CN101657524A - 使用微通道工艺技术将天然气转化为较高分子量的烃的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将天然气转化为较高分子量的烃的方法和装置。所述方法包括蒸汽重整以形成合成气，然后通过费托反应将该合成气转化为所述较高分子量的烃。所述重整和费托反应在微通道反应器内进行。所述较高分子量的烃经进一步处理以形成烃类产品，如中间馏分燃料，润滑油等等。所述装置包括含有SMR微通道反应器和费托微通道反应器的容器。本发明还公开了一种包含一种烯烃和烷烃混合物的组合物。

Description

使用微通道工艺技术将天然气转化为较高分子量的烃的方法和装置

本申请请求申请号为60/885,735，申请日为2007年1月19日的美国临时专利申请的优先权。该申请的内容以引用方式并入本发明。

技术领域

本发明涉及使用微通道工艺技术将天然气转化为一种或多种较高分子量的烃产品的一种方法和一种装置。

背景技术

已经提出了用蒸汽甲烷重整(SMR)工艺将天然气转化为合成气。已经提出了用费托工艺将合成气转化为所述较高分子量的烃。已经提出了用微通道反应器进行所述SMR和费托反应。

发明内容

已经提出的合并SMR和费托反应将天然气转化为较高分子量的烃的方法中存在一些问题。这些问题包括大量排放的产生、需要消耗大量水、大量废水的产生和方法效率低。与天然气进料中的含碳量相比，所述方法效率低往往对最终费托产物中的含碳量产生限制。本发明公开了针对这些问题的解决方案。

在一个实施方案中，本发明涉及一种方法，包括：(A)使SMR反应进料流入一个SMR微通道反应器与一种或者多种SMR催化剂接触，以形成一种第一中间产物，所述SMR反应进料包括甲烷和蒸汽，所述第一中间产物包括CO和H₂；所述SMR微通道反应器包括多个SMR工艺微通道和多个燃烧通道；所述SMR工艺微通道包括所述一种或多种SMR催化剂，甲烷和蒸汽在所述工艺微通道中与所述一种或多种SMR催化剂接触；从所述第一中间产物中分离出部分H₂以形成一种第二中间产物，所述第二中间产物包括CO和H₂；所述燃烧通道包括一种或多种燃烧催化剂，分离的H₂与氧气或一种氧源合并以形成一种燃烧反应混合物；所述燃烧反应混合物与所述一种或多种燃烧催化剂接触，进行燃烧反应并且产生热量和一种燃烧废气；将热量从所述燃烧通道传递至所述SMR工艺微通道；以及(B)使所述第二中间产物流入一个费托微通道反应器与一种或多种费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的费托产物；所述费托微通道反应器包括多个费托工艺微通道和多个热交换通道；所述费托工艺微通道含有所述一种或多种费托催化剂，所述第二中间产物在所述费托工艺微通道中与所述一种或多种费托催化剂接触；将热量从所述费托工艺微通道传递到所述热交换通道中的一种热交换流体。

在本发明方法的前述实施方案中，在步骤(B)形成的费托产物可进一步包括一种含有CO和H₂的气体混合物，并且一种第二费托微通道反应器可与前述费托微通道反应器合并使用，以进一步处理所述产物流体。该气体混合物可从所述费托产物中分离。所述分离的气体混合物可被当成一种第三中间产物。所述工艺可能进一步包括：(C)使所述第三中间产物流入一个第二费托微通道反应器与一种或多种第二费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的第二费托产物；所述第二费托微通道反应器包括多个第二费托工艺微通道和多个第二热交换通道；所述第二费托工艺微通道含有一种或多种第二费托催化剂，所述第三中间产物在所述第二费托工艺微通道中与所述一种或多种第二费托催化剂接触；将热量从所述第二费托工艺微通道传递到所述第二热交换通道中的一种热交换流体。

在一个实施方案中，一个或多个，并且在一个实施方案中从一个到大约十个，并且在一个实施方案中从一个到大约七个，并且在一个实施方案中从一个到大约五个，并且在一个实施方案中从一个到大约三个，费托微通道反应器可与前述费托微通道反应器和第二费托微通道反应器合并使用以进一步处理所述产物流体。因此，例如，在步骤(C)形成的所述第二费托产物可进一步包括一种含有CO和H₂的气体混合物。该气体混合物可从所述第二费托产物中分离。所述分离的气体混合物可被当成第四中间产物。所述工艺可能进一步包括：(D)使所述第四中间产物流入一个第三费托微通道反应器与一种或多种第三费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的第三费托产物；所述第三费托微通道反应器包括多个第三费托工艺微通道和多个第三热交换通道；所述第三费托工艺微通道含有一种或多种第三费托催化剂，所述第四中间产物在所述第三费托工艺微通道中与所述一种或多种第三费托催化剂接触；将热量从所述第三费托工艺微通道传递到所述第三热交换通道中的一种热交换流体。

在本发明方法的前述实施方案中，在步骤(D)形成的第三费托产物可进一步包括一种含有CO和H₂的气体混合物。该气体混合物可从所述第三费托产物中分离。所述分离的气体混合物可被当作第五中间产物。所述工艺可能进一步包括：(E)使所述第五中间产物流入一个第四费托微通道反应器与一种或多种第四费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的第四费托产物；所述第四费托微通道反应器包括多个第四费托工艺微通道和多个第四热交换通道；所述第四费托工艺微通道含有一种或多种第四费托催化剂，所述第五中间产物在所述第四费托工艺微通道中与所述一种或多种第四费托催化剂接触；将热量从所述第四费托工艺微通道传递到所述第四热交换通道中的一种热交换流体。

