專利名稱：使用微通道工藝技術(shù)升級(jí)碳質(zhì)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用微通道工藝技術(shù)升級(jí)碳質(zhì)材料的方法。所述方法可用于將碳 質(zhì)材料(例如生物質(zhì)、固體廢棄物等)轉(zhuǎn)化為一種或多種烴或醇。所述烴或醇可用作合成 燃料。
背景技術(shù)：
美國軍方每年使用幾十億加侖石油基燃料。將這些燃料輸送至遙遠(yuǎn)的軍事基地是 昂貴和耗時(shí)的，并且這樣的燃料通常是襲擊者的首選目標(biāo)。因此，問題是提供一種更廉價(jià)并 且更安全的燃料源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了解決上述問題的方案。本發(fā)明涉及一種將碳質(zhì)材料例如生物質(zhì)、固 體廢棄物等轉(zhuǎn)化為可以用作合成燃料(例如汽車燃料、柴油和航空燃料等)的烴和醇的方 法。本發(fā)明方法使用了結(jié)構(gòu)緊湊且易于運(yùn)送的微通道反應(yīng)器。因此，本發(fā)明方法可適用于 能夠容易地被運(yùn)送至遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)例如軍事基地等的裝置。通過本發(fā)明方法，可以將在這樣 的軍事基地所產(chǎn)生的廢棄物轉(zhuǎn)化為燃料，例如汽車燃料、柴油、航空燃料等。例如，在這樣的 軍事基地采用本發(fā)明方法可以每天生產(chǎn)約50-約500桶合成燃料。本發(fā)明方法也適合于更 大規(guī)模的應(yīng)用，其中將碳質(zhì)材料例如生活固體廢棄物轉(zhuǎn)化為有益的產(chǎn)物例如合成燃料。本發(fā)明涉及一種將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為含有一種或多種烴或一種或多種醇的目標(biāo)產(chǎn) 物的方法，所述方法包括(A)在至少約700°C的溫度下氣化所述碳質(zhì)材料以形成合成氣； 以及(B)使所述合成氣流入微通道反應(yīng)器與催化劑接觸以將所述合成氣轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。 所述產(chǎn)物具有各種用途，包括用作合成燃料。


在附圖中，相同的部件和特征具有相同的附圖標(biāo)記。其中的多數(shù)圖是示意圖，可以 不必按比例繪制。圖1是以具體的形式表示的本發(fā)明方法的流程圖。所述方法包括使用氣化爐以及 費(fèi)-托(FT)或生成醇的微通道反應(yīng)器將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為一種或多種烴或一種或多種醇。在 所述氣化爐中將所述碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為合成氣。在所述微通道反應(yīng)器中將所述合成氣轉(zhuǎn)化為 一種或多種烴或醇。除了在所述微通道反應(yīng)器中用作熱交換流體的蒸汽也用作所述氣化爐中的氣化劑之外，圖2是與圖1中所示例的方法相同的方法的流程圖。除了圖3中所示例的方法包括在所述氣化爐的上游使用氮?dú)夥蛛x器之外，圖3是 與圖1中所示例的方法相同的方法的流程圖。在所述氮?dú)夥蛛x器中使氮?dú)馀c空氣分離。將 保留的氧氣用作所述氣化爐中的氣化劑。除了圖4中所示例的方法使用了熱解反應(yīng)器之外，圖4是與圖1中所示例的方法 相同的方法的流程圖。在所述熱解反應(yīng)器中將所述碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為熱解油。將所述熱解油 用作所述氣化爐中的碳質(zhì)原料。除了使液態(tài)烴例如焦油與流出所述氣化爐的合成氣分離并回收至所述熱解反應(yīng) 器之外，圖5是與圖4中所示例的方法相同的方法的流程圖。圖6是使用了圖1中所示例的氣化爐和微通道反應(yīng)器以及蒸汽甲烷重整(SMR)微 通道反應(yīng)器的方法的流程圖。所述SMR微通道反應(yīng)器用于將從該微通道反應(yīng)器中流出的尾 氣轉(zhuǎn)化為被回收至該微通道反應(yīng)器的合成氣。除了使二氧化碳與流出氣化爐的合成氣分離之外，圖7是與圖6中所示例的方法 相同的方法的流程圖。然后使得到的貧(lean) 二氧化碳合成氣流入所述微通道反應(yīng)器中。除了與流出所述氣化爐的合成氣分離的二氧化碳流入SMR微通道反應(yīng)器并在該 反應(yīng)器中與來自所述微通道反應(yīng)器的尾氣混合并轉(zhuǎn)化為合成氣之外，圖8是與圖7中所示 例的方法相同的方法的流程圖。除了使流出費(fèi)-托微通道反應(yīng)器的產(chǎn)物在加氫裂解微通道反應(yīng)器中發(fā)生加氫裂 解反應(yīng)之外，圖8A是與圖1中所示例的其中所述微通道反應(yīng)器為費(fèi)-托微通道反應(yīng)器的方 法相同的方法的流程圖。圖9和圖10是用于容納多個(gè)費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器、或多個(gè)SMR微通道 反應(yīng)器或多個(gè)加氫裂解微通道反應(yīng)器的容器的構(gòu)造示意圖。在圖9和圖10中，示出了五個(gè) 費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器、五個(gè)SMR微通道反應(yīng)器或五個(gè)加氫裂解微通道反應(yīng)器。圖11-14是可用在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器中的重復(fù)單元的構(gòu)造示意 圖。圖11-14中所示例的重復(fù)單元中的每一個(gè)重復(fù)單元包括具有含有催化劑的反應(yīng)區(qū)域和 相鄰的熱交換通道的費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道。使在圖11中所示例的熱交換通道內(nèi) 流動(dòng)的熱交換流體按照與所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道中的工藝流體的流動(dòng)錯(cuò)流的 方向流動(dòng)?？梢允乖趫D12中所示例的熱交換通道內(nèi)流動(dòng)的熱交換流體按照與所述費(fèi)-托 或生成醇的工藝微通道的工藝流體的流動(dòng)并流或逆流的方向流動(dòng)。圖13和圖14中所示例 的熱交換通道提供熱交換流體的按照與所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道中的工藝流體 的流動(dòng)錯(cuò)流的方向的流動(dòng)。圖13和圖14中所示例的熱交換通道提供僅覆蓋所述費(fèi)-托或 生成醇的工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域的長度的一部分的熱交換區(qū)。通過控制與所述工藝微通 道的不同部分熱力學(xué)接觸的熱交換通道的數(shù)量，采用所述實(shí)施方案中的每一個(gè)方案可以提 供調(diào)整的熱交換特性。通過這些調(diào)整的熱交換特性，在所述工藝微通道的某些部分中可以 設(shè)置比所述工藝微通道的其他部分更多的冷卻通道。例如，可以在或靠近所述反應(yīng)區(qū)域的 入口處設(shè)置比所述反應(yīng)區(qū)域的下游部分更多的冷卻通道。通過控制所述熱交換通道中的熱 交換流體的流速，可以調(diào)節(jié)熱交換特性。例如，在與所述反應(yīng)區(qū)域的入口熱力學(xué)接觸的熱交 換通道中的熱交換流體可以使用相對(duì)高流速，結(jié)合在與所述反應(yīng)區(qū)域的下游部分熱力學(xué)接 觸的熱交換通道中的熱交換流體的相對(duì)低流速。
圖15-20是可以用于所述SMR工藝微通道、燃燒通道或費(fèi)-托或生成醇的工藝微 通道中的催化劑或催化劑載體的構(gòu)造示意圖。圖15中所示例的催化劑是顆粒狀固體床的 形式。圖16中所示例的催化劑具有流經(jīng)(flow-by)設(shè)計(jì)。圖17中所示例的催化劑具有流 過(flow-through)結(jié)構(gòu)。圖18-20是可以用于擔(dān)載所述催化劑的翅片組件的構(gòu)造示意圖。圖21-25是可以用于所述SMR微通道反應(yīng)器的微通道重復(fù)單元的構(gòu)造示意圖。所 述重復(fù)單元中的每一個(gè)包括燃燒通道和一個(gè)或多個(gè)SMR工藝微通道。圖21-25中所示例的 燃燒通道包括用于使氧氣或氧源流入所述燃燒通道的分階段的添加通道。圖21示出了與 M-型燃燒通道相鄰的倒置U-型SMR工藝微通道。圖22示出了與M-型燃燒通道相鄰的單 個(gè)SMR工藝微通道。圖23示出了兩個(gè)SMR工藝微通道和M-型燃燒通道，其中的一個(gè)SMR 工藝微通道與所述M-型燃燒通道相鄰，并且另一個(gè)SMR工藝微通道與第一個(gè)SMR工藝微通 道相鄰，兩個(gè)SMR工藝微通道都與所述燃燒通道熱力學(xué)接觸。圖對(duì)示出了單個(gè)燃燒通道、 設(shè)置在所述燃燒通道的一側(cè)的分階段的添加通道以及設(shè)置在所述燃燒通道的另一側(cè)的SMR 工藝通道。除了圖25中所示例的重復(fù)單元的SMR工藝微通道是倒置的U-型微通道的形狀 之外，圖25示出了與圖M中所示例的重復(fù)單元相似的重復(fù)單元。為了清楚的目的，在圖 21-25中示出了彼此分開的通道，但是實(shí)際上所述通道是層層疊加或者緊密并列排布，其間 沒有空隙。所述通道在通道接觸面處分享共用壁。圖沈和27是可以用在本發(fā)明方法所使用的費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器和/ 或SMR微通道反應(yīng)器中使用的通道中的表面特征的構(gòu)造示意圖。圖28是實(shí)施例1中所描述的方法的流程圖。圖四是實(shí)施例2中所描述的微通道反應(yīng)器的示意圖。圖30是用于制造實(shí)施例2中所描述的微通道反應(yīng)器的波形(waveform)的示意 圖。
具體實(shí)施例方式在本申請(qǐng)的說明書和權(quán)利要求書中披露的所有范圍和比例閾限可以以任意的方 式組合?？梢岳斫獾氖?，除非另有規(guī)定，“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和/或“所述”的語義可以 包含一個(gè)或多于一個(gè)，并且以單數(shù)形式表示的名稱的語義還可以包含該名稱的復(fù)數(shù)形式。 所有在權(quán)利要求書中定義的組合可以以任意的方式組合。術(shù)語“微通道”可以指一種具有至少一個(gè)內(nèi)部尺寸的通道，該內(nèi)部尺寸的高度或?qū)?度上至約10毫米(mm)，在一個(gè)實(shí)施方案中上至約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中上至約2mm，以及 在一個(gè)實(shí)施方案中上至約1mm。所述微通道可包括至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口，其中所 述至少一個(gè)入口與所述至少一個(gè)出口是分開的。所述微通道可能不僅是一種孔穴。所述微 通道可以不僅是穿過沸石或介孔材料的通道。所述微通道的長度可以是高度或?qū)挾鹊闹?少約兩倍，在一個(gè)實(shí)施方案中是高度或?qū)挾鹊闹辽偌s五倍，并且在一個(gè)實(shí)施方案中是高度 或?qū)挾鹊闹辽偌s十倍。所述微通道的內(nèi)部高度或?qū)挾瓤梢栽诩s0.05-約IOmm的范圍內(nèi)，在 一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約5mm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約2mm的范圍 內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約1. 5mm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約Imm 的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約0. 75mm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約 0. 05-約0. 5mm的范圍內(nèi)。高度或?qū)挾鹊钠渌麅?nèi)部尺寸可以是任意尺寸，例如，上至約3米，在一個(gè)實(shí)施方案中約0.01-約3米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約3米。所述微通道的長 度可以是任意尺寸，例如，上至約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約10米，在一個(gè)實(shí)施方 案中約0. 2-約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 2-約6米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 2-約 3米。所述微通道可以具有任意形狀的橫截面，例如，正方形、長方形、圓形、半圓形、不規(guī)則 四邊形等。所述微通道的橫截面的形狀和/或尺寸可沿其長度變化。例如，高度或?qū)挾妊?著所述微通道的長度可從相對(duì)大的尺寸漸變到相對(duì)小的尺寸，反之亦然。術(shù)語“微通道反應(yīng)器”可以指一種包括一個(gè)或多個(gè)可在其中執(zhí)行反應(yīng)方法的工藝 微通道的裝置。所述方法可以是費(fèi)-托或生成醇的反應(yīng)方法或SMR反應(yīng)方法。當(dāng)使用兩個(gè) 或更多個(gè)工藝微通道時(shí)，所述工藝微通道可并聯(lián)操作。所述微通道反應(yīng)器可以包括用于使 流體流入一個(gè)或多個(gè)工藝微通道的頂蓋或歧管組，以及使流體流出一個(gè)或多個(gè)工藝微通道 的底座或歧管組。所述微通道反應(yīng)器可以包括一個(gè)或多個(gè)與一個(gè)或多個(gè)工藝微通道相鄰和 /或熱力學(xué)接觸的熱交換通道。所述熱交換通道用于加熱和/或冷卻所述工藝微通道內(nèi)的 流體。當(dāng)所述熱交換通道用在SMR微通道反應(yīng)器時(shí)，可以是燃燒通道。所述熱交換通道和 /或燃燒通道可以是微通道。所述微通道反應(yīng)器可以包括用于使熱交換流體流入所述熱交 換通道的頂蓋或歧管組，以及使熱交換流體流出所述熱交換通道的底座或歧管組。術(shù)語“工藝微通道”可以指一種在其中執(zhí)行方法的微通道。所述方法可以指進(jìn)行 費(fèi)-托(FT)或生成醇的反應(yīng)或SMR反應(yīng)。有關(guān)工藝微通道內(nèi)的體積的術(shù)語“體積”可以包括工藝流體在工藝微通道內(nèi)可能 流過或流經(jīng)的全部體積。該體積可以包括表面特征內(nèi)的體積，該表面特征可設(shè)置在所述工 藝微通道內(nèi)并適用于流體以流過方式或流經(jīng)方式的流動(dòng)。當(dāng)表示一個(gè)通道相對(duì)于另一個(gè)通道的位置時(shí)，術(shù)語“相鄰”可以意為直接相鄰，以 使一面壁或多面壁分隔所述兩個(gè)通道。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述兩個(gè)通道可以有一面共用 壁。所述共用壁的厚度可以不同。但是，“相鄰”通道不可被介于其間的通道分開，所述介于 其間的通道可能妨礙所述通道之間的熱交換。一個(gè)通道可與另一個(gè)通道相鄰，僅與所述另 一個(gè)通道的尺寸的一部分重疊。例如，一個(gè)工藝微通道可長于或者延伸超過一個(gè)或多個(gè)相 鄰的熱交換通道。術(shù)語“熱力學(xué)接觸”可以指兩個(gè)主體，例如兩個(gè)通道，可以彼此物理接觸或彼此相 鄰，或者可以彼此不物理接觸或彼此不相鄰，但仍然彼此交換熱量。與另一個(gè)主體熱力學(xué)接 觸的一個(gè)主體可以加熱或者冷卻其他的主體。術(shù)語“流體”可以指氣體、液體、氣體和液體的混合物、或含有分散固體的氣體或液 體、液滴和/或氣泡。所述液滴和/或氣泡可以具有非常規(guī)或常規(guī)形狀并且可以具有相似 或不同的尺寸。術(shù)語“氣體(gas) ”或“蒸氣(vapor) ”可以具有同樣的含義并且有時(shí)互換使用。術(shù)語“停留時(shí)間，，或“平均停留時(shí)間，，可以指流體在微通道的空間內(nèi)流動(dòng)所占據(jù)的 該空間的內(nèi)部體積除以在所使用的溫度和壓力下流體在所述空間內(nèi)流動(dòng)的平均體積流速。術(shù)語“上游”和“下游”可以指在通道(例如工藝微通道)內(nèi)或者在工藝流程圖中， 相對(duì)于所述通道或工藝流程圖中的流體流動(dòng)方向的位置。例如，在通道內(nèi)或者工藝流程圖 中的位置，當(dāng)流向該位置的一股流體的一部分還沒有抵達(dá)該位置時(shí)，該位置是所述流體的 那部分的下游。在所述通道或者工藝流程圖中的位置，當(dāng)一股流體的一部分已經(jīng)通過并離開該位置時(shí)，該位置是所述流體的那部分的上游。術(shù)語“上游”和“下游”不一定指垂直位 置，因?yàn)楸景l(fā)明所使用的通道可以是水平、豎直或以一定角度傾斜放置。術(shù)語“夾板”可以指平整的或基本平整的薄片或平板。所述夾板的厚度可以是所 述夾板的最小尺寸并且可以上至約4mm，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約2mm的范圍內(nèi)，在 一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約Imm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約0. 5mm 的范圍內(nèi)。所述夾板可以具有任意的長度和寬度。術(shù)語“表面特征”可以指在通道內(nèi)擾亂流動(dòng)的通道壁上的凹陷和/或通道壁上的 突起。在圖沈和27中示出了可以使用的表面特征設(shè)計(jì)的實(shí)例。所述表面特征可以是圓形、 球形、圓臺(tái)形、長橢圓形(oblongs)、正方形、矩形、帶角度的矩形(angled rectangles)、對(duì) 勾形(checks)、尖角形(chevrons)、葉片形(vanes)、機(jī)翼形(air foils)、波浪形等等，以 及上述兩種或更多種形狀的組合。所述表面特征可以包含次特征，其中所述表面特征的主 體壁進(jìn)一步包含更小的表面特征，所述更小的表面特征可以是凹槽形、波紋形、鋸齒形、孔 形、毛邊形(burrs)、對(duì)勾形、扇貝形(scallops)等等。所述表面特征可以具有深度、寬度， 并且對(duì)于非圓形表面特征而言，可以具有長度。根據(jù)本發(fā)明所披露的方法，所述表面特征形 成于所使用的工藝微通道、熱交換通道和/或燃燒通道的內(nèi)壁中的一面或多面內(nèi)壁的上面 或里面。所述表面特征可以指被動(dòng)型(passive)表面特征或者被動(dòng)型混合特征。所述表面 特征可用于干擾流動(dòng)(例如干擾層流流線)，并且產(chǎn)生與總體流動(dòng)方向成一定角度的平流 (advective flow)0術(shù)語“熱交換通道”可以指其中含有提供熱量和/或吸收熱量的熱交換流體的通 道。所述熱交換通道可以從相鄰?fù)ǖ?例如工藝微通道)和/或一個(gè)或多個(gè)與所述熱交換 通道熱力學(xué)接觸的通道吸收熱量，或?qū)崃刻峁┲吝@樣的通道。所述熱交換通道可以從彼 此相鄰但不與所述熱交換通道相鄰的通道吸收熱量或提供熱量至這樣的通道。在一個(gè)實(shí)施 方案中，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者更多個(gè)通道可以彼此相鄰并且設(shè)置在兩個(gè)熱交換通道之間。術(shù)語“熱傳導(dǎo)壁”可以指在工藝微通道和相鄰的熱交換通道之間的共用壁，其中熱 量從一個(gè)通道穿過所述共用壁傳遞至另一個(gè)通道。術(shù)語“熱交換流體”可以指一種可釋放和/或吸收熱量的流體。術(shù)語“波形”可以指從平面的物體轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的物體的連貫的導(dǎo)熱材料。所述波形 可用于形成一個(gè)或多個(gè)微通道。所述波形可以包含可夾在兩塊相對(duì)的平面薄片或平板之間 的直角波紋狀插入(insert)。所述直角波紋狀插入可以具有倒圓的邊。在這樣的方法中， 可以通過所述波形的三條側(cè)邊以及通過所述平面薄片或平板之一的第四條邊限定一個(gè)或 多個(gè)微通道。所述波形可以由本發(fā)明所披露的用于制造所述微通道反應(yīng)器的導(dǎo)熱材料中的 任意一種制成。這樣的材料可以包括銅、鋁、不銹鋼等等。所述波形的導(dǎo)熱性可以是約IW/ m-K或更高。 術(shù)語“總體流動(dòng)方向，，可以指流體在通道內(nèi)可沿著開放路徑流動(dòng)的矢量。
術(shù)語“總體流動(dòng)區(qū)域”可以指微通道內(nèi)的開放區(qū)域。一個(gè)連貫的總體流動(dòng)區(qū)域可以 使得流體快速流過微通道而沒有明顯壓降。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述總體流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的 流動(dòng)可以是層流。總體流動(dòng)區(qū)域可以包含微通道的內(nèi)部體積和/或橫截面積的至少約5%， 在一個(gè)實(shí)施方案中為約5% -約100%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5% -約99%，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約5 % -約95 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5 % -約90 %，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為微通道的內(nèi)部體積和/或橫截面積的約30% -約80%。術(shù)語“開放通道”或“流經(jīng)通道”或“開放路徑”可以指通道(例如微通道)，其具 有穿過整個(gè)通道延伸的至少約0. Olmm的空隙(gap)，以使流體可以流過所述通道而沒有任 何障礙影響流動(dòng)。所述空隙可延長至上至約10mm。術(shù)語通道(例如工藝微通道)的“橫截面積”可以指垂直于所述通道內(nèi)流體總體流 動(dòng)的方向測(cè)得的面積，并且可以包括所述通道內(nèi)含有任意可能存在的表面特征在內(nèi)但不包 括所述通道壁的所有面積。對(duì)于沿長度彎曲的通道而言，所述橫截面積可以是在已選點(diǎn)處 沿直線垂直于總體流動(dòng)的方向測(cè)得的面積，所述直線平行于所述通道長度并且位于所述通 道的中心(按面積)。高度和寬度的尺寸可以由通道壁到其對(duì)面的通道壁的距離測(cè)得。所 述壁表面的涂層的使用可以不改變這些尺寸。所述尺寸可以是考慮到由表面特征、表面粗 糙度等引起的變化的平均值。術(shù)語通道(例如工藝微通道)的“開放橫截面積”可以指垂直于所述通道內(nèi)總體 流體流動(dòng)的方向測(cè)得的對(duì)所述總體流體流動(dòng)而言是開放的面積。所述開放橫截面積可以不 包括內(nèi)部隔斷物例如可能存在的表面特征等等。用于流體在通道內(nèi)流動(dòng)的速度的術(shù)語“表觀速度”可以指由在所述通道的入口溫 度和壓力下所述流體的體積流速除以所述通道的橫截面積產(chǎn)生的速度。術(shù)語“自由流速”可以指在通道內(nèi)流動(dòng)的流體沿所述通道的側(cè)壁至足夠長的距離 的速度以使得所述速度處于最大值。如果沒有可應(yīng)用的邊界層分離條件(slip boundary condition)，流體在通道內(nèi)的側(cè)壁處的流速為零，但是該流速隨著側(cè)壁的距離增大而增大 直至該流速達(dá)到穩(wěn)定值。該穩(wěn)定值為所述“自由流速”。在本發(fā)明中，術(shù)語“工藝流體，，可用于指反應(yīng)物、產(chǎn)物和任意稀釋劑或其他可以在 工藝微通道內(nèi)流動(dòng)的流體。術(shù)語“反應(yīng)區(qū)域”可以指微通道內(nèi)的空間，其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或至少一種物質(zhì)的化 學(xué)轉(zhuǎn)化。所述反應(yīng)區(qū)域可以包含一種或多種催化劑。術(shù)語“產(chǎn)率”可以指離開微通道反應(yīng)器的產(chǎn)物的摩爾數(shù)除以進(jìn)入微通道反應(yīng)器的 反應(yīng)物的摩爾數(shù)。術(shù)語“循環(huán)”可以指通過微通道反應(yīng)器的反應(yīng)物的一次單程。術(shù)語“分級(jí)催化劑”可以指具有一個(gè)或多個(gè)梯度的催化活性的催化劑。所述分級(jí) 催化劑可以具有變化的濃度或表面積的催化活性金屬。所述分級(jí)催化劑可以具有變化的催 化活性位點(diǎn)轉(zhuǎn)變速率。所述分級(jí)催化劑可以具有物理性質(zhì)和/或作為距離的函數(shù)而變化的 形式。例如，所述分級(jí)催化劑可以具有在工藝微通道的入口處是相對(duì)低的活性金屬濃度，并 在靠近所述工藝微通道的出口處升至更高的濃度，或者反之亦然；或者越靠近工藝微通道 的中心(即中點(diǎn))，催化活性金屬的濃度越低，并且越靠近工藝微通道壁，催化活性金屬的 濃度越高，反之亦然等等。分級(jí)催化劑在工藝微通道內(nèi)從一個(gè)位置至另一個(gè)位置的導(dǎo)熱性 可以不同。可以通過改變催化活性金屬位點(diǎn)在穩(wěn)定表面積的載體上的尺寸，或者通過改變 所述載體的表面積，例如通過改變載體類型或顆粒尺寸，而改變分級(jí)催化劑的表面積。分級(jí) 催化劑可以具有多孔載體，其中所述載體的表面積與體積的比在所述工藝微通道的不同部 分可能較高或較低，然后使用相同的催化劑涂覆所述載體的每一處。可以使用兩種或更多 種前述實(shí)施方案的組合。所述分級(jí)催化劑可以具有單一催化組分或者多種催化組分(例如雙金屬或三金屬催化劑)。作為距離的函數(shù)，所述分級(jí)催化劑可以在工藝微通道內(nèi)從一個(gè) 位置到另一個(gè)位置逐漸改變其性質(zhì)和/或組成。所述分級(jí)催化劑可以包含有邊顆粒，所述 顆粒在每個(gè)顆粒內(nèi)都具有催化活性金屬的“蛋殼”式分布。所述分級(jí)催化劑可以沿工藝微 通道的長度在軸向或橫向上分級(jí)。所述分級(jí)催化劑在工藝微通道中可以具有不同的催化組 分、不同的裝載量和/或可以從一個(gè)位置到另一個(gè)位置變化的活性催化位點(diǎn)的數(shù)目?？梢?通過改變所述催化劑結(jié)構(gòu)的孔隙率來改變催化活性位點(diǎn)的數(shù)目。這可以通過使用罩面工 藝(washcoating process)沉積不同量的催化材料來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)實(shí)例是沿著所述工藝微通 道的長度使用不同的多孔催化劑的厚度，由此在需要較高活性的地方可設(shè)置較厚的多孔結(jié) 構(gòu)。對(duì)于固定的或可變的多孔催化劑的厚度而言，還可以調(diào)節(jié)孔隙率。在與用于流動(dòng)的開 放區(qū)域或者空隙相鄰處可以使用第一孔尺寸，并且在與所述工藝微通道壁相鄰處可以使用 至少一個(gè)第二孔尺寸。術(shù)語“生物質(zhì)”可以指能夠作為燃料使用的活著的生物材料和剛死亡的生物材料。 術(shù)語生物質(zhì)可以指用作生物燃料種植的植物體。術(shù)語生物質(zhì)可以包括用于獲取纖維、化學(xué) 物質(zhì)或熱量的植物或動(dòng)物體。生物質(zhì)可以包括能夠作為燃料燃燒的可生物降解的廢棄物。 生物質(zhì)可以包括植物例如柳枝稷(swtichgrass)、大麻、玉米、白楊木、柳樹、甘蔗、油棕櫚等寸。術(shù)語“焦炭”可以指從碳質(zhì)材料中抽出或釋放出氣體后的殘余的固體材料。焦炭 可以形成于碳質(zhì)材料的燃燒過程中。術(shù)語“焦油”可以指從碳質(zhì)材料的干餾中提取的粘稠黑色液體。術(shù)語“灰分”可以指碳質(zhì)材料燃燒后殘余的固體殘?jiān)?。術(shù)語“鏈增長”可以指由于反應(yīng)產(chǎn)生的分子的增長，在該反應(yīng)中所述分子隨著與新 分子結(jié)構(gòu)的加成(例如在費(fèi)-托合成中亞甲基基團(tuán)與烴鏈的加成)而增長。術(shù)語“烴”可以指純烴類化合物；即脂肪族化合物(例如烷烴、烯烴或炔烴)，脂環(huán) 族化合物(例如環(huán)烷烴、環(huán)烯烴)，芳香族化合物、脂肪-和脂環(huán)-取代芳香族化合物、芳香 取代脂肪族化合物、芳香取代脂環(huán)族化合物等等。實(shí)例可以包括甲烷、乙烷、丙烷、環(huán)己烷、 乙基環(huán)己烷、甲苯、乙苯等等。術(shù)語“烴”可以指取代的烴類化合物；即含有非烴取代基的烴 類化合物。所述非烴取代基的實(shí)例可以包括羥基、酰胺基、硝基等等。術(shù)語“烴”可以指雜 原子取代的烴類化合物；即在鏈或環(huán)中除含有碳原子外還含有非碳原子的烴類化合物。所 述雜原子可包括例如氮、氧、硫等等。對(duì)于每個(gè)非烴取代基或雜原子而言，所述烴類化合物 可以包含大約10個(gè)或更多個(gè)碳原子。術(shù)語“較高分子量的烴”可以指一種含有2個(gè)或者更多個(gè)碳原子的烴，在一個(gè)實(shí)施 方案中含有3個(gè)或者更多個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有4個(gè)或者更多個(gè)碳原子，在一個(gè) 實(shí)施方案中含有5個(gè)或者更多個(gè)碳原子，以及在一個(gè)實(shí)施方案中含有6個(gè)或者更多個(gè)碳原 子。所述較高分子量的烴可以含有上至約100個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約90 個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約80個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約70個(gè) 碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約60個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約50個(gè)碳 原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約40個(gè)碳原子，以及在一個(gè)實(shí)施方案中含有上至約30個(gè) 碳原子。所述較高分子量的烴可以是脂肪烴。實(shí)例可以包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、 辛烷、癸烷、十二烷等等。
