專利名稱：一種研究無變換反應(yīng)的費托合成催化工藝的方法
一種研究無變換反應(yīng)的費托合成催化工藝的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以較低的成本快速開發(fā)一種從其最初發(fā)現(xiàn)到商業(yè)應(yīng)用的無 變換反應(yīng)的費托合成催化劑及相應(yīng)的平推流催化工藝的研究方法。背景技術(shù)1為了放大(Scale-up)無變換反應(yīng)的費托合成催化工藝，就有必要研究反應(yīng)時 間(Time on Stream)、反應(yīng)物停留時間(Residence Time)、催化劑顆粒尺寸、 形狀和其其他特征及溫度曲線(Temperature Profile)對反應(yīng)速率和催化劑選擇 性的影響。無變換反應(yīng)的費托合成催化工藝是指在一氧化碳加氫處理生成碳氫化合物 過程中僅伴隨極少量的由水煤氣變換反應(yīng)生成副產(chǎn)物二氧化碳，也就是說在如 下所示反應(yīng)費托合成一氧化碳加氫反應(yīng)2H2 + CO ~~ -CHr + HW (a) 水煤氣變換反應(yīng) H20 + COC02 + H2 (b)在反應(yīng)(a)中，產(chǎn)物碳氫化合物占所有含碳原子產(chǎn)物的比例大于95%，在水煤氣 變換反應(yīng)(b)中，生成的二氧化碳占所有含碳原子產(chǎn)物的比例不到5%。當水煤 氣變化反應(yīng)中二氧化碳占所有含碳原子產(chǎn)物的比例不到5%的情況下，氫氣和一 氧化碳總的化學計量比例大概為2: 1。在傳統(tǒng)的放大研究中，第一步通常先涉及到的是選擇催化劑及確定所選擇 催化劑的一些本質(zhì)特性。為了減小質(zhì)傳對操作過程的影響，此步驟的操作常是 選擇經(jīng)過稀釋的壓碎的催化劑或粉末狀催化劑在等溫條件下進行。在此步驟的 操作開始時，需要對反應(yīng)過程的可變性進行測試，其主要目的在于確定空速、 壓力及反應(yīng)物停留時間對反應(yīng)速率和催化劑選擇性的影響。隨后，對該步驟所 使用的催化劑活性及選擇性的確定常需要六個多月到一年的時間。在此步驟操 作過程的最后，仍需要對反應(yīng)工藝的可變性再進行測試，用于確定以上特性是 否會隨著反應(yīng)時間而變化。4其次，選擇工業(yè)規(guī)格的所述催化劑在等溫及應(yīng)器中進行測試。所謂的工業(yè) 規(guī)格的催化劑，其相較于上述壓碎的催化劑具有較大的顆粒尺寸或具有特定的 形狀，用來減小操作過程中的壓降。由于在反應(yīng)過程中反應(yīng)物或生成物進入或 離開催化劑孔洞過程中質(zhì)量傳遞的限制， 一般大尺寸顆粒催化劑的反應(yīng)速率及 選擇性較差。在此操作過程的開始及結(jié)束時，也常同樣需要對工藝的可變性進 行研究以測試催化劑活性及選擇性，這樣就又需要大約一年的時間。此外，此 步驟常使用實驗室規(guī)模的反應(yīng)器來進行。最后一步通常是選用設(shè)有一個或多個反應(yīng)管的驗證性規(guī)模的反應(yīng)器，在絕熱的條件下測試所述工業(yè)規(guī)格的催化劑。所述反應(yīng)管的內(nèi)徑大約25.4mm (1英 寸)，在一些情況下可達到101.6mm (4英寸)。另外，為了更好的探究熱量傳 遞的影響，所述反應(yīng)器常設(shè)置6-8個反應(yīng)管，且反應(yīng)管間的距離按照工業(yè)規(guī)模 采用的距離設(shè)置。在一個放熱反應(yīng)中，如在管式反應(yīng)器中或在不具有特別的除 熱設(shè)備的固定床反應(yīng)器中，溫度曲線的變化依賴于連續(xù)移除反應(yīng)熱的程度。溫 度的變化對催化劑的選擇性、反應(yīng)速率及活性具有顯著的影響。在此步驟的測 試中，?？蓪Ψ磻?yīng)產(chǎn)生熱點或溫度失控的趨勢進行測量。同樣，此歩驟往往需 要一年多的時間。可見，這一系列步驟的完成常需要三年多的時間，而且常常不一定能得到 所有用于放大所需要的數(shù)據(jù)。對于大多催化劑來說，其反應(yīng)速率及對產(chǎn)物的選 擇性與反應(yīng)物停留時間和反應(yīng)器持續(xù)進行反應(yīng)的時間有關(guān)。這種關(guān)系是催化劑 狀態(tài)或規(guī)格變化的結(jié)果，而這種結(jié)果是由于催化劑反應(yīng)的時間或從反應(yīng)器入口 至出口過程中氣體或液體組成的不斷變化而引起的，比如催化劑在遇到硫化氫 及氨等物質(zhì)并與其反應(yīng)中，催化劑會被轉(zhuǎn)化過程中形成的水氧化，于其表面會 形成覆蓋層及催化劑中毒等，從而引起催化劑狀態(tài)或規(guī)格變化。另外，由于反 應(yīng)物和產(chǎn)物在催化劑孔中發(fā)生表面催化反應(yīng)及其在孔中的蓄積也可導致傳質(zhì)速 率(Mass Transfer Rate)的降低。近來，高通量實驗技術(shù)被用來對新型催化劑及其催化工藝進行研究。這些 高通量實驗技術(shù)一般在減小熱傳及質(zhì)傳的影響下進行，其僅需要很少量(少于 2毫升)的催化劑并具有很高的熱傳速率。然而，這種技術(shù)，比如美國專利第 6,149,882號及第6,869,799號所揭示的，雖然可以對不同的待選催化劑的本征 性能進行比較，但卻不能提供用于放大所需要的數(shù)據(jù)。另外，如美國專利第6,806,087號'及第6，64",6K2號所揭樂的，高通量實驗 技術(shù)也被分別用來開發(fā)多通道反應(yīng)器及優(yōu)化鈷-釕費托合成催化劑，然而，其既 沒有提供如何真正的放大到工業(yè)操作，也沒有提供任何關(guān)于高通量設(shè)備及方法 的細節(jié)。所以，需要一種新的催化工藝的研究方法用以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于以較低成本快速的開發(fā)一種從其最初發(fā)現(xiàn)到 商業(yè)應(yīng)用的催化工藝的研究方法。在本發(fā)明的實施例中，可以在不同的條件下以一種或多種形式同時對一個或多 個催化劑進行研究。在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置包括第一個由三個或更多 個，如4個，5個或6個串聯(lián)的反應(yīng)器組成的復合多級平推流反應(yīng)器。反應(yīng)器中常 裝載混有惰性稀釋顆粒的催化劑床層，常為鈷基催化劑。反應(yīng)器的內(nèi)徑是稀釋顆粒 或者催化劑顆粒中較小尺寸的10倍。此外，設(shè)置有與每級反應(yīng)器相連的采樣閥， 用來對反應(yīng)器的排出物進行采樣分析。在大多情況下，如通過設(shè)置所述復合多級反應(yīng)器在一個溫度控制裝置中來維持 其在一個恒定的溫度環(huán)境中。在放熱反應(yīng)，如費托合成反應(yīng)中，溫度控制裝置可有 多種形式，如為循環(huán)沸水或流態(tài)化沙浴。當然，也可根據(jù)需要對不同的反應(yīng)器設(shè)定不同的溫度，此時，可利用加熱裝置 對某級反應(yīng)器或某組串聯(lián)反應(yīng)器進行單獨加熱。這樣，便于研究某組或某級反應(yīng)器 相對的動力學特性及一定的熱傳因素。在本發(fā)明的實施例中，所述復合多級反應(yīng)器中的三個或更多個單級反應(yīng)器可裝 載有相同尺寸的催化劑，這樣就可復制一個由所述三個或更多個單級反應(yīng)器中裝載 的催化劑床層組成的一個單獨的復合催化劑床層的特性，來獲得沿所述單獨的復合 催化劑床層，其不同縱向位置的催化劑性能的變化及反應(yīng)器性能縱坡度(縱向位置) 的相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，在本發(fā)明的實施例中，還可包括第二個或更多個類似的復合多 級串聯(lián)反應(yīng)器，其與所述第一個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器平行設(shè)置。其中，所述第二個 或更多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器中的一個可裝載壓碎的或粉末狀催化劑，剩余的反應(yīng) 器中的一個或多個可裝載一種或多種形狀或尺寸的工業(yè)規(guī)格的催化劑。這樣，就可 來研究一個固定床反應(yīng)器的催化劑床層中的與縱向位置有關(guān)的質(zhì)傳、熱傳及動力學特性。另外，通過對復合多級反應(yīng)器中的反應(yīng)器的排^物iff^采祥分析，就能確定每級反應(yīng)器的活性及選擇性，而且由于每級反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率與停留時間具有一定的 關(guān)系，通過這個關(guān)系也能確定每級反應(yīng)器的選擇性及其相對的反應(yīng)速率。當一個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器中的催化劑床層為壓碎的或粉末催化劑顆粒，且反 應(yīng)器在等溫條件操作時，最初得到反應(yīng)速率及選擇性的數(shù)據(jù)結(jié)果可以被認為是催化 劑在反應(yīng)開始時的選擇性及其本征反應(yīng)速率，即排除質(zhì)傳及熱傳影響的反應(yīng)速率； 隨后，隨著反應(yīng)的進行，得到的本征反應(yīng)速率中就包括了催化劑老化所帶來的影響。 不管怎樣，此時的宏觀反應(yīng)速率等于本征反應(yīng)速率，即就是反應(yīng)的效率因子為1。 此外，對于新鮮及老化的催化劑來說，選擇性的數(shù)據(jù)結(jié)果可以來直接衡量催化劑的 本質(zhì)選擇性與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。當另一個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器中的催化劑床層為工業(yè)規(guī)格的催化劑顆 粒，其與所述裝載有壓碎的或粉末狀的同種催化劑顆粒的多級反應(yīng)器在相同的溫度 環(huán)境中于等溫條件下平行的發(fā)生反應(yīng)，且均具有相同級數(shù)的反應(yīng)器時，通過兩組多級反應(yīng)器性能的比對從而確定出對于催化工藝的工業(yè)化非常重要的與縱向位置相 關(guān)的效率因子及其他信息。此外，通過對在等溫條件下操作的裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑顆粒的復合多級反應(yīng) 器的排出物的分析，從而可以得到表觀反應(yīng)速率與停留時間的關(guān)系數(shù)據(jù)。這樣，在 本征反應(yīng)速率已知的情況下，對于壓碎的及工業(yè)規(guī)格的催化劑來說，就可以直接由 其轉(zhuǎn)化率與停留時間的關(guān)系數(shù)據(jù)得到效率因子與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。此時，已知效率因 子、本征反應(yīng)速率及完整尺寸催化劑顆粒的直徑(與催化劑床層的厚度L有關(guān))，從而可由Thide模數(shù)確定完整尺寸催化劑顆粒的有效擴散率相對于轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。 這些數(shù)據(jù)的獲得就可用來探究質(zhì)傳阻滯的機理，如在反應(yīng)器入口處具有較低的 擴散率表明由于原料組分、反應(yīng)的初始產(chǎn)物的影響或當考慮流體中某一組分的真實 分壓時，原料組分在催化劑活性位上的濃度小于預(yù)期濃度的原因而在催化劑孔洞或 表面上形成質(zhì)傳阻力。當在反應(yīng)器出口處具有較低的擴散率時，其表明產(chǎn)物發(fā)生累 積或者排出物流體與催化劑發(fā)生反應(yīng)。在反應(yīng)涉及多種具有不同擴散率的反應(yīng)物 時，由于效率因子可以反映在氣態(tài)物質(zhì)和催化劑表面之間組分的變化，所以表觀反 應(yīng)速率及選擇性都往往與效率因子相關(guān)。在三相反應(yīng)，如涉及具有相對揮發(fā)性和非揮發(fā)性的原料與固體催化劑的鈷基費 托合成C20及以上烴的過程中，氣液平衡(Vapor-liquid Equilibrium)的作用會影響到系統(tǒng)的宏觀動力學(ApparentKine"cs"。這種實況下，"便TT對那些能同時發(fā)生 影響，即彼此間具有競爭的反應(yīng)進行研究，如Denayer等人在《化學反應(yīng)器工程國 際期干ll》(International Journal of Chemical Reactor Engineering), 2003年，巻l，文 章A36中揭示的在較低的4.5bar壓力和100bar高壓力下對不同原料的混合物進行 的一系列實驗。與該文章中所述的流程相類似，可利用較低分子量，如小于C10 的碳氫化合物和較高分子量，如大于C20的碳氫化合物的混合物進行一系列例證性 的實驗。在4.5bar壓力下，氣相中，在所有待研究的催化劑上，較低分子量(小于 C10)與高分子量(大于C20)的碳氫化合物在催化劑上的表面覆蓋率差異很大， 結(jié)果是高分子量碳氫化合物(低揮發(fā)性)在催化劑上覆蓋率高；在較高的壓力，如 lOObar，液相中，較低分子量與高分子量的碳氫化合物的宏觀反應(yīng)性就很接近，表 現(xiàn)在其在催化劑上均有較高的總體濃度。此外，較高壓力下實驗的宏觀反應(yīng)性更能 反應(yīng)分子的本征表面覆蓋率和相關(guān)的表面擴散阻滯效應(yīng)，而且其可以用來測試在費 托合成反應(yīng)動力學中，于催化劑表面上與碳氫化合物的平均分子量相關(guān)的擴散效 應(yīng)。在得到兩組復合多級反應(yīng)器的測試數(shù)據(jù)及有限的本征活化能數(shù)據(jù)后，就可以建 立一個反應(yīng)器模型用于預(yù)測一個復合多級絕熱反應(yīng)器的性能，而后從該復合絕熱反 應(yīng)器獲得的數(shù)據(jù)又可用來作為對反應(yīng)器模型的測試。此外，從絕熱反應(yīng)器的運行中 可預(yù)測在放熱催化工藝中熱點或溫度失控的發(fā)生可能性及發(fā)生部位。在本發(fā)明的實施例中，還可包括檢測反應(yīng)器，其可單獨設(shè)置或者與所述一個或多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器動態(tài)相連，以提供關(guān)于所述多級串聯(lián)反應(yīng)器的不同級反應(yīng) 器的操作和性能的信息，從而加快其工業(yè)化進程。所述檢測反應(yīng)器可以是單級平推 流反應(yīng)器，也可以是多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，其與所述一個或多個復合多級串聯(lián)反 應(yīng)器平行設(shè)置，且通過如設(shè)置一個相同的溫度控制裝置使所述檢測反應(yīng)器與所述一 個或多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器具有相同的恒定的溫度環(huán)境。此外，可通過一定設(shè)施 增加或改變輸入到所述檢測反應(yīng)器的任一級中氣態(tài)或液態(tài)物料的組分。