在本发明方法的前述实施方案中，在步骤(E)形成的第四费托产物可进一步包括一种含有CO和H₂的气体混合物。该气体混合物可从所述第四费托产物中分离。所述分离的气体混合物可被当成第六中间产物。所述工艺可能进一步包括：(F)使所述第六中间产物流入一个第五费托微通道反应器与一种或多种第五费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的第五费托产物；所述第五费托微通道反应器包括多个第五费托工艺微通道和多个第五热交换通道；所述第五费托工艺微通道含有一种或多种第五费托催化剂，所述第六中间产物在所述第五费托工艺微通道中与所述一种或多种第五费托催化剂接触；将热量从所述第五费托工艺微通道传递到所述第五热交换通道中的一种热交换流体。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可从所述第一中间产物中分离出按体积计大约从5％到50％的所述第一中间产物中的H₂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。部分所述尾气可用作一种燃料。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成工艺水，至少部分该工艺水与所述天然气进料合并。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成工艺水，该工艺水与所述天然气进料合并，并且可能在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。所述天然气进料、工艺水和尾气可在一个饱和器中合并，所述饱和器在所述SMR微通道反应器的上游。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述第二费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。部分所述尾气可用作一种燃料。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述第二费托微通道反应器中形成工艺水，至少部分该工艺水与所述天然气进料合并。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述第二费托微通道反应器中形成工艺水，该工艺水与所述天然气进料合并，并且可能在所述第二费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分尾气与所述天然气进料合并。所述天然气进料、工艺水和尾气可在一个饱和器中合并，所述饱和器在所述SMR微通道反应器的上游。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可包括一种或多种较高的分子量烃，所述工艺可能进一步包括，使所述SMR反应进料和蒸汽流入一个预重整器中，以将所述SMR反应进料中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所述预重整器在所述SMR微通道反应器的上游。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可包括一种或多种较高分子量的烃，所述工艺可能进一步包括，使所述SMR反应进料和蒸汽流入一个预重整器中，以将所述SMR输入物中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所述预重整器与所述SMR微通道反应器整合，并且用来自于所述燃烧通道的热量加热。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可包括一种或多种较高分子量的烃，所述工艺可能进一步包括，在所述SMR工艺微通道的一个第一部分的第一温度下，使所述SMR反应进料和蒸汽流入所述SMR工艺微通道，以将所述SMR反应进料中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所得产物包括一种含有甲烷的经转化的SMR反应进料，并且使所述经转化的SMR反应进料在一个第二温度下流入所述SMR工艺微通道的第二部分，以将所述经转化的SMR反应进料转化为所述第一中间产物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，分阶段的添加通道可与所述燃烧通道相邻设置，所述含有氧气的氧源流过所述分阶段的添加通道，进入所述燃烧通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述燃烧废气可包括一种蒸气和一种液体，该蒸气在一个气-液分离器中与所述液体分离，所述液体包括水。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括H₂、CO、CO₂和一种或多种烃，所述尾气流过一个H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，该富碳尾气与所述天然气进料合并，该富H₂尾气作为一种燃料使用。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括N₂，所述尾气流过一个N₂分离器，其中N₂从所述尾气中分离。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括H₂、N₂、CO、CO₂和一种或多种烃，所述尾气流过一个H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，该富碳尾气含有N₂，所述富碳尾气流过一个N₂分离器，其N中₂从所述富碳尾气中分离，所述富碳尾气与所述天然气进料合并，该富H₂尾气作为一种燃料使用。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在第二费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括H₂、CO、CO₂和一种或多种烃，所述尾气流过一个H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，该富碳尾气与所述天然气进料合并，该富H₂尾气作为一种燃料使用。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括N₂，所述尾气流过一个N₂分离器，其中N₂从所述尾气中分离。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在第二费托微通道反应器中形成一种尾气，该尾气包括H₂、N₂、CO、CO₂和一种或多种烃，所述尾气流过一个H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，该富碳尾气含有N₂，所述富碳尾气流过一个N₂分离器，其中N₂从所述富碳尾气中分离，所述富碳尾气与所述天然气进料合并，该富H₂尾气作为一种燃料使用。