術(shù)語“費(fèi)-托”或“FT”可以指由下式表示的化學(xué)反應(yīng)nC0+aiH2 — (CH2) η+ηΗ20該反應(yīng)是可以在費(fèi)-托催化劑的存在下進(jìn)行的放熱反應(yīng)。η可以是任意數(shù)字，例如 從1至大約10，在一個(gè)實(shí)施方案中為2至大約10，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為2至大約8。術(shù)語“費(fèi)-托產(chǎn)物”或“FT產(chǎn)物”可以指由費(fèi)-托工藝制得的烴產(chǎn)物。所述FT產(chǎn) 物在常壓下的沸點(diǎn)可以等于或大于約30°C。術(shù)語“FT尾氣”可以指由費(fèi)-托工藝制得的氣態(tài)產(chǎn)物，所述尾氣在常壓下的沸點(diǎn)可 以低于約30°C。術(shù)語“生成醇的反應(yīng)”可以指由下式表示的合成反應(yīng)nC0+H2 — CnH2n+10H+ (n_l) H2O該反應(yīng)是可以在生成醇的催化劑的存在下進(jìn)行的放熱反應(yīng)。η可以是任意數(shù)字，例 如從1至大約10，在一個(gè)實(shí)施方案中為2至大約10，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為2至大約8。術(shù)語“Co裝載量”可以指催化劑中Co的重量除以所述催化劑的總重量，所述催化 劑的總重量即所述Co加上任意協(xié)同催化劑或促進(jìn)劑以及任意載體的總重量。如果所述催 化劑擔(dān)載在工程載體結(jié)構(gòu)體上，例如泡沫體、氈毯體、團(tuán)塊體或翅片體，則所述計(jì)算中可以 不包括該工程載體結(jié)構(gòu)體的重量。類似地，如果所述催化劑附著在通道壁上，則所述計(jì)算中 可以不包括所述通道壁的重量。術(shù)語“蒸汽甲烷重整”或“SMR”可以指反應(yīng)H2CHCH4 — C0+3H2該反應(yīng)是吸熱的，并且可以在SMR催化劑的存在下進(jìn)行。所述⑶和壓的產(chǎn)物混 合物可以指合成氣(synthesis gas)或合成氣(syn gas)?？梢酝ㄟ^燃料(例如H2)與氧 氣或氧源(例如空氣或富氧空氣)的混合物的燃燒反應(yīng)提供實(shí)施該反應(yīng)所需要的熱量。所 述燃燒反應(yīng)是放熱的，并且可以在燃燒催化劑的存在下進(jìn)行。術(shù)語“加氫裂解工藝”指其中在烴類反應(yīng)物中的一個(gè)或多個(gè)C-C鍵斷裂生成含有 兩個(gè)或更多個(gè)比所述烴類反應(yīng)物的分子量更低的烴產(chǎn)物的產(chǎn)物的方法。例如，C12烷烴可以 被轉(zhuǎn)化為C7烷烴和C5烷烴。術(shù)語“mm”可以指毫米。術(shù)語“nm”可以指納米。術(shù)語“ms”可以指毫秒。術(shù)語 “μ S”可以指微秒。術(shù)語“μ m”可以指微米(micron)或微米(micrometer)。術(shù)語“微米 (micron) ”和“微米(micrometer) ”具有相同的含義并且可以互換使用。除非另有規(guī)定，所有的壓力以絕對(duì)壓力表示?？梢杂糜诒景l(fā)明方法中的碳質(zhì)材料可以包括任意能夠被氣化以產(chǎn)生合成氣的有 機(jī)材料或含碳材料。所述碳質(zhì)材料可以包括食物源例如玉米、大豆等等。所述碳質(zhì)材料可 以包括非食物源。所述非食物源可以指第二代生物燃料。所述非食物源可以包括任何通 常不被用作食物的碳質(zhì)材料?？梢允褂玫姆鞘澄镌吹睦涌梢园?例如低質(zhì)煤、優(yōu)質(zhì) 煤等等)、油(例如原油、重油、油砂油等等)、生物質(zhì)、固體廢棄物或其中兩種或更多種的 混合物。所述非食物碳質(zhì)材料可以包括生活固體廢棄物(MSW)、有害廢棄物、垃圾衍生燃料 (RDF)、輪胎、石油焦炭、垃圾(trash)、廢物(gartage)、來自分解系統(tǒng)(digester)的生物 質(zhì)、污水污泥、動(dòng)物排泄物(例如雞糞、火雞糞、牛糞、馬糞以及其他動(dòng)物排泄物)、農(nóng)業(yè)廢棄 物、玉米秸稈、柳枝稷、木材、木屑(wood cuttings)、草屑(grass cllipings)、建筑垃圾材料、塑料材料(例如塑料廢棄物)、軋棉廢棄物、堆填區(qū)沼氣、天然氣等等。所述非食物碳質(zhì) 材料可以包括聚乙烯或聚氯乙烯?？梢允褂蒙鲜鰞煞N或更多種物質(zhì)的混合物。所述碳質(zhì)材料可以具有相對(duì)大的固體物的形狀并且在步驟㈧之前，可以通過例 如螺旋鉆(auger)將這些相對(duì)大的固體物粉碎成較小的物體。所述碳質(zhì)材料可以包括水，并且在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，在本發(fā)明方法 的氣化步驟(A)之前除去部分或全部的水可能是有利的。這可以通過常規(guī)的干燥技術(shù)實(shí) 現(xiàn)。術(shù)語“合成氣”指含有CO和H2的氣體混合物。合成氣(synthesis gas)有時(shí)指 合成氣(syngas)。在本發(fā)明方法的氣化步驟(A)中形成的合成氣可以包括含有不同量的 CO和H2的氣體混合物。在本發(fā)明方法的至少一個(gè)實(shí)施方案中，在步驟(B)中使用吐和⑶ 的摩爾比可能為約0. 5-約4的范圍內(nèi)、在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約3的范圍內(nèi)、在一個(gè)實(shí) 施方案中為約1. 5-約2. 5的范圍內(nèi)以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約1. 8-約2. 2的范圍內(nèi)的合 成氣是有利的。如果在步驟(A)中產(chǎn)生的H2的量不足以滿足以上所定義的H2和CO的摩爾 比，則可以在本發(fā)明方法的步驟(B)之前向所述合成氣中加入額外量的H2。所述合成氣還 可以包含不同量的CO2和水以及顆粒狀固體和其他雜質(zhì)。在執(zhí)行本發(fā)明方法的步驟(B)之 前，可以將所述CO2、水、顆粒狀固體和其他雜質(zhì)與所述合成氣分離或至少部分分離。在本發(fā)明示例性的實(shí)施方案中，將首先結(jié)合圖1-8描述本發(fā)明方法。參考圖1，方 法100使用了氣化爐110和微通道反應(yīng)器200。當(dāng)微通道反應(yīng)器200用于將合成氣轉(zhuǎn)化為 一種或多種烴時(shí)可以指費(fèi)-托微通道反應(yīng)器。當(dāng)微通道反應(yīng)器200用于將合成氣轉(zhuǎn)化為一 種或多種醇時(shí)可以指生成醇的微通道反應(yīng)器。在操作過程中，使所述碳質(zhì)材料經(jīng)由線路112 進(jìn)入氣化爐110中。使氣化劑(例如蒸汽、氧氣和/或空氣)經(jīng)由線路114進(jìn)入氣化爐110 中。在氣化爐110中，加熱所述碳質(zhì)材料和所述氣化劑并且使其發(fā)生氣化反應(yīng)以生成合成 氣。使所述合成氣經(jīng)由線路116從氣化爐110流入微通道反應(yīng)器200中。流出氣化爐110 的合成氣可能處于升高的溫度，例如在700°C以上，因此，在所述合成氣進(jìn)入微通道反應(yīng)器 200之前降低合成氣的溫度可能是有利的。如下文所討論的在氣化爐110和微通道反應(yīng)器 200之間的線路中使用一個(gè)或多個(gè)熱交換器，所述溫度類似于微通道反應(yīng)器200中希望的 操作溫度。這樣的熱交換器可以是微通道熱交換器。流出氣化爐110的合成氣可能含有不 希望的量的水、顆粒狀固體、雜質(zhì)(例如硫、鹵素、硒、磷、砷、氮、二氧化碳等等)等等?？梢?在氣化爐Iio和微通道反應(yīng)器200之間的線路中使用一個(gè)或多個(gè)氣-液吸附裝置(這些 裝置可以采用一種或多種離子液體吸附劑)、變溫吸附(TSA)裝置、變壓吸附(PSA)裝置、 含有納米纖維層或納米復(fù)合膜的微通道裝置、旋分器、冷凝器等等降低這些物質(zhì)的濃度。在 微通道反應(yīng)器200中，使所述合成氣流過一個(gè)或多個(gè)工藝微通道與催化劑接觸以生成目標(biāo) 產(chǎn)物。所述催化劑可以是費(fèi)-托催化劑并且通過與所述費(fèi)-托催化劑接觸生成的產(chǎn)物可以 包括一種或多種烴?？商鎿Q地，所述催化劑可以是生成醇的催化劑并且通過與所述催化劑 接觸生成的產(chǎn)物可以包括一種或多種醇。這些反應(yīng)都為放熱反應(yīng)?？梢允褂萌缂^204和 206所示的流過微通道反應(yīng)器200的熱交換流體控制這些反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述熱 交換流體包括蒸汽。使獲得的產(chǎn)物經(jīng)由線路202流出微通道反應(yīng)器200。除了在微通道反應(yīng)器200中用作熱交換流體的蒸汽也可以用作氣化爐100中的氣 化劑之外，圖2中所示例的方法100A與圖1中所示例的方法100相同。使所述蒸汽從微通道反應(yīng)器200經(jīng)由線路206流入氣化爐110。在氣化爐110中，在所述碳質(zhì)材料的氣化過程 中將蒸汽作為氣化劑使用。除了方法100B包括氮?dú)夥蛛x器300之外，在圖3中所示例的方法100B與圖1中 所示例的方法100相同。所述氮?dú)夥蛛x器300可以包括任何適合分離氮?dú)夂涂諝獾难b置。 例如，氮?dú)夥蛛x器300可以包括離子液體分離器、變溫吸附(TSA)裝置或變壓吸附(PSA)裝 置。在操作過程中，使空氣經(jīng)由線路302進(jìn)入氮?dú)夥蛛x器300，在該分離器中使所述空氣經(jīng) 歷氮?dú)馀c空氣分離的分離過程。從而形成富氧空氣或純化的氧氣。使所述氮?dú)饨?jīng)由線路304 流出氮?dú)夥蛛x器300。使所述富氧空氣或純化的氧氣經(jīng)由線路114從氮?dú)夥蛛x器300流入 氣化爐110。在氣化爐110中，將所述富氧空氣或純化的氧氣作為氣化劑使用。使所述碳質(zhì) 材料和所述氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)以生成合成氣。使所述合成氣經(jīng)由線路116從氣化爐110 流入微通道反應(yīng)器200，在該反應(yīng)器中使所述合成氣發(fā)生反應(yīng)以生成如上所述的一種或多 種烴或一種或多種醇。除了方法100C采用熱解反應(yīng)器400之外，在圖4中所示例的方法100C與圖1中所 示例的方法100相同。在操作過程中，使所述碳質(zhì)材料經(jīng)由線路112進(jìn)入熱解反應(yīng)器400。 在熱解反應(yīng)器400中，使所述碳質(zhì)材料發(fā)生熱解反應(yīng)，生成熱解油。使所述熱解油經(jīng)由線路 402從熱解反應(yīng)器400流入氣化爐110。使氣化劑經(jīng)由線路114進(jìn)入氣化爐110。在氣化爐 110中加熱所述熱解油和所述氣化劑并使其發(fā)生氣化反應(yīng)以生成合成氣。使所述合成氣經(jīng) 由線路116從氣化爐110流入微通道反應(yīng)器200，在該反應(yīng)器中使所述合成氣發(fā)生反應(yīng)以生 成如上所述的一種或多種烴或一種或多種醇。除了使液態(tài)烴例如焦油與流出氣化爐110的合成氣分離之外，圖5中所示例的方 法100D與圖4中所示例的方法100C相同。將這些液態(tài)烴從線路116經(jīng)由線路118回收回 到熱解反應(yīng)器400中。使回收的液態(tài)烴和經(jīng)由線路112進(jìn)入熱解反應(yīng)器400的碳質(zhì)材料在 熱解反應(yīng)器400中混合并發(fā)生熱解反應(yīng)，生成熱解油。使所述熱解油經(jīng)由線路402從熱解 反應(yīng)器400流入氣化爐110，在該氣化爐中將所述熱解油與經(jīng)由線路114進(jìn)入氣化爐110的 氣化劑混合。在氣化爐110中加熱所述熱解油和所述氣化劑并使其發(fā)生氣化反應(yīng)以生成合 成氣。使所述合成氣經(jīng)由線路116從氣化爐110流入微通道反應(yīng)器200。在微通道反應(yīng)器 200中，將所述合成氣轉(zhuǎn)化為如上所述的一種或多種烴或一種或多種醇。圖6中所示例的方法100E采用如上所述的氣化爐110和微通道反應(yīng)器200并結(jié) 合蒸汽甲烷重整(SMR)微通道反應(yīng)器500。在SMR微通道反應(yīng)器500中發(fā)生SMR反應(yīng)，其 中使含有甲烷的尾氣與蒸汽發(fā)生吸熱反應(yīng)以生成合成氣。SMR微通道反應(yīng)器500可以包含 多個(gè)與多個(gè)燃燒通道熱力學(xué)接觸的SMR工藝微通道?？梢栽谒鋈紵ǖ乐羞M(jìn)行燃燒反應(yīng) 以提供所述吸熱SMR反應(yīng)所需要的熱量。在方法100E的操作過程中，使碳質(zhì)材料經(jīng)由線路 112進(jìn)入氣化爐110，在該氣化爐中將所述碳質(zhì)材料與經(jīng)由線路114進(jìn)入氣化爐110的氣化 劑混合。加熱所述碳質(zhì)材料和所述氣化劑并使其發(fā)生氣化反應(yīng)以生成合成氣。使所述合 成氣經(jīng)由線路116流入微通道反應(yīng)器200，在該反應(yīng)器中使所述合成氣與催化劑接觸并反 應(yīng)生成如上所述的一種或多種烴或一種或多種醇。使產(chǎn)物經(jīng)由線路202流出微通道反應(yīng)器 200。使含有甲烷的尾氣與所述產(chǎn)物分離并且從線路202經(jīng)由線路208流入SMR微通道反 應(yīng)器500中。使剩余的產(chǎn)物(即不含尾氣的產(chǎn)物)經(jīng)由線路210流出系統(tǒng)。使所述尾氣隨 蒸汽一起流過SMR微通道反應(yīng)器500。使所述尾氣和所述蒸汽發(fā)生SMR反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為合成氣。所述合成氣經(jīng)由線路502從SMR微通道反應(yīng)器500流入微通道反應(yīng)器200，在所述微通 道反應(yīng)器中使所述合成氣與來自氣化爐110的合成氣混合?；旌虾蟮暮铣蓺饣旌衔锪魅胛?通道反應(yīng)器200中并發(fā)生如上所述的反應(yīng)。除了使二氧化碳與通過箭頭120示出的經(jīng)由線路116流出氣化爐110的合成氣分 離之外，圖7中所示例的方法100F與圖6中所示例的方法100E相同。使貧二氧化碳合成 氣(即，不含二氧化碳的合成氣)經(jīng)由線路122流入微通道反應(yīng)器200，在該反應(yīng)器中所述 貧二氧化碳合成氣與來自線路502的合成氣混合?；旌虾蟮暮铣蓺饣旌衔镌谖⑼ǖ婪磻?yīng)器 200中發(fā)生反應(yīng)以生成如上所述的一種或多種烴或一種或多種醇。除了使與經(jīng)由線路116流出氣化爐110的合成氣分離的二氧化碳經(jīng)由線路120流 入SMR微通道反應(yīng)器500并在該反應(yīng)器中使所述二氧化碳與尾氣混合并反應(yīng)生成合成氣之 外，圖8中所示例的方法100G與圖7中所示例的方法100F相同。使所述合成氣經(jīng)由線路 502流出SMR微通道反應(yīng)器500并流入微通道反應(yīng)器200中。在微通道反應(yīng)器200中，使來 自線路502的合成氣與來自線路122的合成氣混合并發(fā)生反應(yīng)以生成如上所述的一種或多 種烴或一種或多種醇。除了經(jīng)由線路202流出微通道反應(yīng)器200的產(chǎn)物中包含費(fèi)-托產(chǎn)物之外，圖8A所 示例的方法100H與圖1所示例的方法100相同。所述費(fèi)-托產(chǎn)物包含液體和氣體的混合 物。如箭頭203所示，可以使氣態(tài)的費(fèi)-托產(chǎn)物與液態(tài)的費(fèi)-托產(chǎn)物分離。然后可以使所 述液態(tài)的費(fèi)-托產(chǎn)物在加氫裂解微通道反應(yīng)器700中發(fā)生加氫裂解反應(yīng)。任選地，可以在 分離單元或蒸餾單元中將所述費(fèi)-托液態(tài)產(chǎn)物分離為輕餾分和重餾分?？梢詫⑺鲋仞s分 送入所述加氫裂解微通道反應(yīng)器700中?？梢詫⑺鲚p餾分作為最終產(chǎn)物或單獨(dú)地進(jìn)行加 工?？蛇x地，可以將所述輕餾分引入正在加工重餾分的加氫裂解微通道反應(yīng)器700中?？?以在獨(dú)立的加氫裂解微通道反應(yīng)器中對(duì)所述輕餾分進(jìn)行加氫裂解?？梢允菇?jīng)由線路202流 動(dòng)的輕費(fèi)-托產(chǎn)物進(jìn)入加氫裂解微通道反應(yīng)器700并在該反應(yīng)器中使所述輕質(zhì)輕費(fèi)-托 產(chǎn)物與氫氣進(jìn)料流混合。如箭頭702所示，使所述氫氣進(jìn)料流進(jìn)入加氫裂解微通道反應(yīng)器 700中。在加氫裂解微通道反應(yīng)器700中，使所述費(fèi)-托產(chǎn)物和氫氣與加氫裂解催化劑接觸 并反應(yīng)生成目標(biāo)加氫裂解產(chǎn)物。如箭頭704所示，所述加氫裂解產(chǎn)物流出加氫裂解反應(yīng)器 700。在一個(gè)可選的實(shí)施方案中，可以將液態(tài)的費(fèi)-托產(chǎn)物分離成輕餾分和重餾分，然后在 加氫裂解微通道反應(yīng)器700中對(duì)所述重餾分進(jìn)行加氫裂解。所述加氫裂解反應(yīng)是放熱的。 如箭頭706和708所示，可以使用流過微通道反應(yīng)器700的熱交換流體控制所述反應(yīng)。但 是，所述加氫裂解反應(yīng)可能只是輕微放熱的，基于這樣的事實(shí)，所述熱交換流體的使用是任 選的。在一個(gè)可選的實(shí)施方案中，可以在與用于進(jìn)行費(fèi)-托反應(yīng)相同的微通道反應(yīng)器中 進(jìn)行加氫裂解反應(yīng)。在該實(shí)施方案中，可以將用于進(jìn)行費(fèi)-托反應(yīng)的微通道反應(yīng)器200改 造成在所述費(fèi)-托反應(yīng)區(qū)域的下游包含加氫裂解反應(yīng)區(qū)域。使所述氫氣進(jìn)料流入所述加氫 裂解反應(yīng)區(qū)域中。還可以將微通道反應(yīng)器200改造成在所述費(fèi)-托反應(yīng)區(qū)域的下游但在所 述加氫裂解反應(yīng)區(qū)域的上游能夠除去氣態(tài)的費(fèi)-托產(chǎn)物以及任選地除去輕餾分液態(tài)費(fèi)-托 產(chǎn)物。本發(fā)明方法的氣化步驟(A)包括通過使所述碳質(zhì)材料在至少約700°C下的溫度與 氣化劑反應(yīng)將所述碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為合成氣。所述氣化劑可以包括氧氣、空氣和/或蒸汽?？梢栽谥辽偌s800°C的溫度下執(zhí)行所述氣化步驟(A)，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約900°C的溫 度，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約1000°C的溫度，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約1100°C的溫度，以 及在一個(gè)實(shí)施方案中至少約1200°C的溫度。可以在范圍約700°C -約2500°C的溫度下執(zhí) 行所述氣化步驟(A)，在一個(gè)實(shí)施方案中范圍約800°C-約2200°C，在一個(gè)實(shí)施方案中范圍 約900°C -約2000°C，在一個(gè)實(shí)施方案中范圍約1000°C -約1800°C，在一個(gè)實(shí)施方案中范 圍約1100°C -約1800°C，在一個(gè)實(shí)施方案中范圍約1200°C -約1800°C，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中范圍約1300°C -約1500°C。在步驟(A)的過程中所使用的升高的溫度使得所述步驟 不同于生物方法，例如產(chǎn)生沼氣的厭氧分解。不希望受理論的限制，認(rèn)為在本發(fā)明方法的步驟(A)的過程中，所述碳質(zhì)材料可 能發(fā)生如下的反應(yīng)1.可以在加熱碳質(zhì)材料時(shí)發(fā)生熱解(或液化)反應(yīng)?？梢葬尫懦鰮]發(fā)物并產(chǎn)生焦 炭，導(dǎo)致例如以重量計(jì)上至約70%的損失。所述過程取決于所述碳質(zhì)材料的特性。這些特 性可能決定了所述焦炭的結(jié)構(gòu)和組成。2.可以在所述揮發(fā)性產(chǎn)物和部分焦炭與氧氣反應(yīng)以生成二氧化碳和一氧化碳時(shí) 發(fā)生燃燒反應(yīng)。這可以是后續(xù)的氣化反應(yīng)提供熱量。3.所述焦炭與二氧化碳和蒸汽生成一氧化碳和氫氣的反應(yīng)。4.在所述氣化爐中的溫度下可逆的氣相水煤氣變換反應(yīng)可以達(dá)到平衡。這可能使 一氧化碳、蒸汽、二氧化碳和氫氣的濃度達(dá)到平衡。
CO+H2O^—^co2+H2通過這樣的反應(yīng)，可以將有限量的氧氣引入所述氣化爐中以使得部分碳質(zhì)材料燃 燒以在第一反應(yīng)中產(chǎn)生一氧化碳和能量。氧氣與碳的摩爾比可以在約0.01 1-約5 1 的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0.2 1-約2 1的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約 0.5 1-約1.5 1的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0.5 1-約1.2 1的范圍內(nèi)，以 及在一個(gè)實(shí)施方案中為約1 1。所述燃燒反應(yīng)可以用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為氫 氣和額外的一氧化碳的第二反應(yīng)。可以在逆流固定床氣化爐、并流固定床氣化爐、流化床氣化爐或氣流床氣化爐 (entrained flow gasifier)中執(zhí)行所述氣化步驟(A)。所述逆流固定床氣化爐可以包括碳 質(zhì)材料固定床，所述氣化劑(例如蒸汽、氧氣和/或空氣)通過該固定床流入逆流構(gòu)造中。 或者通過干法除去灰分或者使灰分作為爐渣排出。所述排渣氣化爐(slagging gasifier) 可能要求蒸汽和氧氣與碳的更高的比例以達(dá)到比所述灰分熔合溫度更高的溫度。可能要求 碳質(zhì)材料具有高機(jī)械強(qiáng)度和不結(jié)塊組分以使得所述碳質(zhì)材料可以形成可滲透床。這種類型 的氣化爐的生產(chǎn)能力可能是相對(duì)低的。由于氣體出口溫度可能是相對(duì)低的，因此熱效率可 能高。通過這樣的方法可以產(chǎn)生焦炭和甲烷。除了所述氣化劑與所述碳質(zhì)材料一起流入并流構(gòu)造中之外，所述并流的固定床氣 化爐與所述逆流型氣化爐類似?？赡苄枰獙⑼ㄟ^燃燒少量的碳質(zhì)材料或者來自外部熱源的 熱量引入所述床的上部。所述合成氣可以離開高溫下的氣化爐?？梢詫⑺鰺崃恐械拇蟛?分熱量傳遞至被添加在所述床頂部的氣化劑以獲得能源效率。在這樣的構(gòu)造中，焦油可以 穿過焦炭溫床。但是，所述焦油的水平可能低于逆流型氣化爐。
在所述流化床氣化爐中，可以在所述氣化劑中流化所述碳質(zhì)材料?；蛘咄ㄟ^干法 除去灰分或者使灰分作為不能流化的重團(tuán)塊排出。在干法灰化氣化爐中的溫度可能是相 對(duì)低的，并因而所述碳質(zhì)材料可以是相對(duì)高活性的；低質(zhì)煤可能是特別適合的。所述團(tuán)聚 (agglomerating)氣化爐可以在略微較高的溫度下進(jìn)行操作，并且可能適合于等級(jí)更高的 煤。碳質(zhì)材料的產(chǎn)率可能比固定床更高，但是沒有氣流床氣化爐高。由于碳質(zhì)材料的凝聚， 轉(zhuǎn)化率可能是相對(duì)低的。固體的回收或后續(xù)的燃燒可以用于提高轉(zhuǎn)化率。流化床氣化爐可 能適合用于產(chǎn)生高腐蝕性的并可能損害排渣氣化爐爐壁的灰分的碳質(zhì)材料。在所述氣流床氣化爐中，可以采用氧氣或空氣在并流中氣化干粉末狀的固體碳質(zhì) 材料、噴霧狀的液體碳質(zhì)材料或所述碳質(zhì)材料的粉漿。所述氣化反應(yīng)可以發(fā)生在致密的極 細(xì)顆粒狀的團(tuán)塊中。因?yàn)椴僮鳒囟雀卟⑶颐侯w?？梢员舜朔蛛x得很好，所以大部分煤適合 于這種類型的氣化爐。盡管由于使所述氣體在清洗前冷卻導(dǎo)致熱效率可能有點(diǎn)偏低，但高 溫和高壓也可能意味著可以獲得較高的產(chǎn)率。盡管氧氣的需要比其他類型的氣化爐更高， 但是這樣高的溫度也可能意味著焦油和甲烷可能不存在于產(chǎn)物合成氣中。因?yàn)椴僮鳒囟瓤?能大于灰分熔合溫度，所以氣流床氣化爐可以將大部分的灰分作為爐渣除去?？赡苌奢^ 少部分的或者具有極細(xì)干粉飛塵形式的或者具有黑色飛塵粉漿形式的灰分。一些碳質(zhì)材 料，特別是某種類型的生物質(zhì)可能形成腐蝕用作保護(hù)氣化爐外壁的陶瓷內(nèi)壁的爐渣。但是， 部分氣流床類型的氣化爐可能不包含陶瓷內(nèi)壁但可能含有被部分固化的爐渣覆蓋的內(nèi)部 水或蒸汽冷卻壁。這種類型的氣化爐可能不受腐蝕性爐渣的影響。部分碳質(zhì)材料可能具有 極高的灰分熔合溫度的灰分。在這種情況下，可以在氣化前將石灰石與所述燃料混合。以足 夠降低所述熔合溫度的量添加石灰石。所述碳質(zhì)材料顆?？赡苄∮谄渌愋偷臍饣癄t。這 可能意味著所述碳質(zhì)材料可以是粉末狀的，這可能需要比其他類型的氣化爐更多的能量?？梢栽谌廴诮饘俜磻?yīng)器中執(zhí)行所述氣化步驟(A)。在所述熔融金屬反應(yīng)器中，使所 述碳質(zhì)材料和蒸汽與熔融金屬接觸并反應(yīng)生成合成氣。所述熔融金屬可以包括與進(jìn)入所述 反應(yīng)器的蒸汽的第一部分按照下式反應(yīng)的活性金屬(Me)xMe+yH20 ^ yH2+MexOy所述碳質(zhì)材料可以與所述蒸汽的第二部分反應(yīng)以生成一氧化碳和氫氣。所述活 性金屬可以具有與氫氣的氧親和力相似的氧親和力。所述活性金屬可以包括一種或多種 如下的金屬或它們的合金鍺、鐵、鋅、鎢、鉬、銦、錫、鈷或銻。所述活性金屬可以至少部分 溶解于第二金屬或金屬的混合物中。溶解所述活性金屬的金屬可以指稀釋金屬。所述稀 釋金屬也可以與蒸汽反應(yīng)，在這種情況下，所述稀釋金屬可以選自如上所披露的活性金屬， 前提是所述稀釋金屬的活性比所述活性金屬低。所述稀釋金屬可以包含鎳、銅、釕、銠、鈀、 銀、鎘、錸、鋨、銥、鉬、金、汞、鉛、鉍、硒、碲中的一種或多種。在所述熔融金屬混合物中可以 使用多于一種的稀釋金屬。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述活性金屬可以包括鐵并且所述稀釋金 屬可以包括錫。可以用于使所述碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為合成氣的熔融金屬反應(yīng)器可以包括美國專 利 7，232，472B2、6，685，754B2、6，682，714B2 和 6，663，681B2 中披露的熔融金屬反應(yīng)器，所 述專利文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)。可以在等離子氣化爐中執(zhí)行所述氣化步驟(A)。采用這樣的系統(tǒng)，可以將所述碳 質(zhì)材料送入等離子轉(zhuǎn)化器中，所述等離子轉(zhuǎn)化器可以包括密封的充滿氮?dú)饣蚱胀諝獾?不銹鋼容器?？梢栽趦蓚€(gè)電極中通入電流(例如650伏電流)；這除去了氮?dú)饣蚩諝庵械碾娮硬a(chǎn)生了等離子。穿過所述等離子的穩(wěn)定電流形成強(qiáng)大的強(qiáng)能量場(chǎng)，足夠使得所述 碳質(zhì)材料分解成其組分元素。副產(chǎn)物可以包括類似于玻璃的物質(zhì)和合成氣，所述類似于 玻璃的物質(zhì)可以被用作制備高強(qiáng)度浙青或家用瓷磚的原材料?？梢允固幱诟邷乩绱蠹s 2200 T (1204°C )下的所述合成氣離開所述等離子轉(zhuǎn)化器。然后將所述合成氣送入產(chǎn)生蒸 汽的冷卻系統(tǒng)中。所述系統(tǒng)可以用于驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電力的渦輪機(jī)，部分電力可以用于為所述等 離子轉(zhuǎn)化器提供能量，同時(shí)其余的部分可以用作工廠的熱量或電力需要，或者返銷至公用 電網(wǎng)。然后將所述合成氣繼續(xù)送入微通道反應(yīng)器200。可以將一個(gè)或多個(gè)費(fèi)-托(FT)反應(yīng)器或生成醇的微通道反應(yīng)器200、或一個(gè)或多 個(gè)SMR微通道反應(yīng)器500、或一個(gè)或多個(gè)加氫裂解微通道反應(yīng)器700置于容器220中。容 器220具有如圖9和圖10中所示例的構(gòu)造。參考圖9和圖10，容器220包含五個(gè)費(fèi)-托 反應(yīng)器或生成醇的微通道反應(yīng)器200、或五個(gè)SMR微通道反應(yīng)器500、或五個(gè)加氫裂解微 通道反應(yīng)器700。這樣的反應(yīng)器在所述圖中標(biāo)記為200/500/700。這樣的反應(yīng)器在圖10 中標(biāo)記為費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器、SMR微通道反應(yīng)器、或加氫裂解微通道反應(yīng)器 200/500/700-1、200/500/700-2、200/500/700-3、200/500/700-4、200/500/700-5。盡管在 所述圖中公開了五個(gè)微通道反應(yīng)器，可以理解的是，可以將任意希望的數(shù)目的費(fèi)-托或生 成醇的微通道反應(yīng)器、SMR微通道反應(yīng)器、或加氫裂解微通道反應(yīng)器設(shè)置于容器220中。例 如，容器220可以包含約1-約1000個(gè)微通道反應(yīng)器200、500或700，在一個(gè)實(shí)施方案中包 含約1-約750個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約1-約500個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約1-約 250個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約1-約100個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約1-約50個(gè)、以及 在一個(gè)實(shí)施方案中包含約1-約20個(gè)微通道反應(yīng)器200、500或700。容器220可以是承壓 容器。容器220包含入口 2 和228以及出口 222和226。當(dāng)容器220與費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200 —起使用時(shí)，入口 2 與歧管 相連，該歧管用于使合成氣流入微通道反應(yīng)器200中的費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道。入 口 2 與歧管相連，該歧管用于使熱交換流體(例如蒸汽)流入微通道反應(yīng)器200中的熱 交換通道。出口 222與歧管相連，該歧管用于使產(chǎn)物流出微通道反應(yīng)器200中的費(fèi)-托或 生成醇的工藝微通道。出口 2 與歧管相連，該歧管用于使熱交換流體流出微通道反應(yīng)器 200中的熱交換通道。當(dāng)容器220與SMR微通道反應(yīng)器500 —起使用時(shí)，容器220包含出口 222和入口 224,228和226。入口 2M與歧管相連，該歧管用于使SMR進(jìn)料(例如FT尾氣和蒸汽)流 入SMR微通道反應(yīng)器500中的SMR工藝微通道。入口 2 與歧管相連，該歧管用于使燃料 (例如天然氣)流入SMR微通道反應(yīng)器500中的燃燒通道。出口 222與歧管相連，該歧管用 于使合成氣從SMR微通道反應(yīng)器500流出容器220。