专利名称：采用微通道技术的费－托合成以及新型催化剂和微通道反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用微通道技术的费-托(Fischer-Tropsch)合成，以及新型催化剂和微通道反应器。所述催化剂和反应器在费-托合成工艺中有效。
背景技术：
费-托合成反应涉及在催化剂的存在下将包括H2和CO的反应组合物转化为脂肪族碳氢化合物产物。所述反应组合物可包括来自其它反应过程的产物流，如蒸汽重整(产物流H2/CO～3)，部分氧化反应(产物流H2/CO～2)，自热重整(产物流H2/CO～2.5)，CO2重整(产物流H2/CO～1)，煤气化(产物流H2/CO～1)的产物流，以及其结合的产物流。所述脂肪族碳氢化合物产物范围可为甲烷至具有高达100个或更多个碳原子的石蜡。
常规的反应器，如管状固定床反应器和浆体反应器，在热量和物质传递中存在各种各样的问题，造成在费-托合成反应的处理条件的选择上的限制。固定床反应器中的热点显著地促进甲烷的形成，降低了重碳氢化合物的选择性并且使催化剂失活。另一方面，悬浮在浆态体系中的催化剂固有的强大的物质传递阻力通常地降低有效的反应速率并且也造成从产物中分离催化剂的困难。本发明提供了一种解决这些问题的方法。
本发明涉及一种在微通道反应器中进行费-托合成反应的方法，在其中增强了CO在所述反应器中的一次通过的转化率并降低了对甲烷的选择性。使用本发明方法降低了在微通道反应器中形成热点的可能性。形成热点的可能性的降低被认为是，至少部分是由于微通道反应器具有增强的热交换特性以及与未使用微通道反应器的现有技术方法相比对温度和滞留时间更精确的控制的事实。使用这种方法，与现有技术相比，有可能获得CO的相对高水平的转化率以及对所需产物(如在中馏分范围内的碳氢化合物)的高水平的选择性。本发明也提供了一种新型催化剂和新型微通道反应器。
发明内容
本发明涉及一种用于将包括H2和CO的反应组合物转化为包括至少一种具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物产物的方法，所述方法包括所述反应组合物流过微通道反应器与费-托催化剂接触，以将所述反应组合物转化成产物，所述微通道反应器包括含有催化剂的大量处理微通道；将热量从所述处理微通道转移至热交换器；以及将所述产物从所述微通道反应器移出；所述方法产生至少约0.5克具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物每克催化剂每小时；在所述产物中对甲烷的选择性低于约25％。
在一个具体的实施方式中，所述热交换器包括大量与处理微通道相邻的热交换通道。在一个具体的实施方式中，所述热交换器通道为微通道。
在一个具体的实施方式中，本发明涉及包含负载于氧化铝上的Co的催化剂，Co的负载量至少约为25％重量比，Co的分散度至少约为3％。这个催化剂可进一步包括Re，Ru或其混合物。
在一个具体的实施方式中，本发明涉及一种催化剂，所述催化剂包括Co和一载体，所述催化剂由下述步骤制成(A)使所述载体充满包含Co的组合物，以提供一中间催化剂产物；(B)煅烧步骤(A)中形成的中间催化剂产物；(C)使步骤(B)中形成的煅烧后的中间产物充满包含Co的组合物，以提供另一个中间催化剂产物；以及(D)煅烧在步骤(C)中形成的所述另一个中间催化剂产物以形成所述催化剂，所述催化剂具有至少约25％重量比的Co负载量。在步骤(A)中使用的所述包含Co的组合物可与步骤(C)中使用的包含Co的组合物相同或不相同。所述载体可包括氧化铝。
在一个具体的实施方式中，本发明涉及一微通道反应器，其包括至少一处理微通道，所述处理微通道具有一入口和一出口；以及至少一与处理微通道相邻的热交换区，所述热交换区包括大量热交换通道，所述热交换通道相对于所述处理微通道的纵向方向成直角纵向延伸；所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸并且位于所述处理微通道入口附近；热交换区的长度小于处理微通道的长度；位于处理微通道出口或其附近的处理微通道的宽度大于位于处理微通道入口或其附近的处理微通道的宽度。在一个具体的实施方式中，所述至少一个热交换区包括一第一热交换区和一第二热交换区，所述第二热交换区的长度小于所述第一热交换区的长度。
在附图中，相同部分和结构具有相同的标记。
图1为可在本发明方法中使用的微通道的示意图。
图2为流程示意图，其示出了具体形式的本发明的费-托合成方法，其中，包括CO和H2的反应组合物流过一微通道反应器与费-托催化剂接触，并且反应以形成包括至少一种脂肪族碳氢化合物的产物。
图3为可用于图2中所示的微通道反应器的微通道反应核心中的一层处理微通道和一层热交换微通道的示意图。
图4为可用于图2中所示的微通道反应器的微通道反应核心中的一处理微通道和一相邻的热交换区的示意图，所述热交换区包含相对于所述处理微通道纵向方向成直角纵向延伸的大量热交换通道，热交换流体通过热交换通道的流动相对于反应组合物和产物通过所述处理微通道的流动为错流。
图5为可用于图2中所示的微通道反应器的微通道反应核心中的一处理微通道和一相邻的热交换通道的示意图，热交换流体通过热交换通道的流动相对于反应组合物和产物通过所述处理微通道的流动为逆流。
图6为可用于图2中所示的微通道反应器的微通道反应核心中的一处理微通道和一相邻的热交换区的示意图，所述热交换区包含相对于所述处理微通道纵向方向成直角纵向延伸的大量热交换通道，所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸并且位于所述处理微通道入口或其附近，热交换区的长度小于处理微通道的长度。
图7为可用于图2中所示的微通道反应器的微通道反应核心中的一处理微通道以及第一和第二相邻的热交换区的示意图，每个所述热交换区包含相对于所述处理微通道纵向方向成直角纵向延伸的大量热交换通道，所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸并且位于所述处理微通道入口或其附近，第一热交换区的长度小于处理微通道的长度，第二热交换区的长度小于第一热交换区的长度。
图8为可用于本发明方法的一处理微通道的示意图，该处理微通道包含一具有流过式结构(flow-by configuration)的催化剂。
图9为可用于本发明方法的一处理微通道的示意图，该处理微通道包含一具有流通式结构(flow-through configuration)的催化剂。
图10为可用于本发明方法的一处理微通道的示意图，该处理微通道包含一由大量鳍状结构组成的鳍状组件(fin)，由所述鳍状结构装载的催化剂。
图11示出了图10中所示的鳍状组件和处理微通道的一可选的实施方式。
图12示出了图10中所示的鳍状组件和处理微通道的另一可选的实施方式。
图13为实施例1中获得的孔体积和表面积与钴负载量的关系曲线图。
图14-17为实施例3中进行的费-托合成反应所得的结果图示。
图18为表示对于实施例4中具有和不具有中间煅烧过程制得的催化剂的费-托活性和选择性的区别。
具体实施例方式
术语“微通道”是指至少一个高度或宽度的内部尺寸达到约10毫米(mm)，且在一个具体的实施方式中达到约5mm，且在一个具体的实施方式中达到约2mm，且在一个具体的实施方式中达到约1mm。通过微通道的流体的流动可沿着微通道的长度向微通道的高度和宽度常规进行。可用于本发明方法作为一处理微通道和/或一热交换微通道的一微通道的例子如图1所示。图1所示的微通道10具有高度(h)、宽度(w)和长度(l)。流体以箭头12和14所示的方向沿所述微通道的长度流过微通道10。所述微通道的高度(h)或宽度(w)可在约0.05至约10mm的范围内，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约5mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约2mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约1.5mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约1mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约0.75mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约0.5mm。另一个高度或宽度的尺寸可为任意尺寸，例如，等于约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.01至约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.1至约3米。微通道的长度(l)可为任意尺寸，例如，等于约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约6米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约3米。尽管如图1所示的微通道具有矩形的横截面，可以理解的是，所述微通道可具有任意形状的横截面，例如，正方形、圆形、半圆形，梯形等。微通道的横截面的形状和/或大小可在其长度上改变。例如，高度或宽度在微通道的长度上可从相对大的尺寸逐渐变细至相对小的尺寸，或反之亦然。
术语“相邻的”当指一条通道的位置相对于另一通道的位置时是指直接地相邻以致一通道壁分开所述两条通道。所述通道壁的厚度可变化。然而，“相邻的”通道不被在通道之间干扰热量传递的居间通道分开。在一个具体的实施方式中，一条通道可仅在另一通道的部分尺寸上相邻于另一通道。例如，一处理微通道可长于且延伸超过一条或多条相邻的热交换通道。
术语“流体”是指气体、液体，或含有分散的固体或液滴的气体或液体。
术语“接触时间”是指微通道反应器中的反应区的体积除以在0℃温度和一个大气压下的反应组合物的体积供给流速。
术语“滞留时间”是指由流过该空间的流体占据的空间的内部体积(如，微通道反应器中的反应区)除以在所使用的温度和压力下流体流过该空间的平均体积流速。
术语“反应区”是指在处理微通道中的空间，在其中反应物与催化剂接触。
术语“CO的转化率”是指反应组合物和产物之间的CO摩尔变化除以反应组合物中CO的摩尔数。
术语“对甲烷的选择性”是指甲烷在产物中的摩尔数除以甲烷的摩尔数加上产物中C2碳氢化合物的摩尔数的两倍，加上产物中C3碳氢化合物的摩尔数的三倍，加上产物中C4碳氢化合物的摩尔数的四倍，等等，直到产物中所有的碳氢化合物的摩尔数都被包括。
术语“CO的一次通过转化率”是指在通过本发明使用的所述微通道反应器一次之后CO的转化率。
术语“产物的产率”是指所指产物的选择性乘以CO的转化率。