在本发明方法的任意一个实施方案中，第二费托工艺微通道中的压力可能不同于在所述费托工艺微通道中的压力。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可能在步骤(B)之前压缩所述第二中间产物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，并且至少部分所述尾气可与所述天然气进料合并，在与所述天然气进料合并前可压缩所述至少部分所述尾气。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述热交换通道的热交换流体可在所述热交换通道中至少部分蒸发。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述热交换通道中的热交换流体可以是水，其在所述热交换通道中可以至少部分转化为蒸汽。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR反应进料可衍生自一种天然气进料，并且可能在第二费托微通道反应器中形成一种尾气，并且至少部分所述尾气可与所述天然气进料合并，在与所述天然气进料合并前可压缩所述至少部分所述尾气。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二热交换通道的热交换流体可至少部分蒸发。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二热交换通道中的热交换流体可以是水，其在第二热交换通道中可以至少部分转化为蒸汽。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述SMR反应进料的制备中可使用天然气。所述天然气可包括甲烷。所述天然气可进一步包括乙烷、丙烷和/或丁烷。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述SMR反应进料中蒸汽和甲烷的摩尔比可以在从约0.5到约6的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第一中间产物中H₂和CO的摩尔比可以在从约1到约4的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第二中间产物中H₂和CO的摩尔比可以在从约1到约4的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第三中间产物中H₂和CO的摩尔比可以在从约0.01到约5的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托微通道反应器中CO的转化率可在从约10％到约99％的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托产物中甲烷的选择性可上至约25％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第二费托微通道反应器中CO的转化率可在从约10％到约90％的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第二费托产物中甲烷的选择性可上至约15％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可包括一种或多种烃，所述烃在常压下在从约30℃到约175℃的范围内的一个温度下沸腾。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可包括一种或多种烃，所述烃在常压下在一个大于约175℃的温度下沸腾。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可包括一种或多种链烷烃和/或一种或多种约5到约100个碳原子的烯烃。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可包括一种或多种烯烃，一种或多种正构烷烃，一种或多种异构烷烃或者上述两种或多种的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可包括烯烃和链烷烃，其中烯烃-链烷烃比在从约0.01到约0.8的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可进一步经加氢裂解、加氢异构或脱蜡处理。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物可经进一步处理以形成一种具有润滑粘度的油或一种中间馏分燃料。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可在所述SMR反应进料制备中使用天然气，相对于所述天然气的含碳量，所述费托产物的含碳量的百分比在从约50％到70％的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可包括一种或多种烃，所述烃在常压下在从约30℃到约175℃的范围内的一个温度下沸腾。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可包括一种或多种烃，所述烃在常压下在一个等于或大于约175℃的温度下沸腾。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可包括一种或多种链烷烃和/或一种或多种约5到约100个碳原子的烯烃。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可包括一种或多种烯烃，一种或多种正构烷烃，一种或多种异构烷烃，或者上述两种或多种的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可包括烯烃和链烷烃，其中烯烃和链烷烃的摩尔比在从约0.01到约0.8的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托产物可进一步经加氢裂解、加氢异构或脱蜡处理。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可进一步处理所述第二费托产物以形成一种具有润滑粘度的油或一种中间馏分燃料。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可在所述SMR反应进料制备中使用天然气，相对于所述天然气的含碳量，所述第一和第二费托产物中的含碳量的总百分比至少约75％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR微通道反应器中的压力可在从约5到约25个大气压的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR微通道反应器的温度可在从约600到约1000℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR微通道反应器的接触时间可在上至100毫秒的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，每个SMR工艺微通道可有至少一个导热壁，并且在所述SMR微通道反应器内每平方厘米所述导热壁表面积上热交换的热通量可在约0.01到约500瓦特的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，每个SMR工艺微通道可能有一个第一部分，其中所述温度可在从约150到约400℃的范围内，并且在所述第一部分的下游有一个第二部分，其中所述温度可在从约600到约1000℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂可能是一种分级催化剂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR微通道反应器的质量指标因子可能低于约50％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述SMR工艺微通道内流动的表观速度可能至少约0.01m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述SMR工艺微通道内流动的自由流速可能至少约0.001m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述SMR工艺微通道内流动的空速可能至少约1000h^-1。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述SMR工艺微通道内流动的压降可能上至约每米10个大气压。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述SMR微通道反应器中甲烷的转化率可从约10％到约100％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述SMR工艺微通道内流动的雷诺数可能在从约10到约4000的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托微通道反应器中的压力可能在从约10到约50个大气压的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托微通道反应器中的温度可能在从约180到约300℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托工艺微通道中的接触时间可上至约2000毫秒。

在本发明方法的任意一个实施方案中，每个费托工艺微通道可有至少一个导热壁，并且在所述费托微通道反应器内每平方厘米所述导热壁表面积上热交换的热通量可在从约0.01到约500瓦特的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托工艺微通道入口的温度可能在所述费托工艺微通道出口的温度约80℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂可能是一种分级催化剂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托微通道反应器的质量指标因子可能低于约50％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述费托工艺微通道内流动的表观速度可能至少约0.01m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述费托工艺微通道内流动的自由流速可能至少约0.001m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述费托工艺微通道内流动的空速可能至少约1000h^-1。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述费托工艺微通道内流动的压降可能上至约每米10个大气压。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在所述费托工艺微通道内流动的雷诺数可能在从约10到约4000的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二费托微通道反应器中的压力可能在从约10到约50个大气压的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二费托工艺微通道中的温度可能在从约180到约300℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二费托工艺微通道中的接触时间可上至约2000毫秒。

在本发明方法的任意一个实施方案中，每个第二费托工艺微通道可有至少一个导热壁，并且在所述费托微通道反应器内每平方厘米所述导热壁表面积上热交换的热通量可在从约0.01到约500瓦特的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在第二费托工艺微通道入口的温度可能在第二费托工艺微通道出口的温度的约80℃的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，第二费托催化剂可能是一种分级催化剂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，第二费托微通道反应器的质量指标因子可能低于约50％。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在第二费托工艺微通道内流动的表观速度可能至少约0.01m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在第二费托工艺微通道内流动的自由流速可能至少约0.001m/s。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在第二费托工艺微通道内流动的空速可能至少约1000h^-1。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在第二费托工艺微通道内流动的压降可能上至约10个大气压每米。

在本发明方法的任意一个实施方案中，流体在第二费托工艺微通道内流动的雷诺数可能在约10到约4000的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，一个或多个多股流热交换器可提供在所述SMR反应进料与第一中间产物之间以及所述燃烧反应混合物的所述H₂和所述氧气或氧源与所述燃烧废气之间的热交换。