入口 2 與歧管相連，該歧管用于使氧 氣或者氧源(例如空氣)流入SMR微通道反應(yīng)器500中的分階段的添加通道。容器220還 包括用于使廢氣流出所述SMR微通道反應(yīng)器500的出口(圖中未示出)。當(dāng)容器220與加氫裂解微通道反應(yīng)器700 —起使用時(shí)，入口 2 與歧管相連，該歧 管用于使費(fèi)-托產(chǎn)物從線路202流入加氫裂解微通道反應(yīng)器700中的加氫裂解工藝微通 道。容器220還包括用于使氫氣經(jīng)由歧管流入加氫裂解微通道反應(yīng)器700的工藝微通道中 的入口(圖中未示出)。入口 2 與歧管相連，該歧管用于使熱交換流體流入微通道反應(yīng)器 700中的熱交換通道。出口 222與歧管相連，該歧管用于使加氫裂解的費(fèi)-托產(chǎn)物流出微通道反應(yīng)器700中的工藝微通道。出口 2 與歧管相連，該歧管用于使熱交換流體流出微通道 反應(yīng)器700中的熱交換通道。所述費(fèi)-托產(chǎn)物所發(fā)生的加氫裂解反應(yīng)可以是僅輕微放熱的， 并且從而在微通道反應(yīng)器700中可以不需要使用熱交換通道，因此可以認(rèn)為熱交換通道是 任選的。當(dāng)使用微通道反應(yīng)器700時(shí)，可以獲得改善的氫氣進(jìn)料氣體和費(fèi)-托產(chǎn)物之間的 質(zhì)量傳遞，基于這樣的事實(shí)，使用具有或不具有熱交換通道的微通道反應(yīng)器700對(duì)費(fèi)-托產(chǎn) 物進(jìn)行加氫裂解是有利的。容器220可以使用任意合適的材料制成，該材料足以在運(yùn)行費(fèi)-托反應(yīng)器或生成 醇的微通道反應(yīng)器200、SMR微通道反應(yīng)器500、加氫裂解微通道反應(yīng)器700所需要的溫度 和壓力下進(jìn)行操作。例如，容器220的殼221和頂蓋223可以由鑄鋼制成。法蘭、聯(lián)接件和 管件可由316不銹鋼制成。容器220可以有任意希望的直徑，例如，為約10-約1000cm，以 及在一個(gè)實(shí)施方案中為約50-約300cm。容器220的軸向長度可以是任意希望的值，例如， 約0. 5-約50米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約1-約20米。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200可以包含多個(gè)層層重疊或者并排設(shè)置的 費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道和熱交換通道。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200可以是 立方磚塊的形狀。這樣的立方磚塊中的每一個(gè)立方磚塊可以具有長度、寬度和高度，所述長 度在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約20-約200cm的范圍內(nèi)。所述 寬度可以在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約20-約200cm的范圍內(nèi)。 所述高度在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在從約20-約200cm的范圍 內(nèi)。微通道反應(yīng)器200以及容器220可以充分地小而緊湊的，從而易于運(yùn)輸。因此，可 以將這樣的反應(yīng)器和容器與本發(fā)明方法中所使用其他設(shè)備一起運(yùn)送遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)例如軍事 基地，并且這樣的反應(yīng)器和容器可用于將碳質(zhì)材料例如固體廢棄物、生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化為合成 燃料，例如汽車燃料、柴油、航空燃料等。每一個(gè)費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200可以包含多個(gè)重復(fù)單元，其中的每一 個(gè)重復(fù)單元包括一個(gè)或多個(gè)費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道以及一個(gè)或多個(gè)熱交換通道?？?以使用的重復(fù)單元包括在圖11-14中分別示例的重復(fù)單元230、230A、230B和230C。費(fèi)-托 或生成醇的微通道反應(yīng)器200可以包含約1-約1000個(gè)重復(fù)單元230、230A、230B和230C， 以及在一個(gè)實(shí)施方案中包含約10-約500個(gè)這樣的重復(fù)單元。在重復(fù)單元230-230C中使 用的催化劑可以具有任意的形式，包括如下文描述的不同的催化劑結(jié)構(gòu)形式。在圖11中示出了重復(fù)單元230。參考圖11，將費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道232 設(shè)置成與含有熱交換通道236的熱交換層234相鄰。熱交換通道236可以是微通道。共用 壁237將工藝微通道232與熱交換層234分開。將催化劑設(shè)置在工藝微通道232的反應(yīng)區(qū) 域MO中。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱交換層234的長度上至反應(yīng)區(qū)域MO的長度的200%，在 一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層234的長度是反應(yīng)區(qū)域240的長度的約50-約175%，以及在一個(gè) 實(shí)施方案中熱交換層234的長度是反應(yīng)區(qū)域MO的長度的約75-約150%。按照箭頭250 所示的方向，使反應(yīng)物組合物(例如合成氣)流入工藝微通道232的反應(yīng)區(qū)域240中，與該 反應(yīng)區(qū)域的催化劑接觸，并反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物。如箭頭252所示，使產(chǎn)物(例如一種或多種 烴或一種或多種醇)流出工藝微通道232。按照與工藝微通道232中的反應(yīng)物組合物和產(chǎn) 物的流動(dòng)錯(cuò)流的方向，使熱交換流體流過熱交換通道236。在工藝微通道232中所進(jìn)行的費(fèi)-托或生成醇的反應(yīng)是放熱的并且所述熱交換流體為所述反應(yīng)提供冷量。可選地，所述工藝微通道和熱交換通道可以在重復(fù)單元230A中對(duì)齊設(shè)置。除了使 熱交換通道236旋轉(zhuǎn)90°并且使流過熱交換通道236的熱交換流體以一個(gè)方向流動(dòng)之外， 圖12中所示例的重復(fù)單元230A與圖11中所示例的重復(fù)單元230相同，所述方向可以是與 工藝微通道232中的反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)逆流的方向或者是相對(duì)于工藝微通道232中的反 應(yīng)物和產(chǎn)物的方向并流的方向。可選地，所述工藝微通道和熱交換通道可以在重復(fù)單元230B中對(duì)齊設(shè)置。在圖13 中示出了重復(fù)單元230B。參考圖13，將費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道23 設(shè)置成與熱交 換層235相鄰。熱交換層235含有多個(gè)互相平行對(duì)齊設(shè)置的熱交換通道236，其中的每一個(gè) 熱交換通道236以相對(duì)于工藝微通道23 的縱長方向呈垂直的角度縱向延伸。熱交換層 235在長度上比工藝微通道23 短。熱交換層235從或者靠近工藝微通道23 的反應(yīng)區(qū) 域MO的入口 246沿著工藝微通道23 縱向延伸至點(diǎn)M7，該延伸長度短于延伸至反應(yīng)區(qū) 域240的出口 248的長度。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱交換層235的長度上至反應(yīng)區(qū)域240長 度的約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層235的長度是反應(yīng)區(qū)域240長度的約5-約90%， 在一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層235的長度是反應(yīng)區(qū)域240長度的約5-約50%，在一個(gè)實(shí)施方 案中熱交換層235的長度是反應(yīng)區(qū)域240長度的約50-約90%。工藝微通道23 的寬度 在熱交換層235的末端M7的下游區(qū)域中拓展或延伸?？蛇x地，所述工藝微通道和熱交換通道可以在重復(fù)單元230C中對(duì)齊設(shè)置。除了重 復(fù)單元230C包含與工藝微通道23 相鄰的熱交換層235a，所述熱交換層23 在熱交換 層235的相對(duì)面工藝微通道23 上之外，圖14中所示例的重復(fù)單元230C與圖13中所示 例的重復(fù)單元230B相同。熱交換層23 含有多個(gè)平行熱交換通道236a，所述平行熱交換 通道在尺寸和設(shè)計(jì)上與上述的熱交換通道236相同或類似。熱交換層23 從或者靠近工 藝微通道23 的反應(yīng)區(qū)域240的入口 246沿著工藝微通道23 長度的方向延伸至點(diǎn)M9， 該延伸長度短于延伸至熱交換層235的末端M7的長度。熱交換層23 的長度上至熱交 換層235長度的約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層23 的長度是熱交換層235長度的約 5-約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層23 的長度是熱交換層235長度的約5-約50%， 在一個(gè)實(shí)施方案中熱交換層23 的長度是熱交換層235的長度的約50-約90%。工藝微 通道23 的寬度分別地在熱交換層235和23 的末端247和M9的下游區(qū)域中拓展。工藝微通道232和23 可以具有任意形狀的橫截面，例如正方形、長方形、圓形、 半圓形等等?？梢哉J(rèn)為工藝微通道232和23 中的每一個(gè)通道的內(nèi)高度為垂直于反應(yīng)物和 產(chǎn)物流過工藝微通道的方向的內(nèi)尺寸的較小尺寸。工藝微通道232和23 中的每一個(gè)通 道可以具有上至約IOmm的內(nèi)高度，在一個(gè)實(shí)施方案中上至約6mm，在一個(gè)實(shí)施方案中上至 約4mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中上至約2mm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述高度可以在約0. 05-約 IOmm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約6mm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約 0. 05-約4mm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約2mm的范圍內(nèi)?？梢哉J(rèn)為每一 個(gè)工藝微通道232和23 的寬度為垂直于反應(yīng)物和產(chǎn)物流過工藝微通道的方向的另一個(gè) 內(nèi)尺寸。每一個(gè)工藝微通道232和23 的寬度可以是任意尺寸，例如上至約3米，在一個(gè) 實(shí)施方案中為約0. 01-約3米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約3米。每一個(gè)工藝微通 道232和23 的長度可以是任意尺寸，例如上至約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約6米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約3米。熱交換通道236可以是微通道或者所述通道可以具有使其歸為非微通道的較大 的尺寸。熱交換通道236中的每一個(gè)通道可以具有任意形狀的橫截面，例如正方形、長方 形、圓形、半圓形等等?？梢哉J(rèn)為熱交換通道236中的每一個(gè)通道的內(nèi)高度為垂直于反應(yīng)物 和產(chǎn)物在所述熱交換通道中的流動(dòng)方向的內(nèi)尺寸的較小尺寸。熱交換通道236中的每一個(gè) 通道可以具有上至約2mm的內(nèi)高度，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約2mm的范圍內(nèi)，以及 在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 05-約1. 5mm的范圍內(nèi)。與反應(yīng)物和產(chǎn)物穿過工藝微通道的流動(dòng) 方向垂直的另一個(gè)內(nèi)尺寸，即所述通道中的每一個(gè)通道的寬度，可以是任意尺寸，例如上至 約3米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約3米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約3米。 熱交換通道236中的每一個(gè)通道的長度可以是任意尺寸，例如上至約10米，在一個(gè)實(shí)施方 案中為約0. 2-約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約6米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約 0. 2-約3米。微通道反應(yīng)器200中的重復(fù)單元230-230C的數(shù)目可以是任意希望的數(shù)目，例如， 一、二、三、四、五、六、八、十、幾百、幾千、幾萬、幾十萬、幾百萬等等。在費(fèi)-托或生成醇微通道反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作過程中，提供沿著所述工藝微通道 的長度調(diào)整的熱交換性能來優(yōu)化所述反應(yīng)是有利的。這可以通過使在所述工藝微通道中進(jìn) 行的費(fèi)-托或生成醇的反應(yīng)所生成的熱量的局部釋放匹配于在所述微通道反應(yīng)器的熱交 換通道中由熱交換流體所移除的熱量或者提供的冷量實(shí)現(xiàn)。與所述反應(yīng)區(qū)域的后置或者下 游部分相比，在所述工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域的前置或上游部分中的費(fèi)-托或生成醇的反應(yīng) 程度更高，并且由此釋放的熱量更多。因此，與所述反應(yīng)區(qū)域的下游部分相比，在所述反應(yīng) 區(qū)域的上游部分需要更多與反應(yīng)所釋放的熱量相匹配的冷量。通過提供比所述反應(yīng)區(qū)域的 下游部分更多的與所述工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域的上游部分進(jìn)行熱力學(xué)接觸的熱交換或者 冷卻通道，由此得到具有更多的熱交換或冷卻流體的流動(dòng)，可獲得調(diào)整的熱交換。這樣的技 術(shù)方案示于圖13和14中，其中熱交換層235和23 從反應(yīng)區(qū)域240的入口 246沿工藝微 通道230B和230C的縱長方向延伸至點(diǎn)247和M9，所述延伸長度短于延伸至所述反應(yīng)區(qū) 域MO的出口 248的長度?？蛇x地或此外，通過改變熱交換通道中熱交換流體流速可獲得 調(diào)整的熱交換性能。與需要較少的熱交換或冷量的區(qū)域相比，可以在需要另外的熱交換或 冷量的區(qū)域中將熱交換流體的流速提高。例如，相比于與所述工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域的下 游部分進(jìn)行熱力學(xué)接觸的熱交換通道，熱交換流體在與工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域的上游部分 進(jìn)行熱力學(xué)接觸的熱交換通道中的更高的流速是有利的。因此，參考圖11，例如，與流速可 能較低的靠近工藝微通道232或反應(yīng)區(qū)域MO的出口的熱交換通道236相比，在靠近工藝 微通道232或反應(yīng)區(qū)域240的入口的熱交換通道236中的流速更高。通過選擇最優(yōu)的熱交 換通道尺寸和/或每個(gè)單獨(dú)的或成組的熱交換通道的熱交換流體的流速，可以對(duì)從所述工 藝微通道到所述熱交換通道的熱量傳遞進(jìn)行最優(yōu)效果設(shè)計(jì)。用于調(diào)節(jié)熱交換的附加的備選 設(shè)計(jì)可涉及在所述工藝微通道內(nèi)的特定位置處的所述費(fèi)-托或生成醇的催化劑的選擇和 設(shè)計(jì)(如顆粒尺寸、催化劑配方、堆積密度、分級(jí)催化劑的使用或者其他化學(xué)或物理特性)。 這樣的備選設(shè)計(jì)可能同時(shí)影響來自所述工藝微通道的熱量釋放和向所述熱交換流體的熱 量傳遞。可以為熱量傳遞提供驅(qū)動(dòng)力的工藝微通道和熱交換通道之間的溫差可以是穩(wěn)定的 也可以沿著所述工藝微通道的長度變化。
SMR微通道反應(yīng)器500可以包含多個(gè)層層重疊或者并排設(shè)置的SMR工藝微通道、燃 燒通道或分階段的添加通道。SMR微通道反應(yīng)器500可以是如圖9和10中所示例的立方磚 塊的形狀。這樣的立方磚塊中的每一個(gè)立方磚塊可以具有長度、寬度和高度，所述長度在約 10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約50-約200cm的范圍內(nèi)。所述寬度可 以在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約50-約200cm的范圍內(nèi)。所述 高度在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約50-約200cm的范圍內(nèi)。SMR微通道反應(yīng)器500可以包含多個(gè)重復(fù)單元，其中的每一個(gè)重復(fù)單元包括一個(gè) 或多個(gè)SMR工藝微通道、燃燒通道或分階段的添加通道?？梢允褂玫闹貜?fù)單元包括在圖 21-25中分別示例的重復(fù)單元510、510A、510B、510C和510D。SMR微通道反應(yīng)器500可以包 含約1-約1000個(gè)重復(fù)單元510、510A、510B、510C或510D，在一個(gè)實(shí)施方案中包含約3-約 750個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約5-約500個(gè)、在一個(gè)實(shí)施方案中包含約5-約250個(gè)以及 在一個(gè)實(shí)施方案中包含約10-約100個(gè)這樣的重復(fù)單元。圖21中所示例的重復(fù)單元510包括SMR工藝微通道512和加熱部分520。加熱 部分520包括燃燒通道530和分階段的添加通道540和Μ0Α。工藝微通道510是倒置的U 形并且包括設(shè)置有SMR催化劑(圖中未示出)的反應(yīng)區(qū)域516。如箭頭514所示，使所述 SMR進(jìn)料(例如FT尾氣與蒸汽的組合)進(jìn)入SMR工藝微通道512中，流過所述SMR工藝微 通道，在反應(yīng)區(qū)域516中與所述SMR催化劑接觸，發(fā)生蒸汽甲烷重整反應(yīng)，從而生成含有CO 和H2的合成氣。如箭頭518所示，使所述合成氣流出所述SMR工藝微通道。燃燒通道530 是M形燃燒微通道，其包括設(shè)置有燃燒催化劑(圖中未示出)的反應(yīng)區(qū)域534。燃燒通道 530還包括其側(cè)壁中的開孔部分538，以使得所述氧氣或者氧源從分階段的添加通道540和 540A流入燃燒通道530中。如箭頭532所示，使燃料進(jìn)入燃燒通道530并流入反應(yīng)區(qū)域534 中。如箭頭542和M2A所示，使所述氧氣或者氧源進(jìn)入分階段的添加通道540和MOA并 流過開孔部分538流入燃燒通道530內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域534中。使所述燃料與所述氧氣或者氧 源混合，與所述燃燒催化劑接觸，并且發(fā)生產(chǎn)生熱量和燃燒廢氣的燃燒反應(yīng)。如箭頭536所 示，使所述燃燒廢氣流出燃燒通道530。除了重復(fù)單元510A中的SMR工藝微通道512是直管、流過微通道而非倒置U形微 通道之外，圖22中所示例的重復(fù)單元510A與重復(fù)單元510相同。除了重復(fù)單元510B包括被稱為SMR工藝微通道512和512A的兩個(gè)相鄰的SMR工 藝微通道之外，圖23中所示的重復(fù)單元510B與重復(fù)單元510A相同。SMR工藝微通道512 與燃燒通道530相鄰。SMR工藝微通道512A與SMR工藝微通道512相鄰并與燃燒通道530 熱力學(xué)接觸。除了圖M中所示例的燃燒通道330是直管通道而非M形通道，并且只使用一個(gè)分 階段的添加通道540之外，圖M中所示例的重復(fù)單元510C與圖22中所示例的重復(fù)單元 510A相同。除了重復(fù)單元510D的SMR工藝微通道512是倒置U形微通道而非直管微通道之 外，圖25中所示例的重復(fù)單元510D與圖M中所示例的單元510C相同。微通道反應(yīng)器700可以包含多個(gè)層層重疊的加氫裂解工藝微通道和熱交換通道。 但是，如上所述，所述熱交換通道對(duì)于加氫裂解微通道反應(yīng)器700并非必需的，因此可以認(rèn) 為所述熱交換通道的使用是任選的。加氫裂解微通道反應(yīng)器700可以是如圖9和10中所示例的立方磚塊的形狀。所述立方磚塊的長度可以在約10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一 個(gè)實(shí)施方案中在約20-約200cm的范圍內(nèi)。所述立方磚塊的寬度可以在約10-約1000cm 的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約20-約200cm的范圍內(nèi)。所述立方磚塊的高度在約 10-約1000cm的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在從約20-約200cm的范圍內(nèi)。可以使所述 費(fèi)-托產(chǎn)物，或者至少所述費(fèi)-托產(chǎn)物的液態(tài)或重質(zhì)液態(tài)部分和氫氣進(jìn)入所述加氫裂解工 藝微通道中，并且可以使加氫裂解的產(chǎn)物流出所述加氫裂解工藝微通道?？梢允篃峤粨Q流 體(如果使用的話)流過所述熱交換通道。微通道反應(yīng)器700可以具有進(jìn)料流頂蓋或歧管 以及產(chǎn)物底座或歧管，所示進(jìn)料流頂蓋或歧管可以使反應(yīng)物流入工藝微通道中，所述產(chǎn)物 底座或歧管可以使產(chǎn)物流出工藝微通道。當(dāng)熱交換通道與微通道反應(yīng)器700 —起使用時(shí)， 可以采用熱交換入口歧管和熱交換出口歧管，所述入口歧管可以使熱交換流體流入熱交換 通道中，所述出口歧管可以使熱交換流體流出熱交換通道。加氫裂解反應(yīng)器700可以包含一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元，每一個(gè)重復(fù)單元可以包含一 個(gè)或多個(gè)工藝微通道以及任選地包含一個(gè)或多個(gè)熱交換通道。所述工藝微通道中的每一個(gè) 微通道可以包含一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)域，在該區(qū)域中反應(yīng)物反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物。催化劑以固 體形式存在于在所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)域中。所述催化劑可以包含固定于固體的均相催化 劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使每一個(gè)工藝微通道與一個(gè)或多個(gè)相鄰的反應(yīng)物流通道組合 以使得分階段添加的氫氣進(jìn)入所述工藝微通道中。所述工藝微通道和所述相鄰的反應(yīng)物流 通道可能具有共用壁，在所述共用壁中設(shè)有多個(gè)開口。這樣的開口可以用于使得來自所述 相鄰的反應(yīng)物流通道的氫氣流入所述工藝微通道中。所述進(jìn)料流頂蓋可以包括一個(gè)或多個(gè) 用于將反應(yīng)物的混合物分配給所述工藝微通道的歧管。可選地，所述進(jìn)料流頂蓋可以包括 用于將所述反應(yīng)物單獨(dú)地分配給所述工藝微通道以及所述相鄰的反應(yīng)物流通道的單獨(dú)的 歧管。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200中的所述熱交換通道、SMR微通道反應(yīng)器中的 所述燃燒通道和分階段的添加通道以及加氫裂解微通道反應(yīng)器700中的所述相鄰的反應(yīng) 物流通道和熱交換通道(如果使用的話)可以是微通道或者所述通道可以具有使其歸為非 微通道的尺寸。例如，這樣的通道可以具有上至約50mm的內(nèi)高度或?qū)挾龋谝粋€(gè)實(shí)施方案 中上至約25mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中上至約15mm。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、 所述SMR工藝微通道以及所述加氫裂解工藝微通道是微通道。所述微通道中的每一個(gè)微通 道可以具有任意形狀的橫截面，例如，正方形、長方形、圓形、半圓形等等。每一個(gè)微通道可 以具有上至約IOmm的內(nèi)高度，在一個(gè)實(shí)施方案中上至約5mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中上至 約2mm。所述微通道中的每一個(gè)微通道的高度可以在約0.05-約IOmm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約0. 05-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約2mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中 為約0. 05-約1. 5mm。所述微通道中的每一個(gè)微通道的寬度可以是是任意尺寸，例如上至約 3米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約3米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約3米。每一 個(gè)微通道的長度可以是任意尺寸，例如上至約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約10米， 在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約6米，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約3米。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200中的費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道和熱交換 通道、SMR微通道反應(yīng)器500中的SMR工藝微通道、燃燒通道和分階段的添加通道以及加氫 裂解微通道反應(yīng)器700中的加氫裂解工藝微通道、相鄰的反應(yīng)物流通道和熱交換通道(如果使用的話)可以具有長方形的橫截面并且并排垂直對(duì)齊于定位平面或者并排水平對(duì)齊 于定位重疊平面。這樣的平面可以從水平面仰起一個(gè)傾斜角度。這樣的布局可以指平行板 布局。這樣的通道可設(shè)置在用于放大化的模塊型緊湊單元中。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200、SMR微通道反應(yīng)器500和加氫裂解微通道反 應(yīng)器700可以由任意材料制成，這樣的材料可提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)特性 以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方法的操作。這樣的材料可以包括鋁、鈦、鎳、鉬、銠、銅、鉻、前述任意一種金屬 的合金、黃銅、鋼(例如不銹鋼)、石英、硅或者上述兩種或更多種物質(zhì)的組合。每一種微通 道反應(yīng)器可以由具有一種或多種用于形成所述通道的銅或鋁波形的不銹鋼制成?？梢岳矛F(xiàn)有技術(shù)制造費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200、SMR微通道 反應(yīng)器500和加氫裂解微通道反應(yīng)器700，所述技術(shù)包括電火花線切割加工(wire electrodischarge machining)、傳統(tǒng)加工、激光切割、光化學(xué)加工、電化學(xué)加工、成型、水射 流、沖壓、蝕刻(例如化學(xué)蝕刻、光化學(xué)蝕刻或等離子蝕刻)和上述方法的組合。通過形成具有被移除的部分并形成流動(dòng)通道的夾板(shims)，可以構(gòu)建費(fèi)-托或 生成醇的微通道反應(yīng)器200、SMR微通道反應(yīng)器500和加氫裂解微通道反應(yīng)器700。一沓夾 板可以經(jīng)由擴(kuò)散粘合(diffusion bonding)、激光焊(laser welding)、擴(kuò)散焊(diffusion brazing)和類似方法進(jìn)行組裝費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器、所述SMR微通道反應(yīng)器和 所述加氫裂解微通道反應(yīng)器以形成整合的裝置。所述微通道反應(yīng)器可以通過夾板或推板 (laminae)以及部分(partial)薄片或帶體(strips)的組合進(jìn)行組裝。在這樣的方法中， 通過將帶體或者部分的薄片進(jìn)行組裝，形成所述通道或空間區(qū)域以減少所需的材料的量。使用具有直角波紋狀插入的形式的波形可以構(gòu)建費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng) 器200、SMR微通道反應(yīng)器500和加氫裂解微通道反應(yīng)器700。所述直角波紋狀的薄片可以 具有倒圓的邊而不是銳利的邊?？梢詫⑦@樣的插入夾在兩塊相對(duì)的平面薄片或夾板之間。 在這樣的方法中，可以通過所述波紋狀薄片在三條側(cè)邊以及通過所述平面薄片在第四條邊 上限定所述微通道?？梢酝ㄟ^這樣的方式形成所述工藝微通道和所述熱交換通道。采用波 形制得的微通道反應(yīng)器披露在WO 2008/030467中，該文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)中。