去除热量的过程制造技术

本发明专利技术提供了用于从放热反应中去除热量的改进过程。特别地，本发明专利技术提供了一种过程，其中可以使用公共冷却剂系统从多个反应列中去除热量。

The process of removing heat

The present invention provides an improved process for removing heat from an exothermic reaction. In particular, the present invention provides a process in which heat can be removed from a plurality of reaction columns using a common coolant system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】去除热量的过程本专利技术提供了从放热反应中去除热量的改进过程。特别地，本专利技术提供了一种过程，其中可以使用公共冷却剂系统从多个反应列(trains)中去除热量。
技术介绍
许多商业上有用的反应的性质是放热的，并且生成需要去除的大量的热量。在工业规模上，对于许多反应，可以以循环流体(诸如水)的形式去除反应的热量，这种流体上升变成蒸汽，然后蒸汽可以被用于另一个目的(例如，用于发电)。这种反应的示例是将合成气体(synthesisgas)(合成气(syngas))转化为直链烃的费托(Fischer-Tropsch，FT)反应。可以通过部分蒸发锅炉给水(BFW)来去除反应的热量，其中锅炉给水(BFW)被引入为与放热的FT反应容器、管道或通道热接触并接收其释放的热量，在该容器、管道或通道中包含FT催化剂并发生与合成气的反应。温度是FT反应的最关键的操作参数之一，除了控制被合成的烃链的长度(选择性)，还控制合成气中存在的一氧化碳转化(单程(perpass)的CO转化)。冷却剂的温度被选择为给反应提供期望的冷却能力。在使用水的蒸发来冷却反应的情况下，冷却剂的温度由生成蒸汽的压力来控制。由于放热反应而部分蒸发的冷却剂从反应器被传递到储存器(基本是汽包)，在那里蒸气和液体被分离。蒸气(蒸汽)可以进一步用于加热或发电。液体在该过程中可以被进一步使用或者在该过程中作为冷却剂被处理和/或再循环。汽包操作的压力决定了液体的饱和温度，然后，液体作为冷却剂被回收回到反应器中。在工业过程中，始终存在最大化反应列的生产能力以便采用规模经济来最小化单位生产成本的驱动力。单个反应列的生产能力的实际限制可以由主要装备的最大尺寸或其它因素驱动。因此，为了满足设施的整体期望的生产能力，可能需要多个反应列。当使用多个反应列时，通常期望优化输出并且最大化与用于独立操作的相关联的双配套装备一起使用的每个反应列的操作容易性。在常规放热催化过程的情况下，尤其是在催化剂的活性随时间下降的情况下，每个反应列被设计为利用针对不同列中的不同反应器温度的操作策略以最大生产能力独立地操作，由于反应催化剂活性随时间下降并通过增大反应温度来补偿。在这种情况下，为了优化生产，冷却剂温度分布在多个列之间可以不同。在通过水的蒸发来冷却的过程(诸如费托(FT)过程)的情况下，反应温度由所产生的蒸汽的压力来控制，蒸汽通常被送入单独的容器(“汽包”)，在那里控制蒸汽的压力。在这种情况下，对于每个反应列，汽包的温度和压力在任何时间点可以是不同的。迄今为止，FT过程已经被设计为对每个反应列使用单个汽包。这意味着可以通过相关联的单个汽包的操作压力来控制每个反应列的反应温度。在其它放热工业过程中已经采用类似的做法，其中反应的热量可以通过再循环冷却剂(诸如由水生成蒸汽)来控制。
技术实现思路
对于工业过程，从经济角度而言，始终存在优化过程的驱动力。可以在维持可接受的产量、转化和/或选择性的同时降低成本的任何变化都是这一领域的主要积极因素。考虑到这一点，本专利技术人惊奇地发现了在操作放热过程时获得显著经济效益的方法，其中可以通过将热量转移到再循环冷却剂来控制反应温度。更具体而言，本专利技术人已经发现，即使当存在多个反应列时，也可以使用单个公共冷却剂储存器去除反应的热量，而不是对于每个反应列使用单独的冷却剂储存器。这大大减少了所需的装备的数量，从而显著降低了成本。但是，这种变化将带来的经济效益超过了与不同反应列的单独温度控制相关联的输出减少，这是完全反直觉的。在本专利技术之前，本领域中所认知的知识是每个反应列必须包括单独的冷却剂储存器。更具体而言，该动因已经通过单独控制每个反应列中的反应温度优化了每个反应列的生产能力，反应温度可能由于操作历史的差异而在列之间变化，操作历史的差异包括诸如催化剂失活，计划或非计划的维护，以及通过确保反应器列可以被独立操作而对运转率(on-streamfactor)的优化等因素。