在本发明方法的任何一个实施方案中，所述SMR微通道反应器可包括多个所述SMR工艺微通道以及多个上下重叠或者并排设置的所述燃烧通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，分阶段的添加通道可与所述SMR微通道反应器中的所述燃烧通道相邻设置，所述氧气或氧源流过所述分阶段添加通道进入所述燃烧通道。多个所述SMR微通道反应器可置于一个SMR容器中，所述SMR容器装配有一根使所述SMR反应进料流入所述SMR工艺微通道的歧管，一根使第一中间产物流出所述SMR工艺微通道的歧管，一根使H₂流入所述燃烧通道的歧管，一根使所述氧气或者一种氧源流入所述分阶段的添加通道的歧管和一根使所述燃烧废气流出所述燃烧通道的歧管。每个SMR微通道反应器可包括从约100到约50000个SMR工艺微通道，并且所述SMR容器可能包括从1到约1000个SMR微通道反应器。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托微通道反应器可包括多个所述费托工艺微通道和多个上下重叠或者并排设置的所述热交换通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，多个所述费托微通道反应器可置于一个费托容器中，所述费托容器装配有一根使第二中间产物流入所述费托工艺微通道的歧管，一根使所述费托产物流出所述费托工艺微通道的歧管，一根使所述热交换流体流入所述热交换通道的歧管和一根使所述热交换流体流出所述热交换通道的歧管。每个费托微通道反应器可包括从约100到约50000个费托工艺微通道，并且所述费托容器可能包括从1到约1000个费托微通道反应器。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托微通道反应器可包括多个所述第二费托工艺微通道和多个上下重叠或者并排设置的所述第二热交换通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，多个第二费托微通道反应器可置于一个第二费托容器中，第二费托容器装配有一根使第三中间产物流入第二费托工艺微通道的歧管，一根使第二费托产物流出第二费托工艺微通道的歧管，一根使所述热交换流体流入第二热交换通道的歧管和一根所述热交换流体流出第二热交换通道的歧管。每个第二费托微通道反应器可包括从约100到约50000个第二费托工艺微通道，并且所述第二费托容器可能包括从1到约1000个第二费托微通道反应器。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR工艺微通道的内尺寸的宽度或高度可上至约10mm。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR工艺微通道的长度可上至约10米的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述SMR工艺微通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金(monel)、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述SMR工艺微通道中流动的流体可与所述SMR工艺微通道的表面特征相接触，所述表面特征的接触向所述流体传递一种破坏性流动。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述燃烧通道可能是微通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述燃烧通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金(monel)、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，每个燃烧通道可有一个进料口以允许所述H₂进入所述燃烧通道，以及至少一个分阶段的添加入口以允许所述氧气或氧源进入所述燃烧通道，所述至少一个分阶段的添加入口在所述进料口的下游。每个燃烧通道可具有在所述燃烧通道的H₂总体流动方向上延伸的长度，并且所述至少一个分阶段的添加入口可包括位于沿着每个燃烧通道的所述长度的至少一部分的多个分阶段的添加入口。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述分阶段的添加通道可以是微通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造分阶段的添加通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、石英、黄铜、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托工艺微通道的内尺寸的宽度或高度可上至约10mm。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托工艺微通道的长度可上至约10米的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述费托工艺微通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；铬镍铁合金、钢、蒙乃尔合金、石英、黄铜、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述费托工艺微通道中流动的流体可与所述费托工艺微通道的表面特征相接触，所述表面特征的接触向所述流体传递一种破坏性流动。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述热交换通道可能是微通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述热交换通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、黄铜、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托工艺微通道的内尺寸的宽度或高度可上至约10mm。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二费托工艺微通道的长度可上至约10米的范围内。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述第二费托工艺微通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、包括一种聚合物和玻璃纤维的一种组合物、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，在所述第二费托工艺微通道中流动的流体可与所述第二费托工艺微通道的表面特征相接触，所述表面特征的接触向所述流体传递一种破坏性流动。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述第二热交换通道可能是微通道。

在本发明方法的任意一个实施方案中，制造所述第二热交换通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合从所述第一中间产物中分离出H₂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合，使富H₂尾气与富碳尾气分离。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合从尾气中分离出N₂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，可利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合从尾气中分离出H₂并且从富碳尾气中分离出N₂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂可包括La、Pt、Fe、Ni、Ru、Rh、In、Ir、W和/或其一种氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。所述SMR催化剂可进一步包括MgO、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述燃烧催化剂可包括Pd、Pr、Pt、Rh、Ni、Cu和/或其一种氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。所述燃烧催化剂可进一步包括Al₂O₃、SiO₂、MgO或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os和/或其一种氧化物中的一种或多种，或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括元素周期表中的IA、IIA、IB或IIB族的一种或多种金属和/或其一种氧化物，一种镧系金属和/或其氧化物，一种锕系金属和/或其氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th的一种或多种，和/或其一种氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氟化铝、氟化氧化铝、膨润土、氧化铈、氧化锌、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、分子筛或者上述两种或多种物质的混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括一种难熔氧化物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括一种由下式表示的组合物

CoM¹ _aM² _bO_x

其中

M¹是Fe、Ni、Ru、Re、Os或者上述两种或多种的混合物；

M²是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th或者上述两种或多种的混合物；

a是在0到约0.5范围内的一个数字；

b是在0到约0.5范围内的一个数字；

x是使式中的元素价态平衡所需的氧的数目。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括由氧化铝担载的Co，所述Co的装载量按重量计至少约5％。所述费托催化剂可进一步包括Re、Ru或其混合物。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托催化剂和/或第二费托催化剂可包括一种起催化作用的金属和一种载体，所述催化剂按下列步骤制备：

(A)用包括一种起催化作用的金属的一种组合物浸渍所述载体，以提供一种起催化作用的中间产物；

(B)煅烧在步骤(A)形成的起催化作用的中间产物；

(C)用另一种包括一种起催化作用的金属的组合物浸渍在步骤(B)形成的煅烧过的中间产物，以提供另一种起催化作用的中间产物；和

(D)煅烧在步骤(C)形成的所述另一种起催化作用的中间产物，以提供所述催化剂。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以是固体颗粒的形式。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以涂覆在所述通道的内壁，在所述通道的内壁上生长，或者涂覆在一种翅片结构上。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以由用一种含有Ni、Cr、Fe的合金或一种含有Fe、Cr、Al、Y的合金材料制成的一种载体结构担载。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以由一种载体结构担载，该载体结构具有一种流经构型(flow-by configuration)、一种流过构型(flow-through configuration)或者一种曲折构型(serpentineconfiguration)。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以由一种载体结构担载，该载体结构具有泡沫体状、毡毯状、团块状、翅片状的构型或者上述构型的两种或多种的组合。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂、费托催化剂和/或第二费托催化剂可以由一种包括至少一个翅片的翅片组件形式的载体结构担载。所述翅片组件可包括多个平行间隔的翅片。