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道和/或燃燒通道和加氫裂解 工藝微通道可以包含一個(gè)或多個(gè)表面特征，所述表面特征在所述工藝微通道的一個(gè)或多個(gè) 內(nèi)壁上是凹陷和/或突起的形式。實(shí)例示于圖沈和27中。費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng) 器200中的熱交換通道和加氫裂解微通道反應(yīng)器700中的熱交換通道(如果使用的話)以 及加氫裂解微通道反應(yīng)器700中的相鄰的反應(yīng)物流通道也可以包含這樣的表面特征。所述 表面特征可以用于干擾所述通道內(nèi)流動(dòng)的流體的流動(dòng)。對(duì)所述流動(dòng)的干擾可以增強(qiáng)混合和 /或熱傳導(dǎo)。所述表面特征可以是帶圖案的表面的形式。所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反 應(yīng)器、SMR微通道反應(yīng)器和/或加氫裂解微通道反應(yīng)器可以通過將多個(gè)夾板壓制在一起制 成。在所述夾板的一個(gè)或兩個(gè)主要表面上可以包含表面特征?？蛇x地，可以使用一些薄片 或夾板和一些帶體或部分薄片對(duì)所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器、SMR微通道反應(yīng)器 和/或加氫裂解微通道反應(yīng)器進(jìn)行組裝，以減少制造所述裝置所需的金屬的總量。含有表 面特征的夾板可以與另一個(gè)含有表面特征的夾板配對(duì)(在一個(gè)微通道的兩對(duì)面)。與僅在 一個(gè)主要表面上有表面特征的通道相比，配對(duì)可以產(chǎn)生更好的混合或熱傳導(dǎo)增強(qiáng)。所述圖 案可以包括帶斜紋的凹坑，設(shè)置所述凹坑使其基本覆蓋在微通道表面的全部寬度上。一面壁的帶圖案的表面特征區(qū)域可以占據(jù)微通道表面的一部分或者全部長度。可以設(shè)置表面特 征使其覆蓋通道表面的長度的至少約10%、在一個(gè)實(shí)施方案中至少約20%、在一個(gè)實(shí)施方 案中至少約50%、以及在一個(gè)實(shí)施方案中至少約80%。每一個(gè)帶斜紋的凹坑可以包括一個(gè) 或多個(gè)相對(duì)于流動(dòng)方向的角度。相對(duì)于其他的凹坑表面特征，連續(xù)的凹坑表面特征可以包 括類似的或者交替的角度。在其中可以將表面特征設(shè)置在多于一面的微通道壁之上或之內(nèi)的實(shí)施方案中，在 一面壁之上或之內(nèi)的所述表面特征可以具有與建立在第二面壁上的圖案相同(或類似)的 圖案，但是所述表面特征圍繞著所述主通道平均總體流動(dòng)方向的中心線旋轉(zhuǎn)。在其中表面 特征可能在相對(duì)壁之上或之內(nèi)的實(shí)施方案中，在一面壁之上或之內(nèi)的所述表面特征可大體 是在相對(duì)壁上的所述特征的鏡像。在其中可以將表面特征設(shè)置在多于一面的微通道壁之上 或之內(nèi)的實(shí)施方案中，在一面壁之上或之內(nèi)的所述表面特征可以具有與在第二面壁上的圖 案相同(或類似)的圖案，但是所述表面特征圍繞著所述主通道平均總體流動(dòng)方向的垂直 軸線旋轉(zhuǎn)。換言之，所述表面特征可相對(duì)于所述主通道平均總體流動(dòng)方向翻轉(zhuǎn)180度，并且 相對(duì)于所述主通道平均總體流動(dòng)方向的中心線旋轉(zhuǎn)。在相對(duì)或者相鄰壁之上或之內(nèi)的表面 特征可以直接互相對(duì)齊或者可以不直接相互對(duì)齊，但是可以沿著所述壁在所述壁長度的至 少一部分上不斷重現(xiàn)?？梢詫⒈砻嫣卣髦糜谕ǖ赖娜齻€(gè)或者更多個(gè)內(nèi)表面上。對(duì)于有三個(gè) 面或者更少個(gè)面的通道形狀，如三角形、卵形、橢圓形、圓形等等，所述表面特征可覆蓋所述 微通道周長的約20% -約100%。帶圖案的表面可以包括多個(gè)互相重疊的圖案?？梢詫⒖椎哪Ｐ突蛘哧嚵性O(shè)置成與 熱交換壁相鄰，并且可以使第二圖案例如表面特征的帶斜紋的陣列在頂部重疊并且與用于 流動(dòng)的開放通道相鄰。與開放空隙相鄰的薄片可以具有穿過所述薄片厚度的圖案，以使得 流動(dòng)可以穿過所述薄片進(jìn)入下面的圖案。流動(dòng)可能作為平流(advection)或者擴(kuò)散的結(jié)果 發(fā)生。作為示例，可以將具有通孔(through holes)的陣列的第一薄片設(shè)置于熱傳導(dǎo)壁上， 并且將具有斜紋穿過槽(through slots)的陣列的第二薄片設(shè)置于所述第一薄片之上。這 為粘附催化劑提供了較多的表面積。所述圖案可在所述工藝微通道的至少另一面壁上重 現(xiàn)。所述圖案可在兩相對(duì)壁上抵消。所述最內(nèi)部的帶圖案的表面(那些界定流動(dòng)通道的表 面)可以具有圖案，例如斜紋陣列。可以將所述斜紋陣列的兩面同時(shí)設(shè)置成沿著流動(dòng)的方 向或者一面設(shè)置成沿著流動(dòng)的方向而將相對(duì)面設(shè)置成逆著流動(dòng)的方向。通過改變兩相對(duì)壁 的表面特征，在沿著中心或開放空隙向下流動(dòng)的所述流體中可以形成不同的流場(chǎng)和渦量程 度?？梢詫⑺霰砻嫣卣髟O(shè)置成與經(jīng)過所述通道的流動(dòng)方向成一定角度?？梢詫?所述表面特征設(shè)置成相對(duì)于流動(dòng)方向成約1° -約89°的角度，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 30° -約75°的角度。定位角度可以是斜角?？裳刂鲃?dòng)方向或者逆著流動(dòng)方向設(shè)置所述 具有角度的表面特征。與所述表面特征接觸的流體的流動(dòng)可以迫使所述流體的一部分進(jìn)入 所述表面特征的凹陷內(nèi)，而其他流體在所述表面特征的上方流動(dòng)。在所述表面特征內(nèi)的流 動(dòng)可以與所述表面特征一致，并且與所述通道內(nèi)的總體流動(dòng)方向成一定角度。當(dāng)流體流出 所述表面特征時(shí)，對(duì)于所述總體流動(dòng)是ζ方向的x、y、z坐標(biāo)系，其中所述流體可以在χ和y 方向施加動(dòng)量。這可能導(dǎo)致在所述流體的流動(dòng)中產(chǎn)生擾動(dòng)或漩渦。這樣的圖案可能是有利 于混合的。
可以將所述工藝微通道內(nèi)的兩個(gè)或更多個(gè)表面特征區(qū)域串聯(lián)設(shè)置，以使得通過第 一表面特征區(qū)域，然后通過可以使用不同的流動(dòng)圖案的至少一個(gè)第二表面特征區(qū)域，實(shí)現(xiàn) 所述流體的混合。所述表面特征可以具有兩個(gè)層或更多個(gè)互相重疊或者以三維模式纏繞在一起的 層。每一個(gè)單獨(dú)的層內(nèi)的圖案可以是相同或者不同的。在每一個(gè)層或者僅在一個(gè)層中的流 動(dòng)可以打旋或者平流(advect)。與所述通道的總體流動(dòng)路徑不相鄰的亞層可用于形成另外 的表面積。所述流動(dòng)可在表面特征的第一層打旋，并且通過分子擴(kuò)散進(jìn)入第二層或者更多 個(gè)亞層中以促進(jìn)反應(yīng)。可通過金屬鑄造、光化學(xué)加工、激光切割、蝕刻、射頻消融或其他方法 制造三維的表面特征，其中可以將不同的圖案分解成好像互相重疊的單獨(dú)的平面。可以將 三維的表面特征設(shè)置成與所述微通道內(nèi)的總體流動(dòng)路徑相鄰，其中所述表面特征具有不同 的深度、形狀和/或位置，伴隨具有不同深度、形狀和/或位置的圖案的亞特征。三維的表面特征結(jié)構(gòu)的實(shí)例可以包括在與所述微通道總體流動(dòng)路徑相鄰的界面 處嵌入的傾斜角度或者鋸齒形。在所述鋸齒形的下方，可能存在一系列三維的結(jié)構(gòu)，所述三 維的結(jié)構(gòu)與相鄰于總體流動(dòng)路徑的表面特征相連，但是由不同形狀、深度和/或位置的結(jié) 構(gòu)組成。設(shè)置亞層通道使其不直接落在與所述微通道內(nèi)的總體流動(dòng)路徑相鄰的開放表面特 征的下方而使上述上層通道通過一個(gè)或多個(gè)彎曲的二維或三維的通道相連是進(jìn)一步有利 的。這樣的方法有利于在所述微通道內(nèi)形成適合的停留時(shí)間分布，其中希望停留時(shí)間分布 具有較寬和較窄的對(duì)比?？梢砸耘c通道的長度和寬度相同的方式限定表面特征的長度和寬度。所述深度可 以是所述表面特征沉入或者從所述微通道的表面升起的距離。所述表面特征的深度可以與 堆放重疊且綁定的微通道裝置的方向一致，所述微通道裝置具有形成于所述薄片表面之上 或之內(nèi)的表面特征。所述表面特征的尺寸可以指表面特征的最大尺寸，例如，圓槽的深度可 以指最大深度，即到所述圓槽的底部的深度。所述表面特征可以具有上至約5mm的深度，在一個(gè)實(shí)施方案中為上至約2mm，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約5mm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約2mm的范圍內(nèi)， 并且在一個(gè)實(shí)施方案中為約0.01-約Imm的范圍內(nèi)。所述表面特征的寬度可以足以使其幾 乎橫跨所述微通道寬度(例如人字形(herringbone)設(shè)計(jì))，但在一個(gè)實(shí)施方案中(如填 入特征)橫跨所述微通道寬度的約60%或更少，在一個(gè)實(shí)施方案中為約50%或更少，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約40%或更少，在一個(gè)實(shí)施方案中為所述微通道寬度的約0. -約60% 的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中為所述微通道寬度的約0. 1%-約50%的范圍內(nèi)，以及在一個(gè) 實(shí)施方案中為所述微通道寬度的約0. 1%-約40%的范圍內(nèi)。所述表面特征的寬度可以是 約0. 05mm-約IOOcm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5mm-約5cm的范圍內(nèi)，以及在一 個(gè)實(shí)施方案中為約1-約2cm的范圍內(nèi)。多個(gè)表面特征或表面特征區(qū)域可以可包含于通道內(nèi)，并包括以不同深度凹入一個(gè) 或多個(gè)微通道壁的表面特征。所述凹坑之間的距離可以在約0. Olmm-約IOmm的范圍內(nèi)，以 及在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 1-約Imm的范圍內(nèi)。所述表面特征可以沿微通道的全長存在或 者存在于所述通道的部分或區(qū)域內(nèi)。具有表面特征的所述部分或區(qū)域可以是不連續(xù)的，以 促進(jìn)在調(diào)整的區(qū)域內(nèi)的希望的混合或單元操作(例如分離、冷卻等)。例如，在通道的一厘 米部分上可能具有緊密相間分布的表面特征，然后是不含表面特征的四厘米的平坦通道，然后是具有疏松間隔的表面特征的兩厘米部分。術(shù)語“疏松間隔的表面特征”指具有節(jié)距 或特征對(duì)特征的距離的表面特征，所述節(jié)距或特征對(duì)特征的距離大于約5倍的所述表面特 征的寬度。可以將所述表面特征設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)表面特征區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域基本在通道的整 個(gè)軸向長度上延伸。在一個(gè)實(shí)施方案中，通道可以具有在其軸向長度的約50%或更少的軸 向長度上延伸的表面特征，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為其軸向長度的約20%或更少。在一個(gè) 實(shí)施方案中，所述表面特征可以在所述通道的軸向長度的約10% -約100%的軸向長度上 延伸，在一個(gè)實(shí)施方案中約20% -約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中約30% -約80%，以及在一 個(gè)實(shí)施方案中為通道的軸向長度的約40% -約60%。每一個(gè)表面特征跨程(leg)可相對(duì)于所述總體流動(dòng)方向成傾斜的角度?？梢詫?所述特征橫跨長度或跨度定義為與所述特征朝向垂直的方向。例如，表面特征可以是相對(duì) 于垂直于主通道內(nèi)的總體流動(dòng)的平均方向的平面成45度角的斜紋凹陷，所述主通道具有 0. 38mm的開口或跨度或特征橫跨長度，并且具有5. 6mm的特征流通長度。所述流通長度可 以是從所述表面特征的一端到另一端在最長的方向上的距離，而所述跨度或橫跨特征長度 可以是在最短方向上的距離(不是深度)。所述表面特征深度可以是距所述主通道的距離。 對(duì)于具有非均一寬度(跨度)的表面特征，所述跨度可以是平均于所述流通長度的平均跨 度。表面特征可以包括基于在所述表面特征底部或者所述表面特征頂部處的所述突 出的區(qū)域的凹坑或者突起。如果在所述表面特征頂部處的所述區(qū)域等于或者超出在所述表 面特征底部處的區(qū)域，則可以認(rèn)為所述表面特征是凹陷的。如果在所述表面特征底部處的 區(qū)域超出在所述表面特征頂部處的區(qū)域，則可以認(rèn)為所述表面特征是突起的。對(duì)于這樣的 描述而言，可能將所述表面特征描述為凹陷，但是可以理解的是，通過改變所述表面特征的 縱橫比可以可選地將所述表面特征定義為突起。對(duì)于通過壁面限定的工藝微通道而言，所 述壁面僅橫貫所述表面特征的頂部，特別對(duì)于平坦通道而言，可以將所有表面特征定義成 凹陷的，并且可以理解的是，通過使表面特征從通道的底部突起可以形成類似的通道，該通 道具有包括所述表面特征的底部的橫截面。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道和/或燃燒通道和/或加氫 裂解工藝微通道可以具有至少約20%、在一個(gè)實(shí)施方案中至少約35%、在一個(gè)實(shí)施方案中 至少約50%、在一個(gè)實(shí)施方案中至少約70%以及在一個(gè)實(shí)施方案中至少約90%的包含所 述表面特征的通道的內(nèi)表面(在垂直于長度即垂直于穿過所述通道的凈流動(dòng)方向的橫截 面中測(cè)量)。所述表面特征可以覆蓋至少約Icm的連續(xù)距離(stretch)，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中至少約5cm。在封閉通道的情況中，與從所述表面特征的底部或頂部或介于之間的恒定 值均勻延伸的封閉通道相比，表面特征的覆蓋的百分比可以是被表面特征覆蓋的橫截面的 比例。所述封閉通道可以是平坦通道。例如，如果通道具有帶圖案的頂部或底部表面和不 帶圖案的高0. Icm的側(cè)壁面，所述頂部或底部表面中的每一個(gè)表面跨(寬)0. 9cm，那么所述 通道90%的表面將含有表面特征。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道和/或加氫裂解工藝微通道 可以于所有側(cè)面上封閉，并且在一個(gè)實(shí)施方案中所述通道可以具有普通的正方形或者長方 形的橫截面(在長方形通道的情況中，可以將表面特征圖案設(shè)置在兩個(gè)主要面上)。對(duì)于普通的正方形或者長方形通道而言，所述通道可以于僅兩個(gè)或三個(gè)側(cè)面上封閉，并且僅所述 兩個(gè)或者三個(gè)側(cè)壁面可以用于上述表面特征百分比的計(jì)算中?？梢栽诰哂蟹€(wěn)定或變化的軸 向橫截面的圓柱形通道上設(shè)置所述表面特征。所述表面特征圖案中的每一種圖案可以沿著所述通道的一面重現(xiàn)，所述圖案在所 述通道總體流動(dòng)方向上的表面特征之間具有變化的或者規(guī)律的間距。部分實(shí)施方案可以僅 包括每一個(gè)表面特征的單一的跨程(leg)，而其他實(shí)施方案可以包括多個(gè)跨程(兩個(gè)、三個(gè) 或更多個(gè))。對(duì)于寬面的(wide-width)通道而言，可以設(shè)置復(fù)合表面特征或者重復(fù)表面特 征的縱列使其在所述通道的寬度上彼此相鄰。對(duì)于所述表面特征圖案的每一種圖案而言， 所述圖案沿著所述主通道的總體流動(dòng)方向重復(fù)時(shí)，所述特征深度、寬度、跨度和間距可以是 變化或者恒定的。另外，具有以不同的角度連接兩個(gè)跨程的頂點(diǎn)的表面特征尺寸可以有備 選的實(shí)施方案，在所述實(shí)施方案中所述表面特征跨程在所述頂點(diǎn)可以不相連。所述費(fèi)-托催化劑可以包括任意的費(fèi)-托催化劑。所述費(fèi)-托催化劑可以包括 至少一種催化活性的金屬或其氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述費(fèi)-托催化劑可以進(jìn)一 步包括催化劑載體。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述費(fèi)-托催化劑可以進(jìn)一步包括至少一種促進(jìn) 劑。所述催化活性的金屬可以包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述兩種或更多種物質(zhì)的組 合。所述載體材料可以包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氟化鋁、氟化氧化鋁、膨潤土、氧化 鈰、氧化鋅、二氧化硅-氧化鋁、碳化硅、分子篩或上述兩種或更多種物質(zhì)的組合。所述載 體材料可包括耐高溫的氧化物。所述促進(jìn)劑可以包括I 4、11々、1118或1乂8族金屬或其 氧化物、鑭系金屬或金屬氧化物、或錒系金屬或金屬氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述促 齊Ui Li、B、Na, K、Rb, Cs、Mg、Ca, Sr、Ba, Sc、Y、La, Ac、Ti、Zr、La, Ac、Ce Th ^ 化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物?？墒褂玫拇呋瘎┑膶?shí)例包括那些在美國專利 4，585，798 ；5，036，032 ；5，733，839 ；6，075，062 ；6，136，868 ；6，262，131B1 ；6，353，035B2 ； 6，368，997B2 ；6，476，085B2 ；6，451，864B1 ；6，490, 880B1 ；6，537，945B2 ；6，558，634B1 ；美 國專利申請(qǐng)公開2002/0028853A1 ；2002/0188031A1 ；和2003/0105171A1中所披露的催化 劑；由于這些專利或?qū)＠暾?qǐng)披露了關(guān)于費(fèi)-托催化劑及其制備方法的內(nèi)容，所以所述專 利或?qū)＠暾?qǐng)以引文方式并入本專利申請(qǐng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述費(fèi)-托催化劑可以包括裝載在載體上的Co和任選地包括 協(xié)同催化劑和/或促進(jìn)劑，其中所述Co裝載量以重量計(jì)至少約5 %，在一個(gè)實(shí)施方案中以 重量計(jì)至少約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約15%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì) 至少約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約25%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約 28 %，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約30 %，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約32 %， 在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約35%，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約40%。在 一個(gè)實(shí)施方案中，所述Co裝載量以重量計(jì)可以是約5-約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量 計(jì)為約10-約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約15-約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重 量計(jì)為約20% -約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約25-約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中 以重量計(jì)為約28-約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約30-約50%，以及在一個(gè)實(shí)施 方案中以重量計(jì)為約32-約50%。所述催化劑的催化活性的金屬(即Co和任選地一種協(xié) 同催化劑和/或促進(jìn)劑)的金屬分散度可以是約1-約30%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約2-約 20%，并且在一個(gè)實(shí)施方案中為約3-約20%。所述協(xié)同催化劑可以是狗、Ni、Ru、Re、Os或其氧化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。所述促進(jìn)劑可是I A、II々、1118或1乂8族 金屬或其氧化物、鑭系金屬或金屬氧化物或錒系金屬或金屬氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述促進(jìn)劑是 Li、B、Na、K、Rb, Cs, Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce 或 Th 或其 氧化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物?？梢允褂靡灾亓坑?jì)基于所述催化劑的總重量 (即催化劑、協(xié)同催化劑、促進(jìn)劑和載體的重量)的濃度上至約10%的協(xié)同催化劑，以及在 一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約0. 1-約5%?？梢栽谝允褂靡灾亓坑?jì)基于所述催化劑的總重 量的濃度上至約10%的促進(jìn)劑，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約0. 1-約5%。所述費(fèi)-托催化劑可以包括由氧化鋁擔(dān)載的Co ；所述Co的裝載量以重量計(jì)至 少約25%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約觀％，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約 30 %，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約32 % ；所述Co分散度至少約3 %，在一個(gè)實(shí)施 方案中至少約5%，以及在一個(gè)實(shí)施方案中至少約7%。所述費(fèi)-托催化劑可以包含以下式表示的組合物CoM1aM2bOx其中^是狗力丨丄仏徹⑷^^或其混合物，以及在一個(gè)實(shí)施方案中化是如或徹或 ；M2 Mi Li, B, Na, K、Rb, Cs、Mg、Ca, Sr、Ba, Sc、Y、La, Ac、Ti、Zr、La, Ac、Ce g Th,
或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物；a是0-約0. 5范圍內(nèi)的數(shù)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為 0-約0. 2 ;b是0-約0. 5范圍內(nèi)的數(shù)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為0-約0. 1 ；以及χ是滿足式 中的元素價(jià)態(tài)平衡所需的氧的數(shù)目?？梢圆捎枚鄠€(gè)浸漬步驟制備所述費(fèi)-托催化劑，其中可以在每個(gè)浸漬步驟之間執(zhí) 行內(nèi)煅燒(intercalcination)步驟。至少在一個(gè)實(shí)施方案中，使用這樣的方法所形成的 催化劑的起催化作用的金屬和任選的促進(jìn)劑的裝載量比其中沒有使用這樣的內(nèi)煅燒步驟 的方法更高。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過下列步驟將起催化作用的金屬(例如Co)和任選的 協(xié)同催化劑(例如Re或Ru)和/或促進(jìn)劑裝載于載體(如Al2O3)上(A)用包含起催化 作用的金屬和任選的協(xié)同催化劑和/或促進(jìn)劑的組合物浸漬所述載體，以提供起催化作用 的中間產(chǎn)物；(B)煅燒在步驟(A)中形成的起催化作用的中間產(chǎn)物；(C)用另一種包含催化 金屬和任選的協(xié)同催化劑和/或促進(jìn)劑的組合物浸透在步驟(B)中形成的煅燒的中間產(chǎn) 物，以提供另一種起催化作用的中間產(chǎn)物；以及(D)煅燒在步驟(C)中形成的另一種起催 化作用的中間產(chǎn)物，以提供起催化作用的目標(biāo)產(chǎn)物。使用初濕含浸法(incipient wetness impregnation process)可以將所述起催化作用的金屬和任選的協(xié)同催化劑和/或促進(jìn)劑 浸漬于所述載體上。可以重復(fù)步驟(C)和(D) —次或多次，直至達(dá)到起催化作用的金屬和 任選的協(xié)同催化劑和/或促進(jìn)劑的希望的裝載量。含有所述起催化作用的金屬的組合物 可以是所述金屬的硝酸鹽溶液，例如，硝酸鈷溶液。可以繼續(xù)進(jìn)行所述方法直至所述起催 化作用的金屬(例如Co)達(dá)到以重量計(jì)約20%或更多的裝載量，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量 計(jì)約25%或更多，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約或更多，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì) 約30%或更多，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約32%或更多，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約 35%或更多，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約37%或更多，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì) 約40%或更多。所述煅燒步驟中的每一個(gè)步驟可以包括在約100°C -約500°C的溫度范圍 內(nèi)加熱所述催化劑，在一個(gè)實(shí)施方案中為約100°C -約400°C，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約 250-約350°C，加熱時(shí)間為約0. 5-約100小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約M小時(shí)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約2-約3小時(shí)。所述溫度以約1-20°C /min的速率上升至所述煅燒 溫度?？梢栽谒鲮褵襟E之前執(zhí)行干燥步驟，其中在約75-約200°C的溫度下干燥所述催 化劑，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約75°C -約150°C，干燥時(shí)間為約0. 5-約100小時(shí)，以及在 一個(gè)實(shí)施方案中約0. 5-約M小時(shí)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將所述催化劑在約90°C下干 燥約12小時(shí)，然后在約110-120°C下干燥約1-約1. 5小時(shí)，可以使溫度以約0. 5_1°C /min 的速率從90°C上升至110-120°C。所述費(fèi)-托催化劑可以包括金屬、金屬氧化物或混合的金屬氧化物。所述金屬可 以是鈷、鐵、釕或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。所述催化劑可以包括Co或其碳化物或 氧化物。這樣的催化劑還可以包括一種或多種堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬和/ 或鑭系金屬?？梢詫⑦@樣的催化劑裝載于載體上，并且如果這樣的話，可用的載體可以包括 金屬氧化物，例如氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯以及二氧化硅、介孔材料、沸石、耐高溫的金屬或 上述兩種或更多種物質(zhì)的組合?？梢酝ㄟ^添加少量的一種或多種過渡金屬的氧化物對(duì)所述 載體進(jìn)行改性。所述催化劑可以是WO 2008/104793 A2所披露的費(fèi)-托催化劑中的任意一 種，該文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)中。所述費(fèi)-托催化劑可以包含以重量計(jì)含量上至約60 %的鈷，在一個(gè)實(shí)施方案中以 重量計(jì)約10% -約60%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約20% -約60%，在一個(gè)實(shí)施方案中 以重量計(jì)約30 % -約60 %，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約35 % -約60 %，以及在一個(gè)實(shí)施 方案中以重量計(jì)約35% -約50%。這樣的催化劑可以包含鈷和載體。所述費(fèi)-托催化劑可以包含鈷和載體?？梢圆捎妹绹鴮＠?，183，329B2中所披露 的方法活化這樣的催化劑，該文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)中。這樣的方法包括使用含 有至少約5mol%的烴的氣體活化含有鈷化合物和載體的催化劑前體。由于催化劑在反應(yīng)環(huán)境中可能發(fā)生變化，因此在本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語“催化劑” 可以同時(shí)涵蓋活性形式(active form)中的催化劑和前體形式中的催化劑?？梢詫⑿g(shù)語“催 化劑前體”廣泛地解釋為不僅涵蓋剛制備出來的催化劑前體或者那些未還原的或者未在由 其催化的反應(yīng)中使用的催化劑前體，還涵蓋在活化后能夠被用作催化劑的任意的催化劑前 體，例如已經(jīng)在由其催化的反應(yīng)中使用的催化劑。同理，可以理解術(shù)語“活化”不僅包括活 化未使用的或未還原的催化劑前體，還包括活化使用過的或還原的催化劑。因此，所述術(shù)語 包括在其含有使用過的催化劑的再生的范圍內(nèi)的任何活化?？梢酝ㄟ^用烴活化催化劑前體制備所述費(fèi)-托催化劑。所述催化劑前體可以包含 鈷化合物和載體。所述載體可以是能夠擔(dān)載目標(biāo)反應(yīng)中的催化劑的任意的載體。所述載體 可以是惰性載體，抑或可以是活性載體?？梢允褂玫妮d體的實(shí)例包括氧化鋁、改性氧化鋁、 尖晶石氧化物、二氧化硅、改性二氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、沸石、β -鋁酸鹽和各種 形式的碳。所述氧化鋁或改性氧化鋁可以是例如α-氧化鋁、β-氧化鋁或Υ-氧化鋁。因 為氧化鋁和尖晶石氧化物(例如六鋁酸鋇)具有穩(wěn)定性，所以這些物質(zhì)可能是有利的。 所述碳可以是活性碳的形式或碳納米管?？梢允褂梅惺?。所述載體可以包含孔或通道。任意的鈷化合物可以同所述催化劑前體一起使用。所述鈷化合物可以是鹽的形 式，例如水溶性鹽或氧化物?？墒褂玫拟掻}的實(shí)例可以包括硝酸鈷、乙酸鈷、苯甲酸鈷、草酸 鈷或乙酰丙酮鈷。由于鹵化物可以影響載體，所以可能希望避免使用鹵化鈷?？梢允褂玫?氧化鈷的實(shí)例是Co304?？梢允褂靡环N或多種鈷鹽和/或其氧化物。