當檢測反應(yīng) 器是單級時，可通過向該檢測反應(yīng)器中輸入所述一個或多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器中與其相連的一級反應(yīng)器的排出物，連同輸入定量的新鮮反應(yīng)物和/或反應(yīng)產(chǎn)物或副 產(chǎn)物或催化劑毒物，來確定由于氣態(tài)或液態(tài)組分的改變對向檢測反應(yīng)器中輸入其排 出物的反應(yīng)器的下一級反應(yīng)器性能的影響。當檢測反應(yīng)器為多級時，其內(nèi)可裝載有與所述一個或多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器相同的催化劑床層且可接收相同的原半4r這樣"就^對用該爹翁檢測反應(yīng)器來測量所述相應(yīng)的多級反應(yīng)器中的任一級反應(yīng)器針對物料組分的永久性或暫時性改變時 系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬時反應(yīng)。比如，通過改變向三級檢測反應(yīng)器中的第三級反應(yīng)器的氣態(tài) 或液態(tài)輸入，并且與相應(yīng)的復合多級串聯(lián)反應(yīng)器中相應(yīng)的第三級反應(yīng)器的性能作比 較，就能夠測量隨著時間的進行，組分的變化對第三級反應(yīng)器中催化劑床層反應(yīng)速 率和選擇性的影響。同理，改變向第二級檢測反應(yīng)器的輸入，就能夠確定其對第二 級和第三級催化劑床層的影響。比如，提高向任一級檢測反應(yīng)器中輸入的氣態(tài)物料 的速率，來測量隨著時間的進行，該級反應(yīng)器性能提升的變化及后續(xù)反應(yīng)器由于輸 入的改變而產(chǎn)生的結(jié)果。這樣，就相當于能夠測量一個工業(yè)規(guī)模的固定床反應(yīng)器中 的催化劑床層的任一小段針對輸入變化而產(chǎn)生的反應(yīng)。另外，增加輸入到檢測反應(yīng) 器的原料中反應(yīng)產(chǎn)物的量或是水的量，就能夠來估定其對相應(yīng)的完整反應(yīng)器系統(tǒng)中 總的轉(zhuǎn)化率的影響，該影響可通過比如氫氣的分壓于水的分壓來反映。在本發(fā)明的實施例中，多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器可平行設(shè)置于一個共同的恒定 的溫度環(huán)境中，而且其中的每一個多級反應(yīng)器都可裝載有相同或不同的催化劑床 層，而且所述催化劑床層可為相同或不同形狀或尺寸的催化劑顆粒。這樣，可以來 同時測試多種不同的催化劑，且該催化劑可具有不同的形狀或尺寸。此外，在本發(fā)明的實施例中，還可設(shè)置一個平推流反應(yīng)器，其內(nèi)裝載有與至少 兩個所述復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器內(nèi)相同的催化劑，且該平推流反應(yīng)器具有較高 的轉(zhuǎn)化率，如60-80%。所述平推流反應(yīng)器的排出物可輸入所述至少兩個復合多級 串聯(lián)平推流反應(yīng)器中的第一級反應(yīng)器中，當然，也可輸入一定的新鮮反應(yīng)物到所述 第一級反應(yīng)器中。這樣，通過調(diào)整所述平推流反應(yīng)器的排出物與新鮮反應(yīng)物的比例， 就可以模擬一個由所有所述復合多級串聯(lián)反應(yīng)器中的催化劑床層組成的大的復合 催化劑床層不同部分的特點。另外，也可設(shè)置兩個或兩個以上檢測反應(yīng)器，其與所述一個或多個復合多級串 聯(lián)反應(yīng)器平行設(shè)置于一個共同的恒定的溫度環(huán)境中。這樣，就能夠同時確定所述一 個或多個復合多級串聯(lián)反應(yīng)器的不同部分對輸入的不同變化隨時間的進行所產(chǎn)生 的反應(yīng)。與相應(yīng)的復合多級串聯(lián)反應(yīng)器動態(tài)相連的所述檢測反應(yīng)器可以是全混流的兩 相流化床反應(yīng)器、三相漿態(tài)床反應(yīng)器或三相沸騰床反應(yīng)器。此時，通過控制向全混 流檢測反應(yīng)器中輸入與其相連的復合多級串聯(lián)反應(yīng)器的排出物及新鮮反應(yīng)物的比例，就可以來模擬所述復合多級串聯(lián)反應(yīng)"器的'單個縱向點的特性。此外，在本發(fā)明的一個實施例中，還設(shè)置有一個單級的實驗室規(guī)模的具有較高 轉(zhuǎn)化率的固定床反應(yīng)器及與其相連的具有較低轉(zhuǎn)化率的另外一個實驗室規(guī)模的固 定床反應(yīng)器，這樣可以來研究一個平推流反應(yīng)器的催化劑床層中與縱向位置(經(jīng)度) 相關(guān)的性能。所述具有較高轉(zhuǎn)化率的平推流反應(yīng)器可接收新鮮反應(yīng)物且其轉(zhuǎn)化率在 50-80%，所述具有較低轉(zhuǎn)化率的另外一個實驗室規(guī)模的平推流反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率在 4_10%，其可接收新鮮反應(yīng)物及所述具有較高轉(zhuǎn)化率的平推流反應(yīng)器的排出物。這樣，通過調(diào)整輸入到所述具有較低轉(zhuǎn)化率反應(yīng)器中的新鮮反應(yīng)物及所述具有較高轉(zhuǎn) 化率反應(yīng)器的排出物的比例，所述具有較低轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)器就可以來模擬一個復合 平推流反應(yīng)器中一個選定的縱向段的性能。利用本發(fā)明的實施例，還可用來檢測沿著復合催化劑床層，在其不同的位置上 原發(fā)反應(yīng)及二次反應(yīng)過程中費托合成反應(yīng)物消耗的速率及生成反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的速率，尤其可利用GC/MS或四極質(zhì)譜儀(QMS)來檢測每一級反應(yīng)器中的一氧 化碳、水、二氧化碳及碳氫化合物的量。另外，也可以在選定的位置向反應(yīng)流體中 加入一定量的痕量分子，如烷基代烯烴(Alkyl Substituted Olefins)、乙醛或甲酮， 從而來研究沿著所述復合催化劑床層系統(tǒng)的性能，比如加氫反應(yīng)等個別反應(yīng)步驟的 動力學性能及系統(tǒng)在催化劑顆粒的加氫位上對原料分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)敏感度等。這 樣，利用上述的與經(jīng)度相關(guān)的數(shù)據(jù)，就能來研究系統(tǒng)的動力學特性及質(zhì)傳特性，而 且還可以研究催化劑物理性能的變化，如顆粒尺寸、形狀、孔洞直徑及扭曲等產(chǎn)生 的影響。在本發(fā)明的實施例中，對于系統(tǒng)的分析還包括研究鈷催化位的狀態(tài)，如其氧化 還原狀態(tài)、晶化狀態(tài)及相應(yīng)的氧化物、碳化物和氮化物等對費托合成反應(yīng)的結(jié)構(gòu)和 功能的影響。當然，其還包括對鈷催化位(catalytic sites)的運作性能和綜合性能 (service and bulk properties)及其對催化劑活性的影響的研究。比如在催化劑顆粒 的催化位上金屬鈷可與不具有催化位的催化劑載體顆粒形成金屬間氧化物。另外， 催化劑顆粒上的單個鈷催化位間可凝聚成團形成較大的金屬鈷晶體，從而減小鈷催 化位的表面積，進而導致催化劑活性的降低。對于催化劑顆粒的特性可以借助X射線或穆斯堡爾譜(Mossbauer Spectroscopy)來原位研究或者從反應(yīng)器，如檢測反應(yīng)器移出后再行研究。當然， 也可利用其他技術(shù)來研究，如程序升溫還原技術(shù)或程序升溫氧化技術(shù)及表面波譜技術(shù)，如X射線吸收、表面增強拉曼光譜(Surfa'ceEiffian'c'e'dR^hal！"Spectroscopy)或 激光電離(Laser Photoionization)。在本發(fā)明的催化開發(fā)裝置中，所述平推流反應(yīng)器可以是單程或循環(huán)操作的固定 床反應(yīng)器(Fixed Bed Reactors)、填充床反應(yīng)器(Packed Bed Reactors)、滴流床反 應(yīng)器(Trickle Bed Reactors)及整體式反應(yīng)器(Monolithic Reactors)。所述實驗室規(guī) 模平推流反應(yīng)器是指平推流反應(yīng)器的每一段反應(yīng)器的內(nèi)徑小于101.6mm (4英寸)， 較佳的是小于50.5rnrn(2英寸)，更佳的是小于25.4mm( 1英寸)；其長度小于2.438m (8英尺)，較佳的是小于1.219m (4英尺)，更佳的是小于0.304m (1英尺)；除 過惰性稀釋物外，催化劑的裝載量小于800克，較佳的是小于400克，更佳的是小 于25克。這樣，通過不同的測試條件下的測試，就可以模擬工業(yè)化規(guī)模反應(yīng)器的諸多特 性，從而加快工業(yè)化規(guī)模的進程。
圖1是本發(fā)明的一個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器的裝置示意圖。圖2是本發(fā)明的一個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器及與其平行設(shè)置的多級串聯(lián) 檢測反應(yīng)器的裝置示意圖。圖3是本發(fā)明的一個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器及與其動態(tài)相連的單級檢測 反應(yīng)器的裝置示意圖。圖4是本發(fā)明的一個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器及與其動態(tài)相連且平行設(shè)置 的多級串聯(lián)檢測反應(yīng)器的裝置示意圖。圖5是本發(fā)明的設(shè)置于一個流態(tài)化沙浴的具有一個恒定溫度環(huán)境的一個復合 多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器的裝置示意圖。圖6是本發(fā)明的設(shè)置于一個共同的流態(tài)化沙浴的多個復合多級串聯(lián)平推流反 應(yīng)器的裝置示意圖。圖7是本發(fā)明的可接收可控的變量輸入的多個復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器的 裝置示意圖。圖8為可用于確定一種催化劑的Thiele模數(shù)的圖示。 圖9為圖8中所使用的催化劑的效率因子與其Thide模數(shù)的關(guān)系圖。 圖10分別為費托合成反應(yīng)中使用的壓碎的催化劑和同種類工業(yè)規(guī)格催化劑的 效率因子與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖。圖11為典型的當使用高活性催化劑時—^^穩(wěn)態(tài)的費輪合成'平1t流反應(yīng)器中一氧 化碳的轉(zhuǎn)化率和甲烷的選擇性之間的關(guān)系圖。圖12為本發(fā)明的平推流反應(yīng)器設(shè)置的又一個裝置示意圖。圖13所示的為本發(fā)明的用于模擬絕熱反應(yīng)器的等溫多級平推流反應(yīng)器的裝置 示意圖。圖14為本發(fā)明反應(yīng)器與分離器組裝的一個實施例的示意圖。圖15為本發(fā)明反應(yīng)器與分離器組裝的另一個實施例的示意圖。 圖16為本發(fā)明反應(yīng)器與分離器組裝的再一個實施例的示意圖。較佳實施例如圖1所示，在本發(fā)明第一實施例中，復合多級平推流反應(yīng)器11為實驗室規(guī)模的三級串聯(lián)的平推流反應(yīng)器，即其由三個串聯(lián)的平推流反應(yīng)器13， 15和17組成。 反應(yīng)器13， 15和17內(nèi)分別裝載有對應(yīng)的催化劑床層19， 21和23。在該實施例中， 反應(yīng)器13， 15和17均為固定床反應(yīng)器。在反應(yīng)器13的出口和反應(yīng)器15的入口間， 反應(yīng)器15的出口和反應(yīng)器17的入口間及反應(yīng)器17的出口分別設(shè)置有采樣閥25， 27和29。所述采樣閥25， 27和29均分別設(shè)置有出口 26， 28和30，用以分別對 相應(yīng)反應(yīng)器13， 15和17的排出物進行采樣分析。所述反應(yīng)器17的出口通過采樣 閥29可與一個產(chǎn)物收集器(未圖示)相連。常用于給復合多級平推流反應(yīng)器ll提 供新鮮反應(yīng)物的新鮮反應(yīng)物源31與反應(yīng)器13的入口相連。此外，也可在新鮮反應(yīng) 物源31與反應(yīng)器13的入口間設(shè)置一個采樣閥(未圖示)，用于對反應(yīng)物進行采樣 分析。繼續(xù)參看圖l所示，本實施例中，多級固定床反應(yīng)器11設(shè)置于溫度控制裝置 33內(nèi)。在放熱反應(yīng)，如無變換反應(yīng)的費托合成反應(yīng)中，溫度控制裝置33內(nèi)裝有導 熱媒介，如循環(huán)沸水或流態(tài)化沙浴，用于把反應(yīng)器11中的反應(yīng)熱導出以維持多級 反應(yīng)器ll在一個恒定的溫度。當然，根據(jù)需要，所述溫度控制裝置33也可采用其 他形式，比如可采用使用流態(tài)化沙浴加熱的溫度控制裝置，設(shè)置有循環(huán)熔鹽的溫度 控制裝置及具有內(nèi)置制冷回路的電感加熱器。反應(yīng)器13, 15和17內(nèi)的催化劑床層19， 21和23可分別用來復制一個大的固 定床反應(yīng)器的催化劑床層的一個縱向部分，以此來測量和分析一個大的催化劑床層 連續(xù)的縱向部分的特點和性能，從而測量目前還無法獲知的催化劑床層的特點和性 能的縱向分布。在該實施例中，多級反應(yīng)器11為三級，即其包括三個串聯(lián)的反應(yīng)器，當然，其可以為更多級反應(yīng)器，即寞可'倉誥更'多'盼舉聯(lián)'反^lf，如四個、六個 等，這樣，就可以來分析沿著一個復合催化劑床層的高度，其更多點的性能。為了研究鈷基費托合成反應(yīng)，對于原料及反應(yīng)器13， 15和17的排出物可采用傳統(tǒng)的方法如氣相色譜分析/質(zhì)譜分析(GC/MS),紫外(UV)或紅外(IR)來表 征反應(yīng)物及產(chǎn)物的特性，或采用X射線衍射(XRD),紅外漫反射或其他業(yè)界已知 的分光鏡技術(shù)來表征催化劑體系。這樣與催化劑床層縱向位置有關(guān)的系統(tǒng)的性能屬 性就能夠得到量化。進而，根據(jù)獲得的催化反應(yīng)動力學信息及每一點的性能屬性就 可以來優(yōu)化系統(tǒng)，比如可根據(jù)獲得的催化劑顆粒在催化劑層中不同位置具有不同的 物理及化學性能來設(shè)計催化劑體系以使其在局部環(huán)境中達到最大的收率或選擇率。反應(yīng)器13， 15和17中填充的催化劑可以是壓碎的或粉末狀催化劑或者是工業(yè) 規(guī)格的催化劑。反應(yīng)器放大所需數(shù)據(jù)的獲得，大部分測試都是在等溫條件下進行， 為了確保反應(yīng)器13， 15和17在等溫條件下進行反應(yīng)，可用惰性顆粒對催化劑床層 19， 21和23中的鈷基催化劑顆粒進行稀釋，惰性顆粒與催化劑顆粒，二者的比例 常為8-10比1。