在前述发明方法的任意一个实施方案中，可在所述第二费托微通道反应器形成尾气，所述尾气包括H₂和一种或多种烃，所述尾气流过一种H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，所述富碳尾气与一种天然气进料合并，所述富H₂尾气作为燃料使用。

在前述发明方法的任意一个实施方案中，可在第二费托微通道反应器形成尾气，所述尾气包括H₂、N₂和一种或多种烃，所述尾气流过一种H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，所述富碳尾气含有N₂，所述富碳尾气流过一种氮气分离器，其中N₂从所述富碳尾气中分离，所述富碳尾气与一种天然气进料合并，所述富H₂尾气作为一种燃料使用。

在前述发明方法的任意一个实施方案中，可在第二费托微通道反应器形成尾气，至少部分所述尾气与一种天然气进料合并，并且在与一种天然气进料合并前压缩所述至少部分所述尾气。

在本发明方法的任意一个实施方案中，所述费托产物和/或第二费托产物可在一种加氢裂解器中加氢裂解，所述加氢裂解器与所述费托微通道反应器和/或第二费托微通道反应器串联操作。

本发明涉及一种装置，包括：置于一个SMR容器中的多个SMR微通道反应器，每个SMR微通道反应器包括多个SMR工艺微通道，多个燃烧通道和多个分阶段的添加通道，每个燃烧通道与至少一个分阶段的添加通道相邻，所述SMR容器装配有一根使一种SMR反应进料流入所述SMR工艺微通道的歧管，一根使SMR产物流出所述SMR工艺微通道的歧管，一根使一种燃料流入所述燃烧通道的歧管，一根使氧气或者一种氧源流入所述分阶段的添加通道的歧管和一根使燃烧废气流出所述燃烧通道的歧管。

在本发明装置的任意一个实施方案中，每个SMR微通道反应器可包括从约100到约50000个SMR工艺微通道，并且所述SMR容器可能包括从1到约1000个SMR微通道反应器。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述SMR工艺微通道的内尺寸的宽度或高度可上至约10mm。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述SMR工艺微通道的长度可上至约10米的范围内。

在本发明装置的任意一个实施方案中，制造所述SMR工艺微通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的一种合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、陶瓷、玻璃、石英、硅、黄铜或上述两种或多种材料的组合。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述SMR工艺微通道和/或燃烧通道可有内表面特征，该内表面特征传递一种破坏性流动至在所述SMR工艺微通道和/或燃烧通道中流动的流体。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述燃烧通道可以是微通道。

在本发明装置的任意一个实施方案中，制造所述燃烧通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的合金；钢、蒙乃尔合金(monel)、铬镍铁合金、陶瓷、黄铜、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明装置的任意一个实施方案中，每个燃烧通道可有一个进料口以允许燃料进入所述燃烧通道，以及至少一个分阶段的添加入口以允许氧气或氧源进入所述燃烧通道，所述至少一个分阶段的添加入口在所述进料口的下游。

在本发明装置的任意一个实施方案中，每个燃烧通道可具有在所述燃烧通道的所述燃料总体流动方向上延伸的长度，并且所述至少一个分阶段的添加入口可包括多个位于沿着每个燃烧通道的长度的至少一部分的分阶段的添加入口。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述分阶段的添加通道可以是微通道。

在本发明装置的任意一个实施方案中，制造所述分阶段的添加通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

本发明涉及一种装置，包括：置于一个费托容器中的多个费托微通道反应器，每个费托微通道反应器包括多个费托工艺微通道和多个热交换通道，所述费托容器装配有一根使一种费托反应进料流入所述费托工艺微通道的歧管，一根使一种费托产物流出所述费托工艺微通道的歧管，一根使一种热交换流体流入所述热交换通道的歧管和一根使所述热交换流体流出所述热交换通道的歧管。

在本发明装置的任意一个实施方案中，每个费托微通道反应器可包括从约100到约50000个费托工艺微通道，并且所述费托容器可能包括从1到约1000个费托微通道反应器。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述费托工艺微通道的内尺寸的宽度或高度可上至约10mm。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述费托工艺微通道的长度可上至约10米的范围内。

在本发明装置的任意一个实施方案中，制造所述费托工艺微通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的合金；铬镍铁合金、钢、蒙乃尔合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述费托工艺微通道可有内表面特征，该内表面特征传递一种破坏性流动至在所述费托工艺微通道中流动的流体。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述热交换通道可以是微通道。

在本发明装置的任意一个实施方案中，制造所述热交换通道的材料可包括：铝、钛、镍、铜、上述任一金属的合金；钢、蒙乃尔合金、铬镍铁合金、黄铜、陶瓷、玻璃、石英、硅或上述两种或多种材料的组合。

在本发明装置的任意一个实施方案中，所述费托容器可与一种加氢裂解器结合，所述加氢裂解器适于在所述费托容器中与所述费托微通道反应器串联操作。

本发明涉及一种组合物，它可包括约5到约100个碳原子的烯烃和链烷烃的一种混合物，在一个实施例中是从约5到约50个碳原子，在一个实施例中是从约5到约30个碳原子，在一个实施例中是从约5到约20个碳原子，以及在一个实施例中是从约5到约10个碳原子。烯烃和链烷烃的摩尔比可在从约0.01到约0.8的范围内，在一个实施例中是在从约0.1到约0.8的范围内，以及在一个实施例中是在从约0.2到约0.8的范围内。

本发明的一个优势是所述方法可在相对低排放下进行，如产生的NO_x、CO和CO₂。对于所述方法，新鲜水进料的需要可消除或降低到非常少。所述方法的碳利用率，即费托产物中的含碳量和天然气进料中的含碳量的比，可以是相对高的。