术语“金属分散度”是指催化剂表面的催化活性金属原子和促进原子(promoter atom)与在催化剂中金属原子总数之比的百分数，由氢化学吸附法测量，该方法在1996年麦克格朗·希尔，查尔斯·N·萨特菲尔德所著的“工业实践中的非均相催化”第二版，139页中进行了描述(“Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice”，2nded.，Charles N.Satterfield，p.139，McGraw Hill(1996))，该文献通过引用成为本文一部分。
在表述“约0.5克具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物每克催化剂每小时”中，催化剂的克的重量或数量是指催化剂的总重量以及任何载体的重量(如，氧化铝)，所述催化剂由催化金属(如，Co)或其氧化物，可选的共催化剂(co-catalyst)(如，Re或Ru)，和/或助催化剂(promoter)(如，Na，K等)组成。然而，如果所述催化剂是负载于诸如泡沫、毛毡、填料或鳍状物的工程载体结构上，这些工程载体结构的重量不包括在催化剂的克的重量或数量计算内。类似地，如果所述催化剂黏附于微通道壁，所述微通道壁的重量不包括在计算内。
术语“Co负载”是指催化剂中Co的重量除以催化剂的总重量，即，Co加任何共催化剂或助催化剂以及载体的总重量。如果所述催化剂负载于诸如泡沫、毛毡、填料或鳍状物的工程载体结构上，这些工程载体结构的重量不包括在计算内。类似地，如果所述催化剂黏附于微通道壁，所述微通道壁的重量不包括在计算内。
参照图2，所述方法可使用微通道反应器100进行，微通道反应器100包括微通道反应器核心102，反应物首部104，产物尾部106，热交换首部108和热交换尾部110。所述微通道反应器核心102包括大量处理微通道和相邻于所述处理微通道的大量热交换通道。所述热交换通道可为微通道。处理微通道和热交换通道可多层排列，向上叠置或并行排列。所述处理微通道中含有费-托催化剂。所述处理首部104为流体以流入处理微通道的均匀或基本均匀的分布流入处理微通道提供通道。所述处理尾部106为流体以相对高的流动速率方式流出处理通道提供通道。所述反应组合物通过反应物首部104流入微通道反应器100，如指向箭头112所示。所述反应组合物在进入反应物首部104之前可被预热。所述反应组合物流过微通道反应器核心102中的处理微通道，与催化剂接触，并反应以形成所需的产物。在一个具体的实施方式中，反应组合物和产物的流动是以垂直方向通过反应器核心102，从反应器核心102的顶部至其底部。所述产物，以及在一个具体的实施方式中所述反应组合物中未反应的成分，从反应器核心102流向产物尾部106，并且流出产物尾部106，如指向箭头114所示。尽管本发明方法的一个优势在于，在通过所述处理微通道一次时可获得高水平的CO转化率，但在一个具体的实施方式中，反应组合物中未反应的成分或其部分可循环再次通过所述处理微通道与催化剂接触。所述反应组合物的未反应成分可任意次数的循环通过处理微通道，例如，一、二、三，四次，等等。一热交换流体流入热交换首部108，如指向箭头116所示，并且从热交换首部108通过微通道反应器核心102中的热交换通道流至热交换尾部110，并流出热交换尾部110，如指向箭头118所示。所述微通道反应器100与贮存容器、泵、阀、流动控制装置，以及此类装置结合使用，此类装置在附图中未示出，但对本领域技术人员是显而易见的。
在一个具体的实施方式中，所述微通道反应器核心102可包含多层并排排列的处理微通道和热交换微通道。图3示出了此种微通道层的一个例子。参考图3，处理微通道层130和热交换微通道层150并排层积以形成重复单元170。微通道层130用于反应物和产物的流动。微通道层150用于热交换流体的流动。
微通道层130包含大量平行排列的微通道132，各处理微通道132从末端134至末端136沿微通道层130的长度垂直方向延伸，所述处理微通道132从末端138至末端140沿微通道层130的宽度延伸。连接带142和144分别位于微通道层130的末端138和140处，以允许微通道层130与下一个相邻的热交换层150连接。所述处理微通道132内含有催化剂。反应物和产物流可以沿箭头146和148所示的方向通过处理微通道132。各处理微通道132可具有任意形状的横截面，例如，正方形、矩形、圆形、半圆形等。各处理微通道132的内部高度可参考微通道层130和下一个相邻的热交换层150之间的垂直或水平距离或空隙。各处理微通道132的内部高度可达到约10mm，且在一个具体的实施方式中达到约6mm，且在一个具体的实施方式中达到约4mm，且在一个具体的实施方式中达到约2mm。在一个具体的实施方式中，所述高度可在约0.05至约10mm的范围内，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约6mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约4mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约2mm。各微通道的宽度可为任意尺寸，例如，等于约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.01至约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.1至约3米。各处理微通道132的长度可为任意尺寸，例如，等于约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约6米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约3米。
微通道层150包含大量平行排列的热交换微通道152，各热交换微通道152从末端154至末端156沿微通道层150的宽度水平方向延伸，所述热交换微通道152从微通道层150的末端158至末端160沿微通道层150的长度延伸。连接带162和164分别位于微通道层150的末端154和156处，以允许微通道层150与下一个相邻的处理微通道层130连接。所述热交换流体可以沿箭头166和168所示的方向流过热交换微通道152。热交换流体以箭头166和168所示方向的流动与反应物和产物以箭头146和148所示流过处理微通道132的流动成错流。可选地，所述热交换微通道152可被导向用于热交换流体从末端158至末端160或从末端160至末端158沿微通道层150的宽度的流动。这将造成热交换流体的流动与反应物和产物通过处理微通道132的流动成并流或逆流方向。各热交换微通道152可具有任意形状的横截面，例如，正方形、矩形、圆形、半圆形等。各热交换微通道152的内部高度可参考热交换微通道层150和下一个相邻的微通道层130之间的垂直或水平距离或空隙。各热交换微通道152的内部高度可达到约2mm，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约2mm的范围内，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约1.5mm。各微通道的宽度可为任意尺寸，例如，等于约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.01至约3米，且在一个具体的实施方式中为约0.1至约3米。各热交换微通道152的长度可为任意尺寸，例如，等于约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约10米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约6米，且在一个具体的实施方式中为约0.2至约3米。
可选地，处理微通道和热交换微通道可以排列作为重复单元170b。图4示出了重复单元170a。参考图4，处理微通道132与微通道层150相邻，所述微通道层150包含热交换微通道152。普通壁171将处理微通道132与所述热交换微通道层150隔开。催化剂172填料于处理微通道132内。反应组合物以指向箭头146所示的方向流入并通过处理微通道132中的催化剂172的填料床，与催化剂172接触并反应以形成所需的产物。所述产物，以及在一个具体的实施方式中所述反应组合物中未反应的成分，离开所述处理微通道132，如指向箭头148所示。热交换流体以与反应组合物和产物通过处理微通道132成错流的方向流过热交换微通道152。
可选地，处理微通道和热交换微通道可以排列作为重复单元170b。图5所示的重复单元170b与图4所示的重复单元170a相同，除了微通道层150被旋转了90°且流过热交换微通道152的热交换流体以指向箭头166a和168a所示的方向流动，所述方向与反应组合物和产物通过处理微通道132的流动成逆流。可选地，所述热交换流体可以沿指向箭头166a和168a所示的相反的方向流动，且因此使热交换流体以相对于反应组合物和产物通过处理微通道132为并流的方向通过热交换微通道152。
可选地，处理微通道和热交换微通道可以排列作为重复单元170c。图6示出了重复单元170c。参考图6，处理微通道132a与热交换区151相邻。热交换区151含有大量相互平行排列的热交换微通道152，各热交换微通道152相对于处理微通道132a的纵向方向成直角纵向延伸。热交换区151在长度上短于处理微通道132a。热交换区151从或邻近出口134a沿处理微通道132a的长度纵向延伸至处理微通道132a的短于处理微通道132a出口136a的一点。在一个具体的实施方式中，热交换区151的长度达到约为处理微通道132a长度的100％，且在一个具体的实施方式中，热交换区151的长度为处理微通道132a长度的约5至约100％；且在一个具体的实施方式中，热交换区151的长度为处理微通道132a长度的约5至约50％；且在一个具体的实施方式中，热交换区151的长度为处理微通道132a长度的约50至约100％。处理微通道132a的宽度在热交换区151的末端153的下游区域展开或伸展。这种设置为处理微通道132a以及入口134a的下游的处理微通道132a的部分提供位于或邻近入口134a的热交换(如，冷却)优势。催化剂172填料于处理微通道132a内。反应组合物以指向箭头146所示的方向流入并通过处理微通道132a中的催化剂172的填料床，与催化剂172接触并反应以形成所需的产物。所述产物，以及在一个具体的实施方式中所述反应组合物中未反应的成分，离开所述处理微通道132a，如指向箭头148所示。热交换流体以与反应组合物和产物通过处理微通道132a成错流的方向流过热交换微通道152。
可选地，处理微通道和热交换微通道可以排列作为重复单元170d。图7所示的重复单元170d与图6所示的重复单元170c相同，除了重复单元170d包括与处理微通道132a相邻的热交换区151a，所述热交换区151a位于相对于热交换区151的处理微通道132a的相对侧。热交换区151a包含大量平行的热交换微通道152a，其与先前讨论的热交换微通道152在大小和设计上相同或相似。热交换区151a从或邻近出口134a沿处理微通道132a的长度纵向延伸至处理微通道132a的短于热交换区151的末端153的一点。热交换区151a的长度可以短于热交换区151的长度。在一个具体的实施方式中，热交换区151a的长度可达到约为处理微通道132a长度的100％；且在一个具体的实施方式中，热交换区151a的长度为处理微通道132a长度的约5至约100％；且在一个具体的实施方式中，热交换区151a的长度为处理微通道132a长度的约5至约50％；且在一个具体的实施方式中，热交换区151a的长度为处理微通道132a长度的约50至约100％。处理微通道132a的宽度分别在热交换区151和151a的末端153和153a的下游区域展开或伸展。这种设置为处理微通道132a以及入口134a的下游的处理微通道132a部分提供位于或邻近入口134a的热交换(即，冷却)的优势。使用两个热交换区151和151a可使得在邻近处理微通道132a入口处的处理微通道132a区域允许相对高的热交换水平，以及在热交换区151a的末端153a的下游的处理微通道允许相对适中的热交换水平。催化剂172填料于处理微通道132a内。反应组合物以指向箭头146所示的方向流入并通过处理微通道132a中催化剂172的填料床，与催化剂172接触并反应形成所需的产物。所述产物，以及在一个具体的实施方式中所述反应组合物中未反应的成分，离开所述处理微通道132a，如指向箭头148所示。热交换流体以与反应组合物和产物通过处理微通道132a的流动成错流的方向流过热交换微通道151和151a。
催化剂床可以沿处理微通道的流通方向被分隔成处理微通道中各个分开的反应区。在各反应区中，一个或多个相邻的热交换区的长度可改变尺寸。例如，在一个具体的实施方式中，一个或多个相邻的热交换区的长度可小于各反应区长度的约50％。可选地，一个或多个相邻的热交换区可具有大于各反应区长度的约50％至各反应区的长度的约100％。
各微通道层130和150中微通道的数量可为任意所需的数量，例如，一、二、三、四、五、六、八、十、数百、数千、数万、几十万、数百万，等等。类似地，微通道反应器核心102中的微通道层的重复单元170(或170a至170d)的数量可为任意所需的数量，例如，一、二、三、四、六、八、十、数百、数千，等等。
包括所述微通道反应器核心120的所述微通道反应器100，可用能为实现本发明而提供足够强度，体积稳定性和热交换特性的任何材料构建。合适材料的例子包括钢(如，不锈钢、碳钢，等等)、铝、钛、镍，以及任何前述金属的合金、塑料(如，环氧树脂、UV硬化树脂、热硬化树脂，等等)、蒙耐合金、英科耐尔(Inconel)合金、陶瓷、玻璃、复合材料、石英、硅，或其两种或多种的结合。所述微通道反应器可采用公知的技术进行制作，包括电线放电加工(wire electrodischarge machining)、常规加工、激光切削、光化学加工、电化学加工、浇铸、喷水、冲压、蚀刻(例如，化学、光化学或等离子蚀刻)以及其结合。所述微通道反应器可通过形成部分被移除以容纳流动通道的多层或多片而构建。片层的堆叠可通过扩散结合、激光焊接、扩散铜焊，以及类似的方法以形成整体的装置而组装。所述微通道反应器具有适当的多支管、阀门、导管线，等等，以控制反应组合物和产物的流动，以及热交换流体的流动。这些未显示在附图中，但可由本领域技术人员迅速地提供。
所述反应组合物包括H2和CO的混合物。该混合物可被称为合成气。H2对CO的摩尔比可在约0.8至约10的范围内，且在一个具体的实施方式中为约0.8至约5，且在一个具体的实施方式中为约1至约3，且在一个具体的实施方式中为约1.5至约3，且在一个具体的实施方式中为约1.8至约2.5，且在一个具体的实施方式中为约1.9至约2.2，且在一个具体的实施方式中为约2.05至约2.10。所述反应组合物也可包含CO2和/或H2O，以及1至约4个碳原子的轻碳氢化合物，且在一个具体的实施方式中为1至约2个碳原子。所述反应组合物可包含从约5至约45体积％的CO，且在一个具体的实施方式中为约5至约20体积％的CO；以及约55至约95体积％的H2，且在一个具体的实施方式中为约80至约95体积％的H2。反应组合物中CO2的浓度可达到约60体积％，且在一个具体的实施方式中为约5至约60体积％，且在一个具体的实施方式中为约5至约40体积％。反应组合物中H2O的浓度可达到约80体积％，且在一个具体的实施方式中为约5至约80体积％，且在一个具体的实施方式中为约5至约50体积％。反应组合物中的轻碳氢化合物的浓度可达到约80体积％，且在一个具体的实施方式中为约1至约80体积％，且在一个具体的实施方式中为约1至约50体积％。所述反应组合物可包括在本发明方法中形成的循环的气态产物。所述反应组合物可包括来自其他处理方法的流体(如，气态流体)，如蒸汽重整处理(具有H2/CO摩尔比约为3的产物流)，部分氧化处理(具有H2/CO摩尔比约为2的产物流)，自热重整处理(具有H2/CO摩尔比约为2.5的产物流)，CO2重整处理(具有H2/CO摩尔比约为1的产物流)，煤气化处理(具有H2/CO摩尔比约为1的产物流)，以及其结合。
反应组合物中诸如硫、氮、卤素、硒、磷、砷等杂质的存在是不合需要的。因而，在本发明的一个具体实施方式
中，前述的杂质可从反应组合物中除去或在进行本发明处理之前使它们的浓度降低。除去那些杂质的技术为本领域技术人员熟知的。例如，ZnO防护床可用于除去硫杂质。在一个具体的实施方式中，反应组合物的杂质水平等于约5体积％，且在一个具体的实施方式中等于约1体积％，且在一个具体的实施方式中等于约0.1体积％，且在一个具体的实施方式中等于约0.05体积％。
所述热交换流体可为任何流体。这些包括空气、蒸汽、液体水、气态氮气、包括惰性气体、一氧化碳的其它气体、熔盐、诸如矿物油的油，以及热交换流体，诸如可从道氏-联合碳化物公司(Dow-Union Carbide)购买的Dowtherm A和Therminol。
所述热交换流体可包括反应组合物的流体。这样可提供处理预热并且增加所述方法的整体热效率。
在一个具体的实施方式中，所述热交换通道包括处理通道，在所述处理通道中进行吸热处理。这些热交换处理通道可为微通道。可在热交换通道中进行的吸热处理的例子包括蒸汽重整和脱氢反应。发生在约200℃至约300℃温度范围的醇的蒸汽重整是此种吸热处理的另一个例子。整合一个同步的吸热反应以提升散热性能能使典型的热通量比对流冷却热通量大约高一个数量级。采用同步放热和吸热反应以在微通道反应器中交换热量的方法被公开在2002年8月15日提交的、序列号为10/222,196的美国专利申请中，其通过引用成为本文的一部分。
在一个具体的实施方式中，所述热交换流体当流过热交换通道时经历部分或完全的相变。这种相变使得除对流冷却之外从处理微通道中移除额外的热量。因为液态热交换流体被蒸发，从处理微通道中转移的额外的热由热交换流体所需的蒸发潜热产生。该相变的例子可为经过沸腾的油或水。在一个具体的实施方式中，热交换流体约50重量％被蒸发。
在微通道反应器中，对流热交换的热通量可在约1至约25瓦特每平方厘米的微通道反应器中的处理微通道的表面积(W/cm2)的范围内，且在一个具体的实施方式中为从约1至约10W/cm2。相变或同时吸热反应的热交换的热通量可为从约1至约250W/cm2，且在一个具体的实施方式中为从约1至约100W/cm2，且在一个具体的实施方式中为从约1至约50W/cm2，一个具体的实施方式中为从约1至约25W/cm2，一个具体的实施方式中为从约1至约10W/cm2。
本发明方法中所述处理微通道的冷却，在一个具体的实施方式中，有利于对主要或所需产物的选择性控制，这是由于这样附加的冷却降低或消除了从具有较高活化能的不期望的平行反应产生的不需要的副产物的形成。作为这种冷却的结果，在一个具体的实施方式中，在处理微通道入口处的反应组合物的温度可为处理微通道出口处的产物(或产物和未反应的反应物的混合物)的温度的约200℃范围内，且在一个具体的实施方式中为约150℃范围内，且在一个具体的实施方式中为约100℃范围内，且在一个具体的实施方式中为约50℃范围内，且在一个具体的实施方式中为约25℃范围内，且在一个具体的实施方式中为约10℃范围内。
所述催化剂可包括任何费-托催化剂。所述催化剂包括至少一种催化活性金属或其氧化物。在一个具体的实施方式中，所述催化剂进一步包括一种催化载体。在一个具体实施方式
中，所述催化剂进一步包括至少一种助催化剂。所述催化活性金属可包括Co、Fe、Ni、Ru、Re，Os，或其两种或多种的结合。所述载体材料可包括氧化铝、氧化锆、硅石、氟化铝、氟氧化铝、膨润土、二氧化铈、氧化锌、氧化硅-氧化铝、金钢砂、分子筛，或其两种或多种的结合。所述载体材料可包括难熔的氧化物。所述助催化剂可包括IA、IIA、IIIB或IVB族金属或其氧化物，镧系金属或其金属氧化物，或锕类金属或其金属氧化物。在一个具体的实施方式中，所述助催化剂为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，或其两种或多种的混合物。可使用的催化剂的例子包括公开在美国专利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；以及美国专利公开文本2002/0028853A1；2002/0188031A1；以及2003/0105171A1中的那些催化剂；因其公开了费-托催化剂和制备这些催化剂的方法，这些专利和专利公开文本通过引用成为本文一部分。
在一个具体的实施方式中，所述催化剂包含Co，以及可选的共催化剂和/或助催化剂，负载于载体上，其中Co的负载为至少约5重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约10重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约15重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约20重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约25重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约28重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约30重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约32重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约35重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约40重量％。在一个具体的实施方式中，所述Co的负载可为从约5至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约10至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约15至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约20至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约25至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约28至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约30至约50重量％，且在一个具体的实施方式中为约32至约50重量％。所述催化剂的催化活性金属(即，Co，以及可选的共催化剂和/或助催化剂)的金属分散度可在约1至约30％范围内，且在一个具体的实施方式中为约2至约20％，且在一个具体的实施方式中为约3至约20％。所述共催化剂可为Fe、Ni、Ru、Re、Os，或其氧化物，或其两种或多种的混合物。所述助催化剂可为IA、IIA、IIIB或IVB族金属或其氧化物，镧系金属或其氧化物，或锕类金属或其氧化物。在一个具体的实施方式中，所述助催化剂为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，或其两种或多种的混合物。所述共催化剂的使用浓度可以达到催化剂总重量(即，催化剂、共催化剂、助催化剂和载体的重量)的约10重量％，且在一个具体的实施方式中为约0.1至约5重量％。所述助催化剂的使用浓度可以达到催化剂总重量的约10重量％，且在一个具体的实施方式中为约0.1至约5重量％。
在一个具体的实施方式中，所述催化剂可包含负载于氧化铝中的Co；Co的负载量为至少约25重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约28重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约30重量％，且在一个具体的实施方式中为至少约32重量％；以及所述Co的分散度为至少约3％，且在一个具体的实施方式中为至少约5％，且在一个具体的实施方式中为至少约7％。
在一个具体的实施方式中，所述催化剂包括由下式代表的组合物CoM1aM2bOx其中M1为Fe、Ni、Ru、Re、Os或其混合物，且在一个具体的实施方式中M1为Ru或Re或其混合物；M2为Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或其两种或多种的混合物；a为0至约0.5范围内的数字，且在一个具体的实施方式中为0至约0.2；b为0至约0.5范围内的数字，且在一个具体的实施方式中为0至约0.1；以及x为满足存在的元素的化合价所需的氧的数量。
在一个具体的实施方式中，本发明方法使用的催化剂可采用多次浸渍步骤制得，其中在各浸渍步骤之间可进行中间煅烧步骤。这种程序的使用，至少在一个具体的实施方式中，允许形成这样的催化剂，其催化金属和可选的助催化剂的负载水平高于未采用中间煅烧步骤的程序的。在一个具体的实施方式中，催化金属(如，Co)和可选的共催化剂(如，Re或Ru)和/或助催化剂通过下列顺序步骤负载于载体(如，Al2O3)上(A)将载体用包含催化金属和可选的共催化剂和/或助催化剂的组合物浸渍以提供中间催化剂产物；(B)煅烧步骤(A)中形成的中间催化剂产物；(C)将步骤(B)中形成的煅烧后的中间产物用包含催化金属和可选的共催化剂和/或助催化剂的另一组合物浸渍，以提供另一个中间催化剂产物；以及(D)煅烧在步骤(C)中形成的所述另一个中间催化剂产物以形成所需的催化剂产品。所述催化金属和可选的共催化剂和/或助催化剂可采用初始的湿润浸渍处理被浸渍于载体上。步骤(C)和(D)可重复一次或更多次直到获得所需的催化金属和可选的共催化剂和/或助催化剂的负载量。所述包含催化金属的组合物可为金属的硝酸盐溶液，例如，硝酸钴溶液。所述过程可持续直到所述催化金属(即，Co)达到约20重量％或更高的负载水平，且在一个具体的实施方式中为约25重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约28重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约30重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约32重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约35重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约37重量％或更高，且在一个具体的实施方式中为约40重量％或更高。各煅烧步骤可包括在约100℃至约500℃范围的温度内加热催化剂，且在一个具体的实施方式中约100℃至约400℃，且在一个具体的实施方式中约250℃至约350℃，所述加热进行约0.5至约100小时，且在一个具体的实施方式中约0.5至约24小时，且在一个具体的实施方式中约2至约3小时。所述温度可以以约1-20℃/min的速度斜线上升至煅烧温度。在煅烧步骤之前可有干燥步骤，其中催化剂在约75至约200℃的温度下干燥，且在一个具体的实施方式中约75℃至约150℃，干燥步骤进行约0.5至约100小时，且在一个具体的实施方式中约0.5至约24小时。在一个具体的实施方式中，所述催化剂可在约90℃干燥约12小时，然后在约110-120℃进行约1-1.5小时，所述温度以约0.5-1℃/min的速率从90℃斜线上升至110-120℃。
使用于微通道反应器中的催化剂可具有适合于处理微通道的任意大小和几何结构。所述催化剂可为具有约1至约1000μm(微米)的中等微粒直径的微粒固体(如，小球，粉末，纤维，以及类似物)的形式，且在一个具体的实施方式中为约10至约500μm，且在一个具体的实施方式中为约25至约250μm。在一个具体的实施方式中，所述催化剂为微粒固体的固定床的形式。
在一个具体的实施方式中，所述催化剂为微粒固体的固定床的形式，催化微粒固体的中等微粒直径相对小，且各处理微通道的长度相对短。所述中等微粒直径可在约1至约1000μm范围内，且在一个具体的实施方式中为约10至约500μm，且各处理微通道的长度可达到约500cm的范围内，且在一个具体的实施方式中为约10至约500cm，且在一个具体的实施方式中为约50至约300cm。
所述催化剂可负载于多孔载体结构上，如泡沫、毛毡、填料或其结合物。术语“泡沫”此处使用是指一种结构，所述结构具有限定遍及该结构的孔的连续的壁。术语“毛毡”此处使用是指其间具有空隙的纤维的结构。术语“填料”此处使用是指缠绕的绳线的结构，像钢丝绒。所述催化基可负载于蜂窝结构上。
所述催化剂可被负载于流过式的载体结构上，如具有相邻通道的毛毡，具有相邻通道的泡沫塑料，具有通道的鳍状结构，位于任何附着基质上的载体涂料(washcoat)，或平行于流动方向的具有相应的流动通道的丝网。在图8中示出了流过式结构的例子。在图8中，催化剂300包含在处理微通道302中。开放通道304允许流体如箭头306和308所示通过处理微通道302，与催化剂300接触。
所述催化剂可被负载于流通式的载体结构，如泡沫、填料、小球、粉末，或丝网。在图9中示出了流通式结构的例子。在图9中，所述流通式催化剂310包含在处理微通道312中，且流体如箭头314和316所示通过催化剂310。
所述用于流通式催化剂的载体结构可由下述材料形成硅胶、发泡铜、烧结不锈钢纤维、钢丝绒、氧化铝、聚(甲基丙稀酸甲酯)、多磺酸盐、聚(四氟乙烯)、铁、镍海绵，尼龙、聚二氟乙烯、聚丙稀、聚乙烯、聚乙烯乙酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚丁烯，或其两种或多种的结合。在一个具体的实施方式中，所述载体结构可由诸如金属的热导材料制得，以促进热量从催化剂的转移。
所述催化剂可直接被涂覆(washcoat)在处理微通道的内壁上，由溶液培养在壁上，或原位涂覆在鳍状结构上。所述催化剂可为多孔的不间断材料的单一片层的形式，或有物理接触的许多片。在一个具体的实施方式中，所述催化剂可由一连续的材料组成且具有连续的多孔结构以使分子能在催化剂中扩散。在这个具体的实施方式中，流体通过所述催化剂，而不是绕过它。在一个具体的实施方式中，催化剂的横截面积占处理微通道横截面积的约1至约99％，且在一个具体的实施方式中为约10至约95％。由布朗诺尔-埃米特-泰勒法(Brunauer-Emmett-Teller，BET)测量，所述催化剂可具有大于约0.5m2/g的表面积，且在一个具体的实施方式中大于约2m2/g。
所述催化剂可包括多孔载体、多孔载体中的界面层，以及位于界面层上的催化剂材料。所述界面层可为沉积在载体上的溶液或其可通过化学气相沉积或物理气相沉积而沉积。在一个具体的实施方式中，所述催化剂具有多孔载体、缓冲层、界面层，以及催化剂材料。任何前述的层面可为连续的或非连续的斑点或圆点的形式，或以具有空隙或孔洞的层的形式。
所述多孔载体的由水银孔隙率计测量的孔隙率可为至少约5％，且平均孔大小(孔直径的总和除以孔数量)为约1至约1000μm。所述多孔载体可为多孔陶瓷或金属泡沫材料。其它可使用的多孔载体包括碳化物、氮化物，以及复合材料。所述多孔载体可具有约30％至约99％的孔隙率，且在一个具体的实施方式中为约60％至约98％。所述多孔载体可以为泡沫、毛毡、填料，或其结合的形式。金属泡沫材料的开放单元可在约20孔每英寸(ppi)至约3000ppi的范围内，且在一个具体的实施方式中为约20至约1000ppi，且在一个具体的实施方式中为约40至约120ppi。术语“ppi”是指每英寸最大孔数量(在各向同性的材料中测量的方向是不相关的；然而，在各向异性的材料中，测量在最大孔数量的方向进行)。
所述缓冲层，当存在时，可具有不同于多孔载体和界面层的组成和/或密度，且在一个具体的实施方式中具有间于多孔载体和界面层的热膨胀系数的热膨胀系数。所述缓冲层可为金属氧化物或金属碳化物。所述缓冲层可由Al2O3，TiO2，SiO2，ZrO2，或其组合组成。所述Al2O3可为α-Al2O3，γ-Al2O3，或其结合。α-Al2O3具有对氧气的扩散有良好的阻力的优点。所述缓冲层可由两种或更多种成分不同的亚层形成。例如，当所述多孔载体为金属，比如不锈钢泡沫材料时，可使用由两种成分不同的亚层形成的缓冲层。第一亚层(与多孔载体接触)可为TiO2。第二亚层可为α-Al2O3，其位于TiO2的下方。在一个具体的实施方式中，所述α-Al2O3亚层为密集层，其为下面的金属表面提供保护。一种更低密度，高表面积的界面层，如氧化铝，可被随后沉积作为催化活性层的载体。