當需要在絕熱條件下進行測量時，根據(jù)反應(yīng)器的直徑及反應(yīng)熱的情 況，催化劑床層19， 21和23中的催化劑可進行較小程度的稀釋。催化劑顆粒與稀 釋顆粒的比例依賴于多種因素，如反應(yīng)熱和催化劑顆粒的活性等。當然，對于業(yè)界 人員而言，對于一個給定催化劑、反應(yīng)器直徑及催化劑顆粒尺寸的反應(yīng)，其可以通 過一次簡單的試驗來確定合適的催化劑顆粒與稀釋顆粒的比例。通常，裝載在固定床反應(yīng)器中的工業(yè)規(guī)格催化劑的顆粒尺寸在1到5毫米，而 且催化劑顆粒具有多種形狀，如圓形、管狀、三葉形及環(huán)形等。壓碎的或粉末狀催 化劑常由工業(yè)規(guī)格的催化劑來制備，其典型的顆粒尺寸在0.10到0.20毫米，當然， 其在保持催化性能的條件下尺寸越小越好。通常，對于裝載有經(jīng)過稀釋的工業(yè)規(guī)格 催化劑的反應(yīng)器而言，反應(yīng)器的內(nèi)徑是稀釋顆?；蛘叽呋瘎╊w粒中較小尺寸的10 倍，其最小值常為10-50毫米(0.4-2英寸)。由于具有較小的傳質(zhì)阻力，壓碎的或 粉末狀催化劑常比工業(yè)規(guī)格的催化劑活性高。所以，為了確保裝載有壓碎的或粉末 狀催化劑的反應(yīng)器可以和裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的類似的反應(yīng)器具有相同的操作 溫度，在裝載有壓碎的或粉末狀催化劑的反應(yīng)器中，惰性稀釋顆粒與催化劑顆粒的 比例要大于裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的反應(yīng)器中的比例，這樣以確保兩種反應(yīng)器中催 化劑床層的單位體積放熱量(Heat Release Per Unit Volume)相同。裝載有壓碎的催化劑的反應(yīng)器的內(nèi)徑常為5-12毫米，其小于裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑的反應(yīng)器的內(nèi)徑。從多級反應(yīng)器'lT^術(shù)同'應(yīng)短+的^fe^g出發(fā)，通常較好的是裝載有的壓碎的催化劑床層的反應(yīng)器內(nèi)徑與裝載有所需工業(yè)規(guī)格的催化劑 床層的反應(yīng)器的內(nèi)徑相同。另外，可以通過在反應(yīng)器中設(shè)置導熱套管來減小裝載有 壓碎的催化劑床層的反應(yīng)器的內(nèi)徑。每級反應(yīng)器的較佳的最小高度取決于攪拌或放熱的考量。在等溫操作中，當攪 拌成為限制因素時，反應(yīng)器高度的選擇就需要能有效的避免反應(yīng)物的旁流。特別是 對于裝載工業(yè)規(guī)格催化劑的反應(yīng)器，其高度至少是催化劑顆粒平均直徑的50倍，即是50-250毫米(2-10英寸)。當反應(yīng)物穿過多級反應(yīng)器11中的單級反應(yīng)器13， 15和17時，新鮮反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不斷增加，其濃度隨之不斷減小。因此，當需要 每一級反應(yīng)器具有相同的轉(zhuǎn)化率時，反應(yīng)器13， 15和17內(nèi)的催化劑床層19， 21 和23的厚度就需要不斷增加。當多級反應(yīng)器ll在絕熱條件下操作時，常采用較低 比例的惰性稀釋物及大直徑的反應(yīng)器。參看圖2所示，其為本發(fā)明的平推流反應(yīng)器的第二實施例的裝置示意圖。圖2 中與圖1中相同的部分采用與圖1中相同標號。在本實施例中，其復合多級反應(yīng)器 11與圖1中所示的多級反應(yīng)器11相同，其中，本實施例還包括與所述多級反應(yīng)器 11平行設(shè)置的另一個復合多級檢測反應(yīng)器35，該檢測反應(yīng)器35的每一級反應(yīng)器均 可與相對應(yīng)的多級反應(yīng)器11的每一級反應(yīng)器相同。多級反應(yīng)器11與檢測反應(yīng)器35 可設(shè)置于一個溫度控制裝置33中，該溫度控制裝置33與圖1中的相同。當然，所 述檢測反應(yīng)器35也可設(shè)置于與設(shè)置有所述多級反應(yīng)器11的溫度控制裝置33相分 離的另一溫度控制裝置中(未圖示)，這樣，就可以確保檢測反應(yīng)器35可與多級反 應(yīng)器11具有不同的操作溫度。所述檢測反應(yīng)器35包括三個串聯(lián)的反應(yīng)器37， 39和41。該反應(yīng)器37， 39和 41內(nèi)分別裝載有催化劑床層43， 45和47。在反應(yīng)器37的出口和反應(yīng)器39的入口 間，反應(yīng)器39的出口和反應(yīng)器41的入口間及反應(yīng)器41的出口處分別設(shè)置有采樣 閥49， 51和53。該采樣閥49， 51和53均分別設(shè)置有出口 50， 52和54，用以分 別對相應(yīng)反應(yīng)器37， 39和41的排出物進行采樣分析。所述反應(yīng)器41的出口通過 采樣閥53可與一個產(chǎn)物收集器(未圖示)相連。新鮮反應(yīng)物源31與反應(yīng)器37的 入口相連。此外，也可在反應(yīng)物源31與反應(yīng)器37的入口間設(shè)置一個控制采樣閥(未 圖示)，其用于選擇性地控制輸入所述多級檢測反應(yīng)器35的反應(yīng)物的量及對反應(yīng)物 采樣分析。另外，反應(yīng)器37， 39和41的入口分別與相對應(yīng)的給料源55， 57和59相連。所述給料源55， 57和59可作為分射舟糴可'控'的偷入逸定^J^料進入反應(yīng)器 37， 39和41中的設(shè)施，這樣就可以相應(yīng)確定分別從反應(yīng)器37， 39和41入口處輸 入的相應(yīng)物料對多級檢測反應(yīng)器35中的所有反應(yīng)器、反應(yīng)器39和41及反應(yīng)器41 的性能的影響。在本實施例中，較好的是檢測反應(yīng)器35的催化劑床層43， 45和 47分別和多級反應(yīng)器11中對應(yīng)的催化劑床層19， 21和23相同。在本實施例中，可通過改變檢測反應(yīng)器35的相關(guān)反應(yīng)器的輸入，從而來比較 該相關(guān)反應(yīng)器與多級反應(yīng)器11中的相對應(yīng)的反應(yīng)器的特性，就能夠借助于多級檢 測反應(yīng)器35來確定多級反應(yīng)器11的任一級對于輸入的永久性或暫時性改變而產(chǎn)生 的瞬時反應(yīng)。比如，通過改變向檢測反應(yīng)器35的第三級反應(yīng)器41中提供的氣態(tài)或 液態(tài)輸入，就可以測試在多級反應(yīng)器ll中相對應(yīng)的第三級反應(yīng)器23中，隨著時間 的進行輸入的變化對其催化劑床層反應(yīng)速率和選擇性的影響。相應(yīng)的，改變檢測反 應(yīng)器35的第二級反應(yīng)器39的輸入，就可以來檢測對多級反應(yīng)器11中的第二及第 三催化劑床層21， 23的影響。這樣就等于可以檢測一個工業(yè)規(guī)模固定床反應(yīng)器的 催化劑床層中任一小段針對于輸入的改變而產(chǎn)生的反應(yīng)。比如通過給料源55， 57 和59向多級檢測反應(yīng)器35中的相應(yīng)的一級反應(yīng)器中增加額外的新鮮反應(yīng)物及提高 輸入其中的氣態(tài)物料的速率，就能夠檢測該級反應(yīng)器性能提升的變化及隨時間的進 行，后續(xù)反應(yīng)器由于其輸入的變化而發(fā)生的變化。對一個選定的一級檢測反應(yīng)器來說，可以通過給料源55， 57或59來調(diào)整輸入 到該級反應(yīng)器的新鮮反應(yīng)物中的痕量組分的濃度來量化在全程操作條件下所述痕 量組分對復合催化劑床層不同部位的影響。這樣就可以確定出在工業(yè)催化系統(tǒng)中復 合催化劑層中的關(guān)鍵的縱向部位。在這些部位，催化劑較易中毒或者由于中毒發(fā)生 抑制性反應(yīng)或者生成副產(chǎn)品。當向選定的檢測反應(yīng)器35或后續(xù)介紹的其它形式檢 測反應(yīng)器的一級反應(yīng)器中臨時性的加入特定的物質(zhì)后，該等檢測反應(yīng)器就可用來模 擬測試一個復合催化劑層不同點對這種的物料或上一級反應(yīng)器排出物的組分的暫 時性變化而產(chǎn)生的瞬時反應(yīng)，且可以監(jiān)控在所述特定物質(zhì)加入過程中或加入后該級 反應(yīng)器及后續(xù)反應(yīng)器隨時間變化(Time Dependent)而產(chǎn)生的反應(yīng)。如圖3所示，為本發(fā)明的第三實施例，其中與圖1相同的部分采用與圖1中相 同的標號。在本實施例中，其設(shè)有一個檢測反應(yīng)器101，該檢測反應(yīng)器101為單級 的固定床反應(yīng)器，其入口與本實施例中的復合多級固定床反應(yīng)器11中的選定的一 級反應(yīng)器可選擇性的動態(tài)相連。在多級反應(yīng)器11的第一級反應(yīng)器13的出口和第二級反應(yīng)器15的入口間，第二級反應(yīng)器r 銜出—口和第^級反應(yīng)器'17的入口間及第三級反應(yīng)器17的出口處分別設(shè)置有閥103， 109和115。該閥103， 109和115均分 別設(shè)置有出口105， 111和117，用以分別可選擇的對相應(yīng)反應(yīng)器13， 15和17的排 出物進行采樣分析，同時，所述閥還分別設(shè)置有另一開口 107， 113和119，用以可 選擇的把相對應(yīng)的反應(yīng)器13， 15和17的部分排出物輸入檢測反應(yīng)器101內(nèi)。所述 反應(yīng)器17的出口通過閥115可與一個產(chǎn)物收集器(未圖示)相連。新鮮反應(yīng)物源 31和一個給料源121可提供輸入給所述檢測反應(yīng)器101。在本實施例中，較好的是 檢測反應(yīng)器101及其裝載的催化劑床層與多級反應(yīng)器11中向檢測反應(yīng)器101輸入 其部分排出物的下一級反應(yīng)器及其裝載的催化劑床層相同。當然，該檢測反應(yīng)器 101可進行與圖2中所示的多級檢測反應(yīng)器35相同的測試。參看圖4所示，為本發(fā)明的第四實施例，其中與圖l及圖2中相同的部分采用 與圖1及圖2相同的標號。在本實施例中，檢測反應(yīng)器35為一個實驗室規(guī)模的復 合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，其可與圖2中所示的多級串聯(lián)實驗室規(guī)模的檢測反應(yīng)器 35相同。此外，檢測反應(yīng)器35中的反應(yīng)器可選擇的與選定的多級反應(yīng)器11中的 反應(yīng)器動態(tài)相連，這樣，多級反應(yīng)器11的一級或多級反應(yīng)器的部分排出物就可選 擇的輸入到選定的檢測反應(yīng)器35中的一級或多級反應(yīng)器中。在多級反應(yīng)器11的第 一級反應(yīng)器13的出口和第二級反應(yīng)器15的入口間，第二級反應(yīng)器15的出口和第 三級反應(yīng)器17的入口間及第三級反應(yīng)器17的出口處分別設(shè)置有闊123， 129和137。 該閥123， 129和137均分別設(shè)置有出口 125， 131和135，用以分別可選擇的對相 應(yīng)反應(yīng)器13， 15和17的排出物進行采樣分析，同時，闊123禾n 129還分別設(shè)置有 另一開口 127和133，用以可選擇的把相對應(yīng)的反應(yīng)器13， 15的選定的部分排出 物輸入到對應(yīng)的檢測反應(yīng)器35中的反應(yīng)器39和41中。所述反應(yīng)器17的出口通過 閥137可與一個產(chǎn)物收集器(未圖示)相連。新鮮反應(yīng)物源31與反應(yīng)器37的入口 相連。此外，也可在新鮮反應(yīng)物源31與反應(yīng)器37的入口間設(shè)置一個控制采樣閥(未 圖示)，其用于定量的控制輸入到檢測反應(yīng)器35中的新鮮反應(yīng)物及對新鮮反應(yīng)物采 樣分析。另外，反應(yīng)器37， 39和41的入口分別與相對應(yīng)的一個給料源55， 57和 59相連。所述給料源55， 57和59可選擇性的輸入一定的物料進入反應(yīng)器37， 39 和41中，這樣就可以確定分別輸入到反應(yīng)器37， 39和41中的相應(yīng)物料對檢測反 應(yīng)器35中的所有反應(yīng)器、反應(yīng)器39和41及反應(yīng)器41的性能的影響。在本實施例 中，較好的是檢測反應(yīng)器35的催化劑床層43， 45和47分別和多級反應(yīng)器11中對應(yīng)的催化劑床層19， 21和23相同。繼續(xù)參看圖3所示，所述檢測反應(yīng)器101也可是全混流反應(yīng)器，而非上述的固 定床反應(yīng)器。在全混流檢測反應(yīng)器101中，原料物、產(chǎn)物的濃度及催化劑的分布處 處相同，所以當該檢測反應(yīng)器101僅僅接收來自多級反應(yīng)器11的排出物時，其就相當于該級反應(yīng)器的催化劑床層出口處的一個狹窄的水平段。通過控制進入全混流反應(yīng)器101的反應(yīng)器11的排出物及新鮮的反應(yīng)物間的濃度比例，所述全混流反應(yīng) 器101就可以模擬向該全混流反應(yīng)器101中輸入其排出物的固定床反應(yīng)器的任意的 選定的水平段的特性。該全混流反應(yīng)器101可以為兩相流化床反應(yīng)器、三相漿態(tài)床 反應(yīng)器或三相沸騰床反應(yīng)器。在本發(fā)明圖2-4所示的實施例中，檢測反應(yīng)器35和101可被輸入新鮮反應(yīng)物、 多級反應(yīng)器11的選定的一級的排出物及其他物料中的一個或多個。所述其他物料 包括額外的新鮮反應(yīng)物、在多級反應(yīng)器11中發(fā)生反應(yīng)生成的氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物或在 工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器的新鮮反應(yīng)物中存在的雜質(zhì)。在本發(fā)明的實施例中，反應(yīng)物和其他物料、反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)副產(chǎn)物等流體可以 為氣態(tài)、液態(tài)或其混合態(tài)，如氣態(tài)和液態(tài)的混合或兩種或兩種以上不相溶的液態(tài)物 質(zhì)的混合。對含有氣態(tài)物質(zhì)的流體，可利用傳統(tǒng)的背壓調(diào)節(jié)器和具有質(zhì)量流量控制 器的氣體流量控制系統(tǒng)來控制。對于定量的液態(tài)流體，常選用如羅斯卡泵(Ruska Pump)或注射泵(Syringe Pump)使其進入高壓環(huán)境中。此外，當反應(yīng)器11的排 出物或原料中包含多種流體狀態(tài)，特別是彼此互不相溶的水和一些碳氫化合物或氣 體和液體時，就需要避免流體以活塞流(平推流)形式流動。在本發(fā)明的實施例中， 采樣閥可選用如挪威Proserv AS公司提供的等動態(tài)采樣閥或者如美國專利第 4，035，168所揭示的分離器。當然，也可使用Proserv AS公司提供的靜態(tài)攪拌器對 需要采樣的流體進行攪拌使多狀態(tài)的流體均勻混合后迅速對其進行采樣。