本发明方法的一个优势是使部分所述H₂从第一中间产物或在所述SMR微通道反应器中产生的合成气产物中分离，并且其作为一种富H₂燃料回收到所述SMR微通道反应器的燃烧通道中。通过制造一种含有很少或不含碳组分的富H₂燃料，源自所述燃烧废气的水可经济地作为进料水用于所述方法，从而消除或者极大地减少了对新鲜水进料的需要。通过使用所述富H₂燃料，所述方法可在低CO和CO₂排放下进行。

本发明方法的一个优势是具有提供相对高的碳利用率的特点。本发明方法的下述方面可利于提供高水平的碳利用率：(a)使用一种包含集成燃烧的SMR微通道反应器；(b)使用一个或多个费托微通道反应器，其产生的蒸汽用于所述方法的其他地方；(c)从所述SMR微通道反应器中产生的合成气中分离出H₂，其作为富H₂燃料回收至所述SMR微通道反应器的燃烧通道；(d)将所述费托微通道反应器的尾气回收至用于所述SMR微通道反应器的所述进料；(e)从所述费托微通道反应器形成的所述尾气中分离出H₂和/或N₂；和/或(f)将所述费托微通道反应器的热交换通道的蒸汽回收至所述SMR微通道反应器。一个或多个所述优势的不同组合可用于实现使工艺中的碳利用率大于约75％，该工艺通过微通道蒸汽重整和微通道费托工艺将天然气转化为液态烃。与使用纯氧或富氧空气的现有技术方法相比，本发明方法的一个优势是可能避免更高的生产成本，并且使用将空气作为一种氧源的工艺气流，提供一个相对安全的操作。另一个优势是可能从所述工艺输出电能用作其他用途。另一个优势是从所述第一中间产物分离出的大量H₂可被利用和/或净化，根据需要，为产品升级提供H₂，如加氢处理或加氢裂解，或用于原料净化，如加氢去硫。

附图说明

在附图中，相同的部件和特征具有相同的附图标记。其中多数图是示意图，可不必按比例绘制。

图1是可用于本发明方法和装置的微通道的示意图。

图2是一个特别形式的本发明方法的流程的具体示意图。所述工艺方法包括通过利用在一个SMR微通道反应器中的蒸汽甲烷重整(SMR)以及与之组合的在两个串联操作的费托微通道反应器中的费托(FT)工艺，将天然气转化为一种或多种较高分子量的烃。在该方法中使用一个置于所述SMR微通道反应器上游的预重整器。

图3是与图2中显示的方法类似的一种方法的流程图。图3显示的方法包括增加一个饱和器，并且将所述费托微通道反应器的工艺水循环至所述饱和器。在所述饱和器中天然气进料与循环工艺水合并。所述方法的实施方案可提供的优势是减少对所述费托微通道反应器中产生的工艺水的处理步骤，该步骤是为去除溶解的有机物。

图4是与图3中显示的方法类似的一种方法的流程图。图4显示的方法包括将所述第二费托微通道反应器的尾气回收至所述饱和器。在该实施方案中，可提高碳利用率。

图5是与图4中显示的方法类似的一种方法的流程图。图5显示的方法提供所述预重整器与所述SMR微通道反应器整合。该实施方案可具有的优势是提高热力学效率，并且减少一个单独的预重整器，降低了资金成本。

除图6显示的方法缺少一个单独的预转化器外，图6是与图5中显示的方法类似的一种方法的流程图。该方法可具有的优势是提高热力学效率、简化所述体系并且降低资金成本。所述SMR反应进料的预重整可在所述SMR工艺微通道中进行，其中所述SMR反应进料可在所述工艺微通道的一个第一部分的第一温度下经转化，然后在所述SMR工艺微通道的一个第二部分的第二更高温度下经转化，所述第二部分在第一部分的下游。

图7是与在图6中显示的方法类似的一种方法的流程图。在图7中显示的方法包括将所述燃烧废气划分为一种液体和一种蒸气。所述液体可包括水。该实施方案可具有的优势是减少或消除所述方法对新鲜水进料的需要。

图8是与图6中显示的方法类似的一种方法的流程图。在图8中显示的方法包括将所述尾气划分为一种富碳尾气和一种富H₂尾气。该实施方案可提供的优势是在非常低的CO和CO₂排放下操作所述方法。

图9是与图6中显示的方法类似的一种方法的流程图。图9中显示的方法包括从所述尾气分离出N₂。该实施方案可提供在极低的NO_x排放下操作所述方法的优势。

图10是显示所述SMR微通道反应器的流体流动的流程图。提供一个五股流热交换器用于所述SMR反应进料和第一中间产物之间以及所述燃烧反应混合物的所述H₂和所述氧气或氧源与所述燃烧废气之间进行热交换。在图10中，所述SMR反应进料被定义为天然气、费托(FT)回收物和蒸汽的一种混合物。第一中间产物在图10中被定义为所述合成气产物。所述氧源在图10中被定义为空气。

除了图11中显示了与所述SMR微通道反应器整合的预转化器外，图11是与在图10中显示的方法类似的一种方法的流程图。所述预重整器在图11中被定义为“预重整器(Pre-Ref)”。

图12和13是用于放置多个SMR微通道反应器的一个SMR容器的示意图。在图12和13中，显示了5个SMR微通道反应器。

图14是显示所述流体流动和所述流体流动控制的流程图，所述流体流进并且流出一个与图12和13显示的SMR容器类似的SMR容器。图14显示的SMR容器包括9个SMR微通道反应器。