可以采用任何公知的方法制備所述催化劑前體。可以將所述催化劑前體添加至使 用溶劑例如水或有機(jī)溶劑例如醇的溶液形式的載體中。所述醇可以包含1-約4個(gè)碳原子。 這樣的醇可以包括甲醇和乙醇。然后可以除去所述溶劑?？梢酝ㄟ^在室溫下或高于室溫的 溫度(例如約50°C -約250°C )下干燥約1-約M小時(shí)來除去所述溶劑?？梢允褂枚鄠€(gè)干 燥步驟的組合?？梢栽谑覝叵聦⒈粨?dān)載的催化劑前體干燥約2-約10小時(shí)，然后在升高的 溫度下干燥約2-約8小時(shí)，所述升高的溫度為例如約100°C -約200°C，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中為約120°C。如果需要的話，含有所述催化劑前體的溶液可以進(jìn)一步包含其他的組分。例如， 所述催化劑前體的溶液還可以包含促進(jìn)劑或改性劑。所述促進(jìn)劑可以包括堿土金屬的鹽， 例如硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鋇和/或硝酸鍶。所述促進(jìn)劑還可以包括堿金屬、堿土金屬或 過渡金屬的氧化物，所述氧化物衍生自所述金屬的水溶性化合物，如所述金屬的鹽，例如 LiN03、KNO3> RbNO3> Ba (NO3) 2、Mg (NO3) 2、Ca (NO3) 2、Sr (NO3) 2、Zr (NO3) 2 · xH20、Ce (NO3) 3 · xH20 和U0(N03)2?？梢砸匀我夥绞綄⑺龃龠M(jìn)劑裝載于所述載體上，例如通過浸漬，特別是與所 述鈷化合物的串聯(lián)浸漬或共浸漬。所述改性劑可以包括稀土改性劑，例如過渡金屬或稀土的鹽或氧化物，例如鑭和 /或鈰的硝酸鹽或乙酸鹽，或d-區(qū)過渡金屬例如Mn、W、Nb和Vn的氧化物。所述改性劑可 以衍生自所述金屬的水溶性化合物例如鹽，然后可以將所述改性劑浸漬在所述催化劑載體 中，在約300°C -約1000°C的范圍內(nèi)的溫度下在空氣中煅燒約1-約對(duì)小時(shí)。所述促進(jìn)劑 和改性劑可以單獨(dú)使用也可以將上述物質(zhì)中的兩種或更多種組合使用?？梢圆捎萌苣z-凝膠(sol gel)方法制備所述被擔(dān)載的催化劑前體。例如， 在《現(xiàn)代催化劑(Catalyst Today)》35 (1997)，293-317 (Gonzalez等人)和《現(xiàn)代催化 劑》41 (1997)，3-19 (J. Livage等人)中描述了這樣的方法。例如，在起始的“預(yù)凝膠 (pregelation)”步驟中，可以使氫氧化物或醇以及金屬前體例如在水的存在下水解并濃縮 為凝膠。然后可以在后續(xù)的“凝膠后(post gelation)”步驟中添加鈷化合物，然后將所述 凝膠干燥并煅燒。所述被擔(dān)載的催化劑前體可以包括約0. 05-約30wt%的鈷，以及在一個(gè)實(shí)施方案 中約0. 5-約15wt%的鈷?；谒霰粨?dān)載的催化劑前體的總重量，所述被擔(dān)載的催化劑前 體可以包括約0. 5-約50wt %的鈷化合物、0-約IOwt %的促進(jìn)劑以及0-約20wt %的改性 劑或約0. 01-約5wt%的改性劑。所述被擔(dān)載的催化劑前體可以包括約5-約40wt%的鈷 化合物、0-約3wt%的促進(jìn)劑以及0-約3wt%的改性劑?？梢允褂煤袩N的氣體活化所述被擔(dān)載的催化劑前體。所述烴可以是任意的烴。 所述烴可以是飽和抑或不飽和的，例如含有1、2或3或更多個(gè)雙鍵和/或三鍵。所述烴可 以是線性的、環(huán)狀的或含有支鏈的。所述烴還可以是脂肪烴或芳香烴，或者同時(shí)含有脂肪基 和芳香基。所述烴可以是含有上至約5個(gè)碳原子的飽和烴或不飽和烴，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中含有上至約4個(gè)碳原子。所述烴可以包括甲烷、乙烷、乙炔、丙烷、丙烯、丁烯或上述兩 種或更多種物質(zhì)的混合物。所述活化氣體可以包括至少約5mol%的所述烴，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約 IOmol %，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約20mol %，以及在一個(gè)實(shí)施方案中至少約40mol %。含 有所述烴的氣體可以僅包含所述烴或者所述氣體可以進(jìn)一步包含上至約IOmol %、在一個(gè)實(shí)施方案中上至約20mol %以及在一個(gè)實(shí)施方案中上至約40mol %的惰性氣體，例如氮?dú)?和/或氬氣。所述氣體還可以包含活性組分，例如也可以活化所述催化劑前體另一種組分。 例如，所述氣體可以包含氫氣。所述氣體可以包含甲烷和/或乙烷與氫氣的組合。如果使 用氫氣的話，可以采用任意的烴與氫氣的比，例如基于摩爾的所述比可以在約0.04 1或 0.05 1-約100 1的范圍內(nèi)，或者約0.1 1或約0.5 1-約10 1。通過將所述被擔(dān)載的催化劑前體置于所述活化氣體的氣氛下進(jìn)行活化。所述活 化氣體可以穿過所述被擔(dān)載的催化劑前體?；罨瘻囟瓤梢允羌s300°C或更高，例如為約 4000C -約1000°C，或?yàn)榧s400°C -約800°C?；罨某掷m(xù)時(shí)間可以至少為約30分鐘，在一 個(gè)實(shí)施方案中至少為約1小時(shí)，例如約1-約20小時(shí)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約2-約5 小時(shí)。所述活化溫度可以依據(jù)所述催化劑前體和/或所述烴的性質(zhì)不同而不同。對(duì)于執(zhí)行 所述活化步驟可以使用在常壓，但是也可以使用減壓或增壓?？梢栽诜磻?yīng)容器中活化所述催化劑前體，在該容器中通常使用被活化的催化劑進(jìn) 行反應(yīng)，或者可以在其他的容器中活化所述催化劑前體。當(dāng)所述被活化的催化劑暴露在空 氣中時(shí)可以發(fā)生大量氧化。為了穩(wěn)定所述催化劑，可以將所述催化劑置于含有少量例如約 Imol %的氧氣的惰性氣體(例如氮?dú)饣驓鍤?的氣氛中進(jìn)行處理。可以將所述催化劑置于 所述活化反應(yīng)器中，同時(shí)抽出少量的氧氣。因此，例如，可以通過在氧氣減少的氣氛中的處 理至少約30分鐘或至少約1小時(shí)來穩(wěn)定所述被活化的催化劑，所述氧氣減少的氣氛包含少 于約20mol%的氧氣，或少于約IOmol %的氧氣，或少于約5mol %的氧氣，或少于約2mol% 的氧氣?？梢圆捎妹绹鴮＠?，304，012 B2中描述的方法制備所述費(fèi)-托催化劑，該文獻(xiàn)以 引文形式并入本專利申請(qǐng)中。這樣的方法包括制備被擔(dān)載的催化劑或含有碳的催化劑前 體。所述方法包括以下步驟(a)制備(i)至少一種催化劑載體或催化劑載體前體、(ii)至 少一種含有金屬的化合物，其中所述金屬選自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo和W以及(iii) 至少一種用作所述含有金屬的化合物的溶劑的極性有機(jī)化合物的液態(tài)混合物，所述液態(tài)混 合物包含基于所述混合物的總重量的0-約20wt%的水；(b)將所述混合物轉(zhuǎn)變成膏體或固 體殘?jiān)?；以?c)在含有氧的氣氛中燃燒所述殘余物以至少部分地將所述有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化 為碳并且形成所述被擔(dān)載的催化劑或催化劑前體。在步驟(a)中，可以由如下至少三種組分制備液態(tài)混合物(i)催化劑載體或催化 劑載體前體；(ii) 一種或多種含有金屬的化合物和(iii) 一種或多種用作所述含有金屬的 化合物的溶劑的極性有機(jī)化合物溶劑，任選地將所述溶劑與水一起使用?？梢酝瑫r(shí)將所有的三種組分混合在一起?？梢栽谑覝叵禄蛏叩臏囟认禄旌纤?組分，例如在約20-約200°C的溫度，在一個(gè)實(shí)施方案中約40-約80°C的溫度，以及在一個(gè) 實(shí)施方案中約40-約60°C的溫度。在一個(gè)可選的實(shí)施方案中，可以在預(yù)備步驟中先將所述三種組分中的兩種組分混 合在一起，然后添加第三種組分以完成所述液態(tài)混合物?？梢栽陬A(yù)備步驟中將組分(ii)和 (iii)混合在一起。這兩種組分可以形成透明的溶液。之后，可以添加組分(i)完成所述 液態(tài)混合物，如果組分(i)為固體載體，則所述混合物可能包含固體顆粒?？梢栽谏叩臏?度下制得所述液態(tài)混合物，例如，約20-約200°C的溫度，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約30-約 80°C的溫度。
組分(i)可以是催化劑載體或催化劑載體前體。催化劑載體可以是一種或多種固 體顆粒的形式。所述催化劑載體前體起始可以是液體或溶液的形式。例如，一旦將所述催 化劑載體前體添加至所述液態(tài)混合物中則所述載體前體可以在原位形成固體催化劑載體。 所述催化劑載體前體可以在轉(zhuǎn)化步驟(b)或燃燒步驟(C)中形成催化劑載體。所述催化劑載體可以是惰性載體或活性載體?？梢允褂玫妮d體的實(shí)例可以包括 固體氧化物、炭化物、沸石、碳和氮化硼。這樣的載體可以包括氧化鋁、改性氧化鋁、尖晶石 氧化物、二氧化硅、改性二氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、分子篩、沸石、鋁酸鹽以及各 種形式的碳。所述氧化鋁或改性氧化鋁可以是例如α-氧化鋁、β-氧化鋁或Υ-氧化鋁。
氧化鋁和尖晶石氧化物(例如六鋁酸鋇)是特別有益的。所述碳可以是活性碳的形式 或碳納米管?？梢允褂梅惺?。所述載體可以包含孔或通道。所述沸石可以包括沸石Α、沸石 X、沸石 Y、ZSMs, MCMs 或 AlPO40所述催化劑載體前體可以衍生自Al (NO3) 3 · 9Η20和Mg (NO3) 2。在《現(xiàn)代催化 劑(Catalyst Today)》；35 (1997)，293-317 (Gonzalez 等人)和《現(xiàn)代催化劑》41 (1997)， 3-19 (J. Livage等人)中進(jìn)一步詳細(xì)地描述了可以使用的催化劑前體。所述催化劑載體可以衍生自例如IIA族或IIIA族金屬的硝酸鹽。例如，可以使 用硝酸鋁或硝酸鎂。所述硝酸鹽可以是水合物的形式。實(shí)例可以包括Α1(Ν03)3·9Η20和 Mg(NO3)2-BH2O0在步驟(a)中，可以將所述硝酸鹽與有機(jī)化合物例如脲和/或檸檬酸銨混 合，以形成透明的溶液。可以任選地添加水。為了完成所述液態(tài)混合物，可以將含有金屬的 化合物例如硝酸鈷添加至所述混合物中。在后續(xù)的轉(zhuǎn)化步驟和燃燒步驟中的一個(gè)步驟中， 可以形成被擔(dān)載的催化劑或被擔(dān)載的催化劑前體。所述催化劑可以是多孔的。顆粒尺寸可以是約0. 1 μ m-約20mm，或者為約 0. 2 μ m-約5mm。表面積可以大于約5m2/g，或大于約10m2/g，或大于約50m2/g，或大于約 200m2/g?？梢允褂么呋瘎┹d體中的一種或兩種或更多種的組合。所述液態(tài)混合物的組分(ii)可以包含一種或多種含有金屬的化合物。所述催化 劑的催化活性組分可以衍生自這樣的含有金屬的化合物。所述含有金屬的化合物中的金 屬可以包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。可以將其 他的金屬例如 Zr、U、Ti、Th、Hf、Ce、La、Y、Mg、Ca、Sr、Cs、Rb、Mo、W、Cr、Mg、稀土金屬、貴金 屬(noble metal)中的至少一種或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物用作例如促進(jìn)劑或改性 劑。例如，所述含有金屬的化合物可以包括V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo或W中的至少一種 以及至少一種選自元素周期表中的鑭系金屬、錒系金屬和過渡金屬系列的金屬。所述另外 的金屬可以是f_區(qū)或d-區(qū)金屬。所述其他的金屬可以是一種或多種選自貴金屬H^l^nPd、Pt、I h、Ru、Ir、Au、Ag* Os)、過渡金屬(例如 Ti、V、Cr、Mn、Fe, Co, Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Cd、Hf、Ta、W、Re、Hg、 Tl)和 4f-區(qū)鑭系金屬(例如 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu)的 金屬。在這樣的金屬中，Pd、Pt、Ru、Ni、Co、佝、Cu、Mn、Mo和W可能是特別有益的。所述含有金屬的化合物可以包含其他的元素。所述含有金屬的化合物是鹽的形 式。所述含有金屬的鹽的示例可以包括硝酸鹽、檸檬酸鹽、商化物、氫氧化物、酚鹽、乙酸鹽、 苯甲酸眼、草酸鹽和乙酰丙酮鹽。所述液態(tài)混合物的組分(iii)可以是極性有機(jī)化合物。所述有機(jī)化合物可以用作組分(i)的溶劑并且可以用作組分(ii)的溶劑。所述有機(jī)化合物可以是能夠在含有氧的 氣氛例如空氣的存在下燃燒的任意極性有機(jī)化合物。在燃燒的過程中，可以將所述有機(jī)化 合物轉(zhuǎn)化為可能以元素碳或碳化物的形式存在的碳，例如所述含有金屬的化合物(ii)的 金屬的碳化物?？梢詫⒉糠只蛉康挠袡C(jī)化合物轉(zhuǎn)化為碳，并且還可以使部分的有機(jī)化合 物完全燃燒從而將所述碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳或二氧化碳，然后將所述碳以氣體形式從所述催 化劑或所述催化劑前體中除去。所述有機(jī)化合物可以是經(jīng)過所述燃燒步驟之后不產(chǎn)生灰分 特別是氧化物灰分的化合物。所述有機(jī)化合物可以是一種不含有燃燒后容易形成殘余物例 如氧化物的元素的化合物。這樣的元素可以包括例如金屬、磷和/或硅。可以使用的有機(jī)化合物的實(shí)例包括有機(jī)胺、有機(jī)羧酸及其鹽(例如銨鹽)、醇、酚 和氫氧化物的銨鹽、氨基酸和表面活性劑。所述醇可以是那些包含1-約30個(gè)碳原子或包 含1-約15個(gè)碳原子的醇?？墒褂玫拇伎梢园状?、乙醇和乙二醇。所述羧酸的實(shí)例可 以是檸檬酸或草酸。其他的有機(jī)化合物可以是含有官能團(tuán)例如一個(gè)或多個(gè)羥基、氨基、酰胺 基、羧基、酯基、醛基、酮基、亞胺基、酰亞胺基的化合物。這樣的化合物可以包括脲、羥胺、三 甲胺、三乙胺、四甲基氯化銨和四乙基氯化銨。所述有機(jī)化合物可以包括EDTA、脲和/或檸 檬酸銨。所述有機(jī)化合物在室溫下或者在制備所述混合物時(shí)的溫度下可以是液體的形式。 可以先加熱所述有機(jī)化合物然后將其添加至所述混合物中。所述有機(jī)化合物在室溫下或者 在制備所述混合物時(shí)的溫度下也可以是固體的形式，在這樣的情況下，將制備得到的混合 物加熱以使所述有機(jī)化合物熔解然后使所述金屬化合物溶解?？梢允褂糜袡C(jī)化合物的混合 物。還可以添加水，例如以促進(jìn)所述金屬化合物的溶解。當(dāng)將水用于所述液態(tài)混合物中時(shí)，可能需要控制水量。例如，某種催化劑載體前 體，如!^e (NO3) 3 · 9H20和Al (NO3) 3 · 9H20,當(dāng)其一接觸有效量的水便容易形成凝膠。因此，應(yīng) 當(dāng)使步驟(a)中所使用的水的量保持為最小值以避免水解凝膠的形成。這樣的水量可能 對(duì)于使所述催化劑前體部分水解而言是足夠的，但是不足以將所述催化劑前體轉(zhuǎn)化為聚合 物。特別地，可以使用相對(duì)于所述混合物的總重量上至約20wt%的水?？梢詥为?dú)地添加水或者可以例如作為所述組分中的一個(gè)組分的結(jié)晶水或配位水 存在。所述混合物還可以包含其他的組分。這樣的組分包含促進(jìn)劑和/或改性劑。所述 促進(jìn)劑可以包括堿土金屬鹽例如硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鋇和/或硝酸鍶。所述改性劑可以包 括稀土改性劑例如稀土鹽、例如鑭和/或鈰的硝酸鹽或乙酸鹽或所述d-區(qū)過渡金屬的氧化 物?？梢允褂昧住⑴?、鎵、鍺、砷和銻的氧化物?？梢詥为?dú)地使用所述促進(jìn)劑和改性劑或者以 上述兩種或更多種物質(zhì)的組合使用。在步驟(a)中制得的混合物可以是液態(tài)混合物。盡管術(shù)語“液態(tài)混合物”意指所 述混合物是均相液體形式的這樣的事實(shí)，但是所述混合物可以包含固體顆粒。例如，在形成 所述有機(jī)化合物、任選的水和金屬化合物的均相液態(tài)混合物之后，可以加入不可溶的惰性 載體的顆粒。例如，如果存在催化劑載體而不是催化劑載體前體，則所述液體可以包含固體 載體顆粒。所述含有金屬的化合物應(yīng)當(dāng)能夠與所述載體或載體前體相接觸，這可以通過使 用液體混合物實(shí)現(xiàn)。在步驟(a)中使用的組分(i) (ii) (iii)的重量比為0. 1-80 1-90 1-99或約0.5-60 2-80 10-90。所述重量比可以依據(jù)最終的催化劑的希望的用途的不同而 不同?？梢酝ㄟ^所述有機(jī)化合物中的碳與所述溶解的含有金屬的化合物中的金屬的原子比 (C M)來確定有機(jī)化合物的量。所述原子比可以是至少0.4 1或約1-約20 1。在所述液態(tài)混合物制成后，可以在步驟(b)中將所述液態(tài)混合物轉(zhuǎn)變成膏體或固 體殘?jiān)＿@可以通過加熱所述混合物實(shí)現(xiàn)。這樣的加熱步驟可以是熔解所述有機(jī)化合物所 需要的額外的任意加熱，盡管要求了前述的加熱但是所述加熱僅僅維持在步驟(b)中。所 述加熱將所述液態(tài)混合物轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，例如通過所述有機(jī)溶劑的蒸發(fā)或分解?？梢詫⒋嬖?于所述液態(tài)混合物的任意的水蒸發(fā)。加熱所述混合物使其達(dá)到的溫度可以是高于室溫的任 意溫度，例如約50°C -約250°C，并且可以以任意的時(shí)間(例如約1-約M小時(shí))加熱所述 混合物直至其形成固體殘?jiān)?。可以使用多個(gè)干燥步驟的組合。首先可以在室溫下干燥約 2-約10小時(shí)，然后在升高的溫度下干燥，例如約100°C -約200°C或者約120°C。在步驟(c)中可以燃燒所述混合物?？梢栽诳諝庵袌?zhí)行所述燃燒步驟?？蛇x地， 可以使用純氧氣或例如氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的惰性氣氛中的氧氣。這樣的燃燒步驟可以獨(dú) 立于步驟(b)中的加熱，或者可以將所述兩個(gè)步驟組合使用，例如通過除去溶劑后僅僅繼 續(xù)加熱混合物。燃燒溫度可以是約200°C -約1000°C，或者約400°C -約600°C?？梢允顾鋈紵?步驟持續(xù)任意一段時(shí)間，例如，約60分鐘或更少，或者約30分鐘或更少，或者約15分鐘或 更少，或者約5-約15分鐘。所述燃燒步驟可以使所述極性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為碳和可揮發(fā) 物。不希望受理論的限制，認(rèn)為所述燃燒步驟可以完全地或部分地使所述含有金屬的化合 物轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俸?或一種或多種氧化物、碳氧化物或碳化物的形式或上述兩種或更多種物 質(zhì)的混合物。所述燃燒步驟還可以使所述促進(jìn)劑和/或改性劑(如果它們存在的話)轉(zhuǎn)化 為氧化物的形式?？梢酝ㄟ^首先將所述含有金屬的化合物和極性有機(jī)化合物混合進(jìn)行所述費(fèi)-托 催化劑的制備。這樣的混合物可能是粘稠的并且粘附于固體催化劑載體，可以涂覆在所述 載體的外表面，所述載體僅具有有限的“內(nèi)”表面例如孔的滲透。在所述燃燒步驟之后，可 以獲得所謂的“蛋殼”式催化劑，在該催化劑中所有的或幾乎所有的催化劑可能存在于所述 載體的表面。這樣的方法使得所述催化劑在所述載體的表面上的分布比僅使用水作為溶劑 時(shí)的催化劑的分布更好且更均勻。還可以通過首先將所述含有金屬的化合物與所述有機(jī)化合物混合然后加入可溶 性的載體進(jìn)行所述費(fèi)-托催化劑的制備。在燃燒之后，可以使所述催化劑同時(shí)分布在所述 載體的“外”表面和“內(nèi)”表面。這樣的方法使得所述催化劑在整個(gè)載體上的分布比前述的 公知催化劑的分布更均勻?？梢酝ㄟ^任何希望的方式使所述費(fèi)-托催化劑或催化劑前體分布在所述載體的 “外，，表面上或“內(nèi)”表面內(nèi)?？梢允顾龃呋瘎┗虼呋瘎┣绑w基本分布于整個(gè)載體或僅所 述載體的外表面上。可以控制活性催化組分或其前體的分布。所述費(fèi)-托催化劑或催化劑前體可以包含所有可能形式的碳。例如，所述碳可以 作為元素碳存在或者作為金屬碳化物或碳氧化物的形式存在。所述碳含量基于所述催化劑 或催化劑前體的總重量可以上至約8wt%，或者約0. 01-8wt%，或約0. 01-約2wt%?；谒霰粨?dān)載的催化劑或催化劑前體的總重量，所述被擔(dān)載的費(fèi)-托催化劑或催化劑前體可以包含約0. 5-約50wt%的催化劑或催化劑前體、0-約10wt%促進(jìn)劑和0-約 5wt %的改性劑。所述被擔(dān)載的催化劑或催化劑前體可以包含約5-約40wt %的催化劑或催 化劑前體、0-約3wt%的促進(jìn)劑和0-約3wt%的改性劑?？梢酝ㄟ^氫氣或烴氣體或烴蒸氣活化所述被擔(dān)載的費(fèi)-托催化劑或催化劑前體。 通過加熱除去所述溶劑，從而使得所述有機(jī)化合物沉積在所述催化劑載體的孔中。然后可 以將所述催化劑載體與所述含有金屬的化合物混合?？蛇x地，可以將所述催化劑載體與所 述含有金屬化合物揉合。這樣的方法可以生成被擔(dān)載的催化劑或催化劑前體，在所述被擔(dān) 載的催化劑或催化劑前體中，可以使所述催化劑或催化劑前體絕大部分地位于所述多孔顆 粒的外表面。所述生成醇的催化劑可以包含適合將合成氣轉(zhuǎn)化為一種或多種醇的任意的催化 劑。所述生成醇的催化劑可以包含Nb、Ta、M0、W、TC、Re中的催化劑金屬或上述兩種或更多 種物質(zhì)以自由或組合形式形成的混合物?？梢詫⑺龃呋瘎┙饘倥c協(xié)同催化劑金屬釔、鑭 系金屬、錒系金屬或者上述兩種或更多種物質(zhì)以自由或組合形式形成的混合物組合。所述 生成醇的催化劑可以包含RhAg、CuCo, CuThOx和/或CoMoS。術(shù)語“以自由或組合形式”意 味著目標(biāo)金屬組分可以作為金屬、合金、化合物、加成物或上述物質(zhì)的組合存在。具代表性 的化合物包括氫氧化物、氧化物、硫化物、硫酸鹽、商化物、碳化物、氰化物、氮化物、硝酸鹽、 磷酸鹽、硼化物、硅化物、硅酸鹽、鹵氧化物、羧酸鹽(例如乙酸鹽和乙酰乙酸鹽)、草酸鹽、 碳酸鹽、羰化物(carbonyls)、鹵化物、金屬橋聯(lián)的簇狀化合物、金屬為部分陽離子的或陰離 子的化合物等等。所述加成物為化學(xué)加成的產(chǎn)物?？梢詫O性溶劑或供電子溶劑的分子、原 溶劑(former solvent)或配位劑例如氨氣(ammonia)、脂肪族或芳香族胺、亞胺、氨基醇、
羧酸、氨基酸、二烷基-和三烷基-和三芳基膦、-胂和月弟(stibines)及其氧化物、硫醇、 氨基硫醇等等取代或不取代地添加至所述催化劑金屬中。在美國專利4，762，858中描述了 這樣的催化劑，該文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)。所述生成醇的催化劑可以包括基于銅或銅改性的甲醇合成催化劑、銅/鈷基或銅 /鈷改性的費(fèi)-托催化劑，稀有金屬(例如MO基催化劑，或Mo或MO&基催化劑。在美國 專利 4，122，110,4, 298，354,4, 492，773 和 4，882，360 和 Subramani 等人的“對(duì)合成氣轉(zhuǎn) 化為乙醇的高效催化工藝的最新研究文獻(xiàn)的綜述”(《能源與燃料(Energy and Fuel))), XXXX, xxxx, 000-000,2007)中描述了這樣的催化劑，所述文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)?？梢詫⑺錾纱嫉拇呋瘎┡c脫水催化劑組合使用，以為不飽和烴路線提供合成 氣?？梢允褂玫拿撍呋瘎┑膶?shí)例包括酸性氧化物，例如氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁、沸石 和硅-鋁-磷酸鹽合成分子篩。在US 2006/0020155A1和US 2007/(^44000Α1中披露了 這樣的催化劑，所述文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)?？梢詫⑺錾纱嫉拇呋瘎┖退?脫水催化劑在相同的反應(yīng)區(qū)域中混合或組合在一起?？蛇x地，可以將所述脫水催化劑設(shè)置 在所述生成醇的催化劑的下游，或者在相同的微通道反應(yīng)器中或者在不同的微通道反應(yīng)器 中。所述SMR催化劑可以包括任意的SMR催化劑。所述SMR催化劑可以包括La、 Pt、Fe、Ni、Ru、In、W和/或其氧化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。在一個(gè)實(shí)施 方案中，所述SMR催化劑可以進(jìn)一步包含MgO、A1203、SiO2, TiO2或上述兩種或更多種物質(zhì) 的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述SMR催化劑可以包含在!^eCrAlY合金的金屬氈上的13.8% -Rh/6% -Mg0/Al203，通過使用厚度約0. 25mm且孔隙率約90%的!^eCrAlY金屬的氈 水印(wash coating)來制備所述催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述SMR催化劑可以衍生自 La (NO3) 3 · 6H20水溶液。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述SMR催化劑可以衍生自Pt (NH3) 4 (NO3) 2溶 液。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述SMR催化劑可以衍生自沉積在一層或多層Al2O3上的La(NO3) 溶液和Iih(NO3)溶液。所述燃燒催化劑可以包括Pd、Pr、Pt、I h、Ni、Cu和/或其氧化物，或上述兩種或更 多種物質(zhì)的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述燃燒催化劑可以進(jìn)一步包括A1203、SiO2, MgO 或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述燃燒催化劑可以衍生自沉積 在Al2O3層上的Pd (NO3) 2溶液。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述燃燒催化劑可以包括使用硝酸鹽形 式的前體的ft"和Pd層以及使用Pt (NH3) 4 (NO3) 2溶液的Pt層。所述加氫裂解催化劑可以包括任意的加氫裂解催化劑。這樣的催化劑可以包括沸 石催化劑，所述沸石催化劑包括β沸石、Ω沸石、L-沸石、ZSM-5沸石和Y-型沸石。所述 加氫裂解催化劑可以包含一種或多種交聯(lián)粘土(pillared clays)、MCM-41、MCM_48、HMS或 上述兩種或更多種物質(zhì)的組合。所述加氫裂解催化劑可以包括Pt、Pd、Ni、Co、Mo、W或上述 兩種或更多種物質(zhì)的組合。所述加氫裂解催化劑可以包括耐高溫的無機(jī)氧化物，例如氧化 鋁、氧化鎂、二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯和二氧化硅-氧化鋁。所述加氫裂解催化劑可以包含 加氫組分。適合的加氫組分的實(shí)例包括元素周期表中的IVB族和VIII族的金屬和這樣的 金屬的化合物?？梢詫f、鎢、鉻、鐵、鈷、鎳、鉬、銥、鋨、銠和釕作為所述加氫組分使用。在 美國專利6，312，586 Bl中描述了這樣的催化劑，所述文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)?？梢詫⑺鲑M(fèi)-托、生成醇的、SMR、燃燒和/或加氫裂解催化劑設(shè)置在單獨(dú)的反應(yīng) 區(qū)域或者將它們?cè)O(shè)置在所述工藝微通道或燃燒通道中的多個(gè)的反應(yīng)區(qū)域中。在每一個(gè)反應(yīng) 區(qū)域中可以使用相同或不同的催化劑。所述催化劑可以是分級(jí)的催化劑。在每一個(gè)反應(yīng)區(qū) 域中，與所述反應(yīng)區(qū)域相鄰或者熱力學(xué)接觸的熱交換區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的長度在其 尺寸方面可以變化。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述熱交換區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的長度 可能小于每一個(gè)反應(yīng)區(qū)域的長度的約50%?；蛘撸鰺峤粨Q區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的 長度可以大于每一個(gè)反應(yīng)區(qū)域的長度的約50%，上至每一個(gè)反應(yīng)區(qū)域的長度的約100%。所述費(fèi)-托、生成醇的、SMR、燃燒和/或加氫裂解催化劑可以具有適合于所述工 藝微通道的任意的尺寸和幾何構(gòu)型。所述催化劑可以是具有約1-約1000 μ m(微米)的中 等顆粒直徑的顆粒狀固體(如顆粒、粉末、纖維等等)的形式，在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約 500 μ m,在一個(gè)實(shí)施方案中約25-約300 μ m,以及在一個(gè)實(shí)施方案中約80-約300 μ m。在 一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑是顆粒狀固體的固定床的形式。所述費(fèi)-托或生成醇的催化劑、SMR催化劑，燃燒催化劑和/或加氫裂解催化劑 可以是顆粒狀固體的固定床的形式(如圖15中所示)。所述顆粒狀固體的中等顆粒直徑 可以是小的，每一個(gè)工藝微通道的長度可以是相對(duì)短的。所述中等顆粒直徑可在約ι-約 1000 μ m的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約500 μ m,并且每個(gè)工藝微通道的長度可在上 至約500cm的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約500cm，并且在一個(gè)實(shí)施方案中約50-約 300cmo參考圖15，具有床或顆粒狀固體形式的催化劑261包含于工藝微通道沈0中。如 箭頭262所示，反應(yīng)物進(jìn)入固定床，經(jīng)過反應(yīng)，如箭頭263所示，產(chǎn)物流出所述固定床。