在不相溶 的原料之間或原料與反應(yīng)器的排出物間，當其被送入反應(yīng)器時，或者如在一個多級 反應(yīng)器中，輸送從一個反應(yīng)器的出口排出的具有多狀態(tài)的排出物進入后續(xù)反應(yīng)器的 入口時，流體輸送管道需要有較高的雷諾數(shù)，其原理就類似于汽車發(fā)動機的燃料注 射系統(tǒng)。當然，也可以使用ProservAS公司或位于美國新罕布什爾州曼徹斯特市的 Admix公司提供的攪拌器來實現(xiàn)不同流體的充分混合，這樣情況下，有時常需要做 一些簡單的測試來確保流體流經(jīng)所述裝置后已經(jīng)均勻混合。在采樣時，常會設(shè)置有 通過雙隔斷閥與反應(yīng)器相連的樣品存儲器，該樣品存儲器處于常壓或稍高于常壓的環(huán)境中。當氣態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)在輸送會遣'中充分M合^，-打井歡隔斷閥使混合后 的流體進入樣品存儲器，然后關(guān)閉雙隔斷閥移走樣品存儲器并對其中的樣品進行分 析。在采樣及分析過程中常會存在一定濃度的惰性氣體，如氬氣，其有利于流體的 物料平衡，以便于對流體進行精確分析。當所述流體沒有充分混合時，就需要設(shè)置 氣液分離器，然后通過如氦氣或氬氣內(nèi)標法及關(guān)聯(lián)氣態(tài)物質(zhì)與液態(tài)物質(zhì)的總體碳平 衡分析方法對氣態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)分別進行分析，此時，這種情況可通過在輸送管 道上方設(shè)置氣體樣品存儲器，在其下方設(shè)置液體樣品存儲器來完成。在研究平推流反應(yīng)器的特性時，需要特別注意的是原料組分、產(chǎn)物或者副產(chǎn)物 在催化劑表面的吸附或反應(yīng)。比如，在鈷基催化費托合成反應(yīng)中，氨、 一氧化碳及 硫化氫等物質(zhì)可以占用催化劑的活性位，降低反應(yīng)速率且影響對產(chǎn)物的選擇性。由 此類物質(zhì)引起的反應(yīng)常需要一定的時間達到平衡，且從物料到反應(yīng)器中去除此類物 質(zhì)后，反應(yīng)恢復原狀也需要花費一定的時間。氨是已知的可與鈷基費托合成催化劑反應(yīng)的物質(zhì)，其可以導致催化劑活性的降 低甚至失效。除了在原料中除去氨外，常利用氫氣來除去催化劑表面的氨。為了測 試氨在復合催化劑床層中不同部位的影響，可以在一個檢測反應(yīng)器的任一級的入口 處加入一定量的氨，這樣就可以再現(xiàn)由于原料中氨的存在而對復合催化劑層選定部 位的影響。通過調(diào)整該級檢測反應(yīng)器中的溫度、流體流速或/及反應(yīng)物的分壓來控 制選定的催化劑部位的轉(zhuǎn)化率水平，這樣就可以確定在不同的反應(yīng)條件下氨的影 響。此外，對于已經(jīng)被氨污染的復合催化劑來說，通過調(diào)整輸入檢測反應(yīng)器中一級 或多級中氫氣的濃度，這樣也可以測試不斷增加的氫氣對復合催化劑不同部位的影 響，如那些催化劑活性失效最大的部位。對于一氧化碳來說，其可以緊緊的覆著在鈷基費托合成催化劑表面，從而減小 氫氣可用的表面，成為限制氫氣反應(yīng)速率的一個因素。通過調(diào)整向選定的檢測反應(yīng) 器35和101中輸入的原料中氫氣和一氧化碳的濃度比例并且比較所述檢測反應(yīng)器 與多級反應(yīng)器11中相對應(yīng)的反應(yīng)器的性能，便可以來測試氫氣和一氧化碳的濃度 變化對反應(yīng)速率和選擇性的影響。通過調(diào)整檢測反應(yīng)器中的溫度、流體流速或/及 反應(yīng)物的分壓，這樣，利用多級檢測反應(yīng)器就可以來測試氫氣和一氧化碳在不同轉(zhuǎn) 化率下的影響。在一些條件下，在無變換反應(yīng)的費托合成反應(yīng)過程中，平推流反應(yīng)器中額外的 水對反應(yīng)速率具有積極的影響，在另一些條件下則會有消極的影響。通過向選定的檢測反應(yīng)器35或101中加入定量的水或?qū)嵥醴肿?并且比較相關(guān)的檢測反應(yīng)器 與多級反應(yīng)器11中的相對應(yīng)的反應(yīng)器的性能，就可以來研究加入的水或其他分子 對復合催化劑層選定的縱向部位反應(yīng)速率和選擇性的影響。在無變換反應(yīng)的費托合成反應(yīng)的催化劑上，積碳的存在將消極的影響其活性。 此外，重質(zhì)蠟對費托合成催化劑有相似的影響。通常， 一旦碳和重質(zhì)蠟沉淀在催化 劑上，就會阻止反應(yīng)物向催化劑表面擴散和生成物離開催化劑表面。這樣，催化劑表面的沉淀物或/及未擴散的反應(yīng)物就常會發(fā)生一些副反應(yīng)(Side Reaction),從而 降低催化劑的活性。在催化劑床層是工業(yè)規(guī)格催化劑的情況下，由于工業(yè)規(guī)格催化 劑的擴散路徑很長，在擴散容易受限的條件下，將影響催化劑的整體壽命且需要很 高的成本去維護系統(tǒng)的性能。當然，通過把不同摩爾質(zhì)量的無變換反應(yīng)的費托合成 反應(yīng)中的液態(tài)碳氫化合物產(chǎn)物或其他碳氫化合物液體加入選定的檢測反應(yīng)器35中 某級或101中，就可以確定其對復合催化劑層中哪個部分的影響最大。此外，也可 通過可對含有上述物質(zhì)的相關(guān)的檢測反應(yīng)器中通入氫氣、水或輕質(zhì)溶劑來確定不同 的催化劑再生技術(shù)的效果，從而確定較好的催化劑再生技術(shù)。參看圖5所示，在本實施例中，復合多級平推流反應(yīng)器501為實驗室規(guī)模的固 定床反應(yīng)器，其由三個彼此平行且串聯(lián)的反應(yīng)器503， 505和507組成。反應(yīng)器503， 505和507共同設(shè)置于一個加熱或冷卻的流態(tài)化沙浴509中，使其裝置結(jié)構(gòu)更加緊 湊。任意氣態(tài)反應(yīng)物自原料源511輸出后可經(jīng)過一個加熱線圈513進入第一級反應(yīng) 器503的入口；液態(tài)物料經(jīng)由供料泵515輸出后也可經(jīng)過加熱線圈513后進入第一 級反應(yīng)器503的入口。所述加熱線圈513可設(shè)置于流態(tài)化沙浴509中，其用以把氣 態(tài)及液態(tài)物料加熱到合適的溫度。此外，可在輸送氣態(tài)及液態(tài)物料的管道上設(shè)置采 樣閥(未圖示)，以對物料進行采樣分析。在反應(yīng)器501的出口與反應(yīng)器505的入 口間，反應(yīng)器505的出口及反應(yīng)器507的入口間及反應(yīng)器507的出口處可分別設(shè)置 有采樣閥517， 519和521，并且反應(yīng)器507的出口可通過采樣閥521與一個分離 器523相連。采樣閥517， 519和521均開設(shè)有一個開口 (未標注)，用以可選擇的 輸送相應(yīng)反應(yīng)器的排出物到一個檢測反應(yīng)器525中，同時該等采樣閥還可設(shè)置另一 開口 (未圖示)，用以輸送相應(yīng)反應(yīng)器的排出物到與該開口相連的裝置中去。參看圖6所示，本實施例揭示了三個復合多級串聯(lián)實驗室規(guī)模的反應(yīng)器531 ， 533和535的裝置示意圖。該等多級反應(yīng)器設(shè)置于一個共同的流態(tài)化沙浴537中。 所述多級反應(yīng)器531， 533和535中的反應(yīng)器均以與圖5中揭示的多級反應(yīng)器501中的反應(yīng)器相同的設(shè)置方式而彼此平行的'設(shè)—置，且可在每個多級'反應(yīng)器前都設(shè)置有與圖5中相同的加熱線圈513。在本實施例中，還設(shè)置有一個單級檢測反應(yīng)器538， 其同樣設(shè)置于流態(tài)化沙浴537中，且其可以是和上述圖3中所示檢測反應(yīng)器101有 關(guān)任何反應(yīng)器類型。檢測反應(yīng)器538位于多級反應(yīng)器533和535之間，其間設(shè)置有 與如圖5中所示的采樣閥517， 519和521相同的采樣閥連接該檢測反應(yīng)器538與 多級反應(yīng)器533和535，這樣檢測反應(yīng)器538就可以選擇性的接收反應(yīng)物或多級反 應(yīng)器533和535中選定的某級反應(yīng)器的排出物。原料源539， 541， 543和545分別 向相對應(yīng)的反應(yīng)器531， 533， 538和535提供反應(yīng)物料，而且可以提供相同的反應(yīng) 物料。此外，反應(yīng)器531， 533，和535最后一級的出口及反應(yīng)器538的出口分別 和對應(yīng)的分離器或產(chǎn)物收集器547， 579， 553和551相連。當然，該等出口也可都 連接到一個共同的分離器或產(chǎn)物收集器。參看圖5和圖6所示，所述反應(yīng)器于流態(tài)化沙浴中的平行的設(shè)置方式使沙浴不 需要像反應(yīng)器均豎直設(shè)置時那樣的深度，而且采樣閥517， 519和521設(shè)置于沙浴 外，便于在反應(yīng)器的操作過程中對其進行維護和調(diào)節(jié)。當多級反應(yīng)器中的某級反應(yīng) 器的排出物具有多種流體狀態(tài)時，連接該級反應(yīng)器出口和下一級反應(yīng)器入口的管道 就需要具有較高的雷諾數(shù)或使用靜止攪拌器(Static Mixer)以避免管道內(nèi)的流體形 成活塞流，另一方面，采樣閥517， 519和521可采用等動態(tài)采樣閥，或者也可為 本發(fā)明描述的其他以避免流體形成活塞流的方式。通過多個多級反應(yīng)器設(shè)置于一個共同的溫度控制裝置，如流態(tài)化沙浴537或如 圖2-4所述的溫度控制裝置，就可以同時測量一個催化工藝的不同特性，進而加快 其工業(yè)化進程。以圖6為例，多級反應(yīng)器535裝載有經(jīng)過惰性物質(zhì)稀釋的壓碎的催 化劑顆粒，多級反應(yīng)器533裝載有經(jīng)過惰性物質(zhì)稀釋的工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，其 均在在等溫條件下操作。此外，多級反應(yīng)器531裝載有一定量工業(yè)規(guī)格的催化劑顆 粒，其在絕熱條件下操作。這樣，通過在等溫條件下操作的反應(yīng)器就可以同時得到 催化工藝中的動力學、質(zhì)傳及熱傳特性，并且由絕熱反應(yīng)器得到的數(shù)據(jù)可對由等溫 反應(yīng)器獲得的數(shù)據(jù)建立的反應(yīng)器模型進行驗證。另外，也可以通過其他方法來幫助放大一個催化工藝，比如同時測試多種不同 催化劑的特性，或者比較設(shè)置于相同的恒溫單元中的裝載有壓碎的催化劑的一個多 級串聯(lián)反應(yīng)器和裝載有不同形狀和尺寸的工業(yè)規(guī)格的催化劑的其他多級串聯(lián)反應(yīng) 器。此外，通過在多級串聯(lián)反應(yīng)器11的不同級反應(yīng)器中裝載有不同的催化劑來連續(xù)的測試，這樣，就可以設(shè)計出一個多層的變合催，ft劑床層廠且突每個催化劑層的 本質(zhì)特性都和局部動力學及質(zhì)量傳遞環(huán)境相匹配，以此使系統(tǒng)的整體反應(yīng)沿著縱向 變化，進而確定反應(yīng)器每個縱向部位的最佳工藝特性。通過設(shè)置多個多級串聯(lián)固定 床反應(yīng)器于各自的獨立控制的溫度控制裝置可平行確定不同的除熱能力。參看圖7所示，反應(yīng)器模組151包括有平行設(shè)置的實驗室規(guī)模的平推流反應(yīng)器151-1到151-n。在本實施例中，所述平推流反應(yīng)器151-1到151-n為固定床反應(yīng)器。 溫度控制裝置152設(shè)置于模組151周圍來控制反應(yīng)器151-1到151-n周圍的溫度。 在放熱反應(yīng)，如費托合成反應(yīng)中，溫度控制裝置內(nèi)有導熱媒介，如循環(huán)沸水，用于 導出反應(yīng)器151-1到151-n中的反應(yīng)熱或設(shè)置流態(tài)化沙浴加熱器來對相應(yīng)的反應(yīng)器 進行操作。反應(yīng)器151-1到151-n分別裝載有對應(yīng)的催化劑床層153-1到153-n。反應(yīng)器模 組155和157可與模組151相同，其分別包括平行設(shè)置的固定床反應(yīng)器155-1到 155-n及157-1到157-n。反應(yīng)器155-1到155-n及157-1到157-n分別裝載有對應(yīng) 的催化劑床層159-1到159-n及161-1到161-n。如圖7所示，模組151中的反應(yīng)器 的出口與模組155中對應(yīng)的反應(yīng)器的入口相連，模組155中反應(yīng)器的出口與模組 157中的對應(yīng)的反應(yīng)器的入口相連。這樣，依次串聯(lián)的反應(yīng)器151-1， 155-1及157-1 就形成了一個復合多級串聯(lián)固定床反應(yīng)器，同理，其他依次對應(yīng)的反應(yīng)器也形成了 復合多級串聯(lián)固定床反應(yīng)器。在本實施例中，模組151， 155及157可分別設(shè)置有 所需數(shù)目的平行反應(yīng)器，比如，每個模組可平行的設(shè)置有4個或8個或16個反應(yīng) 器。當然，也可根據(jù)需要設(shè)置不同數(shù)目的模組，如4個或6個，模組中的反應(yīng)器連 續(xù)的和對應(yīng)的前一個反應(yīng)器及后續(xù)反應(yīng)器相連。溫度控制裝置158和160分別設(shè)置于模組155和157周圍，該溫度控制裝置 158和160可與溫度控制裝置152相同，或者其與溫度控制裝置152就是一個共同 的溫度控制裝置。在模組151中的反應(yīng)器的出口和模組155中對應(yīng)的反應(yīng)器的入口 間、模組155中的反應(yīng)器的出口和模組157中對應(yīng)的反應(yīng)器的入口間及模組157中 的反應(yīng)器的出口處分別設(shè)置有相應(yīng)的采樣閥163-1到163-n、165-l到165-n及166-1 到166-n。新鮮反應(yīng)物源167通過控制閥169-1到169-n向模組151中相應(yīng)的反應(yīng) 器151-1到151-n的入口輸入定量的新鮮反應(yīng)物。 一個固定床反應(yīng)器171也可接收 來自新鮮反應(yīng)物源167的新鮮反應(yīng)物，且該反應(yīng)器171的出口分別與模組151中相 應(yīng)的反應(yīng)器151-1到151-n的入口相連，通過控制閥173-1到173-n用以定量的向該等反應(yīng)器輸入來自反應(yīng)器171的排出物。在一個工業(yè)規(guī)格的平推流反應(yīng)器中，沿著催化劑床層的厚度，新鮮反應(yīng)物、反 應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物的比例是不斷變化的。在反應(yīng)器的入口處，新鮮反應(yīng)物占100%， 反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物均是零。隨著新鮮反應(yīng)物在催化劑床層中的消耗，沿著催化劑床 層，新鮮反應(yīng)物的比例降低，反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物的比例變大。在圖7所示的裝置中 可進行多種測試，比如所有的反應(yīng)器均裝載相同的催化劑且物料的組分從一級反應(yīng) 器到另一級不斷變化，或者在可接收相同輸入的每一級反應(yīng)器中催化劑顆粒的尺寸 或架構(gòu)都不同。利用本發(fā)明的實施例，還可用來檢測沿著復合鈷基催化劑床層，在其不同的位 置上費托合成反應(yīng)物消耗的速率及生成反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的速率，尤其可利用GC/MS或四極質(zhì)譜儀(QMS)來檢測每一級反應(yīng)器中的一氧化碳、二氧化碳及碳 氫化合物的量。另外，也可以在選定的位置向反應(yīng)流體中加入一定量的痕量分子， 如烷基代烯烴(Alkyl Substituted Olefins)、乙醛或甲酮，從而來研究沿著所述復合 催化劑床層系統(tǒng)的性能，比如如加氫反應(yīng)步驟的動力學性能及系統(tǒng)在催化劑顆粒的 加氫位上對原料分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)敏感度等。另外，也可設(shè)置兩個或兩個以上的復合 多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器來平行的進行上述實驗，當然較好的該兩個或兩個以上的復 合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器設(shè)置于共同的溫度控制裝置中。這樣，利用上述的與經(jīng)度相關(guān)的數(shù)據(jù)，就能來研究系統(tǒng)的動力學特性及質(zhì)傳特 性。另外，對于催化劑物理性能的變化，如顆粒尺寸、形狀、孔洞直徑及扭曲等對 系統(tǒng)產(chǎn)生的影響可通過向復合多級串聯(lián)固定床反應(yīng)器中裝載具有相關(guān)物理性能的 催化劑顆粒組成的催化劑床層，并測量每一級反應(yīng)器的排出物中鈷基費托合成反應(yīng) 物、反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的量來確定。當利用上述檢測方法確定質(zhì)傳性能時，較好的 是復合反應(yīng)器的催化劑床層中裝載壓碎的或粉末狀催化劑顆粒。在本發(fā)明的實施例中，對于系統(tǒng)的分析還包括研究不同鐵的種類，如鈷的氧化 還原狀態(tài)、晶化狀態(tài)及其相應(yīng)的氧化物、碳化物和氮化物等對費托合成反應(yīng)的結(jié)構(gòu) 和功能的影響。當然，其還包括對鈷催化位(catalytic sites)的運作性能和綜合性 能(Service and Bulk Properties)及其對催化劑活性影響的研究。比如在催化劑顆粒 的催化位上金屬鈷可與不具有催化位的催化劑載體顆粒形成金屬間氧化物。另外， 催化劑顆粒上的單個的鈷催化位可凝聚成團形成較大的金屬鈷晶體，從而減小鈷催 化位的表面積，進而導致催化劑活性的降低。對于催化劑顆粒的特性可以借助X射線或穆斯堡爾譜(MossbauerSpectrosc、fyV來原哲研究或者從'反應(yīng)器，如檢測反 應(yīng)器移出后再行研究。當然，也可利用其他技術(shù)來研究，如程序升溫還原技術(shù)或程 序升溫氧化技術(shù)及表面波譜技術(shù)，如X射線吸收、表面增強拉曼光譜(Surface Enhanced Raman Spectroscopy)或激光電離(Laser Photoionization)。動力學迄今為止，對一個平推流反應(yīng)器的動力學測量僅僅是通過對催化劑床層的入口 及出口處進行測量來進行的，這種測量法其實就是對于催化劑床層厚度的平均化。 在分析反應(yīng)器的動力學特性時， 一般先對反應(yīng)的動力學級數(shù)進行假定，而且往往假 定在反應(yīng)器中沿著催化劑床層反應(yīng)級數(shù)保持不變，然而，在很多情況下，這種假定 是不正確的。借助于本發(fā)明圖l-7中所示的多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，就能夠測量在 反應(yīng)器中沿著催化劑床層的厚度方向，平推流催化系統(tǒng)的動力學沿縱向的變化情 況。以圖7所示的裝置為例，使用本實施例中的多級串聯(lián)反應(yīng)器及方法就能夠開發(fā) 在反應(yīng)器中沿著催化劑床層與縱向位置有關(guān)的固定床催化系統(tǒng)的積分、微分及本征 動力學的用于放大的數(shù)據(jù)。為了確定一個固定床反應(yīng)器系統(tǒng)的積分動力學，在模組 151， 155， 157及反應(yīng)器171中裝載有系統(tǒng)所需的催化劑床層。模組151中的平行 設(shè)置的反應(yīng)器151-1到151-n可接收不同比例的來自新鮮反應(yīng)物源167的新鮮反物 料和來自反應(yīng)器171的排出物。比如，通過控制閥169-1到169-n及173-1到173-n， 使反應(yīng)器151僅接收100%的新鮮反應(yīng)物，反應(yīng)器151-2到151-n可接收不斷減少 的新鮮反應(yīng)物及不斷增加的排出物。這樣，連續(xù)反應(yīng)器151-1到151-n就分別相當 于一個固定床反應(yīng)器的催化劑床層的連續(xù)的彼此間具有一定間距的片段(slice)。 其中，反應(yīng)器151-1相當于催化劑床層入口處的一段，反應(yīng)器151-2到151-n相當 于沿著催化劑床層其他的連續(xù)的且彼此間有一定間距的縱向段。這樣，模組155和 157就能夠用來對一個固定床反應(yīng)器中的位于模組151中的連續(xù)的催化劑床層之間 的催化劑段提供放大的數(shù)據(jù)。如當反應(yīng)器171具有90%的轉(zhuǎn)化率，那么在其出口處 其排出物包括10%的新鮮反應(yīng)物，其余的是反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物。當反應(yīng)器151-2接 收88%的新鮮反應(yīng)物和12%的反應(yīng)器171的排出物時，在反應(yīng)器151-2的入口處的 物料組分中有89.2%的新鮮反應(yīng)物，其余的是反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物。當反應(yīng)器151-1， 155-1禾B 157-1均具有3%的轉(zhuǎn)化率，那么它們的排出物分別包括97%， 94.1%和91.3%的新鮮反應(yīng)物，其余的是反應(yīng)產(chǎn)1^T及副'產(chǎn)物r這樣，模組"I51， 155和157中新鮮反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物的組分及比例就相當于一個固定床反應(yīng)器中的催 化劑床層的連續(xù)的縱向段中的組分和比例。為了確定與催化劑床層的縱向位置相關(guān)的催化系統(tǒng)的積分動力學，就有必要比 如在標準溫度和壓力(STP)下分析每標準公升的催化劑床層每個連續(xù)的縱向段入 口及出口處的物料流體和組分。舉例來說，在費托合成反應(yīng)中，就需要測量每一個 反應(yīng)器中在標準溫度及壓力(STP)下消耗了多少摩爾的氫氣和一氧化碳及生成了 多少產(chǎn)物及副產(chǎn)物。然后對轉(zhuǎn)化率或具有相同意義的其他量，如當反應(yīng)物通過傳化 劑床層時沿著催化劑床層對應(yīng)于連續(xù)的縱向位置剩余的新鮮反應(yīng)物的濃度，相對于 時間進行繪圖。這樣，沿著所得到的圖，其每一點的斜率就是系統(tǒng)當時的反應(yīng)速率。 進而，對反應(yīng)物速率和沿著催化劑床層的新鮮反應(yīng)物的濃度繪制雙對數(shù)曲線圖。若 曲線圖是一條直線，那么沿著催化劑床層系統(tǒng)的積分動力學級數(shù)(Integral Kinetics) 是個恒量，當其是水平直線時，系統(tǒng)是一級反應(yīng)，當直線的斜率是正數(shù)時，系統(tǒng)為 大于l的正級反應(yīng)，當為負數(shù)時，系統(tǒng)為負級反應(yīng)。當雙對數(shù)曲線圖不是一條直線時，說明系統(tǒng)的積分動力學沿著催化劑床層的厚 度不斷變化，此時就需要利用回歸分析法(RegressionAnalysis)使曲線圖和與反應(yīng) 速率及新鮮反應(yīng)物濃度相關(guān)的公式彼此相吻合。然后對公式進行微分，利用制圖或 數(shù)學方法給出速率模型與沿著催化劑床層的縱向位置的相互關(guān)系。制圖方法可參看 JohnM. Chambers, Chapman禾B Hall的《數(shù)據(jù)分析制圖方法》(Graphical Methods for Data Analysis), 1983年5月，ISBN: 0412052717。為了確定溫度和壓力對系統(tǒng)積分動力學的影響，上述測試可在不同的溫度和壓 力下進行。此外，也可使用不同尺寸的催化劑，如工業(yè)尺寸和形狀的催化劑及稀釋 的壓碎的或粉末狀催化劑。使用圖l-7所示的裝置系統(tǒng)，可以在不考慮質(zhì)傳和熱傳影響的條件下對復合多 級串聯(lián)固定床催化系統(tǒng)的本征和微分動力學進行測試，以加快系統(tǒng)的工業(yè)化進程。 以圖7所示的裝置為例，反應(yīng)器中裝載的催化劑床層使用經(jīng)過稀釋的微小的壓碎的 或粉末狀催化劑顆粒來避免熱傳及質(zhì)傳的影響。另外，反應(yīng)器中催化劑床層的厚度 常在5-10厘米，反應(yīng)器的直徑較小為宜，通常在5-12毫米，同樣以避免熱傳影響。 當然，可以通過在反應(yīng)器中設(shè)置導熱套管來減小反應(yīng)器的內(nèi)徑。對于系統(tǒng)積分動力 學的測量可依次采用上述方法。當需要確定系統(tǒng)的微分動力學時，每一級反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率都需要很小，如小于20%,在費托合戒中|^子6，是只有'2巧％的轉(zhuǎn)化率。同樣，測試可在不同的溫度和壓力下進行以確定溫度和壓力對系統(tǒng)本征及微分動力 學的影響。與圖7為例的上述動力學測量方法也可使用于如圖1或圖5所示的其他反應(yīng)器系統(tǒng)，只要該反應(yīng)器系統(tǒng)具有足夠多級的能夠提供復合催化劑床層所需的縱向信息串聯(lián)反應(yīng)器就行。在圖7所示的反應(yīng)器裝置中，反應(yīng)器171可以向模組151中所有 的反應(yīng)器輸入其排出物，這樣，模組151中的每個反應(yīng)器就可接收到同樣精確的反 應(yīng)產(chǎn)物、副產(chǎn)物及痕量組分(Trace Element),從而可以更精確的模擬真實的反應(yīng) 器條件并減小由于物料組分的變動而產(chǎn)生的誤差。另外，在圖7，對于所有模組中 的反應(yīng)器的輸入和輸出可同時進行采樣，便于對特定時刻反應(yīng)器的性能進行分析； 當然，在反應(yīng)器運行過程中也可定期的重復采樣，以測定反應(yīng)系統(tǒng)的性能與反應(yīng)時 間的關(guān)系，進而了解那些性能發(fā)生了變化及整個催化劑床層的縱向區(qū)域發(fā)生了哪些 情況。這些數(shù)據(jù)對于研究催化劑的穩(wěn)定性及其他特性非常有用。質(zhì)量傳遞通常，典型的研究一個平推流反應(yīng)器催化工藝中的質(zhì)傳性能的方法是通過 在給定的一組操作條件下來比較裝載有壓碎的細小的催化劑的反應(yīng)器和裝載有 工業(yè)規(guī)格的催化劑的反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率相對于停留時間的特點來完成的。所述 壓碎的催化劑的顆粒常選用很小的顆粒尺寸，較好的是選用可以獲得的最小尺 寸的催化劑顆粒，當然，前提是它仍然保持其催化性能。催化劑顆粒的最小尺 寸取決于所使用的催化劑的性能，而且該最小尺寸可通過一個簡單的實驗來確 定。另外， 一個更簡單來確定質(zhì)傳性能的方法就是假定壓碎的細小的催化劑不 存在任何質(zhì)傳阻滯，那么通過比較壓碎的催化劑和工業(yè)規(guī)格的催化劑中的轉(zhuǎn)化 率相對于停留時間的特點的差異，就能夠得到質(zhì)傳阻滯的信息。對于一個給定 原料的反應(yīng)，通過對所述兩個反應(yīng)器的排出物進行采樣分析就能夠得到轉(zhuǎn)化率 的數(shù)值。另外，提供給所述兩個反應(yīng)器的輸入的流速也是可以調(diào)整的，比如可 提高輸入到裝載有壓碎的催化劑的反應(yīng)器中的輸入的流速或者降低輸入到裝載 有工業(yè)規(guī)格催化劑的反應(yīng)器中的輸入的流速。這樣，可以通過使兩個反應(yīng)器具 有相同的轉(zhuǎn)化率，那么停留時間的不同就能夠反應(yīng)工業(yè)規(guī)格催化劑中的質(zhì)傳阻 滯了。此外，Hougen和Watson在由Wil^—于'1966'年"月出版?zhèn)儭痘瘜W工藝原理》 (Chemical Process Principles)的第三部分"動力學和催化劑"(Kinetics and Catalysts),第998-1000頁中揭示了一種更加嚴格且在技術(shù)上很精確的用于確定 工業(yè)規(guī)格催化劑的質(zhì)傳性能的方法。所述方法并不假定壓碎的細小的催化劑的 質(zhì)傳阻滯為零，其先通過壓碎催化劑和工業(yè)規(guī)格催化劑中的宏觀反應(yīng)速率的比 值及催化劑顆粒的尺寸的比值來確定該工業(yè)規(guī)格催化劑的Thiele模數(shù)，進而通過 其效率因子與Thide模數(shù)的關(guān)系圖來確定出工業(yè)規(guī)格催化劑的幾率因子。然而，所述方法都沒有提供任何關(guān)于沿著催化劑床層質(zhì)傳性能縱向變化的信 息，而且其通常都是假定在催化劑床層中各處質(zhì)傳性能都是相同的。可是這種假定 在很多催化系統(tǒng)中都是不正確的。這樣，由于不能確定一個固定床反應(yīng)器中催化劑 床層的質(zhì)傳性能的縱向變化，就不能沿著催化劑床層對其進行優(yōu)化。在本發(fā)明的實施例中，通過把一個固定床反應(yīng)器中的催化劑床層沿縱向分成至 少三個串聯(lián)的催化劑床層段，進而對每個催化劑床層段的排出物進行采樣分析來確 定每個縱向段的轉(zhuǎn)化率。繼續(xù)參看圖2所示，多級反應(yīng)器11和35均可包括三個或 更多個單級反應(yīng)器，在每級反應(yīng)器的出口處均設(shè)置有采用閥，用以測量每級反應(yīng)器 排出物的成分。多級反應(yīng)器11和35設(shè)置在一個共同的溫度控制裝置33中以維持 相同的溫度環(huán)境，同時，其可以接收來自反應(yīng)物源31的相同的反應(yīng)物輸入。在進 行基本的質(zhì)傳研究時，給料源55， 57和59暫時可以不用。多級反應(yīng)器ll中的反 應(yīng)器13， 15和17中的催化劑床層19， 21和23中是經(jīng)過篩選的壓碎的細小的催化 劑顆?；蚍勰畹拇呋瘎╊w粒，且其中混有足夠多的惰性稀釋顆粒用來確保多級反 應(yīng)器11在等溫條件下進行操作。較典型的是在放熱反應(yīng)如費托合成中，稀釋顆粒 與壓碎的催化劑顆粒的比例達到10: 1。在多級反應(yīng)器35中的反應(yīng)器37， 39和41中的催化劑床層43， 45和47中是 工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，其同樣經(jīng)過惰性稀釋顆粒進行稀釋以確保反應(yīng)器35也能 在等溫條件下進行操作，只不過稀釋比例較小。