图15-19是可在所述SMR微通道反应器中使用的微通道重复单元的示意图。所述每一个重复单元包括一个燃烧通道和一个或多个SMR工艺微通道。在图15-19中显示的燃烧通道包括使所述氧气或氧源流入所述燃烧通道的分阶段的添加通道。在图15中显示与一个M形燃烧通道相邻的一个倒置的U形SMR工艺微通道。在图16中显示与一个M形燃烧通道相邻的一个单个SMR工艺微通道。在图17中显示两个SMR工艺微通道和一个M形燃烧通道，所述SMR工艺微通道中的一个与所述M形燃烧通道相邻，并且其他SMR工艺微通道与第一个SMR工艺微通道相邻，所述SMR工艺微通道均与所述燃烧通道热力学接触。在图18中显示一个单个燃烧通道，置于所述燃烧通道的一侧的一个分阶段的添加通道，以及置于所述燃烧通道的另一侧的一个SMR工艺微通道。除了在图19中显示的重复单元中的SMR工艺微通道是一个倒置的U形微通道外，在图19中显示一种与在图18中显示的重复单元类似的重复单元。为了清楚的目的，在图15-19中显示的所述通道彼此分开，然而实际上所述通道是层层叠加或者紧密并列排布。所述通道在所述通道接触面分享共用壁。

图20是用于放置多个用于本发明方法的费托微通道反应器的一个费托容器的示意图。

图21是在图20中显示的费托容器一个侧面剖视图。

图22是在图21中显示的费托容器的剖视图。

图23是流进并流出第一费托微通道反应器和第二费托微通道反应器的工艺流体流动的流程图。在图23中显示的所述FT反应器组在图2-9中显示的流程图中被定义为FT#1和FT#2。

图24-27是可在所述费托微通道反应器中使用的重复单元的示意图。在图24-27中显示的所述重复单元的每一个包括一个费托工艺微通道，该费托工艺微通道包括一种颗粒固体床形式的催化剂，并且与热交换通道相邻。所述催化剂床可以指反应区域。在图24中显示的在热交换通道流动的热交换流体沿着相对于所述费托工艺微通道的工艺流体的流动错流的方向流动。在图25中显示的在热交换通道流动的热交换流体可沿着相对于所述费托工艺微通道的工艺流体的流动并流或逆流的方向流动。在图26和27中显示的热交换通道提供热交换流体沿着相对于所述费托工艺微通道的工艺流体流动错流的方向流动。在图26和27中显示的热交换通道提供的热交换区域仅覆盖所述费托工艺微通道的反应区域长度的一部分。通过控制与所述工艺微通道的不同部分热力学接触的热交换通道的数量，和/或通过控制所述热交换通道内热交换流体的流速，所述实施方案的每一个提供可调节的热交换效果。与所述工艺微通道的其他部分相比，通过这些调节的热交换效果，更多的冷量可提供给所述工艺微通道的某些部分。例如，与所述反应区域的下游部分相比，更多的冷量可提供在或靠近所述反应区域的入口。通过控制所述热交换通道中的热交换流体的流速，可调节所述热交换效果。例如，与所述反应区域的入口热力学接触的所述热交换通道中的热交换流体的一个相对高流速，可和与所述反应区域的下游部分热力学接触的所述热交换通道中的热交换流体的相对低流速结合使用。

图28和29是微通道分离器的示意图，利用所述微通道分离器，从本发明方法中使用的工艺流体中分离出H₂和/或N₂。在图28和29中显示的微通道分离器所使用的分离技术可包括变温吸附(TSA)或变压吸附(PSA)技术。

图30-35是可用于所述SMR工艺微通道、燃烧通道、费托工艺微通道和/或第二费托工艺微通道的催化剂或催化剂载体的示意图。在图30-35中还例举了可在图28和29中显示的微通道分离器中使用的吸附材料或该吸附材料的载体。在图30中显示的催化剂或吸附材料是固体颗粒床的形式。在图31中显示的催化剂或吸附材料具有流经设计。在图32中显示的催化剂或吸附材料具有流过结构。图33-35例举了可用于担载所述催化剂或吸附材料的翅片组件。

在图36-38中显示一个多股流微通道热交换器，其可与本发明方法中使用的SMR微通道反应器一同使用。

在图39中显示与使用传统工艺生产的一种费托产物相比，根据本发明方法在一个费托微通道反应器中产生的费托产物具有更高的烯烃-链烷烃比。

图40和41是通道可使用的表面特征的示意图，所述通道在本发明方法使用的费托微通道反应器和SMR微通道反应器中使用。

具体实施方式

术语“微通道”指一种具有至少一个内尺寸的通道，该尺寸的高度或宽度上至约10毫米(mm)，在一个实施方案中上至约5mm，在一个实施方案中上至约2mm，和在一个实施方案中上至约1mm。所述微通道可包括至少一个入口和至少一个出口，其中所述至少一个入口与所述至少一个出口是分开的。所述微通道可能不仅是一种孔。所述微通道可能不仅是穿过一种沸石或一种介孔材料的一种通道。图1显示一种微通道的实例，其可作为一种工艺微通道、燃烧微通道、分阶段的添加微通道和/或一种热交换微通道用于本发明工艺。参照图1，微通道100具有高度(h)、宽度(w)和长度(l)。流体可沿箭头102和104显示的方向流过所述微通道。所述高度(h)和宽度(w)与图1中箭头102和104显示的穿过所述微通道的流体的总体流动方向垂直。所述长度(l)可以是所述高度(h)或宽度(w)的至少约两倍，在一个实施方案中是所述高度(h)或宽度(w)的至少约五倍，并且在一个实施方案中是所述高度(h)或宽度(w)的至少约十倍。所述微通道的高度(h)或宽度(w)可在约0.05到约10mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约5mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约2mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约1.5mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约1mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约0.75mm的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.05到约0.5mm的范围内。另一个尺寸的高度(h)或宽度(w)可以是任意尺寸，例如，上至约3米，在一个实施方案中约0.01到约3米，并且在一个实施方案中约0.1到约3米。所述微通道的长度(l)可以是任意尺寸，例如，上至约10米，在一个实施方案中从约0.1到约10米，在一个实施方案中从约0.2到约10米，在一个实施方案中从约0.2到约6米，并且在一个实施方案中从约0.2到约3米。尽管图1显示的微通道具有矩形横截面，但是应理解的是所述微通道可具有任一形状的横截面，例如，正方形、圆形、半圆形、不规则四边形等。所述微通道的横截面的形状和/或尺寸可沿其长度变化。例如，所述高度或宽度沿着所述微通道的长度可从相对大的尺寸渐变到相对小的尺寸，反之亦然。