对于温度是关键操作参数的放热反应(诸如FT反应)，令人惊讶的是，当使用单个冷却剂储存器时，仍然可以获得可接受的转化和选择性，因为这意味着所有的反应列必须以相同的温度和压力操作，具体而言是由单个公共冷却剂储存器决定的温度和压力。但是，本专利技术人已经发现，可以通过在维持公共冷却剂储存器的温度和压力条件的同时更改通过反应列的反应物的流速来替代地控制每个反应列中的放热反应的性能。因此，可以独立地控制每个反应列，就像使用常规方法可以实现的那样。如本文所使用的，术语“相同的温度和压力”是指压力的±10psi或更小的偏差以及温度的±10℃或更小的偏差。因而，本专利技术提供了一种从放热反应中去除热量的方法，包括：(a)将反应物馈送流分成至少两个单独的反应物子流；(b)将每个反应物子流馈送到包括反应器的单独的反应列中；(c)将冷却剂流从公共冷却剂储存器馈送到每个反应器中；(d)在反应器中执行放热反应以产生反应产物和已经向其转移热量的冷却剂；(e)将已经向其转移热量的冷却剂从每个反应列馈送到单个公共储存器，在单个公共储存器中从冷却剂去除热量；(f)将步骤(e)中已经从其去除热量的冷却剂馈送回步骤(c)，其中：步骤(b)中的每个反应器以相同的温度和压力操作；并且通过调节通过反应列的反应物子流的流速和/或通过调节被馈送到每个反应列的反应物子流的组分来控制每个反应器中的放热反应的过程，其中反应器形成反应列的一部分。因此，清楚地，虽然该过程涉及使用多个反应列，但是已经向其转移热量的冷却剂从每个反应列被传递到单个公共冷却剂储存器。代替使用温度作为关键控制，通过调节反应列的流速或通过调节被馈送到每个反应器的反应物子流的组分来控制每个反应器中的放热反应的过程。有利地，本专利技术的过程减少了所需的装备的量，从而降低了相关联的成本。本专利技术的方法的另一个优点是，在存在至少三个反应列的情况下，可以将一个反应列从该过程隔离并随后再引入，同时对其余的反应列的操作条件具有最小的影响。这意味着可以为了催化剂再生或再加载而隔离反应列，而不必停止整个过程。同样地，这具有显著的经济优势。步骤(a)–(f)步骤(a)在本专利技术的方法的第一步(步骤(a))中，反应物馈送流被分成至少两个反应物子流，然后每个子流被馈送到单独的反应列。以这种方式分开反应物馈送流确保了最大化反应发生的程度。在一个实施例中，反应物馈送流被分成至少3、4、5、6、7、8、9、10、11个等馈送流。在这方面，对反应物馈送流被分成的子流的数量的唯一限制是所导致的装置的复杂性(和成本)。反应物子流的数量越大，以及因此反应列的数量越大，在对保持操作的反应列具有最小影响的同时隔离其中一个反应列变得越直接。通常，反应物馈送流被分成2到8个之间的馈送流。反应物馈送流的性质将依赖于放热反应的性质。术语“放热反应”被用来描述产生热量的化学反应。特别地，本专利技术的方法对于可以通过热量向冷却剂的转移来控制反应的热量的任何放热反应都是有用的。合适的放热反应的示例包括费托过程、甲醇生产、环氧乙烷生产、二甲醚(DME)生产、乙酸乙烯酯(VAM)生产、加氢操作(包括加氢处理)、加氢裂化、氧化(包括部分氧化)、氧化耦合、烷烃氧化、烃化、异构化、氨合成、水煤气变换以及氢化。本专利技术涉及的放热反应是众所周知的并且记录齐全，使得本领域技术人员将熟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从放热反应中去除热量的方法：(a)将反应物馈送流分成至少两个单独的反应物子流；(b)将每个反应物子流馈送到包括反应器的单独的反应列中；(c)将冷却剂流从公共冷却剂储存器馈送到每个反应器中；(d)在所述反应器中执行所述放热反应以产生反应产物和已经向其转移热量的冷却剂；(e)将已经向其转移热量的所述冷却剂从每个反应列馈送到单个公共储存器，在所述单个公共储存器中从所述冷却剂去除热量；(f)将步骤(e)中已经从其去除热量的所述冷却剂馈送回步骤(c)，其中：步骤(b)中的每个所述反应器以相同的温度和压力操作；并且通过调节通过所述反应列的所述反应物子流的流速和/或通过调节被馈送到每个反应列中的所述反应物子流的组分来控制每个反应器中的所述放热反应的过程，其中所述反应器形成所述反应列的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.20 US 62/066,2331.