典型的在放熱反應(yīng)，如費托合成中 惰性稀釋顆粒與催化劑顆粒的比例大約為1: 1到10: 1，其可以通過簡單的實驗 確定。為了研究工業(yè)規(guī)格催化劑的與經(jīng)度相關(guān)的質(zhì)傳性能，設(shè)定所述多級反應(yīng)器 11和35接收來自反應(yīng)物源31的相同的反應(yīng)物輸入，且壓力和原料流速均保持一 致。在給定的一組反應(yīng)條件下，多級反應(yīng)器11和35的每級反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率和停 留時間的關(guān)系就可以通過流速及在每級反應(yīng)器入口和出口處反應(yīng)物原料的不同的量來確定。在一個簡化的測定質(zhì)傳方法中，通過多級反應(yīng)器35的每級反應(yīng)器中工業(yè)規(guī)格 催化劑的宏觀反應(yīng)速率及多級反應(yīng)器11的相應(yīng)反應(yīng)器中同種類的壓碎的催化劑的宏觀反應(yīng)速率的比值來確定所述多級反應(yīng)器35中的每級反應(yīng)器中的工業(yè)規(guī)格催化 劑的效率因子。對于多級反應(yīng)器11和35來說，對其每級反應(yīng)器的出口處不斷累積 的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率及不斷生成的反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物與停留時間作圖，并且使圖示與 獲得的數(shù)據(jù)相吻合，這樣，通過所得在任意停留時間對應(yīng)的產(chǎn)物或轉(zhuǎn)化率的圖示的 斜率就可得到對應(yīng)的多級反應(yīng)器11或35的宏觀反應(yīng)速率Ko (單位停留時間的轉(zhuǎn) 化率)。具體的制圖方法可參看John M. Chambers, Chapman和Hall的《數(shù)據(jù)分析 制圖方法》(Graphical Methods for Data Analysis ) ， 1983年5月，ISBN: 0412052717; 也可參看Van Dijk等人的《使用瞬態(tài)同位素示蹤研究費托合成的機理》(A Mechanistic Study of Fischer-Tropsch synthesis using transient isotopic tracing)中的第 一部分"模型鑒別"(Model identification and discrimination)中的第3節(jié)，第5節(jié) 和第5.2節(jié)及圖13。當質(zhì)傳不受限制時，宏觀反應(yīng)速率Ko就不受催化劑顆粒直徑 的約束。通過分別對多級反應(yīng)器11和35中的反應(yīng)器的宏觀反應(yīng)速率Ko與相應(yīng)的 轉(zhuǎn)化率作圖并進行比較，就能夠確定出多級反應(yīng)器35的復合催化劑床層中的通過 催化劑孔洞時質(zhì)傳受限的縱向區(qū)域。在一個反應(yīng)器中一種催化劑的效率因子等于該 催化劑的宏觀反應(yīng)速率Ko與其本征反應(yīng)速率Ki的比值。在簡化的方法中，常認 為壓碎的催化劑是沒有任何質(zhì)傳阻滯的，所以它的宏觀反應(yīng)速率Ko就被認為是該 催化劑的本征反應(yīng)速率Ki。這樣，在多級反應(yīng)器35中的復合催化劑床層的任意位 置上，所述工業(yè)規(guī)格催化劑的效率因子就等于在該位置上該工業(yè)規(guī)格催化劑的宏觀 反應(yīng)速率Ko與相應(yīng)位置上的壓碎的催化劑的宏觀反應(yīng)速率Ko的比值。當使用Hougen和Watson的方法時，就認為壓碎的催化劑的宏觀反應(yīng)速率Ko 與其本征反應(yīng)速率Ki是不相同的。利用圖8所示的圖示，根據(jù)該方法可以確定出 工業(yè)規(guī)格催化劑床層中任意位置的Thiele模數(shù)，該Thide模數(shù)是通過在該位置的工 業(yè)規(guī)格催化劑和相應(yīng)位置的壓碎的催化劑的宏觀反應(yīng)速率的比值及其顆粒直徑的 比例來確定。比如，在圖8中，當所述壓碎的催化劑與所述工業(yè)規(guī)格催化劑的顆粒 直徑比值為0.2且工業(yè)規(guī)格催化劑與壓碎的催化劑的宏觀反應(yīng)速率Ko的比值為 0.34時，那么在該位置催化劑的Thiele模數(shù)大約為9。此時，再參看圖9所示，那 么沿著反應(yīng)器35中的工業(yè)規(guī)格的催化劑床層，在該位置的效率因子大約就為0.27。在多級反應(yīng)器11和35的運行過程中，可對工、業(yè)規(guī)格催'化劑床層，與經(jīng)度相關(guān)的效 率因子進行重復測定，這樣就可以確定反應(yīng)時間對平推流催化系統(tǒng)的質(zhì)傳性能的影 響。當然，也可在不同的溫度和壓力條件下進行測定，從而確定這些參數(shù)的改變對 反應(yīng)器35中的復合催化劑床層中質(zhì)傳的影響。由于效率因子是催化劑宏觀反應(yīng)速率Ko與其本征反應(yīng)速率Ki的比值，那么沿著催化劑床層在一個給定的縱向位置，由催化劑在該位置的效率因子和其宏觀反應(yīng)速率Ko就能推算出其本征反應(yīng)速率Ki。不管對于壓碎的催化劑還是工業(yè)規(guī)格的 催化劑，其本征反應(yīng)速率Ki都是相同的，所以沿著工業(yè)規(guī)格催化劑的床層，其任 意位置的效率因子就可以通過工業(yè)規(guī)格的催化劑在該位置的宏觀反應(yīng)速率Ko和本 征反應(yīng)速率Ki來確定。對于費托合成反應(yīng)來說，在平推流反應(yīng)器催化劑床層中不同的縱向位置可能存 在不同的反應(yīng)路徑，比如一氧化碳和氫氣合成碳氫化合物或在水煤氣變換反應(yīng)器中 二氧化碳的產(chǎn)生。為了探究系統(tǒng)中與經(jīng)度相關(guān)的動力學區(qū)間和質(zhì)傳區(qū)間及區(qū)分系統(tǒng) 中質(zhì)傳效應(yīng)和動力學效應(yīng)的發(fā)生，那么對生成存在于系統(tǒng)中且沿著復合催化劑床層 厚度變化的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的不同動力學路徑的行為進行表征就很重要。當所述區(qū)間 明了后，就能來研究在一組給定的且對特定的催化劑而言具有最優(yōu)權(quán)衡的操作條件 下的系統(tǒng)中由反應(yīng)物生成產(chǎn)物的質(zhì)傳性能。如圖IO所示，本實施例提供了優(yōu)化一個固定床反應(yīng)器中催化劑床層的縱向特 性的范例。在圖10中，其揭示了在具有共同的反應(yīng)物原料及一組給定的溫度和壓 力條件下在裝載有壓碎的和同種類工業(yè)規(guī)格的費托合成催化劑在固定床反應(yīng)器中 效率因子和轉(zhuǎn)化率的典型關(guān)系圖。如圖10所示，在轉(zhuǎn)化率達到大約50-60%的那部 分的催化劑床層中，其質(zhì)量傳遞阻滯是明顯存在的；在轉(zhuǎn)化率為大于70%的催化劑 床層中，其質(zhì)量傳遞阻滯就不存在了?？梢姡晒I(yè)規(guī)格催化劑顆粒形成的催化劑 床層在較小的效率因子時具有較大的質(zhì)傳阻滯，且該較大的質(zhì)傳阻滯可以反映沿壓 碎的催化劑床層和工業(yè)規(guī)格的催化劑床層的厚度反應(yīng)路徑上的差異。同時，較大的 質(zhì)傳阻滯表明在轉(zhuǎn)化率較低的那部分催化劑床層，如接觸完全新鮮原料的催化劑床 層的入口處有物質(zhì)，如蠟在催化劑孔洞中累積。但是這種情況在轉(zhuǎn)化率己經(jīng)較高的 催化劑床層的較低部位就不存在了 。在費托合成反應(yīng)器中，效率因子低時往往會導致產(chǎn)生大量不需要的甲烷。特別 的是對于裝載有工業(yè)規(guī)格催化劑床層的費托合成反應(yīng)器來說，催化劑床層的上部會產(chǎn)生實質(zhì)數(shù)量的甲垸。在不受特別的反應(yīng)機理l伊釋限制下，通常認為甲垸的產(chǎn)生是 由于在反應(yīng)器中的催化劑床層的入口部分，氫氣和一氧化碳的濃度很高導致反應(yīng)開 始時在催化劑入口部分的催化劑顆粒中生成了大量的蠟(wax)累積在該部分的催 化劑顆粒的孔洞中，進而導致了反應(yīng)物氣體在催化劑孔洞中的擴散率很低，從而催 化劑的活性位接觸不到足夠的反應(yīng)物氣體便轉(zhuǎn)而生成大量的甲垸。對催化劑床層入 口部分的后續(xù)部分來說，接觸到的原料是包括了反應(yīng)物氣體、反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的 混合物，這樣，反應(yīng)物氣體的分壓就降低了，從而在該后續(xù)部分反應(yīng)開始時由活性 位產(chǎn)生的蠟就很少。為了優(yōu)化固定床反應(yīng)器中的催化劑床層結(jié)構(gòu)以避免在催化劑床 層的入口處生成大量不需要的甲垸，就比如可以在催化劑床層的入口處使用活性較 低的催化劑，這樣就可以產(chǎn)生較少的蠟而不至于累積在催化劑顆粒的孔洞中。除了使用具有不同尺寸的壓碎的和工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒來研究固定床反應(yīng) 器中催化劑床層的質(zhì)傳性能外，也可使用相同尺寸的含有不同量催化劑的顆粒來研 究。所述顆粒由壓碎的細小的或粉末狀催化劑及惰性稀釋物，如氧化鋁或硅石組成。 粉末狀或細小的催化劑與細小的壓碎惰性稀釋物均勻混合并進行燒結(jié)以形成一定 尺寸的顆粒。此時，就可選擇具有較低含量催化劑的顆粒使其相當于上述方法中所 述的壓碎的催化劑，選擇具有較高含量催化劑的微粒使其相當于工業(yè)規(guī)格的催化 劑，這種含量的選擇依賴于催化劑的活性及反應(yīng)的本質(zhì)。對反應(yīng)器進行工業(yè)規(guī)模放大過程中，較好的做法是在一個絕熱反應(yīng)器中驗證在 等溫條件下獲得的質(zhì)傳性能。在絕熱反應(yīng)器中，工業(yè)規(guī)格催化劑中混有的惰性稀釋 物的量就需要較少，而且要控制導熱管的直徑以使該絕熱反應(yīng)器的熱量性能能夠反 映預(yù)期的工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器的熱量性能。在研究費托合成固定床反應(yīng)器的質(zhì)傳效應(yīng)時，除了對反應(yīng)速率相對于轉(zhuǎn)化率或 停留時間進行作圖外，也可對甲烷的選擇性與轉(zhuǎn)化率進行作圖。當質(zhì)傳阻滯存在時， 甲垸的選擇性就很高。如圖11所示為在裝載有高活性催化劑的穩(wěn)態(tài)的費托合成固 定床反應(yīng)器中甲烷的選擇性和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率之間的典型關(guān)系圖。在該費托合成 固定床反應(yīng)器中，質(zhì)傳阻滯對選擇性的影響被最大化。在圖11中，三角形代表著 工業(yè)規(guī)格催化劑，方形代表著壓碎的催化劑。在靠近催化劑床層入口處，如一氧化碳的轉(zhuǎn)化率在0-35%的那部分催化劑床層，工業(yè)規(guī)格催化劑中的甲垸選擇性要比壓碎催化劑對甲烷的選擇性大的多。這樣，對于反應(yīng)器中工業(yè)規(guī)格催化劑和壓碎的催 化劑對甲垸的選擇性差別較大的那部分而言，質(zhì)傳就是個影響。在一氧化碳的轉(zhuǎn)化率在35-80%的催化劑床層中，其對平烷的選擇性都很'小，在這個區(qū)域，質(zhì)傳影響 的作用就很小。在一氧化碳的轉(zhuǎn)化率大于80%的催化劑床層中，對于工業(yè)規(guī)格催化 劑和壓碎的催化劑而言，甲垸的選擇性都增加的非常快，而且反應(yīng)速率也降低下來， 此時，意味著有其他因素，而非質(zhì)傳限制著催化劑的活性且增加了甲烷的選擇性。
熱量傳遞
在固定床反應(yīng)器中，對其熱傳性能的了解對增加反應(yīng)器的生產(chǎn)率來說至關(guān) 重要。在放熱反應(yīng)，如費托合成反應(yīng)中，高溫時的反應(yīng)速率很高，然而，溫度 太高時就有失控的危險。固定床反應(yīng)器中的催化劑床層的溫度可沿催化劑床層 的縱向和橫向不斷變化，對其內(nèi)發(fā)生的放熱反應(yīng)來說，必須通過熱介質(zhì)，如循 環(huán)沸水或流態(tài)化沙浴把過多的反應(yīng)熱移除。
圖2所示的裝置可以用來研究固定床反應(yīng)器系統(tǒng)的熱傳性能，其中，多級反應(yīng) 器11中的反應(yīng)器13， 15和17中裝載有經(jīng)過惰性顆粒稀釋的壓碎的催化劑顆粒， 多級反應(yīng)器35中的反應(yīng)器37， 39和41中裝載有經(jīng)過惰性顆粒稀釋完整尺寸的催 化劑顆粒。通過調(diào)整惰性稀釋顆粒與催化劑顆粒的比例從而使反應(yīng)器11和35可在 等溫條件下操作。采樣閥25， 27， 29， 49， 51和53分別對相應(yīng)的反應(yīng)器的排出物 進行采樣。此外，沿著所述多級反應(yīng)器11和35中的每個單級反應(yīng)器的催化劑床層 的縱向，在其中間部位及外圍設(shè)置有熱電偶來測量催化劑床層的溫度。另外，在反 應(yīng)器中可設(shè)置較厚的導熱套管(Conductive Sleeves)來相應(yīng)的減小催化劑床層的直 徑，進而減小催化劑床層中間部位產(chǎn)生的反應(yīng)熱到達由反應(yīng)器壁及包圍著反應(yīng)器壁 的溫度控制裝置所形成的散熱器(Heat Sink)的路徑，這樣就能夠研究橫向熱傳效 應(yīng)(Lateral Heat Transfer Effects),當然，與之相較，也可使用連續(xù)的較薄的導熱套 管來增加催化劑床層的直徑，直到反應(yīng)熱不能從催化劑床層的中間部分通過反應(yīng)器 壁很好的移除。
在本實施例中，較好的是在不同的反應(yīng)器流速、壓力和產(chǎn)率及反應(yīng)開始和反應(yīng) 過程中對溫度和產(chǎn)物進行重復測試。另外，利用本發(fā)明的方法，也可以來研究催化 劑床層中不同尺寸和形狀的催化劑顆粒對熱量傳遞性能及其他工藝參數(shù)，如對轉(zhuǎn)化 率、選擇性和動力學的影響。這樣，通過所獲得測量數(shù)據(jù)，就能夠探究熱傳特性在 整個多變量空間中是如何影響反應(yīng)器的性能的，所述多變量空間正是工業(yè)規(guī)模的反 應(yīng)器所具有的特點。如圖12所示，使用本實施例的—裝置同-樣可圾來硏*究」個平推流反應(yīng)器中與經(jīng)
度相關(guān)的質(zhì)傳、熱傳及動力學特性。在本實施例中，包括一個實驗室規(guī)模的平推流 反應(yīng)器201，其裝載有由工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒組成的催化劑床層203。 一個新鮮
反應(yīng)物源205可輸入新鮮物料到反應(yīng)器201中。同時，通過控制控制閥209-1到 209-n，反應(yīng)器201的排出物可定量的被輸入到相應(yīng)的實驗室規(guī)模的固定床反應(yīng)器 207-1到207-n中。反應(yīng)器207-1到207-n中分別裝載有對應(yīng)的較淺的具有較低轉(zhuǎn)化 率的催化劑床層211-1到211-n，其通過足夠多的惰性顆粒進行稀釋以使該等催化 劑床層在等溫條件下進行操作。另外，通過控制控制閥213-1到213-n，反應(yīng)物源 205也可提供定量的新鮮物料到對應(yīng)的反應(yīng)器207-1到207-n。反應(yīng)器207-1至l」207-n 的排出物可通過相應(yīng)的采樣閥215-1到215-n對其進行采樣。
當反應(yīng)器201在既定的轉(zhuǎn)化率如80%條件下操作時，可通過控制控制閥209-1 到209-n及213-1至U 213-n來調(diào)整輸入到反應(yīng)器207-1到207-n中的反應(yīng)器201的排 出物和來自新鮮反應(yīng)物源205的新鮮反應(yīng)物之間的比例，進而可調(diào)整反應(yīng)器207-1 到207-n的轉(zhuǎn)化率，使其處于0到80%之間。以反應(yīng)器207-1為例，控制控制閥209-1 和213-1僅使反應(yīng)器201的排出物進入反應(yīng)器207-1中，控制催化劑床層211-1的 厚度使于反應(yīng)器201進入反應(yīng)器207-1中的反應(yīng)器201的排出物再轉(zhuǎn)化5%左右。 這樣，催化劑床層211-1就相當于轉(zhuǎn)化率在80-85%間的一個平推流反應(yīng)器催化劑 層的一個截面段(Cross-sectional Slice)。類似的，控制閥209-2和213-2使進入反 應(yīng)器207-2的物料已具有40%的轉(zhuǎn)化率，且控制催化劑層211-2的厚度使該物料再 轉(zhuǎn)化5%左右，這樣，催化劑層211-2就可以用來模擬轉(zhuǎn)化率在40-45%間的一個催 化劑層的一個截面段。進而，催化劑層211-1到211-n便可用來模擬一個平推流反 應(yīng)器沿催化劑層任意縱向位置截面段的性能。
催化劑層211-1到211-n可以具有不同的組分，比如，催化劑層211-1和211-2 分別裝載有壓碎的催化劑顆粒和工業(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，兩個催化劑層中均裝載有 惰性的稀釋顆粒用以確保催化劑層在等溫條件操作。這樣就可以來測量催化劑層任 意縱向位置截面段的質(zhì)傳、熱傳及動力學特性。當然，對于不同的應(yīng)用，催化劑層 211-1到211-n可裝載有具有不同化學或物理成分的催化劑顆粒。為了避免反應(yīng)器 201的排出物進入反應(yīng)器207-1到207-n過程中熱量損失或其溫度升高，往往于連 接反應(yīng)器201和207-l至lj 207-n的管道及控制閥上覆蓋有絕緣材料以避免上述情況。 此外，可以對反應(yīng)器201和反應(yīng)器207-1到207-n設(shè)置共同的溫度控制裝置217來控制其溫度，或者對于不同的需求;'_反應(yīng)縶2'01*湘反^^207-1到207-n也可分別 設(shè)置獨立的溫度控制裝置。另外，反應(yīng)物源205的新鮮反應(yīng)物在供給反應(yīng)器207-1 到207-n之前常需要進行加熱。加熱方式可采用業(yè)界已知的直接加熱方式對反應(yīng)物 進行加熱，如沙浴加熱線圈(Heating Coil in a Fluidized Sand Bath)或紅外加熱爐 等，以使反應(yīng)器入口處的催化劑層達到合適的溫度條件。根據(jù)不同的發(fā)明目的，如放大或其他目的等，如圖2， 4， 7及12所示的本發(fā) 明反應(yīng)裝置可用來檢測平推流反應(yīng)器在不同目的下的操作參數(shù)，比如，在不同的反 應(yīng)溫度、壓力、催化劑形狀和尺寸的條件下，檢測與經(jīng)度相關(guān)聯(lián)的活性和質(zhì)傳特性 與反應(yīng)時間的關(guān)系。當然也可檢測其他與經(jīng)度相關(guān)聯(lián)的工藝參數(shù)，這些工藝參數(shù)包 括不同的空速、反應(yīng)物和副反應(yīng)物、不同的操作溫度和壓力、反應(yīng)時間、不同的催 化劑尺寸和形狀及轉(zhuǎn)化率、收率、動力學和選擇率；另外還有催化劑物理及化學特 性改變的參數(shù)，如活性位晶化尺寸、氧化及活性位表面覆蓋層的成長等。利用本發(fā)明反應(yīng)裝置，可以加快從催化工藝的最初發(fā)現(xiàn)到其商業(yè)應(yīng)用的進程。 舉例來說，在本發(fā)明的一個實施例中，四個多級反應(yīng)器平行設(shè)置。其中，第一個多 級反應(yīng)器中的反應(yīng)器均裝載有壓碎的催化劑，這樣，該多級反應(yīng)器就可用來提供本 征反應(yīng)速率和選擇性數(shù)據(jù)。第二個多級反應(yīng)器中的反應(yīng)器均裝載有工業(yè)規(guī)格的催化 劑。在均達到給定的轉(zhuǎn)化率時，基于對裝載有壓碎催化劑的反應(yīng)器與工業(yè)規(guī)格催化 劑的反應(yīng)器中反應(yīng)物相對的停留時間的直接比較，于第二個反應(yīng)器獲得的數(shù)據(jù)就可 來確定質(zhì)傳阻滯的程度。通過針對一系列停留時間所對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)的獲得，就 能夠確定效率因子(Effectiveness Factor),進而確定有效擴散率相對于轉(zhuǎn)化率或停 留時間的關(guān)系。同時，該數(shù)據(jù)也可來提供質(zhì)傳對選擇性的影響信息。第三個多級反 應(yīng)器，也可為單級反應(yīng)器，其作為檢測反應(yīng)器。該檢測反應(yīng)器是裝載有較淺的催化 劑床層的反應(yīng)器或是全混流反應(yīng)器，且來自前述兩個多級反應(yīng)器中的任一反應(yīng)器的 流體可直接輸入相關(guān)的檢測反應(yīng)器中。此外，也可向檢測反應(yīng)器中輸入另外的氣體 或液體以確定催化劑的吸附速率或催化劑表面性能的變化。這些信息對建立一個固 定床反應(yīng)器的模型具有很大的價值。最后，第四多級反應(yīng)器，其為絕熱反應(yīng)器，用 來測試由前述反應(yīng)器發(fā)展而來的反應(yīng)器模型的性能。這種平行的操作串聯(lián)反應(yīng)器的 模式可以快速獲得放大所需的數(shù)據(jù)。實際上，目前即使在一個溫度下，獲取包括催 化劑失活(Deactivation)及其再生數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有用于放大的數(shù)據(jù)，常需要1-2年 的時間，然而，利用本發(fā)明所述的裝置一下子就可以節(jié)省好幾年的研發(fā)時間。本發(fā)明的另一個好處是可以同時操作多組及應(yīng)掛，，'而a—n]"在不祠的溫度、壓力和物料組分下操作。另外，本發(fā)明所述的裝置對于工業(yè)化設(shè)計來說可產(chǎn)生最優(yōu)的經(jīng)濟性，比 起快速放大一個新型催化劑到其工業(yè)化的進程中節(jié)省的成本來說，同時操作多組平 行設(shè)置的串聯(lián)反應(yīng)器的花費還是很小的，比如開發(fā)出一種新型的催化劑可以使生產(chǎn)每桶油節(jié)省1美元，那么一個日產(chǎn)量10萬桶的工廠一年就可節(jié)省超過3000萬美元。很明顯，這些節(jié)省可以很容易的遠遠抵消掉操作平行設(shè)置的多組串聯(lián)反應(yīng)器的成 本。在絕熱反應(yīng)器中，反應(yīng)器內(nèi)的溫度不斷變化，控制不好時就可能產(chǎn)生熱點而發(fā) 生飛溫現(xiàn)象。同時，由于絕熱反應(yīng)器中的反應(yīng)參數(shù)處于不斷的變化中，這樣，如直 接測量該反應(yīng)器，就不能得到絕熱反應(yīng)器中具體、準確的信息。把一個完整的絕熱 反應(yīng)器分成多級串聯(lián)的反應(yīng)器有助于研究催化劑床層中不同位置的信息。然而，控 制相鄰兩級反應(yīng)器之間的反應(yīng)參數(shù)的連續(xù)性就會面臨困難。因此，直接通過檢測絕熱反應(yīng)器的特性就可能很難得到絕熱反應(yīng)器的動力學、 質(zhì)傳及熱傳等特性。如圖13所示，在本發(fā)明一個實施例中，其利用實驗室規(guī)模'的等溫反應(yīng)器來模擬裝載有相同催化劑床層的一個絕熱反應(yīng)器中的特性，這樣就可以較低的成本快速 開發(fā)一種工業(yè)絕熱反應(yīng)器的催化工藝。在本實施例中，所述實驗室規(guī)模的等溫反應(yīng)器為一個復合多級平推流反應(yīng)器607，其由三個彼此平行且串聯(lián)的反應(yīng)器61， 63 和65組成，其內(nèi)分別裝載有催化劑床層段62, 64和66?？啥x反應(yīng)器61， 63和 65分別為第一級、第二級和第三級反應(yīng)器。原料源60通過新鮮反應(yīng)物管道70與 第一級反應(yīng)器61的入口相連；在反應(yīng)器61的出口與反應(yīng)器63的入口間，反應(yīng)器 63的出口及反應(yīng)器65的入口間及反應(yīng)器65的出口處可分別設(shè)置有采樣裝置67， 68和69，并且反應(yīng)器65的出口可通過采樣閥69與一個分離器(未圖示)相連。 采樣裝置67， 68和69還分別開設(shè)有一個開口 601， 602和603，用以輸送相應(yīng)反 應(yīng)器的排出物到與該開口相連的裝置中去。另外，也可在新鮮反應(yīng)物管道70上設(shè) 置有采樣裝置(未圖示)來對新鮮物料進行采樣分析。在反應(yīng)器61， 63和65上分 別設(shè)置有溫度控制裝置，其包括第一、第二及第三溫度控制裝置604, 605和606用 以分別控制相應(yīng)反應(yīng)器61， 63和65的溫度。在本實施例中，所述反應(yīng)器61,63和 65均可在等溫條件下進行操作。另外，在原料源60與第一級反應(yīng)器61間可設(shè)置 有預(yù)熱裝置(未圖示)，用以把原料加熱到合適的溫度，當然也可在第一級反應(yīng)器61內(nèi)設(shè)置有預(yù)熱裝置。由于在絕熱反應(yīng)器中沿著反應(yīng)器的長度溫度是不斷變化的，所以當用多級等溫 反應(yīng)器來模擬一個絕熱反應(yīng)器的催化特性時，就需要首先確定每一級等溫反應(yīng)器上 的溫度控制裝置的溫度。通常，可通過在實踐中操作絕熱反應(yīng)器獲得的在給定的反 應(yīng)條件和催化工藝下的數(shù)據(jù)先確定第一級反應(yīng)器上的溫度控制裝置的溫度及第一 級反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)所引起的溫度變化情況，如升溫/降溫的情況；進而通過第一 級反應(yīng)器上的溫度控制裝置的溫度及在反應(yīng)過程中第一級反應(yīng)器內(nèi)的溫度變化來 確定第二級反應(yīng)器的控制溫度；然后通過對第二級反應(yīng)器的計算來確定第三級反應(yīng)器的控制溫度等等。這樣，當每個溫度控制裝置的溫度確定后，所述等溫反應(yīng)器就 可以來模擬絕熱反應(yīng)器的特性。在本實施例中，第一溫度控制裝置604控制第一級反應(yīng)器61的溫度為T1;第 二溫度控制裝置605控制第二級反應(yīng)器63的溫度為T2;第三溫度控制裝置606控 制第三級反應(yīng)器65的溫度為T3。其中，Tl、 T2和T3不同。當然，根據(jù)不同的應(yīng) 用和操作條件來確定相應(yīng)的不同的溫度Tl、 T2和T3或使用一個共同的溫度控制 裝置來分別控制每級反應(yīng)器61， 63和65的溫度。這樣，在本實施例中，就可以通過均為等溫反應(yīng)器的第一級、第二級和第三級 反應(yīng)器61, 63和65來分別模擬一個絕熱反應(yīng)器內(nèi)的催化劑床層中的不同的連續(xù)的 催化劑床層段的特性，從而可得到由催化劑床層段62, 64和66組成的裝載于一個 絕熱反應(yīng)器中的復合催化劑床層的催化工藝特性。由于等溫反應(yīng)的易操作性，在本 實施例中，通過等溫反應(yīng)器就可以通過較為簡單、安全的方式來模擬一個工業(yè)規(guī)模 的絕熱反應(yīng)器內(nèi)的工藝特性。在操作至少兩級相連的平推流反應(yīng)器，比如當把一個完整的催化劑床層分成多 級催化劑床層段時，上一級反應(yīng)器的排出物要經(jīng)過一段輸送管道后進入下一級反應(yīng) 器中，這樣，保證上一級反應(yīng)器的排出物經(jīng)過輸送管道后進入下一級反應(yīng)器中時仍 保持物料參數(shù)的連續(xù)性或一致性，而不發(fā)生物料狀態(tài)等的變化就顯得非常重要.在一個特定的化學工藝及給定的反應(yīng)條件下時，當一級反應(yīng)器的排出物為均 相，即單一相態(tài)，如氣相態(tài)時，往往該均相排出物就可直接通過上下級反應(yīng)器間的 輸送管道傳送。另外，在一些反應(yīng)中，所述排出物為多相，較典型的如氣相和液相。 所述氣相可以包括氣體、水蒸氣或其混合物；所述液相中可能包括有水相、油相、 其他不互溶物相及乳狀液等。通常，多相排出物中具有多個不時的物料組分，S每"中物料組分具有各自的 狀態(tài)。當所述多相排出物中的物料組分在所述氣相和液相間處于熱力學平衡(Thermodynamic Equilibrium)時，該排出物也可直接通過上下級反應(yīng)器間的輸送管 道傳送。然而，在一些反應(yīng)中，如在加氫脫硫反應(yīng)(Hydrodesulphurization， HDS)中，多相排出物中的物料組分并不處于熱力學平衡狀態(tài)。此時，若把從上一級反應(yīng)器中 排出的多相排出物直接通過輸送管道輸送到下一級反應(yīng)器的過程中，其中的物料組 分、組分的分壓等狀態(tài)就可能會發(fā)生變化，從而上一級反應(yīng)器的排出物進入下一級 反應(yīng)器中時就不能保持物料參數(shù)的連續(xù)性或一致性。這樣，對于催化工藝的測量和 優(yōu)化來說就可能會有較大的不利影響。如圖14所示的本發(fā)明的一個實施例中，其可以在多相流體傳輸過程中很好的 保持物料傳輸?shù)倪B續(xù)性或一致性。在本實施例中，復合多級平推流反應(yīng)器707可為 實驗室規(guī)模的平推流反應(yīng)器，其由兩個彼此平行且串聯(lián)的反應(yīng)器71和反應(yīng)器73組 成?？啥x反應(yīng)器71為第一級反應(yīng)器，定義反應(yīng)器73為第二級反應(yīng)器。反應(yīng)器 71和73內(nèi)分別裝載有催化劑床層72和74,其上分別設(shè)置有溫度控制裝置701和 702，該溫度控制裝置701和702可以相同，也可以不同。原料源70可通過原料輸 送管道77把原料輸送入第一反應(yīng)器71內(nèi)。在本實施例中，在第一反應(yīng)器71和第 二級反應(yīng)器73間還設(shè)置有一個分離裝置703。第一級反應(yīng)器71的出口處設(shè)置有排 出物管道78，其可與所述分離器703的入口相連。同時，在分離裝置703上設(shè)置 有氣相輸送管道75和液相輸送管道76分別和第二級反應(yīng)器73的入口相連；第二 級反應(yīng)器73的出口處也設(shè)置有排出物管道78。在進行反應(yīng)時，原料進入第一級反 應(yīng)器71中進行反應(yīng)，第一級反應(yīng)器的多相排出物進入所述分離裝置703內(nèi)并分離 成為氣相流體和液相流體，隨后，氣相流體和液相流體分別經(jīng)由氣相輸送管道75 和液相輸送管道76進入第二級反應(yīng)器內(nèi)進行下一步的反應(yīng)。