。為了最大化反應(yīng)的程度，每個(gè)反應(yīng)物列包括多個(gè)反應(yīng)器會(huì)是有利的。在存在多個(gè)反應(yīng)器的情況下，它們可以串聯(lián)或并聯(lián)布置。優(yōu)選地，多個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，例如在放熱反應(yīng)是ft反應(yīng)的情況下，多個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)布置。

反應(yīng)器的性質(zhì)不受限制。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器可以選自由常規(guī)固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、漿料相反應(yīng)器(slurryphasereactor)和微反應(yīng)器組成的組。

技術(shù)人員將熟悉合適的常規(guī)固定床反應(yīng)器。商業(yè)的常規(guī)固定床反應(yīng)器由多個(gè)(在一些情況下數(shù)百或數(shù)千個(gè))長(長達(dá)10米)且窄的反應(yīng)器管組成，反應(yīng)器管被焊接在“管板”上并且填有包括催化劑的填充材料，從而形成反應(yīng)物子流流過的催化劑床。管的直徑可以在20mm至50mm的范圍內(nèi)。催化劑可以是直徑在1mm至5mm范圍內(nèi)的顆粒的形式。催化劑顆?？梢员辉O(shè)計(jì)為不均勻的形狀，以便降低其在反應(yīng)器管內(nèi)的填充效率并防止不適當(dāng)?shù)膲毫ο陆?。反?yīng)器管的長度意味著放熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化被最大化，因?yàn)榉磻?yīng)物子流與催化劑接觸的時(shí)間增加。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將熟悉流化床反應(yīng)器。有兩種類型的流化床反應(yīng)器。在固定流化床反應(yīng)器(ffb)中，催化劑床包含在反應(yīng)器容器內(nèi)。在循環(huán)流化床(cfb)中，催化劑被夾帶在氣流中并被圍繞環(huán)路而攜帶。

在固定流化床反應(yīng)器中，反應(yīng)物子流以足夠的速度通過催化劑床(由催化劑顆粒組成)，以使床流化。催化劑顆粒通常比在固定床反應(yīng)器中使用的催化劑顆粒小得多，以使它們能夠以合理的氣體速度被流化。在反應(yīng)器的頂部內(nèi)，旋風(fēng)分離器使催化劑顆粒脫離并將其返回到床，同時(shí)產(chǎn)物流流過冷凝列。冷卻旋管與反應(yīng)器布置在一起以去除熱量。懸浮顆粒與氣流和冷卻旋管緊密接觸。在固定流化床反應(yīng)器中，催化劑顆粒以高速移動(dòng)并經(jīng)歷規(guī)律的碰撞，這導(dǎo)致它們物理分解成粉末。這意味著必須持續(xù)地更換催化劑顆粒。

如技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，在漿料相反應(yīng)器中，反應(yīng)物子流通過由粉末狀負(fù)載型催化劑構(gòu)成的漿料。催化劑通常包括直徑在從0.05mm至0.3mm范圍內(nèi)的固體催化劑顆粒。在反應(yīng)物流是在反應(yīng)器底部被引入然后上升通過漿料的氣體的情況下，反應(yīng)器被稱為鼓泡塔反應(yīng)器(bubblecolumnreactor)。漿料相反應(yīng)器是有利的，因?yàn)槠涮峁﹥?yōu)異的溫度控制并且接近沒有溫度梯度的等溫操作。但是，為了確保已經(jīng)去除所有的催化劑顆粒，在從漿料床中去除反應(yīng)器中形成的液體產(chǎn)物之后必須對(duì)其進(jìn)行過濾。

在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器是微通道反應(yīng)器。術(shù)語“微通道反應(yīng)器”是指包括在其中進(jìn)行反應(yīng)過程的一個(gè)或多個(gè)處理微通道的裝置。特別地，微通道反應(yīng)器可以包括與至少一個(gè)(優(yōu)選為多個(gè))熱量交換通道熱接觸的至少一個(gè)(優(yōu)選為多個(gè))處理微通道。在存在催化劑的情況下，它被包含在處理微通道內(nèi)。在wo2014/026204中描述了合適的微通道反應(yīng)器的示例，其內(nèi)容通過引用并入本文。

特別地，微通道反應(yīng)器可以包括用于接納一個(gè)或多個(gè)催化劑插入物(例如，一個(gè)或多個(gè)翅或翅組件、一個(gè)或多個(gè)瓦楞(corrugated)插入物等)的一個(gè)或多個(gè)槽，其中處理微通道包括槽，被定位在催化劑插入物中和/或包括由插入物和槽的壁形成的開口。當(dāng)使用兩個(gè)或更多個(gè)處理微通道時(shí)，處理微通道可以被并行操作。微通道反應(yīng)器可以包括用于提供進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)處理微通道的流體的流的集管(header)或歧管(manifold)組件，以及提供流出一個(gè)或多個(gè)處理微通道的流體的流的尾管(footer)或歧管組件。微通道反應(yīng)器可以包括與一個(gè)或多個(gè)處理微通道相鄰和/或與其熱接觸的一個(gè)或多個(gè)熱量交換通道。熱量交換通道可以為處理微通道中的流體提供冷卻。熱量交換通道可以是微通道。微通道反應(yīng)器可以包括用于提供進(jìn)入熱量交換通道的熱量交換流體的流的集管或歧管組件，以及提供流出熱量交換通道的熱量交換流體的流的尾管或歧管組件。

術(shù)語“微通道”是指具有高度或?qū)挾戎兄辽僖粋€(gè)的內(nèi)部尺寸為至多大約10毫米(mm)的通道，并且在一個(gè)實(shí)施例中至多大約5mm，在一個(gè)實(shí)施例中至多大約2mm，在一個(gè)實(shí)施例中至多大約1mm。微通道可以包括至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口，其中這至少一個(gè)入口與至少一個(gè)出口不同。微通道可以不僅僅是孔(orifice)。微通道可以不僅僅是通過沸石或介孔材料的通道。微通道的長度可以是高度或?qū)挾鹊闹辽俅蠹s兩倍，并且在一個(gè)實(shí)施例中為高度或?qū)挾鹊闹辽俅蠹s五倍，在一個(gè)實(shí)施例中為高度或?qū)挾鹊闹辽俅蠹s十倍。微通道的內(nèi)部高度或?qū)挾瓤梢栽诖蠹s0.05mm至大約10mm的范圍內(nèi)，或者大約0.05mm至大約5mm，或者大約0.05mm至大約2mm，或者大約0.05mm至大約1.5mm，或者大約0.05mm至大約1mm，或者大約0.05mm至大約0.75mm，或者大約0.05mm至大約0.5mm，或者大約1mm至大約10mm，或者大約2mm至大約8mm，或者大約3mm至大約7mm。高度或?qū)挾戎械牧硪粋€(gè)的內(nèi)部尺寸可以是任何尺寸，例如，至多大約3米，或者大約0.01米至大約3米，并且在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.1米至大約3米，或者大約1mm至大約10mm，或者大約2mm至大約8mm，或者大約3mm至大約7mm。微通道的長度可以是任何尺寸，例如，至多大約10米，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約0.1米至大約10米，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約0.2米至大約10米，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約0.2米至大約6米，并且在一個(gè)實(shí)施例中從0.2米至大約3米。微通道可以具有任何形狀的截面，例如正方形、矩形、圓形、半圓形、梯形等。微通道的截面的形狀和/或尺寸可以隨著其長度變化。例如，微通道的高度或?qū)挾瓤梢噪S著其長度從相對(duì)大的尺寸逐漸減小至相對(duì)小的尺寸，或者反之。

當(dāng)指一個(gè)通道相對(duì)于另一個(gè)通道的位置的位置時(shí)，術(shù)語“相鄰”可以意味著直接相鄰，使得壁或多個(gè)壁分隔兩個(gè)通道。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)通道可以具有公共壁。公共壁的厚度可以變化。但是，“相鄰”的通道可以不被可能干擾通道之間的熱量傳遞的中間通道分隔。一個(gè)通道可以僅在另一個(gè)通道的部分尺寸上與另一個(gè)通道相鄰。例如，處理微通道可以長于并且延伸超出一個(gè)或多個(gè)相鄰的熱量交換通道。