所述多孔载体可具有与界面层不同的热膨胀系数。在这种情况下，需要缓冲层以在两种热膨胀系数间过渡。缓冲层的热膨胀系数可通过控制其组合物而定制(tailor)以获得与多孔载体和界面层的膨胀系数相适应的膨胀系数。所述缓冲层应不含孔穴和气泡，以提供其下面载体的优良的保护。所述缓冲层可为无孔的。所述缓冲层可具有小于多孔载体平均孔大小一半的厚度。所述缓冲层可具有约0.05至约10μm的厚度，且在一个具体的实施方式中为约0.05至约5μm。
在本发明的一个具体实施方式
中，在无缓冲层时可获得充分的附着力和化学稳定性。在这个实施方式中缓冲层可省略。
所述界面层可包括氮化物、碳化物、硫化物、卤化物、金属氧化物、碳，或其结合。所述界面层提供了高的表面积和/或为负载的催化剂提供理想的催化剂-载体界面。所述界面层可由常规用作催化剂载体的任何材料组成。所述界面层可由金属氧化物组成。可使用的金属氧化物的例子包括γ-Al2O3，、SiO2，ZrO2，TiO2、钨氧化物、镁氧化物、钒氧化物、铬氧化物、锰氧化物、铁氧化物、镍氧化物、钴氧化物、铜氧化物、锌氧化物、钼氧化物、锡氧化物、钙氧化物、铝氧化物、镧系金属氧化物、沸石和其结合。所述界面层可用作催化活性层而不需沉积在其上的任何其它的催化活性材料。然而，通常所述界面层与催化活性层结合使用。所述界面层也可由两种或更多成分不同的亚层形成。所述界面层可具有小于多孔载体平均孔大小一半的厚度。所述界面层厚度可在约0.5至约100μm范围内，且在一个具体的实施方式中约1至约50μm。所述界面层可为晶体状的或无定型的。所述界面层可具有至少约1m2/g的BET表面积。
所述催化剂可被沉积在界面层上。可选地，所述催化剂材料与界面材料可被同时沉积。催化剂层可紧密地分散在界面层上。催化剂层“分散”或“沉积”在界面层上包括常规理解，即，微小催化剂微粒被分散在载体层(即，界面层)表面，在载体层中的缝隙中，以及在载体层的开放孔隙中。
所述催化剂可被负载于一个或多个位于处理微通道内的鳍状组件上。图10-12示出了多个实施例。参见图10，鳍状组件320包括装在鳍载体324上的鳍322，所述鳍载体324位于处理微通道328的基壁326上面。所述鳍322从鳍载体324向处理微通道328的内部突起。所述鳍322延伸并且可与处理微通道328的上壁330的内壁接触。鳍322之间的鳍通道332为流体平行于其长度地流过处理微通道328提供通道。各鳍322在其各面上具有外表面，此外表面为催化剂提供了支持载体。本发明方法中，反应组合物流过鳍通道332，与负载于鳍322外表面上的催化剂接触，并反应以形成产物。图11中示出的鳍状组件320a与图10中示出的鳍状组件320相似，除了鳍322a不延伸至微通道328上壁330的内表面。图12中的鳍状组件320b与图10中的鳍状组件320相似，除了鳍状组件320b内的鳍322b的横截面形状为梯形。各鳍的高度可在约0.02mm直到处理微通道328的高度的范围内，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约10mm，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约5mm，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约2mm。各鳍的宽度可在约0.02mm至约5mm的范围内，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约2mm，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约1mm。各鳍的长度可为任何长度直到处理微通道328的长度，且在一个具体的实施方式中达到约10m，且在一个具体的实施方式中约0.5至约10m，且在一个具体的实施方式中约0.5至约6m，且在一个具体的实施方式中约0.5至约3m。各鳍之间的空隙可为任何值且可在约0.02至约5mm的范围内，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约2mm，且在一个具体的实施方式中从约0.02至约1mm。处理微通道328中鳍的数量可在约1至约50个鳍每厘米的处理微通道328的宽度的范围内，且在一个具体的实施方式中从约1至约30个鳍每厘米，且在一个具体的实施方式中从约1至约10个鳍每厘米，且在一个具体的实施方式中从约1至约5个鳍每厘米，且在一个具体的实施方式中从约1至约3个鳍每厘米。各鳍可具有如图10或11所示的矩形或方形，或图12所示的梯形的横截面。当沿着其长度观察，各鳍可为直线的，锥形的或弯曲的结构。所述鳍状组件可由任何具有足够强度，尺寸稳定性和热转移特性的材料制得，以允许处理微通道的操作。这些材料包括钢(如，不锈钢，碳钢，和类似物)；蒙耐合金(monel)；英科耐尔合金(inconel)；铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料(如，热固树脂)；陶瓷；玻璃；包含一种或多种高分子(如，热固树脂)以及玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。所述鳍状组件可由Al2O3形成的材料制得，如包括Fe，Cr，Al和Y的合金，或由Cr2O3形成的材料制得，如Ni，Cr和Fe的合金。
在一个具体的实施方式中，催化剂可再生。可通过使再生流体与催化剂接触流过处理微通道完成再生。所述再生流体可包括氢气或稀释的氢气流。所述稀释剂可包括氮气，氩气，氦气，甲烷，二氧化碳，蒸汽，或两者或多者的混合物。所述再生流体可从首部104通过处理微通道流至尾部106，或以反方向从尾部106通过处理微通道流至首部104。再生流体的温度可从约50至约400℃，且在一个具体的实施方式中约200至约350℃。再生步骤过程中处理微通道内的压力可在约1至约40个大气压范围内，且在一个具体的实施方式中约1至约20个大气压，且在一个具体的实施方式中约1至约5个大气压。再生流体在处理微通道中的保留时间可从约0.01至约1000秒的范围内，且在一个具体的实施方式中在约0.1秒至约100秒的范围内。
在一个具体的实施方式中，所述处理微通道可具有总体流动通道的特征。术语“总体流动通道”是指处理微通道中开放的通道(连续的总体流动区域)。连续的总体流动区域可使流体快速流过微通道而无大的压力降。在一个具体的实施方式中，流体在总体流动区域中的流动为层流(laminar)。各处理微通道中的总体流动区域可具有约0.05至约10,000mm2的横截面积，且在一个具体的实施方式中约0.05至约5000mm2，且在一个具体的实施方式中约0.1至约2500mm2。所述总体流动区域可包括处理微通道的横截面积的约5％至约95％，且在一个具体的实施方式中约30％至约80％。
反应物与催化剂在处理微通道中的接触时间可在直到约2000毫秒(ms)的范围内，且在一个具体的实施方式中约10ms至约1000ms，且在一个具体的实施方式中约20ms至约500ms。在一个具体的实施方式中，接触时间可在直到约300ms的范围内，且在一个具体的实施方式中约20ms至约300ms，且在一个具体的实施方式中约50ms至约150ms，且在一个具体的实施方式中约75ms至约125ms，且在一个具体的实施方式中约100ms。
反应组合物和产物通过处理微通道的流动的空速(或气体每小时空速(GHSV))至少约1000hr-1(进料的通常升数/小时/升处理微通道中的体积)或至少约800ml进料/(g催化剂)(hr)。所述空速可在约1000至约1,000,000hr-1的范围内，或从约800至约800,000ml进料/(g催化剂)(hr)。在一个具体的实施方式中，所述空速可在约10,000至约100,100hr-1的范围内，或从约8,000至约80,000ml进料/(g催化剂)(hr)。
反应组合物进入处理微通道的温度可在约150℃至约270℃的范围内，且在一个具体的实施方式中约180℃至约250℃，且在一个具体的实施方式中约180℃至约220℃。
处理微通道中反应组合物和产物的温度可在约200℃至约300℃的范围内，且在一个具体的实施方式中约220℃至约270℃，且在一个具体的实施方式中约220℃至约250℃。
反应组合物离开处理微通道的温度可在约200℃至约300℃的范围内，且在一个具体的实施方式中约220℃至约270℃，且在一个具体的实施方式中约220℃至约250℃。
处理微通道中的压力至少约5个大气压，且在一个具体的实施方式中约10个大气压，且在一个具体的实施方式中约15个大气压，且在一个具体的实施方式中约20个大气压，且在一个具体的实施方式中约25个大气压，且在一个具体的实施方式中约30个大气压。在一个具体的实施方式中压力可在约5至约50个大气压范围内，且在一个具体的实施方式中从约10至约50个大气压，且在一个具体的实施方式中从约10至约30个大气压，且在一个具体的实施方式中从约10至约25个大气压，且在一个具体的实施方式中从约15至约25个大气压。
当反应物和/或产物通过处理微通道时，其压力降可达到约10个大气压每米的处理微通道的长度(atm/m)，且在一个具体的实施方式中约5atm/m，且在一个具体的实施方式中约3atm/m。
进入处理微通道的反应组合物通常为蒸汽的形式，而离开处理微通道的所述产物可以为蒸汽，液体，或蒸汽和液体混合物的形式。通过处理微通道的蒸汽流动的雷诺数可在约10至约4000范围内，且在一个具体的实施方式中约100至约2000。通过处理微通道的液体流动的雷诺数可在约10至约4000范围内，且在一个具体的实施方式中约100至约2000。
进入热交换通道的所述热交换流体的温度可为约150℃至约300℃，且在一个具体的实施方式中约150℃至约270℃。离开热交换通道的所述热交换流体的温度可为约220℃至约270℃，且在一个具体的实施方式中约230℃至约250℃。热交换流体在热交换通道中的保留时间可在约50至5000ms范围内，且在一个具体的实施方式中约100至约1000ms。热交换流体通过热交换通道的压力降可达到约10atm/m，且在一个具体的实施方式中约1至约10atm/m，且在一个具体的实施方式中约2至约5atm/m。所述热交换流体可以为蒸汽，液体，或蒸汽和液体的混合物的形式。通过热交换通道的蒸汽流动的雷诺数可从约10至约4000，且在一个具体的实施方式中约100至约2000。通过热交换通道的液体流动的雷诺数可从约10至约4000，且在一个具体的实施方式中约100至约2000。
CO的转化率为每循环约40％或更高，且在一个具体的实施方式中约50％或更高，且在一个具体的实施方式中约55％或更高，且在一个具体的实施方式中约60％或更高，且在一个具体的实施方式中约65％或更高，且在一个具体的实施方式中约70％或更高。这里使用的术语“循环”是指反应物单次通过处理微通道。
在产物中甲烷的选择性为约25％或更低，且在一个具体的实施方式中约20％或更低，且在一个具体的实施方式中约15％或更低，且在一个具体的实施方式中约12％或更低，且在一个具体的实施方式中约10％或更低。
产物的产率为每循环约25％或更高，且在一个具体的实施方式中约30％或更高，且在一个具体的实施方式中约40％或更高。
在一个具体的实施方式中，CO的转化率至少约50％，对甲烷的选择性约15％或更低，且产物的产率每循环至少约35％。
本发明方法形成的产物可包括气态产物部分和液态产物部分。所述气态产物部分可包括在大气压下沸点低于约350℃的碳氢化合物(如，通过中蒸馏的尾气)。所述液态产物部分(冷凝部分)可包括沸点高于约350℃的碳氢化合物(如，通过重质石蜡的真空瓦斯油)。
通过使用，例如高压和/或更低温度的汽-液分离器，或低压分离器或分离器的结合，沸点低于约350℃的产物部分可被分成尾气部分和冷凝部分，如，约5至约20个碳原子的正链烷烃(normal paraffin)和更高沸点的碳氢化合物。沸点高于约350℃的部分(冷凝部分)在除去一种或多种沸点高于约650℃的部分之后可被分成沸点在约350℃至约650℃范围内的石蜡部分。所述石蜡部分包含相对于更高沸点的支链石蜡具有少量的约20至约50个碳原子的链状石蜡。采用分馏可有效分离。
通过本发明方法形成的产物可包括甲烷、石蜡和其它重高分子量产物。所述产物可包括烯烃，如乙烯，正和异-链烷烃，和其结合。这些可包括在蒸馏燃料范围的碳氢化合物，包括煤精(jet)或柴油燃料范围。
支化(branching)在许多最终用途中有优势，尤其当需要增加的辛烷值和/或降低的倾点时。异构化的程度可大于约1摩尔异链烷烃每摩尔正链烷烃，且在一个具体的实施方式中约3摩尔异链烷烃每摩尔正链烷烃。当用于柴油燃油组合物时，所述产品可包括具有至少约60的十六烷值的碳氢化合物混合物。
商业上，更高分子量的产品，例如石蜡，被分离且直接使用，或被反应以形成更低分离量的产品。例如，高分子量产品可被加氢裂解以提供更低分子量的产品，增加液体可燃烧燃料的产量。加氢裂解是指一个催化处理，通常在游离氢的存在下进行，在其中操作的主要目的是使更大的碳氢化合物分子裂解。进行加氢裂解操作使用的催化剂在本领域中众所周知；参见，例如，美国专利4,347,121和4,810,357，因其对加氢处理，加氢裂解，以及在各处理中使用的催化剂的描述，其通过引用成为此文一部分。由本发明方法形成的产品可进一步被加工以形成润滑原油或柴油燃料。例如，由本发明制得的产品可被加氢裂解并随后进行蒸馏和/或催化异构化以提供润滑原油，柴油燃料，以及类似物。
由本发明方法制得的碳氢化合物产品可采用美国专利6,103,099或6,180,575公开的方法进行加氢异构；采用美国专利4,943,672或6,096,940公开的方法进行加氢裂解和加氢异构；采用美国专利5,882,505公开的方法进行脱蜡；或采用美国专利6,013,171，6,080,301或6,165,949公开的方法进行加氢异构和脱蜡。因为其公开了处理费-托合成的碳氢化合物的方法以及从这些方法制备的所得产物，这些专利通过引用成为本文一部分。
实施例1采用多次浸渍处理以形成负载于Al2O3上的Co/Re催化剂。不同批次的浸渍溶液(具有不同的浓度)用于各浸渍过程。各浸渍溶液的组成如下浸渍溶液A含31.0重量％的硝酸钴和2.8重量％的高铼酸。浸渍溶液B含29.8重量％的硝酸钴和2.7重量％的高铼酸。浸渍溶液C含38.7重量％的硝酸钴和3.5重量％的高铼酸。浸渍溶液D含40.7重量％的硝酸钴和3.6重量％的高铼酸。采用如下顺序的步骤(1)Al2O3载体(1.0克)在650℃煅烧1小时。载体具有200m2/g的布朗诺尔-埃米特-泰勒(BET)法的表面积和0.69cm3/g的巴瑞特-乔伊纳-海伦德(Barrett-Joyner-Halenda，BJH)的孔体积。
(2)采用0.7ml的浸渍溶液A进行第一次浸渍，以提供7.9重量％的Co和1.2重量％的Re的总负载。
(3)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(4)步骤(3)产生的催化剂具有183m2/g的BET表面积和0.57cm3/g的BJH的孔体积。
(5)采用0.57ml的浸渍溶液B进行第二次浸渍，以提供13重量％的Co和2.0重量％的Re的总负载。
(6)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(7)步骤(6)产生的催化剂具有162m2/g的BET表面积和0.48cm3/g的BJH的孔体积。
(8)采用0.48ml的浸渍溶液C进行第三次浸渍，以提供19重量％的Co和2.9重量％的Re的总负载。
(9)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(10)步骤(9)产生的催化剂具有144m2/g的BET表面积和0.41cm3/g的BJH的孔体积。
(11)采用0.41ml的浸渍溶液D进行第四次浸渍，以提供25重量％的Co和3.6重量％的Re的总负载。
(12)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(13)进行化学吸收测试，结果为6.2％Co的分散度。
在前述合成中收集的孔体积和表面积公开于图10中。
实施例2单批的浸渍溶液被使用于下列浸渍过程。该浸渍溶液含有其中添加了高铼酸的饱和硝酸钴溶液。采取如下步骤。
(1)Al2O3载体(1.0克)在650℃煅烧1小时。载体具有200m2/g的BET的表面积和0.69cm3/g的BJH的孔体积。
(2)采用0.69ml的浸渍溶液进行第一次浸渍，以提供11.0重量％的Co和1.7重量％的Re的总负载。
(3)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(4)孔体积为0.52cm3/g。
(5)采用0.66ml的浸渍溶液进行第二次浸渍，以提供18重量％的Co和2.8重量％的Re的总负载。
(6)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(7)孔体积为0.435cm3/g。
(8)采用0.63ml的浸渍溶液进行第三次浸渍，以提供24重量％的Co和3.6重量％的Re的总负载。
(9)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(10)孔体积为0.39cm3/g。
(11)采用0.61ml的浸渍溶液进行第四次浸渍，以提供28重量％的Co和4.2重量％的Re的总负载。
(12)所述催化剂在90℃干燥12小时，且随后进行煅烧，且温度以每分钟5℃的速率不断增加至250℃，然后保持250℃2小时。
(13)化学吸收测试显示了6.3％Co的分散度。该催化剂具有107m2/g的BET表面积和0.28cm3/g的BJH孔体积。
前述合成的部分样品被用于通过前述的方法继续至Co的负载为35％和40％。
实施例3
在微通道反应器中进行费-托反应。所述微通道反应器包含一个处理微通道。该处理微通道长度为0.51mm，宽度为0.7cm，以及长度为5.1cm。该处理微通道含0.2克的负载于Al2O3上的Co/Re催化剂。Co/Re摩尔比为21。该催化剂采用多次浸渍的方法制备以达到30重量％的Co的负载，和4.5重量％的Re的负载。催化剂中金属的分散度为5.4％。该催化剂为微粒固体的形式，微粒大小在177-250微米的范围内。该固体被填装于处理微通道中。处理微通道用相邻的热交换器冷却至催化剂中的温度梯度小于5℃的程度。
所述反应器在20个大气压下操作，GHSV等于12520hr-1，其相应于0.26s的接触时间。在224℃下，CO的转化率为50％，甲烷的选择性为10％。压力增大至35个大气压，初始的CO转化率增加至65％，甲烷选择性降低至6.8％。这些结果显示于图14中。产品中液体/石蜡样品的分析显示链增长可能性高达0.93。
在10至40个大气压范围内不同的操作压力下，但以相同的温度(225℃)和接触时间(0.26秒)进行处理。结果表示于图15中。结果显示，当系统压力从10个大气压增大至40个大气压时，甲烷的选择性从12％降低至6.5％。
在250℃进行的处理结果显示在图16。参考图16，该处理达到70％的CO的转化率以及10％的甲烷的选择性。
在35个大气压的压力和226℃的温度下，以降低至0.1秒的接触时间(GHSV＝33,180hr-1)重复该处理。结果显示于图17，其中显示了63％的CO的转化率和10.5％的甲烷选择性。
实施例4在费-托合成反应中对两种30％Co-4.5％Re/Al2O3催化剂进行了测试。所述催化剂中的一个采用中间煅烧步骤制备。另一个催化剂未采用中间煅烧步骤制备。用中间煅烧步骤制备的催化剂是采用如下步骤制备。将所述载体用刚好饱和的硝酸钴和高铼酸水溶液浸渍以充满其孔隙。该浸渍过的载体随后在90℃加热14小时，再以5℃/min的速度加热至300℃，并在冷却至室温前保持在300℃煅烧3小时。重复4次这个程序以达到所需的Co和Re的负载量。
未采用中间煅烧步骤制备的催化剂是采用如下步骤制备。将所述载体用刚好饱和的硝酸钴和高铼酸水溶液浸渍以充满其孔隙。该浸渍过的载体随后加热至90℃并在冷却至室温前以90℃保持14小时。重复4次这个程序以达到所需的Co和Re的负载量。在最后的浸渍步骤之后，所述催化剂以每分钟10℃的速率被加热至350℃并随后在可被允许冷却至室温之前保持350℃3小时。
所述费-托反应在含5个处理微通道的微通道反应器中进行。所述处理微通道尺寸为1.5mm高，0.635cm宽以及2.54cm长。各处理微通道含有约0.15g的催化剂。所述催化剂微粒大小在150至250微米范围内。处理微通道采用相邻的热交换器冷却。反应采用含有63.89摩尔％氢气，32.1摩尔％一氧化碳和4.01摩尔％氮气的反应组合物进行。入口标准压力为20.4个大气压。以图18所示的温度，等温地操作反应器。一氧化碳的重时空速(weight hourly space velocity)(一氧化碳进料的质量每催化剂单位质量每小时)为4.9。结果被显示在图18。
尽管就各种具体的实施例对本发明进行了解释，应当理解的是在阅读说明书的基础上，各种改进对于本领域技术人员是显而易见的。因此，应当理解的是此处公开的本发明旨在覆盖落入所附的权利要求的范围的这些改进。
权利要求
1.一种用于将包括H2和CO的反应组合物转化为包括至少一种具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物的产物的方法，所述方法包括所述反应组合物流过微通道反应器，与费-托催化剂接触，以将所述反应组合物转化成产物，所述微通道反应器包括含有催化剂的大量处理微通道；将热量从所述处理微通道转移至热交换器；以及将所述产物从所述微通道反应器移出；所述方法产生至少约0.5克的具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物每克催化剂每小时；以及在所述产物中对甲烷的选择性低于约25％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各处理微通道的高度或宽度的一内部尺寸达到约10mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理微通道可由下述材料制得钢；蒙耐合金；英科耐尔合金；铝；钛；镍；铜；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料；陶瓷；玻璃；包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热交换器包括与所述处理微通道相邻的热交换通道。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热交换通道包括微通道。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，各热交换微通道的宽度或高度的内部尺寸达到约10mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一条处理微通道具有相邻的热交换通道，处理微通道的长度与热交换通道的长度一致。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热交换器包括与至少一条处理微通道相邻的热交换区，所述热交换区包括大量热交换通道，所述热交换通道相对于所述处理微通道的纵向方向成直角纵向延伸，所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸，热交换区的长度小于处理微通道的长度，所述处理微通道具有入口和出口，所述热交换区位于或邻近处理微通道入口处。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热交换器包括相邻于至少一条处理微通道的两个热交换区，各热交换区包括大量热交换通道，所述热交换通道相对于所述处理微通道的纵向方向成直角纵向延伸，所述处理微通道具有入口和出口，所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸，热交换区的长度小于处理微通道的长度，其中一个热交换区的长度短于另一个热交换区的长度，所述热交换区位于或邻近处理微通道入口处。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热交换通道由下述材料制得钢；蒙耐合金；英科耐尔合金；铝；钛；镍；铜；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料；陶瓷；玻璃；包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微通道反应器具有入口和出口，所述产物通过出口离开微通道反应器，所述产物与反应组合物中未反应的成分混和，且至少部分反应组合物中未反应的成分被循环至入口进入所述微通道反应器。
12.根据权利要求1所述的反应，其特征在于，所述反应组合物进入处理微通道，且所述产物离开处理微通道，进入处理微通道的所述反应组合物的温度为离开处理微通道的所述产品的温度的约200℃范围内。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，H2与CO在反应组合物中的摩尔比在约0.8至约10的范围内。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应组合物进一步包括H2O，CO2，含1至约4个碳原子的碳氢化合物，或其两种或多种的混和物。
15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述处理微通道与流过热交换通道的热交换流体交换热量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述热交换流体在其流过热交换通道时发生相变。
17.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述热交换通道中进行吸热过程。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述吸热过程包括蒸汽重整反应或脱氢反应。
19.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应组合物和产物以第一方向流过所述处理微通道，且热交换流体以第二方向流过热交换通道，所述第二方向与第一方向成错流。
20.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应组合物和产物以第一方向流过所述处理微通道，且热交换流体以第二方向流过热交换通道，所述第二方向与第一方向成并流。
21.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应组合物和产物以第一方向流过所述处理微通道，且热交换流体以第二方向流过热交换通道，所述第二方向与第一方向成逆流。
22.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，热交换流体流过所述热交换通道，所述热交换流体包括空气、蒸汽、液体水、二氧化碳、气态氮气、气态碳氢化合物或液态碳氢化合物。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括Co、Fe、Ni、Ru、Re，Os，或其氧化物，或其两种或多种的混和物。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括助催化剂，所述助催化剂选自周期表的IA、IIA、IIIB或IVB族金属或其氧化物，镧系金属或其氧化物，锕类金属或其氧化物，或其两种或多种的结合。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括助催化剂，所述助催化剂选自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，或其两种或多种的混合物。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括载体，所述载体选自氧化铝、氧化锆、硅石、氟化铝、氟氧化铝、膨润土、二氧化铈、氧化锌、氧化硅-氧化铝、金钢砂、分子筛，或其两种或多种的结合。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括难熔的氧化物载体。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括由下式代表的组合物CoM1aM2bOx其中M1为Fe、Ni、Ru、Re、Os，或其两种或多种的混合物；M2为Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或其两种或多种的混合物；a为0至约0.5范围内的数字；b为0至约0.5范围内的数字；以及x为满足存在的元素的化合价所需的氧的数量。
29.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括负载于氧化铝上的Co，所述Co的负载量为至少约5重量％。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述催化剂进一步包括Re，Ru或其混和物。
31.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括催化金属和载体，所述催化剂由下列步骤制得(A)将载体用包含催化金属的组合物浸渍，以提供中间催化剂产物；(B)煅烧步骤(A)中形成的中间催化剂产物；(C)将步骤(B)中形成的煅烧后的中间产物用包含催化金属的另一组合物浸渍，以提供另一个中间催化剂产物；以及(D)煅烧在步骤(C)中形成的所述另一个中间催化剂产物，以得到所述催化剂。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述包含催化金属的组合物包括硝酸钴溶液，且所述载体包括氧化铝。
33.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为固体微粒的形式。
34.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂被涂覆在处理微通道的内壁上，由溶液培养在壁上，或原位被涂覆在鳍状结构上。
35.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂由载体结构负载，所述载体结构由下述材料制得包括Ni，Cr和Fe的合金，或包括Fe，Cr，Al和Y的合金。
36.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂负载于载体结构上，所述载体结构具有流过式构造，流通式构造，或弯曲式构造。
37.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂负载于载体结构上，所述载体结构具有泡沫、毛毡、填料、鳍状物，或其两者或多种的结合。
38.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂负载于载体结构上，所述载体结构含具有相邻空隙的流过式构造，具有相邻空隙的泡沫构造，具有空隙的鳍状结构，基质上的涂层，或具有流动空隙的丝网构造。
39.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂负载于载体结构上，所述载体结构为包含至少一个鳍的鳍状组件的形式。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍状组件包括大量平行隔开的鳍。
41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍具有外表面，且多孔材料覆盖在至少部分所述鳍的外表面上，所述催化剂由所述多孔材料负载。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述多孔材料包括涂层，纤维，泡沫或毛毡。
43.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍具有外表面和大量纤维或突起，所述纤维或突起自至少部分所述鳍的外表面延伸，所述催化剂由所述突起负载。
44.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍具有外表面，且所述催化剂涂覆于至少部分所述鳍的外表面；由溶液培养于至少部分所述鳍的外表面；或采用气相沉积于至少部分所述鳍的外表面。
45.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍状组件包括大量平行隔开的鳍，所述鳍中的至少一个的长度不同于其余的鳍的长度。
46.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍状组件包括大量平行隔开的鳍，所述鳍中的至少一个的高度不同于其余的鳍的高度。
47.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍具有正方形、矩形、或梯形的横截面。
48.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍由下述材料制得钢；铝；钛；铁；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料；陶瓷；玻璃；包含一种或多种高分子以及玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。
49.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍由包括Ni，Cr和Fe的合金，或包括Fe，Cr，Al和Y的合金制得。
50.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述鳍由Al2O3形成的材料或Cr2O3形成的材料制得。
51.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理微通道具有总体流通通道，所述总体流动通道包括该处理微通道的横截面积的约5％至约95％。
52.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应混和物和/或产物与所述催化剂的所述接触时间达到约2000毫秒。
53.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进入所述处理微通道的所述反应组合物的温度在约150℃至约270℃范围内。
54.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理微通道中的压力为至少约5个大气压。
55.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应组合物和产物通过处理微通道的流动的空速为至少约1000hr-1。
56.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应组合物和产物通过处理微通道的流动的压力降达到约10个大气压每米的所述处理微通道的长度。
57.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，热交换流体流过所述热交换通道，所述热交换流体流过所述热交换通道的压力降达到约10个大气压每米的所述热交换通道的长度。
58.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO的转化率为每循环约40％或更高。
59.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物的产率为每循环约25％或更高。
60.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO的转化率为每循环至少约50％，产物中对甲烷的选择性为约15％或更低，且所述产物的产率为每循环至少约35％。
61.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为固体微粒的形式，所述固体微粒的中等微粒直径在约1至约1000μm的范围内，且各处理微通道的所述长度达到约500cm。
62.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物包括在大气压下沸点等于或低于约350℃的碳氢化合物。
63.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物包括在大气压下沸点等于或高于约350℃的碳氢化合物。
64.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物包括中馏分。
65.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物包括至少一种烯烃。
66.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物包括正链烷烃，异链烷烃，或其混和物。
67.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物进一步采用加氢裂解，加氢异构或脱蜡进行处理。
68.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产物进一步进行处理以形成润滑基础油或柴油燃料。
69.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理微通道为垂直方向，所述反应组合物和产物向下流过所述处理微通道。
70.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述产物移出所述处理反应器之后，再生流体流过所述处理微通道，与所述催化剂接触，再生流体在处理微通道中的保留时间为从约0.01至约1000秒。
71.一种用于将包括H2和CO的反应组合物转化为产物的方法，所述产物包括具有至少约5个碳原子的至少一种脂肪族碳氢化合物，所述方法包括所述反应组合物流过微通道反应器，与费-托催化剂接触，以将所述反应组合物转化成产物，所述微通道反应器包括大量含有催化剂的处理微通道，所述催化剂为固体微粒的固定床形式；将热量从所述处理微通道转移至热交换器；以及将所述产物从所述微通道反应器移出；所述反应组合物与催化剂的所述接触时间达到约300ms；所述方法产生至少约0.5克的具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物每克催化剂每小时；以及在所述产物中对甲烷的选择性低于约25％。
72.一种用于将包括H2和CO的反应组合物转化为产物的方法，所述产物包括具有至少约5个碳原子的至少一种脂肪族碳氢化合物，所述方法包括所述反应组合物流过微通道反应器，与费-托催化剂接触，以将所述反应组合物转化成产物，所述微通道反应器包括大量含有催化剂的处理微通道，所述催化剂为固体微粒的固定床形式，所述催化剂包括负载于氧化铝上的Co，所处催化剂具有至少约25重量％的Co负载量以及至少约3％的Co的分散度；将热量从所述处理微通道转移至热交换器；以及将所述产物从所述微通道反应器移出；所述反应组合物与催化剂的所述接触时间达到约300ms；所述方法产生至少约0.5克的具有至少约5个碳原子的脂肪族碳氢化合物每克催化剂每小时；以及在所述产物中对甲烷的选择性低于约25％。
73.一种包含负载于氧化铝上的Co的催化剂，所述Co的负载量为至少约25重量％，所述Co的分散度为至少约3％。
74.根据权利要求73所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂进一步包括Re，Ru或其混和物。
75.一种包含Co和载体的催化剂，所述催化剂由下列步骤制得(A)将载体用包含Co的组合物浸渍，以提供中间催化剂产物；(B)煅烧步骤(A)中形成的中间催化剂产物；(C)将步骤(B)中形成的煅烧后的中间产物用包含Co的另一组合物浸渍，以提供另一个中间催化剂产物；以及(D)煅烧在步骤(C)中形成的所述另一个中间催化剂产物以得到所述催化剂，所述催化剂具有至少约25重量％的Co负载量。
76.根据权利要求72所述的催化剂，其特征在于，所述载体包括氧化铝。
77.一种微通道反应器，包括至少一个处理微通道，所述处理微通道具有入口和出口；以及至少一个与所述处理微通道相邻的热交换区，所述热交换区包括大量热交换通道，所述热交换通道相对于所述处理微通道的纵向方向成直角纵向延伸；所述热交区与所述处理微通道相同的方向纵向延伸并且位于所述处理微通道入口或其附近；热交换区的长度小于处理微通道的长度；位于处理微通道出口或其附近的处理微通道的宽度大于位于处理微通道入口或其附近的处理微通道的宽度。
78.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述至少一个热交换区包括第一热交换区和第二热交换区，所述第二热交换区的长度小于所述第一热交换区的长度。
79.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述处理微通道具有达到约10mm的内部尺寸。
80.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述处理微通道由下述材料制成钢；蒙耐合金；英科耐尔合金；铝；钛；镍；铜；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料；陶瓷；玻璃；包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。
81.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述热交换通道为微通道。
82.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述热交换通道具有达到约10mm的内部尺寸。
83.根据权利要求77所述的反应器，其特征在于，所述热交换通道由下述材料制成钢；蒙耐合金；英科耐尔合金；铝；钛；镍；铜；黄铜；任意前述金属的合金；高分子材料；陶瓷；玻璃；包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料；石英；硅；或其两种或多种的结合。
全文摘要
本公开的发明涉及一种用于将包括H
文档编号B01J19/24GK1906271SQ200480041082
公开日2007年1月31日 申请日期2004年12月15日 优先权日2004年1月28日
发明者王勇, 安娜·利·通科维奇, 特里·马扎内茨, 弗朗西斯·P·戴利, 戴维·万德威尔, 胡建立, 曹春舍, 查尔斯·基比, 李晓红, 米切尔·D·布里斯科, 内森·加诺, 金雅惠 申请人:万罗赛斯公司