可以將所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫 裂解催化劑裝載在多孔載體結(jié)構(gòu)上，例如泡沫體、氈毯、團(tuán)塊或上述物質(zhì)的組合。本申請(qǐng)中 所使用的術(shù)語“泡沫體”指一種結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體具有限制孔貫穿該結(jié)構(gòu)體的連續(xù)壁。本申 請(qǐng)中所使用的術(shù)語“氈毯”指在其中形成間隙的纖維的結(jié)構(gòu)體。本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語“團(tuán) 塊”指一種纏結(jié)的絲線如鋼絲的結(jié)構(gòu)體?？梢詫⑺龃呋瘎┭b載在一種蜂巢結(jié)構(gòu)體上?？?以將所述催化劑裝載在流經(jīng)載體結(jié)構(gòu)體上，例如具有相鄰空隙的氈，具有相鄰空隙的泡沫 體，具有空隙的翅片，在任意的被插入的底物上的罩面(washcoat)，或者平行于所述流動(dòng)方 向、為流動(dòng)提供相應(yīng)空隙的紗網(wǎng)。在圖16中示出了流經(jīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在圖16中，催化劑266包含于工藝微通道沈5 中。如箭頭268和269所示，開放通道267使得流體穿過工藝微通道265流動(dòng)。所述反應(yīng) 物與所述催化劑接觸并反應(yīng)生成產(chǎn)物。可以將所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫裂 解催化劑裝載在流過載體結(jié)構(gòu)體上，例如泡沫體、氈毯、丸粒、粉末或紗網(wǎng)。在圖17中示出 了流過結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在圖17中，流過催化劑271包含于工藝微通道270中，如箭頭272和 273所示，所述反應(yīng)物流過催化劑271并反應(yīng)生成所述產(chǎn)物。用于流過催化劑的載體結(jié)構(gòu)體可以由材料構(gòu)成，該材料包括硅膠、泡沫體銅、燒結(jié) 不銹鋼纖維、鋼絲絨、氧化鋁或上述兩種或更多種物質(zhì)的組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述載 體結(jié)構(gòu)體可以由導(dǎo)熱材料例如金屬制成，以增強(qiáng)熱量傳入或傳出所述催化劑?？梢灾苯訉⑺鲑M(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或 加氫裂解催化劑罩面于所述工藝微通道或者燃燒通道的內(nèi)壁上，從溶液直接生長在所述通 道壁上，或者涂覆于翅片結(jié)構(gòu)體上。所述催化劑可以是單片多孔的連續(xù)材料的形式，或者具 有物理接觸的很多片。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑可以包括一種連續(xù)材料，并且具有連 續(xù)的孔隙率以使分子能夠穿過所述催化劑擴(kuò)散。在該實(shí)施方案中，所述流體流過所述催化 劑而非繞其周圍流動(dòng)。所述催化劑的橫截面積可以占據(jù)所述工藝微通道和/或燃燒通道的 橫截面積的約1-約99%，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約95%。通過BET可以測(cè)得所述 催化劑具有大于約0. 5m2/g的表面積，以及在一個(gè)實(shí)施方案中大于約2m2/g。所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫裂解催 化劑可以包括多孔載體、所述多孔載體上的界面層和所述界面層上的催化劑材料。所述界 面層可以是沉積于所述載體上的溶液，或者可以通過化學(xué)蒸氣沉積法或物理蒸氣沉積法沉 積。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑具有多孔載體、緩沖層、界面層和催化劑材料。前述 層中的任意的層可以是連續(xù)的或者可以是不連續(xù)，以斑或點(diǎn)的形式或者含有空隙或洞的 層的形式。通過汞孔隙率法測(cè)得所述多孔載體可以具有至少約5%的孔隙率以及約1-約 1000微米的平均孔徑(孔直徑的和除以孔數(shù))。所述多孔載體可以是多孔陶瓷或者金屬 泡沫體。其他可用的多孔載體包括碳化物、氮化物和復(fù)合材料。所述多孔載體可具有約 30% -約99%的孔隙率，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約60% -約98%。所述多孔載體可以是泡 沫體、氈毯、團(tuán)塊或上述物質(zhì)的組合的形式。所述金屬泡沫體的開放室可以是每英寸約20 孔(PPi)-約3000ppi，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約20-約IOOOppi，并且在一個(gè)實(shí)施方案中約 40-約120ppi。術(shù)語“ppi”指每英寸的孔的最大數(shù)目(在各向同性材料中測(cè)量的方向與此 無關(guān)，但是在各向異性材料中，所述測(cè)量在最大孔數(shù)的方向上完成)。
所述緩沖層，當(dāng)存在時(shí)，可以具有既不同于所述多孔載體又不同于所述界面層的 組成和/或密度，以及在一個(gè)實(shí)施方案中，所述緩沖層具有介于所述多孔載體和所述界面 層的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹系數(shù)。所述緩沖層可以是金屬氧化物或者金屬碳化物。所 述緩沖層可以包括A1203、TiO2, SiO2, ZrO2或上述物質(zhì)的組合。所述Al2O3可以是α -Α1203、 Y-Al2O3或上述物質(zhì)的組合。所述緩沖層可以由兩種或更多種組成不同的亞層組成。例如， 當(dāng)所述多孔載體是金屬時(shí)，例如不銹鋼泡沫體，可以使用由兩種組成不同的亞層組成的緩 沖層。第一亞層(與所述多孔載體接觸)可以是Ti02。第二亞層可以是置于所述TiO2之 上的α-Α1203。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述α-Al2O3亞層是密集層，為下面的金屬表面提供保 護(hù)。然后，可以沉積低密度高表面積的界面層例如氧化鋁，作為催化活性層的載體。所述多孔載體的熱膨脹系數(shù)可以不同于所述界面層的熱膨脹系數(shù)。在這樣的實(shí) 施方案中，需要緩沖層在兩種熱膨脹系數(shù)之間過渡。通過控制所述緩沖層的組成能夠調(diào)節(jié) 所述緩沖層的熱膨脹系數(shù)，以獲得與所述多孔載體和界面層的熱膨脹系數(shù)兼容的熱膨脹系 數(shù)。所述緩沖層應(yīng)該沒有開口或小孔，從而為下面的載體提供最佳保護(hù)。所述緩沖層可以 是無孔的。所述緩沖層的厚度可以小于所述多孔載體的平均孔徑的一半。所述緩沖層的厚 度可以為約0. 05-約10 μ m,在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 05-約5 μ m。在一個(gè)實(shí)施方案中，在不存在緩沖層的情況下可以可獲得足夠的粘附力和化學(xué)穩(wěn) 定性。在該實(shí)施方案中，可省去所述緩沖層。所述界面層可以包括氮化物、碳化物、硫化物、鹵化物、金屬氧化物、碳或上述物質(zhì) 的組合。所述界面層具有高表面積和/或?yàn)楸粨?dān)載的催化劑提供希望的催化劑-載體的相 互作用。所述界面層可以由傳統(tǒng)上作為催化劑載體使用的任意的金屬組成。所述界面層可 以包括金屬氧化物?？梢允褂玫慕饘傺趸锏膶?shí)例包括α _Al203、Si02、&02、Ti02、氧化鎢、 氧化鎂、氧化釩、氧化鉻、氧化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化銅、氧化鋅、氧化鉬、氧化錫、 氧化鈣、氧化鋁、鑭系氧化物、沸石和上述物質(zhì)的組合。所述界面層可以用作催化活性層而 無任何其他的催化活性材料沉積于所述界面層。所述界面層可以與催化活性層組合使用。 所述界面層還可以由兩個(gè)或更多個(gè)組成不同的亞層組成。所述界面層的厚度可以小于所述 多孔載體的平均孔徑的一半。所述界面層的厚度可以是約0. 5-約ΙΟΟμπι，以及在一個(gè)實(shí)施 方案中約1-約50μπι。所述界面層可以是結(jié)晶或者非結(jié)晶的。所述界面層可以具有至少約 lm2/g的BET表面積?？梢允顾鲑M(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫 裂解催化劑沉積在所述界面層上?？蛇x地，可以同時(shí)使所述催化劑材料沉積在所述界面層 上。可以使所述催化劑層緊密地分散在所述界面層上。所述使所述催化劑層“分散”或“沉 積”在所述界面層上包括傳統(tǒng)上理解的使微小催化劑顆粒分散于所述載體層(即界面層) 表面上、所述載體層的裂縫中以及在所述載體層的開放孔內(nèi)?？梢詫⑺鲑M(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫 裂解催化劑裝載于設(shè)置在所述工藝微通道內(nèi)的含有一個(gè)或多個(gè)翅片的組件。實(shí)例示于圖 18-20中。參考圖18，翅片組件280包括安裝于翅片載體283上的翅片觀1，翅片載體283 疊加在工藝微通道觀5的底壁284上。翅片281從翅片載體283伸出進(jìn)入工藝微通道285 的內(nèi)部。翅片281可以延伸至工藝微通道觀5的上壁觀6的內(nèi)表面并與所述內(nèi)表面接觸。 翅片281之間的翅片通道287為使反應(yīng)物和產(chǎn)物流過平行于所述翅片長度的工藝微通道285提供通道。翅片中的每一個(gè)翅片在其每一個(gè)側(cè)邊都有外表面。所述外表面為所述 催化劑提供載體基底。所述反應(yīng)物可流過翅片通道觀7，與擔(dān)載于翅片的外表面上的 催化劑接觸，并反應(yīng)生成產(chǎn)物。除了翅片^la并不完全延伸至微通道觀5的上壁觀6的內(nèi) 表面之外，圖19中所示例的翅片組件^la與圖18中所示例的翅片組件280類似。除了翅 片組件^Ob中的翅片^lb具有梯形的橫截面之外，圖20中所示例的翅片組件^Ob與圖 18中所示例的翅片組件280類似。所述翅片中的每一個(gè)翅片具有約0. 02mm的高度至上至 工藝微通道285的高度，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 02-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 02-約 5mm,以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 02-約2mm。每一個(gè)翅片的寬度可以為約0. 02-約5mm，在 一個(gè)實(shí)施方案中約0. 02-約2mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 02-約1mm。每一個(gè)翅片的長 度可以是上至工藝微通道觀5的長度的任意長度，在一個(gè)實(shí)施方案中上至約10m，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約0. 5-約10m，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約6m，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約 0. 5-約:3m。所述翅片中的每一個(gè)翅片之間的空隙可以是任意的值，并且可以為約0.02-約 5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 02-約2mm，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 02-約1mm。工藝 微通道觀5中，每厘米工藝微通道觀5寬度的翅片數(shù)目可以為約1-約50，在一個(gè)實(shí)施方案 中為每厘米約1-約30個(gè)翅片，在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約1-約10個(gè)翅片，在一個(gè)實(shí)施 方案中為每厘米約1-約5個(gè)翅片，并且在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約1-約3個(gè)翅片。所 述翅片中的每一個(gè)翅片可以具有如圖18或19中所示的長方形或者正方形橫截面，或者如 圖20中所示的梯形橫截面。當(dāng)沿翅片的長度看時(shí)，每個(gè)翅片是直線形、錐形或者蛇形構(gòu)造。 所述翅片組件可以由任意的材料制成，該材料提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)特性 以按預(yù)期操作所述工藝微通道。這樣的材料包括鋼(例如不銹鋼、碳鋼等等)、鋁、鈦、鎳、 鉬、銠、銅、鉻、前述金屬中的任意金屬的合金、蒙乃爾合金、因康鎳合金、黃銅、聚合物(例 如熱固樹脂)、陶瓷、玻璃、石英、硅或者前述兩種或更多種物質(zhì)的組合。所述翅片組件可以 由Al2O3或Cr2O3成型材料制成。所述翅片組件可由含有Fe、Cr、Al和Y的合金或含有Ni、 Cr和！^的合金制成。所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫裂解催 化劑可以是顆粒床的形式，可以按照組成或者用熱傳導(dǎo)惰性材料對(duì)顆粒進(jìn)行分級(jí)?？梢允?所述活性催化劑分布在所述熱傳導(dǎo)惰性材料上?？梢允褂玫臒醾鲗?dǎo)惰性材料的實(shí)例包括 金剛石粉、碳化硅、鋁、氧化鋁、銅、石墨等等。所述催化劑床組分可以是以重量計(jì)約100% 的活性催化劑-以重量計(jì)小于約50%的活性催化劑。所述催化劑床組分可以是以重量計(jì) 約10% -約90%的活性催化劑，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約25% -約75%。在一 個(gè)備選實(shí)施方案中，可以使所述熱傳導(dǎo)惰性材料分布在所述催化劑的中心或所述催化劑顆 粒內(nèi)。可以使所述活性催化劑沉積在含有所述熱傳導(dǎo)惰性材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)體的外部、內(nèi)部 和間隔內(nèi)。當(dāng)置于工藝微通道或燃燒通道中時(shí)，形成的催化劑復(fù)合結(jié)構(gòu)體可以具有至少約 0. 3ff/m/K的有效的熱傳導(dǎo)性，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約lW/m/K，以及在一個(gè)實(shí)施方案中至 少約 2W/m/K?？梢栽谒龉に囄⑼ǖ阑蛉紵ǖ纼?nèi)對(duì)所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR 催化劑、燃燒催化劑和/或加氫裂解催化劑僅進(jìn)行局部分級(jí)。例如，工藝微通道可以包括具 有第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域的催化劑床?？梢园凑战M成對(duì)所述催化劑床的頂端或底部 (或前部或后部)進(jìn)行分級(jí)，由此，在所有或部分所述第一或第二反應(yīng)區(qū)域中使用較多或較少的活性催化劑。在一個(gè)反應(yīng)區(qū)域中減少的組成可能每單位體積產(chǎn)生較少的熱量，從而減 少熱位點(diǎn)和產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物(例如費(fèi)-托反應(yīng)中的甲烷)的可能性。在所有或部分第 一和/或第二反應(yīng)區(qū)域中，可以通過惰性材料對(duì)所述催化劑進(jìn)行分級(jí)。所述第一反應(yīng)區(qū)域 可以包含第一組成的催化劑或惰性材料，同時(shí)第二反應(yīng)區(qū)域可以包含第二組成催化劑或惰 性材料?？梢栽谒龉に囄⑼ǖ阑蛉紵ǖ赖牟煌S向區(qū)域中使用不同的顆粒尺寸，提供 給被分級(jí)的催化劑床。例如，可以在第一反應(yīng)區(qū)域中使用非常小的顆粒，同時(shí)可以在第二反 應(yīng)區(qū)域中使用較大的顆粒。平均顆粒直徑可以小于所述工藝微通道的高度或空隙的一半。 所述非常小的顆粒可小于所述工藝微通道的高度或空隙的四分之一。較大的顆?？赡苁顾?述工藝微通道的每單位長度上的壓降較小，并且也可能降低所述催化劑的有效性。較大尺 寸顆粒的催化劑床的有效熱傳導(dǎo)可能較低?？梢詫⑤^小的顆粒用于那些需要改善催化劑床 整體熱傳導(dǎo)的區(qū)域中，或者可選地，可以使用較大的顆粒以降低產(chǎn)熱的局部速率。通過限制催化劑所需的擴(kuò)散路徑可以獲得相對(duì)短的接觸時(shí)間、對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的高選 擇率和催化劑的相對(duì)低的失活速率。當(dāng)所述催化劑是工程載體(例如金屬泡沫體)上的 薄層形式或所述工藝微通道壁上的薄層形式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案。這可以獲得增加 的空速?？梢允褂没瘜W(xué)蒸氣沉積法制造所述催化劑薄層。所述薄層的厚度可以在上至約 1微米的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 1-約1微米的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約 0. I"約0. 5微米的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 25微米。通過縮小所述擴(kuò)散路徑， 這樣的薄層可以減少反應(yīng)物在活性催化劑結(jié)構(gòu)體內(nèi)的時(shí)間。這可以減少反應(yīng)物在所述催化 劑的活性部分的時(shí)間。結(jié)果可能是提高了對(duì)產(chǎn)物的選擇率并且減少了不需要的副產(chǎn)物。這 種催化劑分布模式的優(yōu)點(diǎn)可能是，與其中催化劑的活性部分可能被綁定于惰性的低熱傳導(dǎo) 綁定物的傳統(tǒng)催化劑不同，活性催化劑膜可以與工程結(jié)構(gòu)體或者所述工藝微通道的壁緊密 接觸。采用這樣的技術(shù)方案，在微通道反應(yīng)器內(nèi)可以獲得高熱傳導(dǎo)速率并且能夠緊密控制 溫度。這可以獲得在升高的溫度下(較快的動(dòng)力學(xué))操作的能力，而不引起不希望的副產(chǎn) 物的形成，因此產(chǎn)生較高的生產(chǎn)力和產(chǎn)率，并且延長催化劑壽命?？梢愿淖僑MR微通道反應(yīng)器500、加氫裂解微通道反應(yīng)器700和/或所述費(fèi)-托或 生成醇的微通道反應(yīng)器200的構(gòu)造以匹配反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在靠近工藝微通道的第一反應(yīng)區(qū)域 的入口或頂端處的微通道高度或空隙可以小于在第二反應(yīng)區(qū)域中靠近所述工藝微通道的 出口或底部處的微通道高度或空隙?？蛇x地，所述反應(yīng)區(qū)域可以小于所述工藝微通道長度 的一半。例如，所述工藝微通道長度的第一 25%、50%、75%或90%可以用作第一反應(yīng)區(qū)域 的第一工藝微通道高度或空隙，而在所述第一反應(yīng)區(qū)域下游的第二反應(yīng)區(qū)域中可以使用更 高的第二高度或空隙。這樣的構(gòu)造可能適合進(jìn)行費(fèi)-托或生成醇反應(yīng)。在所述工藝微通道 高度或空隙中可以采用其他分級(jí)方案。例如，可以在靠近所述微通道的入口處使用第一高 度或空隙以提供第一反應(yīng)區(qū)域，可以在所述第一反應(yīng)區(qū)域的下游處使用第二高度或空隙以 提供第二反應(yīng)區(qū)域，并且在靠近所述微通道的出口處可以使用第三高度或空隙以提供第三 反應(yīng)區(qū)域。所述第一和第三高度或空隙可以是相同或者不同的。所述第一和第三高度或空 隙可以大于或小于所述第二高度或空隙。所述第三高度或空隙可以小于或大于所述第二高 度或空隙。所述第二高度或空隙可以大于或小于所述第三高度或空隙。通過使再生流體流過通道與催化劑接觸可以再生所述費(fèi)-托催化劑、生成醇的催化劑、SMR催化劑、燃燒催化劑和/或加氫裂解催化劑。所述再生流體可以包括氫氣或被稀 釋的氫氣流。稀釋劑可以包括氮?dú)?、氬氣、氦氣、甲烷、二氧化碳、蒸汽或者上述兩種或更多 種物質(zhì)的混合物。所述再生流體的溫度可以為約50-約400°C，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約 200-約350°C。在這樣的再生步驟的過程中，所述通道內(nèi)的壓力可以為約1-約40個(gè)大氣 壓，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約20個(gè)大氣壓，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約5個(gè)大氣 壓。所述再生流體在所述通道內(nèi)的停留時(shí)間為約0. 01-約1000秒，以及在一個(gè)實(shí)施方案中 為約0. 1秒-約100秒。當(dāng)催化劑是費(fèi)-托催化劑時(shí)，可以通過如下的方式再生所述催化劑將反應(yīng)物組 合物中的氏CO的摩爾比提高至至少約2. 5 1，在一個(gè)實(shí)施方案中提高至至少約3 1， 然后在約150°C -約300°C范圍內(nèi)的溫度下，在一個(gè)實(shí)施方案中在約180°C -約250°C范圍 內(nèi)的溫度下，使產(chǎn)生的調(diào)整后的進(jìn)料組合物流過所述工藝微通道與所述催化劑接觸一段時(shí) 間，所述接觸時(shí)間在約0. 1-約100小時(shí)的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 5-約20小時(shí) 的范圍內(nèi)，以提供再生的催化劑。通過擾動(dòng)除了氫氣以外的所有進(jìn)料氣體的流動(dòng)以及使所 述氫氣流過所述工藝微通道與所述催化劑接觸可以調(diào)整所述進(jìn)料組合物。可以增加H2的 流動(dòng)以提供與含有吐和CO的反應(yīng)物組合物相同的接觸時(shí)間。所述調(diào)整后的進(jìn)料組合物可 以包括H2,并且所述組合物的特征在于不含CO。一旦所述催化劑被再生，則通過使所述再 生的催化劑與包括吐和CO的起始的反應(yīng)物組合物相接觸可以繼續(xù)所述費(fèi)-托工藝。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道、燃燒通道和/或加氫裂解工 藝微通道的特征在于具有總體流動(dòng)路徑。術(shù)語“總體流動(dòng)路徑”指在所述工藝微通道或者燃 燒通道內(nèi)的開放路徑(連貫的總體流動(dòng)區(qū)域)。連貫的總體流動(dòng)區(qū)域使得流體快速流過所 述通道而不出現(xiàn)大的壓降。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述總體流動(dòng)區(qū)域中的流體流動(dòng)是層流。 在每一個(gè)工藝微通道或燃燒通道內(nèi)的總體流動(dòng)區(qū)域可以具有約0. 05-約10，OOOmm2的橫截 面積，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 05-約5000mm2，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約2500mm2。 所述總體流動(dòng)區(qū)域可以包含所述工藝微通道或燃燒通道橫截面的約5% -約95%，在一個(gè) 實(shí)施方案中約30% -約80%。所述反應(yīng)物與所述費(fèi)-托或生成醇的催化劑、SMR催化劑和/或燃燒催化劑的接 觸時(shí)間可以上至約2000毫秒(ms)，在約10-到約2000ms的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約 10-約1000ms，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約20ms-約500ms。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述接觸時(shí)間 可以上至約300ms，在一個(gè)實(shí)施方案中約20-約300ms，在一個(gè)實(shí)施方案中約50-約150ms， 在一個(gè)實(shí)施方案中約75-約125ms，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約100ms。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述接觸時(shí)間可以上至約100ms，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約100ms。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道和/或燃燒通道內(nèi)的流體流動(dòng) 的空速(或單位時(shí)間內(nèi)的氣體空速(GHSV))可以是至少約IOOOhf1 (進(jìn)料的標(biāo)準(zhǔn)升數(shù)/小 時(shí)/所述工藝微通道內(nèi)的體積的升數(shù))或者至少約800ml進(jìn)料/ (g催化劑)(hr)。所述空 速可以是約1000-約1，000，OOOhr"1,或者約800-約800000ml進(jìn)料/(g催化劑)(hr)。在 一個(gè)實(shí)施方案中，所述空速可以是約10，000-約100，OOOhr—1，或者約8，000-約80，OOOml進(jìn) 料/(g催化劑)(hr)。在所述加氫裂解反應(yīng)器中，液體流動(dòng)的單位時(shí)間內(nèi)的液體空速(LHSV)可以為約 0. 1-約lOOhr—1 (進(jìn)料的體積/hr/催化劑的體積)，在一個(gè)實(shí)施方案中約1_約lOOhr—1，在一個(gè)實(shí)施方案中約5-約lOOhr—1，在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約lOOhr—1，在一個(gè)實(shí)施方案中約 1-約SOhr—1，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約5-約SOhr-1。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道和/或加氫裂解工藝微通道 內(nèi)的壓力可以上至約100個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施方案中在約1-約100個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)， 在一個(gè)實(shí)施方案中約1-約75個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施方案中約2-約40個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí) 施方案中約10-約50個(gè)大氣壓，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約20-約30個(gè)大氣壓。當(dāng)流體在所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道、燃燒通道和/或 加氫裂解工藝微通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，所述流體的壓降可以上至約10個(gè)大氣壓每米通道長(atm/ m)，并且在一個(gè)實(shí)施方案中上至約fetm/m，以及在一個(gè)實(shí)施方案中上至約3atm/m。所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道、SMR工藝微通道、燃燒通道和/或加氫裂解工 藝微通道內(nèi)的流體流動(dòng)的雷諾數(shù)可以在約10-約4000的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約 100-約 2000。所述費(fèi)-托工藝微通道內(nèi)的平均溫度可以在約150-約300°C，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中約200-約3000C ο所述生成醇的工藝微通道內(nèi)的平均溫度可以在約200-約500°C的范圍內(nèi)，以及在 一個(gè)實(shí)施方案中約200-約350°C。所述SMR工藝微通道內(nèi)的平均溫度可以在約100-約400°C的范圍內(nèi)，以及在一個(gè) 實(shí)施方案中約150-約350°C。所述加氫裂解工藝微通道內(nèi)的平均溫度可以在約100°C -約700°C的范圍內(nèi)，在一 個(gè)實(shí)施方案中約250°C -約500°C，在一個(gè)實(shí)施方案中約350°C -約450°C，以及在一個(gè)實(shí)施 方案中約370°C -約400°C。進(jìn)入所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200以及任選地進(jìn)入加氫裂解微通道 反應(yīng)器700的熱交換流體的溫度可以是約100°C-約400°C，并以及在一個(gè)實(shí)施方案中約 2000C -約300°C。流出所述熱交換通道的熱交換流體的溫度可以在約150°C -約450°C的范 圍內(nèi)下，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約200°C -約350°C。所述熱交換流體在所述熱交換通道內(nèi) 的停留時(shí)間為約1-約2000ms，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約10-約500ms。當(dāng)所述熱交換流體 流過所述熱交換通道時(shí)，所述熱交換流體的壓降可以上至約lOatm/m，在一個(gè)實(shí)施方案中約 1-約lOatm/m，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約2-約fetm/m。所述熱交換流體可以是蒸氣、液體 或蒸氣和液體的混合物的形式。所述熱交換流體在熱交換通道內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)為約10-約 4000，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約100-約2000。