一种用于从放热反应中去除热量的方法：(a)将反应物馈送流分成至少两个单独的反应物子流；(b)将每个反应物子流馈送到包括反应器的单独的反应列中；(c)将冷却剂流从公共冷却剂储存器馈送到每个反应器中；(d)在所述反应器中执行所述放热反应以产生反应产物和已经向其转移热量的冷却剂；(e)将已经向其转移热量的所述冷却剂从每个反应列馈送到单个公共储存器，在所述单个公共储存器中从所述冷却剂去除热量；(f)将步骤(e)中已经从其去除热量的所述冷却剂馈送回步骤(c)，其中：步骤(b)中的每个所述反应器以相同的温度和压力操作；并且通过调节通过所述反应列的所述反应物子流的流速和/或通过调节被馈送到每个反应列中的所述反应物子流的组分来控制每个反应器中的所述放热反应的过程，其中所述反应器形成所述反应列的一部分。2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中，所述反应物馈送流被分成至少三个单独的反应物子流。3.如权利要求2所述的方法，其中在步骤(a)中，所述反应物馈送流被分成三个单独的反应物子流。4.如权利要求3所述的方法，其中在步骤(c)中，来自所述公共冷却剂系统的所述冷却剂被馈送到所述反应列中的两个，并且单独的第二冷却剂流被馈送到第三个反应列，并且其中所述第二冷却剂流在步骤(e)中被馈送到第二储存器。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应器是微通道反应器。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述冷却剂是由于热量从所述放热反应的转移而至少部分蒸发的冷却剂。7.如权利要求6所述的方法，其中所述冷却剂是水。8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述公共冷却剂储存器是汽包。9.如权利要求8所述的方法，其中所述汽包以大约100℃至300℃的温度和100kPa至3400kPa的压力操作。10.如权利要求8所述的方法，其中所述放热反应是费托过程，并且所述汽包以大约200℃至225℃的温度和大约1200kPa至2600kPa的压力操作，优选地，所述汽包以大约200℃至220℃的温度和大约1700kPa至1900kPa的压力操作。11.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述冷却剂是热油。12.如权利要求11所述的方法，其中所述公共冷却剂储存器包括热交换器。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述放热反应选自由费托反应、甲醇生产和环氧乙烷生产组成的组。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应器包括固体催化剂。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述放热反应是费托反应，所述反应物馈送流包括合成气，并且所述反应产物是烃产物。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过以下处理来隔离反应列：(i)提供与第二冷却剂储存器相关联的第二冷却剂循环系统；(ii)将已经向其转移热量的所述冷却剂从待隔离的所述反应列重定向到所述第二冷却剂储存器；然后(iii)停止步骤(c)中冷却剂向待隔离的所述反应列的馈送，同时发起第二冷却剂从所述第二冷却剂储存器向待隔离的所述反应列的馈送。17.如权利要求16所述的方法，其中隔离的反应列中的一个或多个所述反应器包括在所述反应列被隔离时再生的催化剂。18.如权利要求16或17所述的方法，其中隔离的反应列通过以下处理被再引入：(iv)将步骤(c)中的所述冷却剂流再引入隔离的反应列，同时停止第二冷却剂从所述第二储存器向所述隔离的反应列的馈送；(v)运行所述过程，直到所述隔离的反应列中的所述反应器的操作条件与未隔离的所述反应器的操作条件相匹配；然后(vi)将已经向其转移热量的所述冷却剂从所述隔离的反应列重定向到所述单个公共储存器。19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中所述第二冷却剂与步骤(c)中的所述冷却剂相同。20.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中所述第二冷却剂与步骤(c)中的所述冷却剂不同。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·莱文尼斯，R·A·哈里斯，A·P·斯坦伯格，I·P·格莱格，J·J·莱姆拉尔，J·多兰，D·帕克，
申请(专利权)人：维洛塞斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB