FT合成反应器概述

介绍ＦＴ合成反应器的研究进展，详细论述了工业化的高气速固定床、循环流化床和固定流化床反应器的基本原理和开发过程，分析了操作多数对高气速固定床Ｆｒ合成反应结果的影响。并对固定床、流化床和浆态床反应器的结构、生产能力、原料及产物组成和操作条件等进行了比较。     

费托合成反应器应用研究进展及展望

费托合成反应是强放热的气液固三相反应,为有效移热及提高目标产物产率,应加强费托合成反应器的研发,系统介绍了工业上几种费托合成反应器的特点、应用规模等,论述了近几年已经或有望进行工业化应用的几种费托合成反应器,如固定床反应器、流化床反应器、浆态床反应器等,并比较了各类反应器的优劣,最后对费托合成反应器的选型和发展提出了建议和展望。固定床反应器技术成熟,产品容易分离,催化剂损失少,但是移热效果较差;浆态床反应器,反应物混合均匀,移热效果好,但产品固液分离较为困难;流化床反应器可以在高温下运行,生产高价值的轻烃产物,但催化剂消耗较大。研究认为,如果目标产品是以分子质量较大的柴油和石蜡为主,建议选择浆态床反应器;如果目标产品是生产烯烃等化学品,建议选择固定流化床反应器。     

甲醇合成反应器评述

详细论述了现有工业化装置典型的合成甲醇反应器的基本原理和开发过程，介绍了国内外正在开发研究的合成甲醇反应器^[1-2]，并对不同反应器的应用前景进行了比较。     

浆态FT合成反应器的数学模拟

建立了包括失活动力学的浆态ＦＴ合成反应器的多组分反应模型。利用模型对本所模拟进行了计算,模拟结果与实验结果得到了较好的吻合,并利用模型考察了气液界面积、催化剂浓度和表观气速等反应参数及物化参数对反应器性能的影响。     

浆态床FT合成反应器的工程放大

基于Rheinpreussen-Koppers示范装置和Sasol的浆态床Fischer-Tropsch(FT)合成反应器工程放大实践.指出针对目前使用的Fe催化剂而育,浆态床FT合成的总包反应过程以反应控制为主,为浆态床FT合成反应器的放大提供了有利因数.当量直径放大概念在Rheinpreussen-Koppers示范装置的成功应用,为浆态床FT合成反应器的放大和生产能力的扩大提供了实践的基础.Sasol浆态床FT合成反应器的工程放大成功是以其雄厚的固定流化床FT合成反应器的技术为基础的.简介了国内浆态床FT合成技术的工业化研究进展.     

费托合成浆态床反应器数值模拟研究进展

模型化研究可为费托合成浆态床反应器的放大和设计提供理论支持,文中总结了现有的费托合成浆态床反应器模型,认为双泡模型比单泡模型增加了更多的物理背景且更加合理地预测反应物和产物及温度的变化等,但通过不同实验方法获得的经验关联式使用范围较窄,因此建立从机理角度出发的模型是必要的;计算流体力学(CFD)可以预测速度和浓度的分布以及内构件周围的流场,但大型反应器需要大量的网格,造成计算时间增加,建立考虑介尺度或者细网格结构关联粗网格的多尺度曳力和湍流黏度模型进行粗网格模拟是必要的;鉴于二者的优缺点提出了二者协调的模型框架。     

费托合成浆态床反应器模型研究进展

基于文献中的热态研究成果,总结了费托合成浆态床反应器模型的研究进展,并根据流动状态的理想性、气泡分类、模型的维度和模型研究方法对相关的研究工作进行了梳理和总结. 经过分析归纳,认为费托合成浆态床反应器模型的复杂度日益提高,与实际反应情况越来越接近,结合CFD技术,以多维度、多气泡群、非理想流动为特征的模型是未来研究工作的趋势. 对模型建立过程中必需的气液平衡和产物分布计算方法进行了系统的调研与分析,认为Henry定律适于合成气溶解度计算,而状态方程适于产物分布计算.     

甲醇合成反应器概述

论述了现有工业化装置典型的合成甲醇反应器的基本原理和开发过程 ,介绍了国内外正在开发研究的合成甲醇反应器 ,并对不同反应器的应用前景进行了比较。     

一步法合成二甲醚反应器的研究进展

综述了合成气一步法合成二甲醚反应器的发展近况,着重介绍了固定床、浆态床及组合床的研究进展,并根据国内外的研究对几种反应器进行了工艺比较。     

微反应器技术在Fischer-Tropsch合成中的应用进展

微反应器可以通过改善传质和传热而强化反应过程,为Fischer-Tropsch 合成技术的发展提供了新的机遇。 本文简要回顾了微反应器的研究及发展过程,从微反应器的本质特点着手,介绍了微反应器技术在 Fischer-Tropsch 合成中的应用进展。Fischer-Tropsch 合成微反应器结构经历了从单通道、多通道、复合通道结构 的研究过程,催化剂也开发有填充型和涂覆型两类。根据微反应器的特点,催化剂开发也取得了显著进步,与 传统催化剂相比,微通道催化剂的活性可以达到固定床的8～10 倍。反应器模型和数值模拟工作可以辅助实验 研究,提供温度、浓度、压力等分布参数,有利于反应器设计。最后介绍了目前微反应器Fischer-Tropsch 合成 技术的中试及工业应用情况。通过对上述内容的总结,对微反应器Fischer-Tropsch 合成研究和发展进行了展望。     

费-托合成钴基催化剂研究进展

尽管Co基费-托（Fischer-Tropsch,FT）合成催化剂相对较为成熟,但高活性、高稳定性以及高α-烯烃等特定产物选择性Co基催化剂的研发,依然是FT合成过程更大规模工业化应用面临的重大挑战。本文总结分析了Co基FT合成催化剂的结构敏感性、分散度与还原度矛盾、催化剂失活以及产物选择性调控等方面的最新进展和动向。根据Co的尺寸、晶相结构及Co与载体间相互作用影响催化剂活性的规律,认为除通过调变金属载体间相互作用以提高Co的分散度和还原度外,设计制备具有更高本征活性的hcp相Co是提高其质量比活性的有效策略;而进一步提高工业Co基催化剂寿命的关键是抑制Co的烧结和积炭。最后,总结了合成气一步高选择性合成液体燃料的新进展,认为提高双功能催化剂的稳定性以及解决工程化制备问题是实现该过程工业化应用的关键。     

铁基费托合成催化剂研究进展

综述了近十年来铁基催化剂在费托合成反应中的研究进展,探讨了铁基催化剂活性组分的确定及影响铁基催化剂活性组分的因素,对比了3种催化剂制备方法（熔融法、沉淀法、负载法）和5种催化剂载体（氧化物、分子筛、碳材料、双孔材料和核壳材料）对费托合成反应性能的影响,从反应活性、选择性和反应稳定性3个方面阐述了助催化剂在费托合成反应中的作用。分析认为：碳化铁是铁基费托合成催化剂的活性组分;在铁基催化剂的制备过程中,选择适宜的制备方法、载体、助催化剂,可以达到提高费托合成反应活性、目的产物选择性和反应稳定性的效果。提出合成特定结构碳化铁、进一步研究铁基催化剂反应机理仍是未来研究的重点。     

费托合成铁基催化剂浆态床反应性能的研究

为了获得工艺参数对铁基催化剂费托合成产品分布的影响规律,在浆态床反应器中考察了反应温度、反应压力、氢碳比、空速对铁基催化剂费托合成反应性能的影响。结果表明,温度升高时,催化剂活性、CO_2和CH_4选择性均升高,产物向轻组分分布;压力增大时,催化剂活性和CO_2选择性升高,CH_4选择性下降,产物向重组分分布;随氢碳比的增加,催化剂活性和CH_4选择性升高,CO_2选择性下降,C_(5+)呈下降趋势;随空速增加,催化剂的活性和CO_2选择性下降,CH_4选择性上升,C_(5+)向轻质烃分布。选择合适的工艺条件,可有效改善铁基催化剂的费托合成反应性能,控制碳链长度和产物的分布,提高费托合成反应的经济性。     

Mass transfer limitations on fixed-bed reactor for Fischer-Tropsch synthesis

Mass transfer limitations on fixed-bed for Fischer-Tropsch synthesis were investigated by changing synthesis gas superficial velocity, catalyst pellet size, and catalyst amount. To study external mass transfer limitation, synthesis gas superficial velocity was changed from 8.47 × 10^− 4 m s^− 1 to 3.39 × 10^− 3 m s^− 1. As a result, the synthesis gas superficial velocity of 3.39 × 10^− 3 m s^− 1 was most suitable for hydrocarbon chain growth resulting to liquid hydrocarbon formation. In case of internal mass transfer limitations, the effects of catalyst pellet size and catalyst amount (W_cat/F) were discussed. The large catalyst pellet showed higher C₅₊ selectivity and a lower α value compared to the small pellet because of more severe internal mass transfer limitations of α-olefin and long-chained hydrocarbons in the large pellet, respectively. Catalyst amount (W_cat/F) was inversely proportional to the internal mass transfer limitation because increased catalyst amount gave more time for liquid hydrocarbon products to diffuse from the catalyst pellet and, therefore, the catalyst amount of 4.5 g (W_cat/F = 45 g_cat min L^− 1) was most appropriate for liquid hydrocarbon formation.     

Fischer-Tropsch reactor selection

A comparison of slurry versus fixed-bed reactor design principles for methanol and Fischer-Tropsch distillate production.Notation a gas-liquid interfacial area, m^–1 - CCat catalyst concentration, kg mole/m³ - C _HG hydrogen concentration in gas phase, kg mole/m³ - C ^* _HL hydrogen concentration, liquid, in equilibrium with gas, kg mole/m³ - C _HL hydrogen concentration in the liquid phase, kg mole/m³ - D I.D. of reactor, m - GHSV Gas hourly space velocity, Nm³ (H₂ + CO)/[h · m³ reactor volume], (reactor volume is expanded slurry height times cross section area) - H solubility coefficient of hydrogen =C _HG/C ^* C _HL - l Inlet ratio of CO/H₂ - k _L liquid side mass transfer coefficient, m/s - k _H effective reaction rate constant for hydrogen consumption, s^–1 (note that to agree with space velocity in Nm³/[s · kgCat],k _H =k _H ·CCat wherek _H is in m³/[kg · s] - L Length of expanded slurry bed, m - P pressure, kPa - r rate of hydrogen consumption,r =k _H ·C _HL, kg moles/[m³ · s] - SV Space velocity in actual m³ inlet gas/[s · m³] - T temperature, K - U Usage ratio of CO/H₂ - X _H hydrogen fractional conversion per pass (IfU=l,X _H =X _CO) - contraction factor, = [m³/s(X _{H 2+CO} = 1)-m³/s(inlet)]/[m³/s(inlet)] - * contraction factor modified for H₂ conversion, * = · (1 +U)/(1 +l) - _L fractional liquid hold-up     

Experience with a new type of reactor for Fischer-Tropsch synthesis

Circulating fluidised bed (CFB) reactors have traditionally been used for the high temperature Fischer-Tropsch synthesis-Synthol process. A development program undertaken by Sasol with the assistance of The Badger Company recently led to the successful commissioning of a commercial scale conventional, fixed fluidised bed (FFB) reactor as an alternative to the CFB reactor.Work was done in a small pilot plant which was followed by work in a 1 m diameter semi-works pilot plant operated in parallel with one of the commercial CFB reactors. Based on the positive results obtained, it was decided to build a commercial scale FFB reactor with a capacity similar to existing commercial reactors at Sasol One. This reactor was successfully commissioned and has been in operation since May 1989.The reactor is easy to operate and can withstand major plant instabilities. A techno-economic analysis and comparison between the Synthol-CFB and Synthol-FFB reactors indicates significant advantages for the Synthol-FFB reactor, both with respect to capital and operating costs. The results of this analysis and comparison are presented and the significance of the findings discussed in terms of future plants for the conversion of synthesis gas to liquid fuels.     

费托合成鼓泡浆态床反应器气体添加模拟研究

采用建立数学模型的方法在鼓泡浆态床反应器体系中讨论了气体添加对费托合成反应行为的影响。先采用惰性气体添加的方法找到最适合鼓泡塔反应器体系的气体添加模拟方法,在最优方法中,随气体添加相应改变总压和扩散高度以保持合成气分压和空速不变。采用该方法讨论了二氧化碳和烯烃对反应行为的影响。结果表明,随二氧化碳添加量的增加,合成气转化率降低,二氧化碳的添加使得总烯烷摩尔比增加,二氧化碳添加主要通过水煤气变换反应影响费托合成行为;烯烃添加将抑制小于其碳数的烃类的生成,促进大于其碳数的烃类的生成。