在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200中使用的以及在加氫裂解微通道反 應(yīng)器700中任選地使用的熱交換流體可以是適合于冷卻費(fèi)-托放熱反應(yīng)的任意的熱交換 流體。這樣的熱交換流體可以包括空氣、蒸汽、液態(tài)水、氣態(tài)氮、其他氣體(包括惰性氣 體)、一氧化碳、油(例如礦物油)以及諸如聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide)銷售的道氏 A(Dowtherm A)和首諾導(dǎo)熱油(Therminol)的熱交換流體。在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200使用的以及在加氫裂解微通道反應(yīng)器 700中任選地使用的熱交換通道可包括工藝通道，在所述通道中進(jìn)行吸熱反應(yīng)。這樣的熱交 換工藝通道可以是微通道?？梢栽谒鰺峤粨Q通道進(jìn)行的吸熱工藝的實(shí)例包括蒸汽重整和 脫氫反應(yīng)。在約200°C-約300°C的范圍下發(fā)生的醇的蒸汽重整是可以使用的吸熱工藝的實(shí)例。為了提供改善的吸熱裝置(heat sink)而增加的同步吸熱反應(yīng)可以使典型熱通量基 本在對(duì)流冷卻熱通量的數(shù)量級(jí)之上。當(dāng)所述熱交換流體流入所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200以及任選地流入 加氫裂解微通道反應(yīng)器700時(shí)，所述熱交換流體可能發(fā)生部分相變或全相變化。除了通過 對(duì)流冷卻能夠移除熱量之外，所述相變化可以從所述工藝微通道移除額外的熱量。對(duì)于被 汽化的液體熱交換流體而言，所述熱交換流體所需要的蒸發(fā)潛熱可以產(chǎn)生從所述費(fèi)-托或 生成醇的工藝微通道傳導(dǎo)的以及從所述加氫裂解微工藝通道任選地傳導(dǎo)的額外的熱量。在 一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)約50%的熱交換流體可以被氣化，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì) 約35%可以被氣化，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)約20%可以被氣化，以及在一個(gè)實(shí)施方案 中以重量計(jì)約10%可以被氣化。在一個(gè)實(shí)施方案中，以重量計(jì)約10% -到約50%可以被氣 化。在費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200、SMR微通道反應(yīng)器500和/或加氫裂解微 通道反應(yīng)器700中，用于熱交換的熱通量可以在所述微通道反應(yīng)器中的一個(gè)或多個(gè)工藝微 通道的熱交換壁的每平方厘米表面積約0.01-約500瓦特(W/cm2)的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施 方案中在約0. 1-約250W/cm2的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約1_約125W/cm2的范圍 內(nèi)。在所述微通道反應(yīng)器內(nèi)用于對(duì)流熱交換的熱通量可以在在約0. 01-約250W/cm2的范 圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約50W/cm2的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約1-約25W/cm2， 以及在一個(gè)實(shí)施方案中約1-約lOW/cm2。用于相變和/或放熱或吸熱反應(yīng)的所述熱交換流 體的熱通量可以在約0. 01-約500W/cm2的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中約1_約250W/cm2，在 一個(gè)實(shí)施方案中約1-約lOOW/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中約1-約50W/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中 約1-約25W/cm2，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約1到約lOW/cm2。因?yàn)檫@種額外的冷卻和/或加熱可以減少或消除不希望的副產(chǎn)物在不希望的具 有更高活化能的平行反應(yīng)中的形成，基于這樣的事實(shí)，所以所述費(fèi)-托或生成醇的反應(yīng)工 藝、SMR工藝、和/或任選所述加氫裂解工藝方法中的熱交換的控制對(duì)于控制朝向目標(biāo)產(chǎn)物 的選擇率可能是有利的。在費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器200中和任選地加氫裂解反應(yīng)器700中的每一 個(gè)單獨(dú)的熱交換通道的壓力可使用設(shè)在所述熱交換通道上游或者所述通道內(nèi)部的被動(dòng)結(jié) 構(gòu)體(如障礙物)、孔和/或機(jī)械構(gòu)件控制。通過控制每一個(gè)熱交換微通道內(nèi)部的壓力，可 以控制每一個(gè)熱交換微通道內(nèi)的溫度。當(dāng)所述被動(dòng)結(jié)構(gòu)體、孔和/或機(jī)械構(gòu)件使所述壓力 降至希望的壓力時(shí)，每一個(gè)熱交換通道可以使用較高的入口壓力。通過控制每一個(gè)熱交換 通道內(nèi)的溫度，可以控制所述費(fèi)-托或生成醇的工藝微通道或加氫裂解工藝微通道內(nèi)的溫 度。因此，例如，通過在與所述工藝微通道相鄰或者熱力學(xué)接觸的熱交換通道中使用特定的 壓力，可以在希望的溫度下操作每一個(gè)費(fèi)-托工藝微通道。這具有精確地控制每一個(gè)費(fèi)-托 或生成醇的工藝微通道溫度的優(yōu)點(diǎn)。通過精確地控制每個(gè)費(fèi)-托工藝微通道溫度，優(yōu)點(diǎn)在 于能夠獲得調(diào)整的溫度特征和所述方法在能量需求上的整體降低。在放大(scale up)裝置中，對(duì)于具體的應(yīng)用，可能要求使所述工藝流體的質(zhì)量均 勻分布于所述微通道內(nèi)。這樣的應(yīng)用可能是當(dāng)需要采用相鄰的熱交換通道加熱或冷卻所述 工藝流體的時(shí)候。通過改變從一個(gè)平行微通道到另一個(gè)微通道的橫截面積，可以獲得均勻 的質(zhì)量流動(dòng)分布?？梢允褂萌缦滤镜馁|(zhì)量指標(biāo)因子(Q-因子)定義所述質(zhì)量流動(dòng)分布的均勻度。0%的Q-因子意味著絕對(duì)的均勻分布。
wif 一 titQ = -^=^xIOO
^max橫截面積的變化可能導(dǎo)致壁面上的剪切應(yīng)力的不同。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于加 氫裂解微通道反應(yīng)器700、SMR微通道反應(yīng)器500和/或費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器 200的Q-因子可以小于約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中小于約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中小于約 5%，以及在一個(gè)實(shí)施方案中小于約1%。在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道、SMR工藝微通道和/或加氫裂解工藝微通道內(nèi) 的流體流動(dòng)的表觀速度至少約每秒0. 01米(m/s)，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約0. lm/s，在一 個(gè)實(shí)施方案中在從約0.01-約100m/S的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0.01-約lm/s的 范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 1-約10m/S的范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施方案中在約1-約 100m/s的范圍內(nèi)。在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道、SMR工藝微通道和/或加氫裂解工藝微通道內(nèi) 的流體流動(dòng)的自由流速至少約0. 001米每秒(m/s)，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約0. Olm/s，在 一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 001-約200m/s的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 01到約IOOrn/ s的范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 01-約200m/s的范圍內(nèi)。在所述費(fèi)-托或生成醇的微通道反應(yīng)器中，CO轉(zhuǎn)化率可以為每循環(huán)約40%或更 高，在一個(gè)實(shí)施方案中為約50%或更高，在一個(gè)實(shí)施方案中為約55%或更高，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約60%或更高，在一個(gè)實(shí)施方案中為約65%或更高，以及在一個(gè)實(shí)施方案中為約 70%或更高。在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語“循環(huán)”指反應(yīng)物通過所述工藝微通道的一次單程。在所述費(fèi)-托(FT)產(chǎn)物中的甲烷的選擇率可以為約25%或更低，在一個(gè)實(shí)施方案 中約20%或更低，在一個(gè)實(shí)施方案中約15%或更低，在一個(gè)實(shí)施方案中約12%或更低，以 及在一個(gè)實(shí)施方案中約10%或更低。費(fèi)-托產(chǎn)物的產(chǎn)率可以為每循環(huán)約25%或更高，在一個(gè)實(shí)施方案中約30%或更 高，在一個(gè)實(shí)施方案中約40%或更高。在所述費(fèi)-托工藝的一個(gè)實(shí)施方案中，CO的轉(zhuǎn)化率至少為約50%，甲烷的選擇率 為約15%或更低，并且產(chǎn)物的產(chǎn)率至少為每循環(huán)約35%。氮?dú)夥蛛x器300可以包括使用離子液體作為液體吸附劑的微通道分離器。所述微 通道分離器可以包括薄膜分離器，在所述薄膜分離器中，通過使用毛細(xì)管力使微通道內(nèi)的 液體和氣體(例如空氣)的混合或返混最小，將所述液體吸附劑(即所述離子液體)保留 或束縛在通道或結(jié)構(gòu)體內(nèi)部。所述微通道分離器可以包括裝置，在所述裝置中，將液體吸附 劑的流體混合物和氣體共同送入所述微通道裝置的內(nèi)側(cè)或外側(cè)并以共同流動(dòng)的方式流動(dòng)。 所述流體可以流入并流出所述裝置的表面特征。所述微通道分離器可以包括裝置，在所述 裝置中，所述氣體和液體吸收劑以共同流動(dòng)的方式流動(dòng)并且通過流經(jīng)一系列具有環(huán)狀、球 狀或其他形狀的多孔堆積床形式的障礙物混合以形成高界面面積。所述微通道分離器可以 包括裝置，在所述裝置中，薄的接觸器平板使相分開以促進(jìn)逆流流動(dòng)。所述接觸器平板可以 包含足夠小的孔徑以使得所述液體的毛細(xì)管壓力能夠?qū)⑺鲆后w保留在所述接觸器平板 的一側(cè)，并且將所述氣流保留在所述接觸器平板的另一側(cè)?？梢杂米魉鲆后w吸附劑的所 述離子液體可以包括一種或多種咪唑啉季銨鹽和/或一種或多種季芳香-5元或6元的雜環(huán)化合物，例如咪唑鹽、吡啶鹽等等。這樣的離子液體可以包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟 甲磺酸鹽、1-辛基-3甲基咪唑六氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽、1-辛基-3甲基 咪唑四氟甲硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸鹽和/或N-丁基吡啶四氟甲硼酸鹽。美 國專利6，579，；343 B2和6，623，659 B2、美國專利申請(qǐng)2006/0251588 Al以及國際申請(qǐng)WO 02/34863 Al公開了可以使用的離子液體，這些專利及申請(qǐng)以引文方式并入本專利申請(qǐng)中。在氮?dú)夥蛛x器300中可以采用變溫吸附(TSA)或變壓吸附(PSA)技術(shù)。美國專利 6508862B1和665^27B1和美國專利公開2005/0045030A1公開了可用于前述分離的使用微 通道技術(shù)的TSA和PSA工藝，所述文獻(xiàn)以引文方式并入本專利申請(qǐng)中。所述離子液體分離器，TSA分離器和/或PSA分離器可以在氣化爐110和微通道 反應(yīng)器200之間的線路中使用以從氣化爐110中所形成的合成氣中分離出雜質(zhì)氣體和材料 (例如CO2、硫化合物例如、顆粒狀固體等等)?？梢栽跉饣癄t110和微通道反應(yīng)器200之間的線路中使用采用了納米纖維層或納 米復(fù)合膜的微通道裝置。美國專利6，326，326 BU6, 531, 224 BU6, 733,835 B2、6，753，038 B2、6，846，554 B2和7，122，106 B2公開了可以使用的納米纖維和納米復(fù)合膜，所述專利以 引文方式并入本專利申請(qǐng)中。在流出氣化爐110的合成氣中存在諸如硫、鹵素、硒、磷、砷等的雜質(zhì)是不利的?？?以在所述微通道反應(yīng)器200中發(fā)生反應(yīng)之前從合成氣除去前述雜質(zhì)或者降低前述雜質(zhì)的 濃度。除去或降低這些雜質(zhì)的量的技術(shù)是本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的技術(shù)。例如，在氣化爐110 和微通道反應(yīng)器200之間的線路中可以使用ZnO防護(hù)床以除去硫雜質(zhì)。可以使所述合成氣 中的雜質(zhì)的量降低至以體積計(jì)上至約5%，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)上至約1%，在一個(gè) 實(shí)施方案中以體積計(jì)上至約0. 1%，以及在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)上至約0. 05%。在熱解反應(yīng)器400中進(jìn)行的熱解方法可以包括在不含氧氣或任意其他反應(yīng)劑(可 能的蒸汽除外)的情況下加熱所述碳質(zhì)材料。所述熱解方法可以包括無水方法。所述熱解 方法可以包括快速或閃蒸熱解方法，在所述方法中在350°C -500°C的范圍內(nèi)的溫度下將所 述碳質(zhì)材料加熱相對(duì)短的一段時(shí)間，所述時(shí)間上至約2秒，在一個(gè)實(shí)施方案中在約0. 5-約2 秒的范圍內(nèi)。可以采用所述熱解方法以生產(chǎn)液態(tài)產(chǎn)物，所述液態(tài)產(chǎn)物可以是指熱解油。所 述熱解方法可以在螺旋鉆反應(yīng)器、熔融反應(yīng)器(ablative reactor)、轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器、流化床 或循環(huán)流化床中進(jìn)行。在螺旋鉆反應(yīng)器中進(jìn)行的熱解反應(yīng)包括使用在螺旋槳的末端處的熱砂和碳質(zhì)材 料顆粒的進(jìn)料。所述螺旋槳將所述砂和碳質(zhì)材料混合并隨所述熱解方法的進(jìn)行輸送所述兩 種物質(zhì)的混合物。所述熔融方法包括在高速下向熱金屬表面噴射碳質(zhì)材料顆粒。這可以通過在碳質(zhì) 材料顆粒床內(nèi)使用高速自轉(zhuǎn)的金屬表面實(shí)現(xiàn)。作為備選方案，可以使所述顆粒懸浮在載氣 中并在高速下引入所述顆粒高速使其穿過壁面受熱的旋分筒。所述轉(zhuǎn)錐方法包括加熱砂和碳質(zhì)材料顆粒的混合物并將所述混合物引入旋轉(zhuǎn)的 錐體中。由于錐體的旋轉(zhuǎn)，從而隨所述熱解過程的進(jìn)行通過離心力經(jīng)錐體表面輸送所述砂 和碳質(zhì)材料的混合物。對(duì)于所述流化床反應(yīng)器，將碳質(zhì)材料顆粒引入通過氣體流化的熱砂床中。由于被 流化的砂的傳熱速率高，從而實(shí)現(xiàn)所述碳質(zhì)材料顆粒的快速加熱。通過熱交換器管道提供熱量，熱的燃燒氣體可以流過所述管道。對(duì)于所述循環(huán)流化床反應(yīng)器，可以將碳質(zhì)材料顆粒引入熱砂的循環(huán)流化床。氣體、 砂和碳質(zhì)材料顆?？梢砸黄疬\(yùn)動(dòng)。所述輸運(yùn)氣體可以為被循環(huán)的產(chǎn)物氣體，但是其也可以 為燃燒氣體。所述砂的高傳熱速率能夠?qū)崿F(xiàn)所述碳質(zhì)材料顆粒的快速加熱。分離器可以所 述產(chǎn)物氣體和蒸氣與熱砂和焦炭顆粒分離?？梢栽诒涣骰娜紵魅萜髦性偌訜崴錾傲?并將所述砂粒回收至所述反應(yīng)器。在微通道反應(yīng)器200中形成的費(fèi)-托產(chǎn)物可以包含氣態(tài)產(chǎn)物餾分和液態(tài)產(chǎn)物餾 分。所述氣態(tài)產(chǎn)物餾分可以包括常壓下的沸點(diǎn)低于約350°C的烴(例如穿過中間餾分的尾 氣)。所述液態(tài)產(chǎn)物餾分(富集餾分)可以包括沸點(diǎn)在約350°C以上的烴(例如穿過重質(zhì) 烷烴的真空瓦斯油)。使用例如高壓和/或低溫氣-液分離器或低壓分離器或分離器的組合可以將所述 沸點(diǎn)低于約350°C的費(fèi)-托產(chǎn)物餾分分離成尾氣餾分和富集餾分，例如具有約5-約20個(gè)碳 原子的正烷烴和更高沸點(diǎn)的烴。除去一種或多種沸點(diǎn)大于約650°C的餾分之后，可以將沸點(diǎn) 大于約350°C的餾分(富集餾分)分離成沸點(diǎn)在350°C -650°C的范圍內(nèi)的石蠟餾分。所述 石蠟餾分可以包含具有約20-約50個(gè)碳原子的直鏈烷烴和相對(duì)少量的更高沸點(diǎn)的支鏈烷 烴。使用分餾可以有效進(jìn)行所述分離。在微通道反應(yīng)器200中形成的費(fèi)-托產(chǎn)物可以包含甲烷、石蠟和其他重質(zhì)高分子 量產(chǎn)物。所述產(chǎn)物可以包含烯烴，例如乙烯、正和異-烷烴及其組合。這樣的產(chǎn)物可以包含 燃料餾程內(nèi)的烴，所述燃料餾程包括噴氣油或柴油餾程。支化在多種終端使用中可能是有利的，特別當(dāng)需要提高辛烷值和/或降低傾點(diǎn) 時(shí)。異構(gòu)化的程度可以大于約1摩爾異構(gòu)烷烴每摩爾η-烷烴，在一個(gè)實(shí)施方案中約3摩爾 異構(gòu)烷烴每摩爾η-烷烴。當(dāng)所述產(chǎn)物用于柴油組合物時(shí)，所述產(chǎn)物可以包含十六烷值至少 約60的烴混合物?？梢詫⑺鲑M(fèi)-托產(chǎn)物進(jìn)一步處理以形成潤滑基礎(chǔ)油或柴油。例如，可以將微通 道反應(yīng)器200中制得的產(chǎn)物加氫裂解，然后進(jìn)過蒸餾和/或催化異構(gòu)化以提供潤滑基礎(chǔ)油、 柴油、噴氣燃料等等?？梢圆捎妹绹鴮＠?，103，099或6，180，575中披露的方法對(duì)所述 費(fèi)-托產(chǎn)物進(jìn)行加氫異構(gòu)化；采用美國專利4，943，672或6，096，940進(jìn)行加氫裂解及加氫 異構(gòu)化；采用美國專利5，882，505中披露的方法進(jìn)行脫蠟；或者采用美國專利6，013，171、 6，080，301或6，165，949進(jìn)行加氫異構(gòu)化及脫蠟。由于這些專利所披露的處理費(fèi)_托合成 烴的方法以及由這樣的方法制得的最終產(chǎn)物，這些專利以引文方式并入本專利申請(qǐng)。在所述加氫裂解微通道反應(yīng)器700中進(jìn)行的加氫裂解反應(yīng)可以包括氫氣和來自 微通道反應(yīng)器200的費(fèi)-托產(chǎn)物之間的反應(yīng)，或者一種或多種從所述費(fèi)-托產(chǎn)物分離出來 的烴(例如一種或多種液體或石蠟費(fèi)-托產(chǎn)物)。所述費(fèi)-托產(chǎn)物可以包括一種或多種長 鏈烴。在所述加氫裂解的方法中，例如可以通過將Cm餾分裂解為C12-Q的中等范圍碳原 子數(shù)來增加所希望的柴油餾分。可以使用過量的氫氣將產(chǎn)生自費(fèi)-托微通道反應(yīng)器200的 石蠟餾分送入加氫裂解微通道反應(yīng)器700進(jìn)行三相反應(yīng)。在升高的溫度和壓力的反應(yīng)條件 下，一部分液體進(jìn)料可以轉(zhuǎn)化為氣相，而其余的液體部分可以沿著所處催化劑流動(dòng)。在常規(guī) 的加氫裂解系統(tǒng)中，形成液流。用于加氫裂解反應(yīng)的微通道反應(yīng)器的使用在多個(gè)方面獨(dú)具 優(yōu)勢(shì)。這些方面可以包括動(dòng)力學(xué)、壓降、傳熱和傳質(zhì)。
在加氫裂解微通道反應(yīng)器700中加氫裂解的費(fèi)-托烴產(chǎn)物可以包括任意的可以 被加氫裂解的烴。這樣的烴可以包括含有一種或多種能夠在加氫裂解的過程中斷裂的C-C 鍵的烴。所述可以被加氫裂解的烴可以包括飽和脂肪族化合物(例如鏈烷烴)、不飽和脂 肪族化合物(例如鏈烯烴、鏈炔烴)、烴基(例如烷烴基)取代的芳香族化合物、亞烴基 (hydrocarbylene)(例如亞烷基(alkylene))取代的芳香族化合物等等。加氫裂解反應(yīng)器700的進(jìn)料組合物可以包括一種或多種稀釋劑材料。這樣的稀釋 劑的實(shí)例可以包括不反應(yīng)的烴稀釋劑等等?；谒鲑M(fèi)-托產(chǎn)物的重量所述稀釋劑的濃度 以重量計(jì)可以為0-約99%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為0-約75%，以及在一個(gè)實(shí)施方 案中以重量計(jì)為0-約50%。所述稀釋劑可用于降低粘性液態(tài)產(chǎn)物的粘度。加氫裂解反應(yīng) 器700中的所述進(jìn)料組合物的粘度可以在約0. 001-約1厘泊的范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中 約0. 01-約1厘泊，以及在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約1厘泊。進(jìn)入加氫裂解微通道反應(yīng)器700的所述進(jìn)料組合物中的氫氣與費(fèi)-托產(chǎn)物的比可 以在約10-約2000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)氫氣每立方厘米(ccm)費(fèi)-托產(chǎn)物，在一個(gè)實(shí)施 方案中約100-約1800sccm/ccm，在一個(gè)實(shí)施方案中約350-約1200sccm/ccm。所述氫氣進(jìn) 料可以進(jìn)一步包括水、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和/或氮?dú)?。所述氫氣進(jìn)料中的H2可以衍生自另外的方法，例如蒸汽重組方法(H2/C0的摩爾比 約為3的產(chǎn)物流)、部分氧化方法(H2/C0的摩爾比約為2的產(chǎn)物流)、自熱重組方法(H2/C0 的摩爾比約為2. 5的產(chǎn)物流)、(X)2重組方法(H2/C0的摩爾比約為1的產(chǎn)物流)、煤氣化方 法(H2/C0的摩爾比約為1的產(chǎn)物流)以及上述方法的組合。對(duì)于這些進(jìn)料流中的每一種 進(jìn)料流而言，使用常規(guī)技術(shù)(例如膜分離或吸附)可以使所述H2與其余的組分分離。被加氫裂解的費(fèi)-托產(chǎn)物可以包含沸點(diǎn)溫度在約沈0_270 T (127-371°C )的范 圍內(nèi)的中間餾分。術(shù)語“中間餾分”通常包括柴油、噴氣燃料和煤油沸點(diǎn)范圍的餾分。術(shù)語 “煤油”和“噴氣燃料”的沸點(diǎn)范圍通常是指260-550 T (127-288°C )的溫度范圍，并且“柴 油”沸點(diǎn)范圍通常指烴的沸點(diǎn)在約沈0-約700下(127-371°C)之間。所述被加氫裂解后 的費(fèi)-托產(chǎn)物可以包括汽油或萘餾分。這樣的餾分通常被認(rèn)為是C5-400 °F (204 °C )的終 點(diǎn)餾分。所述生成醇的方法的目標(biāo)產(chǎn)物可以包括一種或多種具有1-約10個(gè)碳原子的醇， 在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約5個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中為2-約5個(gè)碳原子。所述產(chǎn) 物可以包括甲醇。所述產(chǎn)物可以包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲 基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。這樣的 醇和醇的混合物可以被用作燃料或補(bǔ)充燃料。例如，可以將這樣的醇添加至汽油以補(bǔ)充所 述汽油。實(shí)施例1使用Chem CAD進(jìn)行方法模擬。所述過程示于圖觀中。參考圖觀，方法600包括 干燥器601、混合器607、氣化爐610、調(diào)質(zhì)室(tempering chamber) 615、過熱器620、淬滅室 (quench chamber) 625、洗滌器630、旋分器635、冷凝器640、645和650、混合器655、費(fèi)-托 (FT)微通道反應(yīng)器660、熱交換蒸汽回路663、分離器670和675、混合器680以及分餾塔 685和690。所述方法還采用了熱交換器636、641、646、656、673和674。這樣的熱交換器可 以為微通道熱交換器。還可以在所示例的方法中使用壓縮機(jī)642、647和652。在下述的表1-3中披露了在方法600中所采用的溫度、壓力、流速和不同流體的組成?，F(xiàn)在描述如28中所示例的方法600的操作過程。在下文的描述中，不同流體的溫 度和壓力表示在括號(hào)內(nèi)。溫度用。C并且壓力用bars表示。在某些情況下，這樣的數(shù)值已 經(jīng)由所述Chem CAD模擬所產(chǎn)生的值取整。通過Chem CAD產(chǎn)生的完整的值示于表1_3中。 使以重量計(jì)的含水量為70%的生活固體垃圾(MSW)經(jīng)由線路602(15°C，lbar)流入干燥器 601中，在所述干燥器中將所述MSW濃縮。使被分離的水經(jīng)由線路604 (89°C，lbar)流出干 燥器601。使蒸汽經(jīng)由線路603(250°C，25barS)流入干燥器601中，加熱所述MSW，并且經(jīng)由 線路605O25°C，2^arS)流出干燥器601。使以重量計(jì)的含水量為14. 2%的被濃縮的MSW 經(jīng)由線路606(89°C，lbar)流入混合器607中，在所述混合器中，使被濃縮的MSW與來自線 路687(1211，181^1^)的分餾塔輕餾分以及來自線路692 (121°C，18bars)的分餾塔塔底產(chǎn) 物混合。使被濃縮的MSW、分餾塔輕餾分和分餾塔塔底產(chǎn)物的混合流(所述混合流可以指混 合的碳質(zhì)進(jìn)料)經(jīng)由線路608(94°C，lbar)從混合器607流至氣化爐610。使氧氣(15°C， lbar)經(jīng)由線路609流至氣化爐610。在氣化爐610中，加熱所述混合的碳質(zhì)進(jìn)料和所述氧 氣并使其發(fā)生氣化反應(yīng)生成合成氣。如箭頭617所示，從氣化爐610中除去灰分。使所述合成氣經(jīng)由線路611 (1480°C，lbar)從氣化爐610流至調(diào)質(zhì)室615。使水 經(jīng)由線路612和614(15°C，lbar)流至調(diào)質(zhì)室615。使蒸汽經(jīng)由線路619流出所述調(diào)質(zhì)室 615。使所述合成氣經(jīng)由線路616(1013°C，lba )從調(diào)質(zhì)室615流至過熱器620。使蒸汽經(jīng) 由線路618 (225°C，lbar)流至并流過過熱器620，然后經(jīng)由線路621 (450°C，2^ars)流出過 熱器620。使所述合成氣經(jīng)由線路622 (235°C，lbar)從過熱器620流至并流過淬滅室625。 使水經(jīng)由線路612和613 (15 °C，lbar)流至并流過淬滅室625，然后經(jīng)由線路627(67°C， lbar)流出淬滅室625。使所述合成氣經(jīng)由線路626 (67°C，lbar)從淬滅室625流入洗滌器 630中。在洗滌器630中使雜質(zhì)與所述合成氣分離并使所述雜質(zhì)經(jīng)由線路632 (67°C，lbar) 流出洗滌器630。使所述合成氣經(jīng)由線路631 (67°C，lbar)從洗滌器630流入旋分器635 中。在旋分器635中使固體顆粒與所述合成氣分離。經(jīng)由線路638除去固體顆粒。使所 述合成氣經(jīng)由線路637 (67°C，lbar)從旋分器635流至并流過熱交換器636，然后經(jīng)由線路 637a(24°C, lbar)流入冷凝器640中，在該所述冷凝器中冷凝所述合成氣。使水經(jīng)由線路 644(24lbar)流出冷凝器640。使所述合成氣經(jīng)由線路643 ，lbar)從冷凝器640 流至并流過壓縮機(jī)642，然后經(jīng)由線路643a(125°C，2. 6bars)從壓縮機(jī)642流至并流過熱交 換器641。使所述合成氣經(jīng)由線路643b(M°C，2.6barS)從熱交換器641流至冷凝器645， 在該冷凝器中冷凝所述合成氣。在冷凝器645中從所述合成氣中除去水并使所述水經(jīng)由線 路648 (240C，2. 6bars)流出所述冷凝器。使所述合成氣經(jīng)由線路649 (24°C，2. 6bars)從冷 凝器645流至并流過壓縮機(jī)647，然后經(jīng)由線路649a(10rC，5. 5bars)流至并流過熱交換 器646。使所述合成氣經(jīng)由線路649b(M°C，5.5bars)從熱交換器646流至冷凝器650，在 該冷凝器中冷凝所述合成氣。使水經(jīng)由線路651a(M°C，lbar)流出冷凝器650。使所述合 成氣經(jīng)由線路651 (245. 5bars)流出冷凝器650然后流至并流過壓縮機(jī)652。使所述合成氣經(jīng)由線路653 (2430C，25bars)從壓縮機(jī)652流至混合器655。經(jīng)由 線路653流動(dòng)的所述合成氣具有0. 989的H2 CO比。使氫氣經(jīng)由線路654 (37°C，Mbars) 流至混合器655，在該混合器中使氫氣與所述合成氣混合。合成氣和氫氣的混合物可以指升 級(jí)的合成氣。所述升級(jí)的合成氣具有1. 896的吐CO比。所述升級(jí)的合成氣從混合器655流過熱交換器656，并且經(jīng)由線路657(220°C，2^ars)從熱交換器656流至并流過費(fèi)-托 (FT)微通道反應(yīng)器660，在該反應(yīng)器中所述合成氣發(fā)生放熱FT反應(yīng)以形成FT產(chǎn)物。采用流過冷卻劑蒸汽環(huán)路663的蒸汽冷卻費(fèi)-托微通道反應(yīng)器660。使蒸汽經(jīng)由 線路664(150°C，2m3ars)進(jìn)入所述冷卻劑蒸汽環(huán)路663并流入混合器66 中。使蒸汽經(jīng) 由線路664M222°C，2m3ars)流出混合器66 然后流至并流過熱交換器668。熱交換器 668與FT微通道反應(yīng)器660熱力學(xué)接觸，然后與所述FT微通道反應(yīng)器交換熱量。在所述 合成氣在FT微通道反應(yīng)器660中被轉(zhuǎn)化為所述FT產(chǎn)物的同時(shí)，用所述蒸汽冷卻FT微通道 反應(yīng)器660。使蒸汽經(jīng)由線路66^^225°C，2^arS)流出熱交換668并流至容器666。使蒸 汽經(jīng)由線路665(225°C，2^ars)流出容器666并流出冷卻劑蒸汽環(huán)路663。使蒸汽經(jīng)由線 路664cK225°C，2^arS)從容器666流至并流過泵667。使所述蒸汽經(jīng)由線路669Q25°C， 27bars)從泵667流至混合器66 。使所述FT產(chǎn)物經(jīng)由線路661 (230°C，ISbars)從FT微通道反應(yīng)器660流至分離器 670，在該分離器中對(duì)所述FT產(chǎn)物進(jìn)行分離。使氣態(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路671 (230°C, ISbars) 流出分離器670。使液態(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路672(230°C，ISbars)流出分離器670并流至混合 器680。使所述氣態(tài)FT產(chǎn)物流過熱交換器673并流至線路671a(8(TC，18barS)。使冷卻劑 水從線路682(30°C，5barS)流至并流過熱交換器673然后經(jīng)由線路683 (34. 2°C，3. 5bars) 流出熱交換器673。使所述氣態(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路671a(8(TC，18bars)流至并流過熱交換器 674然后從熱交換器674流至并流過線路671b (35°C，Wbars)并流至三路分離器675。使 氣態(tài)混合物經(jīng)由線路676(35°C，ISbars)流出三路分離器675。這樣的氣態(tài)混合物可以是指 FT尾氣。使液態(tài)混合物經(jīng)由線路677(35°C，18bars)流出三路分離器675。所述液態(tài)混合 物可以是指工藝?yán)淠骸Ｊ挂簯B(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路678(35°C，18bars)從三路分離器675流至混合器680， 在該混合器中，使所述液態(tài)FT產(chǎn)物與來自線路672的液態(tài)FT產(chǎn)物混合。所述混合的液態(tài) FT產(chǎn)物經(jīng)由線路681 (121°C, ISbars)從混合器680流至分餾塔685，在該分餾塔中，對(duì)所 述混合的液態(tài)FT產(chǎn)物進(jìn)行分餾。使輕餾分產(chǎn)物經(jīng)由線路687(121°C，18bars)流出分餾塔 685并流至混合器607。使液態(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路686 (121°C，ISbars)流出分餾塔685流至 分餾塔690，在分餾塔690中，對(duì)所述混合的液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行分餾。使液態(tài)FT產(chǎn)物經(jīng)由線路 691 (121°C, ISbars)流出分餾塔。這樣的液態(tài)FT產(chǎn)物可以指合成燃料。使塔底產(chǎn)物經(jīng)由線 路692(121°C，18bars)流出分餾塔690并流至混合器607。表 權(quán)利要求
1.一種將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為含有一種或多種烴或一種或多種醇的目標(biāo)產(chǎn)物的方法，所述 方法包括(A)在至少約700°C的溫度下氣化所述碳質(zhì)材料以形成合成氣；以及(B)使所述合成氣流入微通道反應(yīng)器與催化劑接觸以將所述合成氣轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)材料包括煤、油、生物質(zhì)、固體廢 棄物或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)材料包括生活固 體廢棄物、有害廢棄物、垃圾衍生燃料、輪胎、垃圾、污水污泥、動(dòng)物排泄物、石油焦炭、垃圾、 廢物、農(nóng)業(yè)廢棄物、玉米秸稈、柳枝稷、木屑、木材、草屑、建筑垃圾材料、塑料材料、軋棉廢棄 物、堆填區(qū)沼氣、沼氣、天然氣或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在逆流固定床氣化爐、并流 固定床氣化爐、流化床氣化爐、氣流床氣化爐、熔融金屬反應(yīng)器或等離子氣化系統(tǒng)中氣化所 述碳質(zhì)材料。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在氣化劑的存在下氣化所 述碳質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述氣化劑包括蒸汽、氧氣、空氣或上述 兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在熔融金屬反應(yīng)器中所述 碳質(zhì)材料與蒸汽和熔融金屬接觸并反應(yīng)生成所述合成氣。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述合成氣包括壓和CO。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，H2與CO的比在約0.5-約4的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)中制得的合成 氣包括吐與C0，并在步驟(B)之前將額外量的吐添加至所述合成氣。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)中制得的合成 氣進(jìn)一步包括固體顆粒，在步驟(B)之前從所述合成氣中除去所述固體顆粒。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)中制得的合成 氣進(jìn)一步包括水，在步驟(B)之前從所述合成氣中除去所述水的至少一部分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)與熱交換器熱力學(xué)接觸的工藝微通道，所述催化劑存在于所述工藝微通道中。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含多 個(gè)工藝微通道和多個(gè)熱交換通道，所述催化劑存在于所述工藝微通道中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含多 個(gè)工藝微通道和多個(gè)熱交換通道，所述催化劑存在于所述工藝微通道中，每一個(gè)熱交換通 道與至少一個(gè)工藝微通道熱力學(xué)接觸，至少一根使合成氣流入所述工藝微通道的歧管，至 少一根使產(chǎn)物流出所述工藝微通道的歧管，至少一根使熱交換流體流入所述熱交換通道的 歧管以及至少一根使所述熱交換流體流出所述熱交換通道的歧管。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將多個(gè)所述微通道反應(yīng)器 設(shè)置在容器內(nèi)，每一個(gè)微通道反應(yīng)器包含多個(gè)工藝微通道和多個(gè)熱交換通道，所述催化劑 存在于所述工藝微通道中，每一個(gè)熱交換通道與至少一個(gè)工藝微通道熱力學(xué)接觸，在所述容器中設(shè)有使所述合成氣流至所述工藝微通道的歧管、使所述產(chǎn)物流出所述工藝微通道的 歧管以及使所述熱交換流體流至所述熱交換通道的歧管以及使熱交換流體流出所述熱交 換通道的歧管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，每一個(gè)微通道反應(yīng)器包含約100-約 50，000個(gè)工藝微通道，并且所述容器包含1-約1000個(gè)微通道反應(yīng)器。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，所述工藝微通道的內(nèi)部尺寸的寬度或高度上至約10mm。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，所述工藝微通道的長度上至約10米。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換通道，所述工藝微通道和熱交換通道由下述材料制 成鋁、鈦、鎳、銅、前述金屬中的任意金屬的合金、鋼、蒙乃爾合金、因康鎳合金、黃銅、石英、 硅或者前述兩種或更多種物質(zhì)的組合。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道中流動(dòng)的流體與所述工藝微通道中的表面特征接 觸，與所述表面特征的接觸將干擾性的流動(dòng)引入所述流體。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換通道，所述熱交換通道包括微通道。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑為費(fèi)-托催化劑，在步驟(B)的過程中在所述微通道反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)是費(fèi)-托反應(yīng)， 并且所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種烴。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑包括Co、Fe、Ni、Ru、 Re, Os中的一種或多種和/或其氧化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑進(jìn)一步包括元素周期 表的I A、II AJIIB或IV B族金屬中的一種或多種和/或其氧化物，鑭系金屬和/或其氧化 物，錒系金屬和/或其氧化物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑進(jìn)一步包括Li、B、 Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Ce 或 Th 中的一種或多種和 / 或其氧化 物，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑進(jìn)一步包括載體，所 述載體包括氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氟化鋁、氟化氧化鋁、膨潤土、氧化鈰、氧化鋅、二氧 化硅-氧化鋁、碳化硅、分子篩中的一種或多種，或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑包含以下式表示的組合物CoM1aM2bOx其中M1是Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述兩種或更多種物質(zhì)的混合物；M2 是 Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Ce 或 Th，或上述兩種或 更多種物質(zhì)的混合物；a是0-約0.5范圍內(nèi)的數(shù)；b是0-約0.5范圍內(nèi)的數(shù)；以及χ是滿足式中的元素價(jià)態(tài)平衡所需的氧的數(shù)目。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑包含擔(dān)載在氧化鋁上 的Co，所述Co裝載量以重量計(jì)為至少約5%。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其特征在于，所述費(fèi)-托催化劑進(jìn)一步包括Re、Ru或 其混合物。
31.根據(jù)權(quán)利要求1-22中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑為生成醇的催化劑，在步驟(B)的過程中在所述微通道反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)是生成醇的 反應(yīng)，并且所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種醇。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述生成醇的催化劑包含催化劑金屬 Nb、Ta、Mo、W、Tc、Re或者由上述兩種或更多種物質(zhì)以自由形式或組合形式的混合物。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述催化劑進(jìn)一步包含協(xié)同催化劑金 屬釔、鑭系金屬、錒系金屬或者上述兩種或更多種物質(zhì)以自由形式或組合形式的混合物。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑是顆粒狀固體 的形式。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含一 個(gè)或多個(gè)工藝微通道，所述催化劑涂覆在所述工藝微通道的內(nèi)壁上或者生長在所述工藝微 通道的內(nèi)壁上。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑擔(dān)載在具有流 經(jīng)構(gòu)型、流過構(gòu)型或蛇形構(gòu)型的載體上。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑擔(dān)載在具有泡 沫體、氈毯體、團(tuán)塊體、翅片體的構(gòu)型或上述兩種或更多種構(gòu)型的組合的載體上。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑擔(dān)載在含有多 個(gè)平行相間的翅片的翅片組件形式的載體上。
39.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，所述工藝微通道具有至少一個(gè)熱交換壁并且在所述微道反應(yīng)器內(nèi)用 于熱交換的熱通量在所述至少一個(gè)熱交換壁的每平方厘米表面積上約0. 01-約500瓦特之 間的范圍內(nèi)。
40.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道入口處的溫度在所述工藝微通道的出口處溫度約 80°C以內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的壓力在上至約 50個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的溫度在約 150-約300°C的范圍內(nèi)。
43.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的接觸時(shí)間為上 至約2000毫秒。
44.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的CO轉(zhuǎn)化率在約10-約99%的范圍內(nèi)。
45.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物中的甲烷選擇率為上至 約 25%。
46.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種常壓下 的沸點(diǎn)為至少約30°C的烴。
47.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種常壓下 的沸點(diǎn)大于約175°C的烴。
48.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種烷烴和/ 或一種或多種含有約5-約100個(gè)碳原子的烯烴。
49.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種烯烴、一 種或多種正烷烴、一種或多種異構(gòu)烷烴或上述兩種或多種物質(zhì)的混合物。
50.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，采用分離、分餾、加氫裂解、加氫異構(gòu) 化、脫蠟或上述兩種或更多種的組合進(jìn)一步處理所述目標(biāo)產(chǎn)物。
51.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步處理所述目標(biāo)產(chǎn)物以形成具有 潤滑粘性的油或中間餾分燃料。
52.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步處理所述目標(biāo)產(chǎn)物以形成燃料。
53.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的壓力在上至約 100個(gè)大氣壓的范圍內(nèi)。
54.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的溫度在約 200-約500°C的范圍內(nèi)。
55.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種含有1-約10個(gè)碳原子的醇。
56.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含甲醇。
57.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2- 丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇或上述兩種 或更多種物質(zhì)的混合物。
58.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括至 少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，所述熱交換器包含至少一個(gè)與所述至少一個(gè)工藝 微通道熱力學(xué)接觸的熱交換通道，所述工藝微通道含有在所述工藝微通道中按照一個(gè)方向 流動(dòng)的流體，所述熱交換通道含有按照與所述工藝微通道內(nèi)的流體流動(dòng)并流或逆流的方向 流動(dòng)的流體。
59.根據(jù)權(quán)利要求1-57中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，所述熱交換器包含至少一個(gè)與所述至少一個(gè)工 藝微通道熱力學(xué)接觸的熱交換通道，所述工藝微通道含有在所述工藝微通道中按照一個(gè)方 向流動(dòng)的流體，所述熱交換通道含有按照與所述工藝微通道內(nèi)的流體流動(dòng)錯(cuò)流的方向流動(dòng) 的流體。
60.根據(jù)權(quán)利要求1-57中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，所述至少一個(gè)工藝微通道與至少一個(gè)熱交換通 道熱力學(xué)接觸，所述工藝微通道的長度和所述熱交換通道的長度大致相同。
61.根據(jù)權(quán)利要求1-57中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，所述熱交換器包含與所述至少一個(gè)工藝微通道 熱力學(xué)接觸的熱交換區(qū)域，所述熱交換區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)熱交換通道，所述熱交換通道 以相對(duì)于所述工藝微通道的縱長方向呈垂直的角度縱向延伸，所述熱交換區(qū)域在與所述工 藝微通道相同的方向上縱向延伸，所述熱交換區(qū)域的長度短于所述工藝微通道的長度，所 述工藝微通道含有入口和出口，將所述熱交換區(qū)域設(shè)置在或靠近所述工藝微通道的入口 處。
62.根據(jù)權(quán)利要求1-57中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包括 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，所述熱交換器包含兩個(gè)與所述至少一個(gè)工藝微 通道熱力學(xué)接觸的熱交換區(qū)域，每一個(gè)熱交換區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)熱交換通道，所述熱交 換通道以相對(duì)于所述工藝微通道的縱長方向呈垂直的角度縱向延伸，所述工藝微通道含有 入口和出口，所述熱交換區(qū)域在與所述工藝微通道相同的方向上縱向延伸，所述熱交換區(qū) 域的長度短于所述工藝微通道的長度，所述熱交換區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域的長度短于另一個(gè)熱 交換區(qū)域的長度，將所述熱交換區(qū)域設(shè)置在或靠近所述工藝微通道的入口處。
63.根據(jù)權(quán)利要求1-57中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含 至少一個(gè)工藝微通道和至少一個(gè)熱交換器，沿所述工藝微通道長度提供調(diào)節(jié)的熱交換性 能，在所述工藝微通道中進(jìn)行的反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量的局部釋放與由所述熱交換器提供的冷 量相匹配。
64.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述催化劑包含分級(jí)的催 化劑。
65.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器的質(zhì)量 指標(biāo)因子小于約50%。
66.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道內(nèi)流動(dòng)的流體的表觀速率為至少約0. Olm/s。
67.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道內(nèi)流動(dòng)的流體的空速為至少約lOOOhr—1。
68.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道內(nèi)流動(dòng)的流體的壓降為每米上至約10個(gè)大氣壓。
69.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含至 少一個(gè)工藝微通道，在所述工藝微通道內(nèi)流動(dòng)的流體的雷諾數(shù)在約10-約4000的范圍內(nèi)。
70.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)的過程中在所 述微通道反應(yīng)器內(nèi)將蒸汽用作熱交換流體并且在步驟(A)的過程中在氣化劑的存在下氣 化所述碳質(zhì)材料，將來自步驟(B)的蒸汽用作步驟(A)的過程中的氣化劑。
71.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)之前在氮?dú)夥?離器中使氮?dú)馀c空氣分離以提供富氧空氣或純化氧氣并且在步驟(A)的過程中在所述富 氧空氣或純化氧氣的存在下氣化所述碳質(zhì)材料。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于，在微通道分離器中使用離子液體作為 吸收液體使氮?dú)馀c空氣分離。
73.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)之前使所述碳質(zhì)材料熱解，生成熱解油，在步驟(A)的過程中氣化所述熱解油。
74.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)的過程中在氣 化爐中形成合成氣并且在步驟(B)的過程中制得費(fèi)-托尾氣，在蒸汽甲烷重整微通道反應(yīng) 器中將所述費(fèi)-托尾氣轉(zhuǎn)化為合成氣，將來自所述蒸汽重整微通道反應(yīng)器的合成氣與來自 氣化爐的合成氣混合。
75.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(A)的過程中形成 的所述合成氣含有二氧化碳，在步驟Φ)之前使所述二氧化碳與所述合成氣分離。
76.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于，在步驟(A)的過程中形成的所述合成氣 含有二氧化碳，使所述二氧化碳與所述合成氣分離并且在所述蒸汽甲烷重整微通道反應(yīng)器 中使所述二氧化碳與所述費(fèi)-托尾氣混合。
77.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)材料包含聚乙烯 或聚氯乙烯，并且在步驟(A)的過程中形成的所述合成氣包含富乙烯的合成氣。
78.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)之前在一個(gè)或 多個(gè)熱交換器中冷卻在步驟(A)的過程中形成的所述合成氣。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)熱交換器為微通道熱 交換器。
80.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述合成氣含有雜質(zhì)并且 在步驟(B)之前使用含有離子液體的微通道分離器使所述雜質(zhì)與所述合成氣分離。
81.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述合成氣包含雜質(zhì)并且 在步驟(B)之前使用變溫吸附或變壓吸附微通道分離器使所述雜質(zhì)和所述合成氣分離。
82.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述合成氣包含雜質(zhì)并且 在步驟(B)之前使用含有納米纖維或納米復(fù)合膜的微通道分離器使所述雜質(zhì)和所述合成 氣分離。
83.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述合成氣包含雜質(zhì)并且 在步驟(B)之前使用ZnO防護(hù)床使所述雜質(zhì)和所述合成氣分離。
84.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)材料包含非食物 碳質(zhì)材料。
85.根據(jù)權(quán)利要求1-83所述的方法，其特征在于，所述碳質(zhì)材料包括食物源。
86.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器包含多 個(gè)工藝微通道，通過將波形設(shè)置在平面薄片之間制得所述工藝微通道。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器進(jìn)一步包括多個(gè)與 所述工藝微通道熱力學(xué)接觸的熱交換通道，通過將波形設(shè)置在平面薄片之間制得所述熱交 換通道。
88.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑為費(fèi)-托催化劑，所述催化劑包含鈷和載體，所述鈷的濃度以重量計(jì)在所述催化劑的約 35% -約60%之間。
89.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑為費(fèi)-托催化劑，通過用含有至少約5mol%的烴的氣體活化含有鈷化合物和載體的催化 劑前體來制備所述催化劑。
90.根據(jù)權(quán)利要求1-88中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑為費(fèi)-托催化劑，通過如下方法制備所述催化劑(a)制備(i)至少一種催化劑載體或催 化劑載體前體、( )至少一種含有金屬的化合物，其中所述金屬包括V、Cr、Mn、Fe、C0、Ni、 Cu、Mo和/或W，以及(iii)至少一種用作所述含有金屬的化合物的溶劑的極性有機(jī)化合物 的液態(tài)混合物，所述液態(tài)混合物包含基于所述混合物的全部重量的0-約20wt%的水；(b) 將所述混合物轉(zhuǎn)化為膏體或固體殘?jiān)灰约?c)在含有氧氣的氣氛下燃燒所述殘?jiān)灾辽?部分地將所述有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為碳并形成被擔(dān)載的催化劑或催化劑前體。
91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，所述金屬包含鈷。
92.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中制得的所述 目標(biāo)產(chǎn)物為費(fèi)-托產(chǎn)物，所述方法進(jìn)一步包括在微通道反應(yīng)器中對(duì)所述費(fèi)-托產(chǎn)物中的至 少一部分進(jìn)行加氫裂解。
93.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其特征在于，用于進(jìn)行所述加氫裂解的微通道反應(yīng) 器就是用于形成所述費(fèi)-托產(chǎn)物的微通道反應(yīng)器。
94.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(B)中使用的催化 劑包括生成醇的催化劑和脫氫催化劑，所述目標(biāo)產(chǎn)物包含一種或多種不飽和烴。
95.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述微通道反應(yīng)器由具有 一種或多種用于形成所述微通道反應(yīng)器內(nèi)的微通道的銅或鋁波形的不銹鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為含有一種或多種烴或一種或多種醇的目標(biāo)產(chǎn)物的方法，該方法包括(A)在大于約700℃的溫度下氣化所述碳質(zhì)材料以形成合成氣；以及(B)使所述合成氣流入微通道反應(yīng)器與催化劑接觸以將所述合成氣轉(zhuǎn)化為所述目標(biāo)產(chǎn)物。
文檔編號(hào)C10J3/00GK102083526SQ200980121326
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者丹尼爾·弗朗西斯·瑞安, 勞拉·J.·席爾瓦, 安娜·利·通科維奇, 布魯斯·施坦格蘭, 杰弗里·S.·麥克丹尼爾, 約翰·布羅菲, 羅伯特·德韋恩·利特, 韋恩·W.·西蒙斯 申請(qǐng)人:萬羅賽斯公司