如圖14所示，在本發(fā)明的實施例中，在輸送管道75上設(shè)置一個限流裝置705 來控制氣相流體的流阻，以在氣相流體上產(chǎn)生壓力差。假定第一級反應(yīng)器71及分 離裝置703上的壓力為P1;此時，由于限流裝置705的存在，第二級反應(yīng)器73的 壓力就為P2,且P1〉P2。這樣，在氣相輸送管道75上就產(chǎn)生了一個壓力差A(yù)P^P1-P2。 由于壓力差(壓降)AP的存在，當該AP足以克服液相輸送管道76內(nèi)的摩擦力和/ 或進入液相液相輸送管道76內(nèi)的液相流體的重力時，便可以把液相流體壓入液相輸送管道76進而進入第二級反應(yīng)器'X內(nèi)。'這'樣—就^以悟助于氣相流體上產(chǎn)生的壓力差A(yù)P來驅(qū)動液相流體且該壓力差很小而不至于影響后續(xù)的反應(yīng)。所述限流裝置705可以是限流閥，喉口或其他限流方式等。當選擇合適尺寸和形狀的氣相輸送 管道后，如毛細管等，該管道本身也就作為限流裝置705來控制氣相流體的流阻以 起到限流的作用。另外，本實施例中，可在限流裝置705上或氣相輸送管道75兩端設(shè)置有壓差 傳感器(未圖示)來測量壓差A(yù)P的變化。通過AP和氣相流體的物理特性，就能 計算出氣相物質(zhì)的信息。繼續(xù)參看圖14所示，當AP太小不足以驅(qū)動液相流體時，所述液相流體就會 不斷在分離器703內(nèi)累積；當AP足夠大的時候，液相流體就會不斷地被壓入第二 級反應(yīng)器73內(nèi)直到所有的液相流體都被壓入。當所有液相流體都被壓入第二級反 應(yīng)器73內(nèi)時，氣相流體就會從液相輸送管道76進入第二級反應(yīng)器73內(nèi)，這樣，AP 就會下降，液相流體就會隨著反應(yīng)的進行重新累積而占據(jù)液相輸送管道76。隨后AP 又會恢復到預(yù)定的值，液相流體又會被壓空。這樣，由于輸入到第一級反應(yīng)器71 的原料及反應(yīng)的局限，往往就很難在分離器703內(nèi)維持液面704的平衡，而且不能 保持液相和氣相流體均勻的供應(yīng)，其流量處在不斷的波動中，這樣對后續(xù)反應(yīng)的進 行是很不利的。在一個較佳的實施例中，在所述分離裝置703內(nèi)設(shè)置有液面感應(yīng)器706用來監(jiān) 測液面704的變化，同時，該液面感應(yīng)器706輸出的信號可用來控制所述限流裝置 705，以產(chǎn)生合適的AP來驅(qū)動液相流體，以使液面704處于預(yù)定的位置。這樣就 可以避免液相和氣相流體的波動，便于后續(xù)反應(yīng)的進行。所述液面感應(yīng)器可采用非 接觸式的、光學的、激光感應(yīng)等。較好的是使用非接觸式光學感應(yīng)裝置。這樣，當 實現(xiàn)液相物質(zhì)通過液相輸送管道76的穩(wěn)定供給后，通過AP和液相流體的物理特 性就能夠計算出液相流體的流量信息。在一些低壓反應(yīng)，如低壓費托合成中，盡管壓力差A(yù)P很小，其也是該反應(yīng)所 不能承受的，特別是當每一級反應(yīng)器長度較大或有更多級反應(yīng)器的時候，就會造成 整個壓降較大，對反應(yīng)的進行造成不利的影響。另外，由于通過液面感應(yīng)器706和 限流裝置705來調(diào)整壓差A(yù)P以維持液面704。在調(diào)整AP的過程中，就也有可能對 第一級反應(yīng)器71內(nèi)的壓力產(chǎn)生一些影響，進而影響到第一級反應(yīng)器71內(nèi)的流體的 流動。參看圖15所示，其與圖14所示的實施例相似。'在本境施例中，取消了設(shè)置于氣相輸送管道75上的限流裝置705。由于沒有了限流裝置705的存在，就消除了 由于氣相輸送管道75而產(chǎn)生的壓力差。同時，于液相輸送管道76上設(shè)置有一個液 體泵707來輸送液相流體，而且可通過液面感應(yīng)器706來監(jiān)測液面704的變化并把 其輸出信號輸送給液體泵707以維持液面704在一個預(yù)定的位置，這樣可以確保液 相流體流動的均勻性。當?shù)谝患壏磻?yīng)器71及分離裝置703上的壓力為Pl時，第二 級反應(yīng)器73的壓力也就為P1。由于氣相輸送管道75上沒有了壓力差，也就不必 像圖14所示的那樣為了保持液面704而調(diào)整氣相輸送管道75上的AP，從而減小 了反應(yīng)器內(nèi)的壓力變化。這樣，就可以在保證液相流體穩(wěn)定流動的情況下消除在反 應(yīng)器上及反應(yīng)器間的壓降，保證了反應(yīng)的良好進行。在本實施例中，所述液體泵707可以是容積式泵(Positive displacement pump) 或離心泵(Centrifuge pump)等，較佳的是使用容積式泵。同時，液體泵707較好 的是具有測量的功能，以便于實時的檢測液相流體的流速。為了使液相流體均勻的 分布于第二級反應(yīng)器73內(nèi)，可于第二級反應(yīng)器73內(nèi)設(shè)置有噴霧裝置(未圖示)， 從而使從液相輸送管道76輸送的液相流體進入第一級反應(yīng)器73后均勻的分布于催 化劑床層74內(nèi)。另外，在本實施例中，也可在液體泵707后于液相輸送管道76上 設(shè)置有止回闊(未圖示)以防止液體倒流。可見，在本發(fā)明的實施例中，通過對第一級反應(yīng)器71的多相排出物進行分離， 減小了在輸送過程中氣相流體和液相流體相互作用的可能性，保證了物料傳送中的 連續(xù)性或一致性，從而多級反應(yīng)器就可以更好的模擬由所述多級反應(yīng)器的催化劑床 層組成的一個催化劑床層的性能。另外，由于通過分離器703對多相排出物進行了 分離，就能更準確的對排出物的組分進行采樣分析，從而避免了傳統(tǒng)的對多相流體 進行采樣不完全的問題。在一些反應(yīng)，液相流體也是多相的，如費托合成中，液相流體包括有水相和油 相。此時，就可能在分離器703內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置(未圖示)對所述具有多相的液 相流體進行攪拌以進行充分混合來確保液相流體輸送過程中的均勻性。所述攪拌可 采用機械攪拌、磁力攪拌等。在一個較佳實施例中，采用超聲波攪拌裝置，該裝置 可安裝于靠近分離器703底部的位置，其可以充分的攪拌液相流體，盡可能的減小 對液面感應(yīng)器706的干擾及避免由于攪拌而增加液相流體的溫度。如圖14-15所示，與第一級反應(yīng)器71出口處排出物的溫度相比，當分離器703的溫度高時，進入分離器703中的滅相流體中'容易揮'發(fā)的短分就會揮發(fā)進入到氣相 流體中去；當分離器703的溫度低時， 一部分氣相流體就可能發(fā)生冷凝進入到液相 流體中?？梢姴徽摲蛛x器703的溫度是高或低，均會對與其相連的第一級反應(yīng)器的排出物流體的組分或狀態(tài)產(chǎn)生影響。這樣，下一級反應(yīng)器接收到流體與上一級反應(yīng) 器出口處排出的流體間已經(jīng)發(fā)生了變化，從而就不能保證流體在傳送過程的連續(xù)性或一致性。為了保持排出物組分及狀態(tài)的穩(wěn)定，較好的是保持所述分離裝置703的 溫度與所述第一級反應(yīng)器71出口處排出物的溫度相同，這樣就盡可能的保證第一 反應(yīng)器的排出物進入所述分離裝置703內(nèi)其狀態(tài)不發(fā)生變化。如圖16所示，以第一級反應(yīng)器71為例，為了更好的確保第一級反應(yīng)器71的 排出物進入分離器703后溫度不發(fā)生變化，所述第一級反應(yīng)器71和分離器703 — 體成型，這樣，分離器703和第一級反應(yīng)器71處于一個體系中，從而可確保溫度 的一致，就更好的避免了組分、狀態(tài)發(fā)生變化的可能性。在本發(fā)明實施例中，所述多級平推流反應(yīng)器707也可由三個或更多個彼此平行 且串聯(lián)的反應(yīng)器組成。所述分離器可安裝于每一級反應(yīng)器的出口處，其與反應(yīng)器分 別單獨設(shè)置，甚或一體成型設(shè)置，且可根據(jù)不同的反應(yīng)在氣相輸送管道上設(shè)置限流 裝置或者在液相輸送管道上設(shè)置液體泵。此外，所述多個串聯(lián)反應(yīng)器也可豎直設(shè)置。
權(quán)利要求
1. 一種研究用于工業(yè)規(guī)模無變換反應(yīng)的費托合成平推流催化工藝的方法，其包括a)設(shè)置有第一實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中的第一級反應(yīng)器入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，所述反應(yīng)物氣體包括一氧化碳和氫氣，所述多級串聯(lián)反應(yīng)器至少為三級串聯(lián)的反應(yīng)器，且其內(nèi)的催化劑床層包括壓碎的或粉末狀催化劑顆?；蚬I(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，所述催化劑顆粒中含有鈷；b)測量所述多級串聯(lián)反應(yīng)器中每一級反應(yīng)器的排出物中一氧化碳、二氧化碳、水和碳氫化合物的濃度。
2. —種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 控制至少一部分所述催化劑床層的溫度；b) 于所述催化劑床層的出口處測量未反應(yīng)的反應(yīng)物氣體、反應(yīng)產(chǎn)物及副產(chǎn)物的特 性來得到與縱向位置相關(guān)的信息。
3. —種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 設(shè)置有第二實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中 的第一級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，該多級反應(yīng)器與所述第一多級 反應(yīng)器具有相同的級數(shù)，且其內(nèi)的催化劑床層與所述第一多級反應(yīng)器內(nèi)相應(yīng)的催化劑床層具有相同類型的催化劑顆粒；b) 于所述第二多級反應(yīng)器中選定一級或多級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入一定濃度 的含有雜原子的分子；c) 測量所述第一及第二多級反應(yīng)器中相應(yīng)反應(yīng)器性能上的差異來確定所述含有雜 原子的分子對所述第二多級反應(yīng)器中的催化劑性能的影響。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 設(shè)置有第二實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中 的第一級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，該多級反應(yīng)器與所述第一多級 反應(yīng)器具有相同的級數(shù)，且其內(nèi)的催化劑床層與所述第一多級反應(yīng)器內(nèi)相應(yīng)的催化劑床層具有相同類型的催化劑顆粒；b) 于所述第二多級反應(yīng)器中選定一級或多級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入一定濃度的水；C)測量所述第一及第二多級反應(yīng)器中相應(yīng)反應(yīng)器性能上的差異來確定所述水對所 述第二多級反應(yīng)器中的催化劑性能的影響。
5. —種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 設(shè)置有第二實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中 的第一級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，該多級反應(yīng)器與所述第一多級 反應(yīng)器具有相同的級數(shù)，所述第二多級反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的催化劑顆粒與所述第一多級反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層的催化劑顆粒的物理特性不同；b) 測量所述第一及第二多級反應(yīng)器中的相應(yīng)反應(yīng)器性能上的差異來確定由于所述 第一及第二多級反應(yīng)器中的催化劑顆粒物理性能的差異對所述兩個多級反應(yīng)器相對 性能的影響。
6. —種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 設(shè)置有第二實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中的第一級反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，該多級反應(yīng)器與所述第一多級 反應(yīng)器具有相同的級數(shù)，且其內(nèi)的催化劑床層與所述第一多級反應(yīng)器內(nèi)相應(yīng)的催化劑床層具有相同類型的催化劑顆粒；b) 于所述第二多級反應(yīng)器中選定一級的入口處向其內(nèi)輸入一定濃度的碳氫化合物 液體；c) 測量所述第一及第二多級反應(yīng)器中的相應(yīng)反應(yīng)器性能上的差異來確定所述額外 的碳氫化合物液體對所述選定反應(yīng)器的催化劑床層中的催化劑顆?？讛U散的影響。
7. —種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括，a) 設(shè)置有平推流檢測反應(yīng)器，于該檢測反應(yīng)器的入口處向其內(nèi)輸入一定量的所述 第一多級反應(yīng)器中一級反應(yīng)器的排出物及另外的物料，所述檢測反應(yīng)器的催化劑床層 與所述第一多級反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層具有相同類型的催化劑顆粒；b) 通過比較所述檢測反應(yīng)器與接收所述一級反應(yīng)器排出物的相應(yīng)的后續(xù)反應(yīng)器的 性能來確定所述另外的物料對所述相應(yīng)的后續(xù)反應(yīng)器中費托合成性能的影響。
全文摘要
一種研究無變換反應(yīng)的費托合成催化工藝的方法，其包括設(shè)置有第一實驗室規(guī)模的復合多級串聯(lián)平推流反應(yīng)器，于該多級串聯(lián)反應(yīng)器中的第一級反應(yīng)器入口處向其內(nèi)輸入新鮮反應(yīng)物氣體，所述反應(yīng)物氣體包括一氧化碳和氫氣，所述多級串聯(lián)反應(yīng)器至少為三級串聯(lián)的反應(yīng)器，且其內(nèi)的催化劑床層包括壓碎的或粉末狀催化劑顆?；蚬I(yè)規(guī)格的催化劑顆粒，所述催化劑顆粒中含有鈷；測量所述多級串聯(lián)反應(yīng)器中每一級反應(yīng)器的排出物中一氧化碳、二氧化碳、水和碳氫化合物的濃度。這樣就能加快開發(fā)工業(yè)規(guī)模無變換反應(yīng)的費托合成平推流催化工藝。
文檔編號B01J19/00GK101274255SQ200710307430
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者理查德·F·鮑曼 申請人:亞申科技研發(fā)中心(上海)有限公司