術(shù)語“熱接觸”是指可以或可以不彼此物理接觸或彼此相鄰但仍然彼此交換熱量的兩個(gè)主體(例如兩個(gè)通道)。一個(gè)與另一個(gè)主體熱接觸的主體可以加熱或冷卻另一個(gè)主體。

術(shù)語“流體”是指氣體，液體，氣體和液體的混合物，或者含有分散的固體、液滴和/或氣泡的氣體或液體。滴和/或泡可以是不規(guī)則或規(guī)則的形狀并且可以具有相似或不同的尺寸。

催化劑

反應(yīng)器可以包括催化劑。優(yōu)選地，催化劑是非均相催化劑。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑可以是顆粒狀固體的形式。

當(dāng)反應(yīng)器是如上所述的微通道反應(yīng)器時(shí)，催化劑可以被用作加載到處理通道中或涂覆在處理微通道的內(nèi)壁上或生長在處理微通道的內(nèi)壁上的顆粒狀固體。催化劑可以被擔(dān)載在具有漏過(flow-by)配置、流通(flow-through)配置或蛇形配置的載體上。催化劑可以被擔(dān)載在具有泡沫、氈、填料、翅或其兩個(gè)或更多個(gè)的組合的配置的載體上。可替代地，催化劑可以是可以裝配在反應(yīng)器內(nèi)合適的槽中的插入物的形式。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉適于執(zhí)行不同放熱反應(yīng)的催化劑。

特別地，在放熱反應(yīng)是費(fèi)托過程的情況下，優(yōu)選地，催化劑可以衍生自包含鈷的催化劑前體，諸如pd、pt、rh、ru、re、ir、au、ag和/或os的助催化劑以及表面改性的載體，其中載體的表面通過利用二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉻、氧化鋁或其兩種或更多種的混合物進(jìn)行處理而被改性。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑前體可以包括氧化鈷，尤其是co3o4。合適的載體材料包括耐火金屬氧化物、碳化物、碳、氮化物或其兩種或更多種的混合物。載體可以包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、二氧化鈦或其兩種或更多種的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，載體可以包括tio2改性的二氧化硅載體，其中載體含有至少大約11％重量的tio2，或者大約11％至大約30％重量的tio2，或者大約15％至大約17％重量的tio2，在一個(gè)實(shí)施例中，含有大約16％重量的tio2。表面改性的載體的表面可以是無定形的。

在放熱反應(yīng)是甲醇生產(chǎn)的實(shí)施例中，優(yōu)選地，催化劑是銅基催化劑，例如cu/zno/al2o3。

在放熱反應(yīng)是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的實(shí)施例中，優(yōu)選地，催化劑可以包括金屬、金屬氧化物或者選自mo、w、v、nb、sb、sn、pt、pd、cs、zr、cr、mg、mn、ni、co、ce的金屬的混合金屬氧化物，或其兩種或更多種的混合物。這些催化劑還可以包括一種或多種堿金屬或堿土金屬或其它過渡金屬、稀土金屬或鑭系元素?？梢源嬖谥T如p和bi的元素。催化劑可以被擔(dān)載，并且如果是這樣，則有用的載體材料包括金屬氧化物(例如，氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯)、二氧化硅、介孔材料、沸石、耐火材料或其兩種或更多種的組合。特別地，催化劑可以是在us5,597,773、us5,703,253、us5,705,661、us6,762,311和ep0266015中公開的任何一種催化劑，以上文獻(xiàn)的內(nèi)容通過引用并入本文。

在放熱反應(yīng)是dme生產(chǎn)的實(shí)施例中，催化劑可以是甲醇合成催化劑(例如cu/zno/al2o3)和脫水催化劑(例如，g-al2o3)的摻合物。

在放熱反應(yīng)是加氫裂化的實(shí)施例中，催化劑可以包括沸石催化劑，包括β沸石、ω沸石、l-沸石、zsm-5沸石和y型沸石。加氫裂化催化劑可以包括一種或多種柱撐粘土、mcm-41、mcm-48、hms或其兩種或更多種的組合。加氫裂化催化劑可以包括pt、pd、ni、co、mo、w或其兩種或更多種的組合。加氫裂化催化劑可以包括耐火無機(jī)氧化物，諸如氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯和二氧化硅-氧化鋁。加氫裂化催化劑可以包括氫化組分。合適的氫化組分的示例包括元素周期表的ivb族和viii族的金屬以及這些金屬的化合物。可以使用鉬、鎢、鉻、鐵、鈷、鎳、鉑、鈀、銥、鋨、銠和釕作為氫化組分。這些催化劑在美國專利6,312,586b1中描述，其通過引用并入本文。

在放熱反應(yīng)是加氫處理的實(shí)施例中，加氫處理催化劑可以是任何加氫處理催化劑。加氫處理催化劑可以包括在氧化鋁上擔(dān)載的ni、mo、co、w或其兩種或更多種的組合。催化劑可以包括mo-w/al2o3。

在放熱反應(yīng)是vam的生產(chǎn)的實(shí)施例中，催化劑可以包括pd、au，并且在一些實(shí)施例中可以包括乙酸鉀(koac)。合適的催化劑的示例在us3,743,607、us3,775,342、us5,557,014、us5,990,334、us5,998,659、us6,022,823、us6,057,260和us6,472,556中描述，所有這些都通過引用并入本文。所使用的催化劑優(yōu)選地含有耐火載體，優(yōu)選地是金屬氧化物，諸如二氧化硅、二氧化硅-氧化鋁、二氧化鈦或氧化鋯。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑包括多于2wt％的pd，多于4wt％的pd，多于10wt％的pd，并且在一些實(shí)施例中包括至少12wt％的pd。

在放熱反應(yīng)是烴氧化的實(shí)施例中，催化劑可以包括金屬、金屬氧化物或者選自mo、w、v、nb、sb、sn、pt、pd、cs、zr、cr、mg、mn、ni、co、ce的金屬的混合金屬氧化物，或其兩種或更多種的混合物。這些催化劑還可以包括一種或多種堿金屬或堿土金屬或其它過渡金屬、稀土金屬或鑭系元素?？梢源嬖谥T如p和bi的元素。催化劑可以被擔(dān)載，并且如果是這樣，則有用的載體材料包括金屬氧化物(例如，氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯)、二氧化硅、介孔材料、沸石、耐火材料或其兩種或更多種的組合。

在放熱反應(yīng)是甲醇氧化以形成甲醛的實(shí)施例中，催化劑可以是fe-mo-ox催化劑。

步驟(c)

在本發(fā)明的方法的步驟(c)中，冷卻劑被饋送到每個(gè)反應(yīng)列中的反應(yīng)器中。饋送到每個(gè)反應(yīng)列中的冷卻劑源自公共冷卻劑儲(chǔ)存器。在這方面，存在饋送到所有反應(yīng)列的單個(gè)冷卻劑循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。冷卻劑由新的冷卻劑和在步驟(e)中從汽包回收的冷卻劑組成。

可替代地，在存在三個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)列的情況下，至少兩個(gè)反應(yīng)列可以在步驟(c)中從單個(gè)冷卻劑循環(huán)網(wǎng)絡(luò)被饋送冷卻劑，而其余的反應(yīng)列從一個(gè)或多個(gè)不同的冷卻劑循環(huán)網(wǎng)絡(luò)被饋送冷卻劑。在這種實(shí)施例中，將存在多個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器。但是，冷卻劑儲(chǔ)存器的總數(shù)量將總是低于反應(yīng)列的總數(shù)量。

冷卻劑可以選自由于從反應(yīng)器中發(fā)生的放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)移的熱量而至少部分蒸發(fā)的流體和熱油所組成的組。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，對(duì)冷卻劑的選擇將依賴于放熱反應(yīng)，尤其是發(fā)生放熱反應(yīng)的反應(yīng)器中達(dá)到的溫度。

部分蒸發(fā)的流體可以是單組分冷卻劑流體，諸如水、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、氨、醇或高級(jí)烴(higherhydrocarbon)?？商娲兀糠终舭l(fā)的流體可以是包括一種或多種單一組分流體的冷卻劑混合物。冷卻劑混合物的示例包括氨-水或混合溶劑。

在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑是由于從反應(yīng)器中發(fā)生的放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)移的熱量而至少部分蒸發(fā)的流體。在這種情況下，冷卻劑是沸點(diǎn)低于反應(yīng)器中達(dá)到的溫度的流體。優(yōu)選地，冷卻劑是水。在冷卻劑是水的情況下，從放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)移的熱量使得水至少部分蒸發(fā)，從而生成蒸汽。在該過程中，這種蒸汽可以在其它地方被回收和使用，或者甚至可以用來產(chǎn)生電力。在放熱反應(yīng)的溫度在80c至450c(或更優(yōu)選地100c至300c)范圍內(nèi)的情況下，特別優(yōu)選使用水作為冷卻劑。落入這個(gè)組(即，在該過程中至少部分蒸發(fā))的合適的冷卻劑的另一個(gè)示例是有機(jī)溶劑，諸如在wo2013/055864中描述的那些，其內(nèi)容通過引用并入本文。

饋送到反應(yīng)器的冷卻劑可以在大約40c至大約400℃的溫度范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約100c至大約250c的范圍內(nèi)。

冷卻劑或者可以以恒定流被饋送到反應(yīng)器，或者流可以依賴于熱量的釋放來調(diào)節(jié)，這進(jìn)而依賴于反應(yīng)物饋送流被饋送到(一個(gè)或多個(gè))反應(yīng)器的速率。

可以通過或者直接(混合)或者間接的熱量交換來使冷卻劑過冷，以維持期望的co轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物選擇性。

在反應(yīng)器是如前所述的微通道反應(yīng)器的情況下，冷卻劑被饋送到與處理通道熱接觸的熱量交換通道中。

步驟(d)

當(dāng)反應(yīng)物子流沿著反應(yīng)列流動(dòng)并流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器時(shí)，它與催化劑接觸并且放熱反應(yīng)發(fā)生(步驟(d))。由放熱反應(yīng)生成的熱量被轉(zhuǎn)移到冷卻劑，從而從反應(yīng)中去除熱量。因此，步驟(d)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑。在冷卻劑是熱油的情況下，它通過膨脹而非通過蒸發(fā)來吸收熱量。在冷卻劑是沸點(diǎn)低于由放熱反應(yīng)生成的熱量的流體的情況下，它通過經(jīng)歷部分相變來從反應(yīng)中去除熱量，例如，在冷卻劑為水的情況下，生成蒸汽。

反應(yīng)產(chǎn)物

在放熱反應(yīng)是費(fèi)托過程的情況下，反應(yīng)產(chǎn)物包括烴(其主要是脂族)和水。術(shù)語“脂族烴”被用來描述具有2個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂族烴，或具有3個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂族烴，或具有4個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂族烴，或具有5個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂族烴，或具有6個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂族烴。較高分子量的脂族烴可以具有至多大約200個(gè)碳原子，至多大約150個(gè)碳原子，至多大約100個(gè)碳原子，至多大約90個(gè)碳原子，至多大約80個(gè)碳原子，至多大約70個(gè)碳原子，至多大約60個(gè)碳原子，至多大約50個(gè)碳原子，至多大約40個(gè)碳原子或至多大約30個(gè)碳原子。示例可以包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、辛烷、癸烷、十二烷等。

在放熱反應(yīng)是甲醇生產(chǎn)的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括甲醇、氫和水。

在放熱反應(yīng)是環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括環(huán)氧乙烷、二氧化碳和水。

在放熱反應(yīng)是dme生產(chǎn)的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括dme和二氧化碳。

在放熱反應(yīng)是加氫裂化的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括兩種或更多種分子量比烴反應(yīng)物低的烴產(chǎn)物。

在放熱反應(yīng)是vam生產(chǎn)的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括乙酸乙烯酯單體和水。

在放熱反應(yīng)是烴氧化的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括含氧生成物產(chǎn)物。

在放熱反應(yīng)是甲醛生產(chǎn)的實(shí)施例中，反應(yīng)產(chǎn)物包括甲醛。

步驟(e)

在步驟(e)中，已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從每個(gè)反應(yīng)列被饋送到公共單個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器。在儲(chǔ)存器中，從放熱反應(yīng)吸收的熱量被去除并且冷卻劑被返回到其初始狀態(tài)。然后可以將冷卻劑回收回步驟(c)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉合適的儲(chǔ)存器。特別地，依賴于冷卻劑的性質(zhì)，儲(chǔ)存器可以是熱交換器，例如在冷卻劑是熱油的情況下。可替代地，在冷卻劑是至少部分蒸發(fā)的冷卻劑的情況下，儲(chǔ)存器可以包括用于去除蒸氣形式的熱量的相分離器。這種儲(chǔ)存器的示例是汽包。

在步驟(d)中放熱反應(yīng)的熱量通過冷卻劑的部分蒸發(fā)被去除之后，蒸氣和液相在儲(chǔ)存器中被分離，蒸氣被去除，并且液體作為冷卻劑被回收回步驟(c)。在這種情況下，可能有必要將新的冷卻劑添加到被饋送回步驟(c)中的蒸汽，以補(bǔ)償已經(jīng)作為蒸氣而損失的冷卻劑。例如，當(dāng)冷卻劑是水時(shí)，儲(chǔ)存器是汽包，其中蒸汽與水被分離?；厥盏乃鳛槔鋮s劑被回收回步驟(c)中并用新的水補(bǔ)充，以補(bǔ)償以蒸汽形式損失的水。蒸汽可以被冷凝并返回到冷卻劑系統(tǒng)。

這種單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器依據(jù)其操作的條件(特別是壓力)決定液體的飽和溫度，然后液體作為冷卻劑被回收到反應(yīng)器中，因此決定每個(gè)反應(yīng)列的操作溫度和壓力。在冷卻劑是響應(yīng)于從放熱反應(yīng)的熱量的轉(zhuǎn)移而膨脹而非蒸發(fā)的熱油的情況下，單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器操作的溫度決定每個(gè)反應(yīng)列的操作溫度。因此，本發(fā)明的方法中的所有反應(yīng)器都以相同的溫度和壓力操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑是由于從放熱反應(yīng)轉(zhuǎn)移的熱量而部分蒸發(fā)的流體，優(yōu)選地是水，并且儲(chǔ)存器是汽包。

公共單個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器可以以大約25℃至大約300℃，大約100℃至大約300℃，或者大約200℃至大約225℃，或者大約200℃至大約220℃的范圍內(nèi)或者大約205℃的溫度操作。公共單個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器可以以大約100kpa至大約15000kpa，或者大約100kpa至大約8600kpa，或者大約450kpa至大約4100kpa，或者大約450kpa至大約3400kpa，或者大約1200kpa至大約2600kpa，或者大約1200kpa至大約2100kpa，或者大約1200kpa至大約1900kpa范圍內(nèi)的壓力操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，公共單個(gè)汽包以100℃至300℃范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施例中(例如放熱反應(yīng)是ft過程的實(shí)施例)為200℃至225℃，或200℃至220℃，或大約205℃的溫度操作，并且以大約100kpa至大約8600kpa，大約100kpa至大約3400kpa，在一個(gè)實(shí)施例中為大約1200kpa至2600kpa，或者大約1200kpa至大約2100kpa，或者大約1200kpa至大約1900kpa，或者大約1700kpa至大約1900kpa范圍內(nèi)的壓力操作。

控制放熱反應(yīng)的過程

使用公共單個(gè)冷卻劑儲(chǔ)存器意味著單個(gè)反應(yīng)列的溫度(其是通常使用的變量)不能被用來控制在每個(gè)反應(yīng)器中發(fā)生的放熱反應(yīng)的性能。在這種情況下，本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過控制通過每個(gè)反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速(或氣時(shí)空速(ghsv))，可以獲得對(duì)不同反應(yīng)列的可接受程度的控制。

反應(yīng)物子流的ghsv通常被定義為在正常壓力和溫度下反應(yīng)物的體積流量除以其流過的催化劑的總體積(bulkvolume)。反應(yīng)物子流的ghsv可以通過常規(guī)技術(shù)來測量，具體而言，通過測量反應(yīng)物子流到反應(yīng)器的流速，然后將這個(gè)值除以催化劑的體積。

可以在至少一個(gè)反應(yīng)列中提供調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的流速的裝置。優(yōu)選地，在每個(gè)反應(yīng)列中提供調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的流速的單獨(dú)的裝置，從而允許每個(gè)反應(yīng)物子流的流速被獨(dú)立地調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)流速的裝置可以是閥，例如自動(dòng)化控制閥，優(yōu)選地是自動(dòng)化流量控制閥。

可以調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的流速，以考慮諸如在該反應(yīng)列中存在的反應(yīng)器中的催化劑的失活的因素。催化劑失活導(dǎo)致催化活性隨時(shí)間降低。本發(fā)明的方法可以被用來根據(jù)催化劑的失活降低反應(yīng)物到特定反應(yīng)器的流速，以便向上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化，以補(bǔ)償這種催化劑失活，以確保每個(gè)反應(yīng)列滿足期望的co轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物選擇性。不同反應(yīng)列中的催化劑可能處于不同的失活階段。獨(dú)立地調(diào)節(jié)每個(gè)反應(yīng)列中的反應(yīng)物子流的流速的能力提供了確保每個(gè)反應(yīng)列以期望的co轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物選擇性操作的手段，而不管催化劑失活的階段的任何差異。

反應(yīng)物子流的流速可以參考反應(yīng)物與催化劑的期望接觸時(shí)間來確定。術(shù)語“接觸時(shí)間”是指反應(yīng)區(qū)(即，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)的空間)的體積除以反應(yīng)物子流在0℃的溫度和一個(gè)大氣壓下的體積流速。

為了在反應(yīng)器(具體而言是微通道反應(yīng)器)內(nèi)維持恒定的反應(yīng)，對(duì)特定反應(yīng)物子流的任何流速調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)確保反應(yīng)物與催化劑的接觸時(shí)間為大約10毫秒至大約2000毫秒(ms)，或者大約10ms至大約1000ms，或者大約20ms至大約500ms，或者大約200ms至大約400ms，或者大約240ms至大約350ms。

可替代地或附加地，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，可以通過對(duì)每個(gè)反應(yīng)列更改反應(yīng)物子流的組分來控制放熱反應(yīng)的程度。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)物子流可以由從不同來源獲得的反應(yīng)物組成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)物子流可以既包括新的反應(yīng)物又包括回收的反應(yīng)物。反應(yīng)物子流的回收部分可以具有與新的饋送不同的組分，尤其是關(guān)于存在的惰性物質(zhì)的量。因此，可以更改反應(yīng)物子流的組分的一種方式是更改由回收的反應(yīng)物組成的反應(yīng)物子流的比例。在不同的實(shí)施例中，反應(yīng)物子流可以由新的反應(yīng)物和從上游過程獲得的反應(yīng)物組成。例如，當(dāng)放熱反應(yīng)是ft過程時(shí)，反應(yīng)物子流可以包括新的合成氣和來自上游合成氣轉(zhuǎn)化常規(guī)的饋送，其中來自上游過程的饋送將包括不同比例的惰性組分。

可以在至少一個(gè)反應(yīng)列中提供調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分的裝置。優(yōu)選地，在每個(gè)反應(yīng)列中提供調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分的單獨(dú)的裝置，從而允許獨(dú)立地調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分。調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分的裝置可以包括將回收的反應(yīng)物引入到反應(yīng)物子流中。由回收的反應(yīng)物構(gòu)成的反應(yīng)物子流的比例可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)物子流的回收的反應(yīng)物的流來控制，例如通過使用閥(優(yōu)選地是自動(dòng)化控制閥，例如自動(dòng)化流量控制閥)?？商娲鼗蚋郊拥?，在添加回收的反應(yīng)物之前反應(yīng)物子流的流速可以通過使用閥(優(yōu)選地是自動(dòng)化控制閥，例如自動(dòng)化流量控制閥)來調(diào)節(jié)。可替代地或附加地，在添加回收的反應(yīng)物之后反應(yīng)物子流(即，新的反應(yīng)物和回收的反應(yīng)物的組合)的流速可以通過使用閥(優(yōu)選地是自動(dòng)化控制閥，例如自動(dòng)化流量控制閥)來調(diào)節(jié)。通過控制回收的反應(yīng)物的流速以及(i)添加回收的反應(yīng)物之前的反應(yīng)物子流和(ii)添加回收的反應(yīng)物之后的反應(yīng)物子流中的至少一種的流速，可以控制通過反應(yīng)器的反應(yīng)物的流速，由此確保每個(gè)反應(yīng)列滿足期望的co轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物選擇性。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速以及通過調(diào)節(jié)被饋送到同一反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的組分，來控制反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程，其中反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

在另一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速來控制，其中該至少一個(gè)反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分，而至少另一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的組分來控制，其中該至少另一個(gè)反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

有利地，本發(fā)明的方法提供至少與當(dāng)前過程等同的性能。更具體而言，在放熱反應(yīng)是費(fèi)托過程的情況下，co從反應(yīng)物饋送流中的合成氣體的轉(zhuǎn)化可以是大約70％或更高，優(yōu)選地是大約75％或更高，優(yōu)選地是大約80％或更高，優(yōu)選地是大約85％或更高，優(yōu)選地是大約90％或更高，優(yōu)選地是大約91％或更高，優(yōu)選地是大約92％或更高。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化可以在大約88％至大約95％的范圍內(nèi)，可替代地在大約90％至大約94％的范圍內(nèi)，可替代地在大約91％至大約93％的范圍內(nèi)。對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物中的甲烷的選擇性可以在大約0.01％至大約15％的范圍內(nèi)，可替代地在大約0.01％至大約10％的范圍內(nèi)，可替代地在大約1％至大約5％的范圍內(nèi)，可替代地在大約3％至大約9％的范圍內(nèi)，或者可替代地在大約4％至大約8％的范圍內(nèi)。

隔離單獨(dú)的反應(yīng)列

如上所述，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)(尤其是在反應(yīng)物饋送流被分成至少三個(gè)反應(yīng)物子流的情況下)在于，可以將單獨(dú)的反應(yīng)列與系統(tǒng)隔離，同時(shí)維持其余的反應(yīng)列處于操作狀態(tài)并對(duì)其操作影響最小。這在放熱過程涉及使用非均相催化劑的情況下特別有利，非均相催化劑的性能隨時(shí)間而降低，使得其在某一時(shí)刻將需要再生。還可以證明在需要再加載催化劑的情況下也會(huì)是有用的。

特別地，可以通過以下來隔離反應(yīng)列：(i)提供與第二冷卻劑儲(chǔ)存器相關(guān)聯(lián)的第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)；(ii)將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從反應(yīng)列重定向到第二冷卻劑儲(chǔ)存器；然后(iii)停止步驟(c)中冷卻劑向待隔離的反應(yīng)列的饋送，同時(shí)發(fā)起第二冷卻劑從第二冷卻劑儲(chǔ)存器向待隔離的反應(yīng)列的饋送。

在步驟(iii)之后，可以更改已經(jīng)從該過程隔離的反應(yīng)列的操作條件，以允許催化劑的再生?？商娲鼗蚋郊拥?，可以在反應(yīng)列被隔離的同時(shí)再加載催化劑。

當(dāng)催化劑的再生(或再加載)已經(jīng)完成并且隔離的反應(yīng)列將恢復(fù)在線時(shí)，重要的是確保反過來執(zhí)行在隔離反應(yīng)列時(shí)執(zhí)行的步驟。在這方面，可以通過以下將隔離的反應(yīng)列再引入：(iv)將步驟(c)中的冷卻劑流再引入隔離的反應(yīng)列，同時(shí)停止第二冷卻劑從第二儲(chǔ)存器向隔離的反應(yīng)列的饋送；(v)運(yùn)行該過程，直到隔離的反應(yīng)列中的反應(yīng)器的操作條件與未隔離的反應(yīng)器的操作條件相匹配；然后(vi)將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從隔離的反應(yīng)列重定向到單個(gè)公共儲(chǔ)存器。

通過按照這個(gè)次序執(zhí)行步驟，能夠確?？梢栽谡麄€(gè)過程中保持在線的反應(yīng)列的操作所受影響最小的同時(shí)使隔離的反應(yīng)列恢復(fù)在線。

第二冷卻劑可以與在步驟(c)中被饋送到反應(yīng)列的冷卻劑相同或不同。

因而，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種從放熱反應(yīng)過程回路(circuit)隔離反應(yīng)列的方法，其中放熱反應(yīng)過程回路包括多個(gè)反應(yīng)列，第一冷卻劑從公共第一冷卻劑儲(chǔ)存器被饋送到該多個(gè)反應(yīng)列，并且其中每個(gè)反應(yīng)列包括反應(yīng)器，反應(yīng)物子流被饋送到該反應(yīng)器，該方法包括：

在反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的第一冷卻劑；

提供與第二冷卻劑儲(chǔ)存器相關(guān)聯(lián)的第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)；

將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的第一冷卻劑從待隔離的反應(yīng)列重定向到第二冷卻劑儲(chǔ)存器；然后

停止第一冷卻劑向待隔離的反應(yīng)列的饋送，同時(shí)發(fā)起第二冷卻劑從第二冷卻劑儲(chǔ)存器向待隔離的反應(yīng)列的饋送。

能夠在不同時(shí)間將不同反應(yīng)列從整個(gè)過程中隔離并因此有擁有不同“歷史”(尤其是關(guān)于催化劑的再生)的反應(yīng)列的能力是本發(fā)明的方法特有的。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種再引入已經(jīng)從放熱反應(yīng)過程回路被隔離的反應(yīng)列的方法，其中放熱反應(yīng)過程回路包括多個(gè)反應(yīng)列，其中第一冷卻劑從公共冷卻劑儲(chǔ)存器被饋送到該多個(gè)反應(yīng)列，其中每個(gè)反應(yīng)列包括反應(yīng)器，反應(yīng)物子流被饋送到該反應(yīng)器，并且其中：

在每個(gè)反應(yīng)列的反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的第一冷卻劑；并且

從第二冷卻劑儲(chǔ)存器向隔離的反應(yīng)列饋送第二冷卻劑，

該方法包括：

停止第二冷卻劑向隔離的反應(yīng)列的饋送，同時(shí)發(fā)起第一冷卻劑向隔離的反應(yīng)列的饋送；

運(yùn)行該過程，直到隔離的反應(yīng)列中的反應(yīng)器的操作條件與未隔離的反應(yīng)器的操作條件相匹配；然后

將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的第一冷卻劑從隔離的反應(yīng)列重定向到公共冷卻劑儲(chǔ)存器。

使用單個(gè)公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)與多個(gè)反應(yīng)列相結(jié)合還使得可以以高效且直接的方式啟動(dòng)放熱過程。

啟動(dòng)放熱反應(yīng)

因而，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種啟動(dòng)放熱反應(yīng)的方法，其包括：

(a)提供至少兩個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列，每個(gè)反應(yīng)列包括至少一個(gè)反應(yīng)器；

(b)提供公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，其包括單個(gè)公共儲(chǔ)存器，單個(gè)公共儲(chǔ)存器包括被饋送到每個(gè)反應(yīng)列中的冷卻劑；

(c)對(duì)每個(gè)反應(yīng)列開始冷卻劑的循環(huán)；

(d)將反應(yīng)器的壓力增加到期望的反應(yīng)壓力；

(e)將反應(yīng)物饋送流饋送到每個(gè)反應(yīng)列中；

(f)升高單個(gè)公共儲(chǔ)存器的溫度并且調(diào)節(jié)通過每個(gè)反應(yīng)列的反應(yīng)物饋送流的ghsv，以獲得期望的放熱反應(yīng)程度。

第一和第二冷卻劑可以相同或不同。

在可替代的方面，本發(fā)明提供了一種在包括于反應(yīng)列中的啟動(dòng)反應(yīng)器中啟動(dòng)放熱反應(yīng)的方法，所述方法包括：

a)提供多個(gè)反應(yīng)列，每個(gè)反應(yīng)列包括至少一個(gè)反應(yīng)器；

b)提供公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，其包括單個(gè)公共儲(chǔ)存器，單個(gè)公共儲(chǔ)存器包括第一冷卻劑，第一冷卻劑被饋送到除了包括其中將啟動(dòng)放熱反應(yīng)的啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列以外的每個(gè)反應(yīng)列中；

c)提供與第二冷卻劑儲(chǔ)存器相關(guān)聯(lián)的第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，第二冷卻劑儲(chǔ)存器包括第二冷卻劑，第二冷卻劑被饋送到包括啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列；

d)將啟動(dòng)反應(yīng)器中的壓力增加到期望的反應(yīng)壓力；

e)將反應(yīng)物饋送流饋送到包括啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列中；

f)運(yùn)行該過程，直到啟動(dòng)反應(yīng)器的操作條件使得離開啟動(dòng)反應(yīng)器的冷卻劑能夠被再引入到公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)；以及

g)停止向包括啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列饋送第二冷卻劑，同時(shí)發(fā)起向包括啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列饋送第一冷卻劑；

h)將第一冷卻劑從包括啟動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)列重定向到單個(gè)公共儲(chǔ)存器。

一些放熱反應(yīng)最初可以以非常高的速率進(jìn)行，釋放出大量的熱量。此類放熱反應(yīng)可以受益于在放熱反應(yīng)啟動(dòng)期間和之后在反應(yīng)器中在單獨(dú)、隔離的控制下執(zhí)行。這種單獨(dú)、隔離的控制可以通過使用與公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)分開的第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)來提供。使用向啟動(dòng)反應(yīng)器提供單獨(dú)、隔離的控制的方法允許對(duì)啟動(dòng)反應(yīng)器操作條件的隔離控制，這可以有助于在放熱反應(yīng)的初始階段期間防止熱量逸散。

為了避免在啟動(dòng)反應(yīng)器中和在由公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)饋送的反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的生產(chǎn)中的損失，可以維持提供對(duì)啟動(dòng)反應(yīng)器的單獨(dú)、隔離的控制的方法，直到啟動(dòng)反應(yīng)器的操作條件(或者放出的熱量釋放)更接近地匹配由公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)饋送的反應(yīng)器的操作條件，而不是啟動(dòng)環(huán)路中的反應(yīng)器的操作條件。一旦達(dá)到這一階段，啟動(dòng)反應(yīng)器就可以在對(duì)生產(chǎn)影響最小的情況下被再引入到公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。

當(dāng)冷卻劑是兩相冷卻劑時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)反應(yīng)器的操作條件使得離開啟動(dòng)反應(yīng)器的冷卻劑的壓力不小于公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)中的壓力，并且可選地，大于公共冷卻劑系統(tǒng)中的壓力不超過100psi時(shí)，離開啟動(dòng)反應(yīng)器的冷卻劑可以被再引入到公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。

如下所述，這種隔離的啟動(dòng)方法可以在圖1所示的系統(tǒng)上執(zhí)行。

如本文所使用的，術(shù)語“啟動(dòng)反應(yīng)器”被用來描述在開始或發(fā)起放熱反應(yīng)的時(shí)間期間的反應(yīng)器。

第一和第二冷卻劑可以相同或不同。所使用的冷卻劑的類型可以與上文列出的冷卻劑相同。

第二冷卻劑儲(chǔ)存器可以以大約25℃至大約300℃的范圍內(nèi)，大約100℃至大約300℃的范圍內(nèi)，或大約200℃至大約225℃的范圍內(nèi)，或大約200℃至大約220℃的范圍內(nèi)，或大約205℃的溫度操作。第二冷卻劑儲(chǔ)存器可以以大約100kpa至大約15000kpa的范圍內(nèi)，或大約100kpa至大約8600kpa的范圍內(nèi)，或大約450kpa至大約4100kpa的范圍內(nèi)，或大約450kpa至大約3400kpa的范圍內(nèi)，或大約1200kpa至大約2600kpa的范圍內(nèi)，或大約1200kpa至2100kpa的范圍內(nèi)，或大約1200kpa至大約1900kpa范圍內(nèi)的壓力操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，在冷卻劑是水的情況下，第二冷卻劑儲(chǔ)存器可以是第二汽包，其在100℃至300℃的溫度范圍內(nèi)操作，在一個(gè)實(shí)施例中(例如在放熱反應(yīng)是ft過程的情況下)，其在200至225℃的范圍內(nèi)操作，或者在200℃至220℃的范圍內(nèi)操作，或者以大約205℃操作，并且在大約100kpa至大約8600kpa的壓力范圍內(nèi)操作，在大約100kpa至大約3400kpa的范圍內(nèi)操作，在一個(gè)實(shí)施例中，在大約1200kpa至大約2600kpa的范圍內(nèi)操作，或者在大約1200kpa至大約2100kpa的范圍內(nèi)操作，或者在大約1200kpa至大約1900kpa的范圍內(nèi)操作，或者在大約1700kpa至大約1900kpa的范圍內(nèi)操作。

在這種隔離的啟動(dòng)方法中，第二冷卻劑儲(chǔ)存器可以以大約180psia至大約250psia(大約1240kpa至大約1725kpa)的壓力操作。當(dāng)放熱反應(yīng)是費(fèi)托反應(yīng)時(shí)，該壓力尤其有用。

該隔離的啟動(dòng)方法允許啟動(dòng)反應(yīng)器被暴露于溫度斜坡(temperatureramp)，以發(fā)起反應(yīng)。第二冷卻劑儲(chǔ)存器被用來在12至24小時(shí)的時(shí)段內(nèi)提供溫度斜坡。溫度斜坡可以涉及將溫度從環(huán)境溫度升高到大約170℃與大約214℃之間，例如大約205℃與大約214℃之間。當(dāng)放熱反應(yīng)是費(fèi)托反應(yīng)時(shí)，該溫度尤其有用。

在冷卻劑是沸點(diǎn)低于由放熱反應(yīng)生成的熱量的流體(例如，液體)的情況下，它通過經(jīng)歷部分相變以提供兩相冷卻劑來從反應(yīng)中去除熱量。在溫度斜坡期間，兩相冷卻劑在離開反應(yīng)器時(shí)的溫度和壓力從起始溫度和壓力增加到近似205℃和250psia。當(dāng)放熱反應(yīng)是費(fèi)托反應(yīng)時(shí)，常常會(huì)看到這種溫度和壓力的增加。

控制反應(yīng)器溫度

在可替代實(shí)施例中，本文描述的單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器方法可以在其中可以單獨(dú)控制每個(gè)反應(yīng)列中的冷卻劑溫度的系統(tǒng)中提供。該實(shí)施例提供了與先前描述的單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器方法相關(guān)聯(lián)的所有優(yōu)點(diǎn)，諸如最大化反應(yīng)列的生產(chǎn)能力從而采用規(guī)模經(jīng)濟(jì)以最小化單位生產(chǎn)成本的能力。但是，此外，本實(shí)施例允許對(duì)反應(yīng)列內(nèi)的各個(gè)反應(yīng)器的單獨(dú)溫度控制。

因而，本發(fā)明提供了一種從放熱反應(yīng)中去除熱量的方法，其包括：

(a)將反應(yīng)物饋送流分成至少兩個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物子流；

(b)將每個(gè)反應(yīng)物子流饋送到包括反應(yīng)器的單獨(dú)的反應(yīng)列中；

(c)從公共冷卻劑儲(chǔ)存器向每個(gè)反應(yīng)器饋送冷卻劑流；

(d)在反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑；

(e)將已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑從每個(gè)反應(yīng)列饋送到單個(gè)公共儲(chǔ)存器，在單個(gè)公共儲(chǔ)存器中從冷卻劑去除熱量；

(f)將步驟(e)中已經(jīng)從其去除熱量的冷卻劑饋送回步驟(c)，其中：

冷卻劑是沸點(diǎn)低于放熱反應(yīng)溫度的流體；

在步驟(d)和(e)中已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑是兩相冷卻劑；并且

通過調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力來控制每個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程。

該實(shí)施例的步驟(a)-(f)與先前描述的這些步驟相同，并且上面針對(duì)這些步驟提供的細(xì)節(jié)等同地適用于該實(shí)施例。該實(shí)施例的區(qū)別僅在于其控制每個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程的方法。

如前面所討論的，反應(yīng)物子流沿著反應(yīng)列流動(dòng)并且流動(dòng)通過一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器，它與催化劑接觸并且放熱反應(yīng)發(fā)生(步驟(d))。由放熱反應(yīng)生成的熱量被轉(zhuǎn)移到冷卻劑，從而從反應(yīng)中去除熱量。因此，步驟(d)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑。

冷卻劑是沸點(diǎn)低于放熱反應(yīng)溫度的流體(例如，液體)。它通過經(jīng)歷部分相變以提供兩相冷卻劑來從反應(yīng)中去除熱量。因此，在步驟(d)和(e)中已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑是兩相冷卻劑。在水是冷卻劑的情況下，生成了蒸汽。

每個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力來控制。可以調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力，這進(jìn)而調(diào)節(jié)了兩相冷卻劑的沸點(diǎn)。這種壓力調(diào)節(jié)發(fā)生在反應(yīng)器的下游，而兩相冷卻劑仍然在反應(yīng)列中，即，在來自每個(gè)反應(yīng)列的兩相冷卻劑被饋送到單個(gè)公共儲(chǔ)存器中的步驟(e)之前。以這種方式，壓力可以被用來單獨(dú)地控制每個(gè)反應(yīng)列中的放熱反應(yīng)的過程。兩相冷卻劑的壓力的增加導(dǎo)致冷卻劑的沸點(diǎn)升高。這允許放熱反應(yīng)以較高的溫度進(jìn)行，同時(shí)維持足夠的冷卻。在另一方面，兩相冷卻劑的壓力的降低導(dǎo)致冷卻劑的沸點(diǎn)降低。因此，放熱反應(yīng)可以以較低的溫度進(jìn)行。以這種方式，兩相冷卻劑的壓力可以被用來為放熱反應(yīng)提供適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂啤?/p>

可以通過使用閥來控制兩相冷卻劑的壓力，例如，背壓兩相流量控制(backpressuretwophaseflowcontrol)或通過正向流量控制(forwardflowcontrol)。

在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力以及調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速來控制，其中該反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力以及通過調(diào)節(jié)被饋送到同一反應(yīng)列中的反應(yīng)物子流的組分來控制。

在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力以及調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速以及調(diào)節(jié)被饋送到同一反應(yīng)列中的反應(yīng)物子流的組分來控制，其中該反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程通過調(diào)節(jié)與該至少一個(gè)反應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的兩相冷卻劑的壓力來控制，而至少另一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速來控制，其中該至少另一個(gè)反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程通過調(diào)節(jié)與該至少一個(gè)反應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的兩相冷卻劑的壓力來控制，而至少另一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)通過反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的組分來控制，其中該至少另一個(gè)反應(yīng)器形成該反應(yīng)列的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程通過調(diào)節(jié)與該至少一個(gè)反應(yīng)器相關(guān)聯(lián)的兩相冷卻劑的壓力來控制，而至少另一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)通過該至少另一個(gè)反應(yīng)器形成其一部分的反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的流速來控制，并且至少又一個(gè)反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)的過程可以通過調(diào)節(jié)通過該至少又一個(gè)反應(yīng)器形成其一部分的反應(yīng)列的反應(yīng)物子流的組分來控制。

該實(shí)施例還可以與隔離各個(gè)反應(yīng)列(如上所述和圖1所示)的方法結(jié)合使用。

現(xiàn)在將通過參考以下附圖和示例進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些附圖和示例并不意在限制權(quán)利要求的范圍。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法的從放熱反應(yīng)中去除熱量的方法的示意圖；

圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的從放熱反應(yīng)中去除熱量的方法的示意圖；

圖3是去除熱量的方法的示意圖，方法包括調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的流速；

圖4是去除熱量的方法的示意圖，方法包括調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分；

圖5是去除熱量的方法的示意圖，方法包括調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力。

在圖1中，反應(yīng)物饋送流(1)被分成五個(gè)反應(yīng)物子流，反應(yīng)物子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)。每個(gè)反應(yīng)列分別包括至少一個(gè)反應(yīng)器(5a、5b、5c、5d、5e)。冷卻劑流(7a、7b、7c、7d、7e)從公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器。在每個(gè)反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)，以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物(11)和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑(13a、13b、13c、13d、13e)。已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑被傳遞到單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)，其中蒸汽(17)被與冷卻劑流(19)分離，然后冷卻劑流(19)被饋送回到反應(yīng)器。該圖還示出了包括第二較小的冷卻劑儲(chǔ)存器(21)的第二冷卻劑系統(tǒng)，冷卻劑(23)可以從該冷卻劑儲(chǔ)存器(21)饋送，并且已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑可以從反應(yīng)列(25)被饋送到該冷卻劑儲(chǔ)存器(21)。

圖1中所繪出的方法可以被用來隔離反應(yīng)列或執(zhí)行隔離的啟動(dòng)方法，這兩者都在上面進(jìn)行了詳細(xì)描述。圖1中所示的第二冷卻劑系統(tǒng)可以被用來隔離反應(yīng)列3a或者可替代地在反應(yīng)列3a中提供隔離的啟動(dòng)方法。

在圖2中，反應(yīng)物饋送流(30)被分成三個(gè)反應(yīng)物子流，這些子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列(32a、32b、32c)。每個(gè)反應(yīng)列包括至少一個(gè)反應(yīng)器。冷卻劑流(34a、34b、34c)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器。在每個(gè)反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)，以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑(36a、36b、36c)。在每個(gè)反應(yīng)列中，已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑被傳遞到冷卻劑儲(chǔ)存器(38a、38b、38c)，其中蒸汽(40a、40b、40c)被與冷卻劑流(42a、42b、42c)分離，然后冷卻劑流(42a、42b、42c)被饋送回到反應(yīng)器。

在圖3中，反應(yīng)物饋送流(1)被分成五個(gè)反應(yīng)物子流，反應(yīng)物子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)。示出了調(diào)節(jié)每個(gè)反應(yīng)物子流的流速的裝置(4a、4b、4c、4d、4e)，其可以是閥。每個(gè)反應(yīng)列分別包括至少一個(gè)反應(yīng)器(5a、5b、5c、5d、5e)。冷卻劑流(7a、7b、7c、7d、7e)從公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器。在每個(gè)反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物(11)和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑(13a，13b，13c，13d，13e)。已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑被傳遞到單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)，其中蒸汽(17)被與冷卻劑流(19)分離，然后冷卻劑流(19)被饋送回到反應(yīng)器。

在圖4中，反應(yīng)物饋送流(1)被分成五個(gè)反應(yīng)物子流，反應(yīng)物子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)。示出了調(diào)節(jié)反應(yīng)物子流的組分的裝置，其包括將回收的反應(yīng)物(6a、6b、6c、6d、6e)引入反應(yīng)物子流中。由回收的反應(yīng)物組成的反應(yīng)物子流的比例可以通過調(diào)節(jié)回收的反應(yīng)物的流來控制(8a、8b、8c、8d、8e)，例如，通過使用閥來控制。每個(gè)反應(yīng)列分別包括至少一個(gè)反應(yīng)器(5a、5b、5c、5d、5e)。冷卻劑流(7a、7b、7c、7d、7e)從公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器。在每個(gè)反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)，以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物(11)和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑(13a、13b、13c、13d、13e)。已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的冷卻劑被傳遞到單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)，其中蒸汽(17)與冷卻劑流(19)分離，然后冷卻劑流(19)被饋送回到反應(yīng)器。

在圖5中，反應(yīng)物饋送流(1)被分成五個(gè)反應(yīng)物子流，反應(yīng)物子流被饋送到單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)。每個(gè)反應(yīng)列分別包括至少一個(gè)反應(yīng)器(5a、5b、5c、5d、5e)。冷卻劑流(7a、7b、7c、7d、7e)從公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)被饋送到每個(gè)反應(yīng)器。在每個(gè)反應(yīng)器中執(zhí)行放熱反應(yīng)，以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物(11)和已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的兩相冷卻劑(13a、13b、13c、13d、13e)。提供用于調(diào)節(jié)兩相冷卻劑的壓力的裝置(14a、14b、14c、14d、14e)，例如閥。已經(jīng)向其轉(zhuǎn)移熱量的兩相冷卻劑被傳遞到單個(gè)公共冷卻劑儲(chǔ)存器(15)，其中蒸汽(17)被與冷卻劑流(19)分離，然后冷卻劑流(19)被饋送回到反應(yīng)器。

示例

示例1-ft過程

包括合成氣體(co和h2)的反應(yīng)物饋送流(1)被分成5個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物子流，以被饋送到五個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)。每個(gè)反應(yīng)列包括并聯(lián)布置的5個(gè)反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器包含包括大約40％重量百分比的鈷的費(fèi)托催化劑的固定床。反應(yīng)物饋送流中co與h2的比為0.5。提供了包括水的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)起循環(huán)使得水從單個(gè)公共汽包(15)被饋送到每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列中的反應(yīng)器的冷卻劑側(cè)。水部分蒸發(fā)成水和蒸汽的混合物，然后再循環(huán)回到單個(gè)公共汽包(15)。單個(gè)公共汽包的溫度和壓力升高到200℃的溫度和14.5bar(g)的壓力，此時(shí)，5個(gè)反應(yīng)物子流以15000hr^-1的流速被饋送到其相應(yīng)的反應(yīng)列中，使得費(fèi)托反應(yīng)在每個(gè)反應(yīng)器中被發(fā)起。合成氣體在每個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)以產(chǎn)生烴產(chǎn)物和水。由反應(yīng)生成的熱量使循環(huán)水部分蒸發(fā)，使得離開反應(yīng)器的冷卻劑包括水和蒸汽的混合物。一旦水被轉(zhuǎn)移到單個(gè)公共汽包，則水與蒸汽被分離。蒸汽被去除，并且水被再循環(huán)到反應(yīng)器列，如上所述。向回收的水中添加附加的水(9)，以補(bǔ)償對(duì)蒸氣的去除。在70％co2轉(zhuǎn)化的情況下操作該過程。隨著時(shí)間的推移，催化劑在每個(gè)反應(yīng)器中的活性降低，并且有必要降低反應(yīng)物饋送流到每個(gè)反應(yīng)列中的ghsv以允許這一點(diǎn)并且維持相同的轉(zhuǎn)化水平。

在反應(yīng)列(3a)中的催化劑的活性降低到有必要再生的程度之后，從其余反應(yīng)列隔離反應(yīng)列(3a)從而單獨(dú)地再生催化劑。這是通過首先將從反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器獲得的部分蒸發(fā)的水重定向到單獨(dú)的第二再生汽包(21)來完成的。然后，在水(23)從第二再生汽包(21)向反應(yīng)列(3a)的饋送被發(fā)起的同時(shí)，冷卻劑(7a)從單個(gè)公共汽包向反應(yīng)列(3a)的饋送停止。這是在30分鐘的時(shí)段內(nèi)完成的。在隔離反應(yīng)列(3a)的過渡期間，汽包(15)的壓力和再生汽包(21)的壓力被控制成相同的壓力。在建立來自再生汽包(21)的冷卻劑流之后，再生汽包(21)和汽包(15)可以被獨(dú)立地操作。然后，反應(yīng)列(3a)與其余的反應(yīng)列被分離，使得可以執(zhí)行催化劑的再生。在再生期間，再生汽包(21)的壓力被設(shè)置以向通過反應(yīng)列(3a)的冷卻劑流提供期望的溫度設(shè)定點(diǎn)。

在催化劑再生之后，通過反過來執(zhí)行隔離步驟，使反應(yīng)列(3a)恢復(fù)在線。更具體而言，來自單個(gè)公共汽包(7a)的冷卻劑饋送被再引入到反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器，同時(shí)停止水從第二再生汽包(23)到反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器的饋送。這是在30分鐘的時(shí)間段內(nèi)完成的。然后允許該過程運(yùn)行，直到反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器的操作條件與其余反應(yīng)器中的操作條件相匹配。一旦達(dá)到這一點(diǎn)，就將從反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器獲得的部分蒸發(fā)的冷卻劑(13a)重定向到單個(gè)公共汽包(15)。

當(dāng)另一個(gè)反應(yīng)列中的催化劑需要再生時(shí)，重復(fù)類似的過程。

示例2-甲醇生產(chǎn)

包括合成氣體(co和h2)的反應(yīng)物饋送流(1)被分成5個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物子流，以饋送到五個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列(3a、3b、3c、3d、3e)(參見圖3)。每個(gè)反應(yīng)列包括1個(gè)微通道反應(yīng)器，每個(gè)微通道反應(yīng)器包含cu/zno/al2o3催化劑的固定床。反應(yīng)物饋送流含有5mol％的co2、26mol％的co、64mol％的h2和5mol％的n2。反應(yīng)物饋送流在250℃和50bar(g)下以1500hr^-1被饋送到反應(yīng)器。提供包括水的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)起循環(huán)使得水從單個(gè)公共汽包(15)被饋送到每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列中的反應(yīng)器的冷卻劑側(cè)。在反應(yīng)器中，水部分蒸發(fā)成水和蒸汽的混合物，然后再循環(huán)回到單個(gè)公共汽包(15)。單個(gè)公共汽包的溫度和壓力升高到250℃的溫度和39bar(g)的壓力。一旦在反應(yīng)列中，就可以使用自動(dòng)化流量控制閥(4a、4b、4c、4d、4e)來單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)反應(yīng)物子流的流速，以考慮諸如該反應(yīng)列中存在的反應(yīng)器中的催化劑失活的因素。

合成氣體在每個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)以產(chǎn)生甲醇。由反應(yīng)生成的熱量使循環(huán)水部分蒸發(fā)，使得離開反應(yīng)器的冷卻劑包括水和蒸汽的混合物。一旦水被轉(zhuǎn)移到單個(gè)公共汽包，則水與蒸汽被分離。蒸汽被去除，并且水被再循環(huán)到反應(yīng)器列，如上所述。向回收的水添加附加的水，以補(bǔ)償對(duì)蒸汽的去除。

示例3-隔離的啟動(dòng)方法

包括合成氣體(co和h2)的反應(yīng)物饋送流(1)被分成4個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物子流，以饋送到四個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列(3b、3c、3d、3e)(參見圖1)。每個(gè)反應(yīng)列包括一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器包含包括大約40％重量百分比的鈷的費(fèi)托催化劑的固定床。反應(yīng)物饋送流中的co與h2的比通常為0.5至0.6。提供包括水的公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)。在循環(huán)期間，水從單個(gè)公共汽包(15)被饋送到每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)列中的反應(yīng)器的冷卻劑側(cè)。水部分蒸發(fā)成水和蒸汽的混合物，然后再循環(huán)回到單個(gè)公共汽包(15)。單個(gè)公共汽包以約205℃的溫度操作，并且反應(yīng)器出口處的冷卻劑溫度可以在205℃和214℃之間。單個(gè)公共汽包在反應(yīng)器冷卻劑出口處提供19.7bar(g)(300psia或2068kpa)的最大壓力。4個(gè)反應(yīng)物子流以12000hr^-1與15000hr^-1之間的流速被饋送到其相應(yīng)的反應(yīng)列，使得費(fèi)托反應(yīng)在每個(gè)反應(yīng)器中以相似的co轉(zhuǎn)化進(jìn)行操作。合成氣體在每個(gè)反應(yīng)器中反應(yīng)以產(chǎn)生烴產(chǎn)物和水。由反應(yīng)生成的熱量使循環(huán)水部分蒸發(fā)，使得離開反應(yīng)器的冷卻劑包括水和蒸汽的混合物。一旦水被轉(zhuǎn)移到單個(gè)公共汽包，則水與蒸汽被分離。蒸汽被去除，并且水被再循環(huán)到反應(yīng)器列，如上所述。向回收的水中添加附加的水(9)，以補(bǔ)償對(duì)蒸汽的去除。水可以可選地在汽包與反應(yīng)器之間被加熱。該過程以窄范圍(通常為68％至72％)內(nèi)的co轉(zhuǎn)化操作。

通過使用限流孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器冷卻劑出口和公共汽包(15)之間的壓力差的調(diào)節(jié)。一個(gè)與五個(gè)之間的碳化硅限流孔位于反應(yīng)器出口(13b、13c、13d、13e)和公共汽包(15)之間的冷卻劑出口，從而在流路徑與選擇的一個(gè)或多個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)時(shí)允許以至多10psi的步幅進(jìn)行壓力改變，由此調(diào)節(jié)冷卻劑在每個(gè)反應(yīng)器和公共汽包之間的壓力差。在汽包出口與到反應(yīng)器的冷卻劑入口之間，水可以可選地被加熱到205℃-214℃范圍內(nèi)的期望溫度。

反應(yīng)列(3a)包括啟動(dòng)反應(yīng)器(5a)，在啟動(dòng)反應(yīng)器(5a)中要啟動(dòng)放熱的費(fèi)托反應(yīng)。反應(yīng)列(3a)由第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)饋送，并且也使用水作為冷卻劑并與第二汽包(21)相關(guān)聯(lián)。通過將啟動(dòng)反應(yīng)器汽包的壓力增加到250psia并且開始反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)物子流，在啟動(dòng)反應(yīng)器(5a)中發(fā)起費(fèi)托反應(yīng)。第二冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)被用來在12至24小時(shí)的時(shí)間內(nèi)將啟動(dòng)反應(yīng)器(5a)溫度從環(huán)境溫度升高到205℃。在此期間，在兩相冷卻劑離開反應(yīng)器時(shí)，其從起始溫度升高到205℃，并且從起始?jí)毫υ黾拥?50psia。

當(dāng)反應(yīng)器(5a)的操作條件使得冷卻劑出口壓力足夠高時(shí)，離開反應(yīng)器(5a)的冷卻劑可以被再引入到公共汽包，并且來自公共冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)的冷卻劑被引入到反應(yīng)器(5a)。因此，來自單個(gè)公共汽包(7a)的冷卻劑饋送被再引入到反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器，同時(shí)停止水從第二汽包(23)向反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器的饋送。一旦達(dá)到這一點(diǎn)，則從反應(yīng)列(3a)中的反應(yīng)器獲得的部分蒸發(fā)的冷卻劑(13a)被重定向到單個(gè)公共汽包(15)。