术语“微通道反应器”指一种装置，其包括可在其中进行工艺反应的多个工艺微通道。所述工艺可以是一种SMR反应工艺或者一种费托反应工艺。所述工艺微通道可并联操作。所述微通道反应器可包括一个使流体流入所述工艺微通道的顶盖或歧管组，以及一个使流体流出所述工艺微通道的底座或歧管组。所述微通道反应器可包括一个或多个与所述工艺微通道相邻和/或热力学接触的热交换通道。所述热交换通道用于加热或冷却所述工艺微通道内的流体。所述热交换通道可以是燃烧通道。所述热交换通道和/或燃烧通道可以是微通道。

术语“工艺微通道”指一种在其中进行一种工艺反应的微通道。所述工艺可涉及进行一种蒸汽甲烷重整(SMR)反应或一种费托(FT)反应。

工艺微通道的体积中的术语“体积”可包括在一种工艺流体可流经或流过的所述工艺微通道内的全部体积。该体积可包括含有表面特征的体积，该表面特征可置于所述工艺微通道内并用于流过或流经的流体流动。

当表示一个通道相对于另一个通道的位置时，术语“相邻”可指直接相邻，以使一个壁或多个壁分隔所述两个通道。在一个实施方案中，所述两个通道可有一面共用壁。所述共用壁的厚度可不同。然而，“相邻”通道不可被一个介于其间的通道分隔，所述介于其间的通道可能妨碍所述通道间的热交换。一个通道可与另一个通道相邻，仅与所述另一个通道的一部份上重叠。例如，一个工艺微通道可长于或者延伸超过一个或多个相邻的热交换通道。

术语“热力学接触”指两个物体，例如两个通道，可以彼此物理接触或彼此相邻，或者可以彼此不物理接触或彼此不相邻，但仍然彼此交换热量。与另一个物体热力学接触的一个物体可加热或者冷却另一个物体。

术语“流体”指一种气体、液体、气体和液体的混合物、或含有分散固体的一种气体或一种液体、液滴和/或气泡。所述液滴和/或气泡可是非常规或常规形状并且可以是类似或者不同尺寸。

术语“气体(gas)”或“蒸气(vapor)”有同样的含义并且有时互换使用。

术语“停留时间”或“平均停留时间”指微通道的空间内流体流动所占据的该空间的内体积除以在所用温度压力下所述空间内流体流动的平均体积流速。

术语“上游”和“下游”是指在一个通道(如一个工艺微通道)或者一个工艺流程图中，相对于所述通道或工艺流程图中流体流动的方向的位置。例如，一个通道或者一个工艺流程图中的一个位置，当流向该位置的一股流体的一部分还没有抵达该位置时，该位置是所述流体的那部分的下游。所述通道或者工艺流程图中的一个位置，当一股流体的一部分已经通过并离开该位置时，该位置是所述流体的那部分的上游。术语“上游”和“下游”不一定指一个垂直位置，因为本发明所称通道可以是水平、竖直或以一定角度倾斜放置。

术语“夹板”指一个平整的或基本平整的薄片或平板。所述夹板的厚度可是所述夹板的最小尺寸并可上至约4mm，并且在一个实施方案中在从约0.05到约2mm的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.05到约1mm的范围内，以及在一个实施方案中在约0.05到约0.5mm的范围内。所述夹板可有任一长度和宽度。

术语“表面特征”指在所述通道内扰乱流体的一个通道壁上的凹坑和/或一个通道壁上的突起。在图45和46中示出了可能使用的表面特征的设计实例。所述表面特征可以是圆形、球形、圆台形、长椭圆形(oblongs)、正方形、矩形、带角度的矩形(angled rectangles)、对勾形(checks)、尖角形(chevrons)、叶片形(vanes)、机翼形(air foils)、波浪形等等，以及上述两种或多种形状的组合。所述表面特征可包括次特征，其中所述表面特征的主体壁进一步包括更小的表面特征，所述更小的表面特征可以是凹槽形、波纹形、锯齿形、孔形、毛边形(burrs)、对勾形、扇贝形(scallops)等等。所述表面特征可以有深度、宽度以及对于非圆形表面特征有长度。根据本发明方法，所述表面特征形成于所使用的工艺微通道、热交换通道和/或燃烧通道的内壁的一面或多面的上面或里面。所述表面特征可指被动型(passive)表面特征或者被动型混合特征。所述表面特征可用于干扰流体(例如，干扰层流流线)，并且产生与所述总体流动方向成一定角度的平流(advective flow)。

术语“热交换通道”指一个其中有热交换流体以提供热量和/或吸收热量的通道。所述热交换通道可从一个相邻通道(如工艺微通道)和/或一个或多个与所述热交换通道热力学接触的通道吸收热量，或提供热量至一个相邻通道(如工艺微通道)和/或一个或多个与所述热交换通道热力学接触的通道。所述热交换通道可从通道吸收热量或提供热量至通道，这些通道彼此相邻但不与所述热交换通道相邻。在一个实施方案中，一个、两个、三个或者多个通道彼此相邻并且置于两个热交换通道之间。

术语“热传导壁”指在一个工艺微通道和一个相邻热交换通道之间的一个共用壁，其中热量从一个通道经过所述共用壁传递至另一个通道。

术语“热交换流体”指一种可以释放和/或吸收热量的流体。

术语“总体流动方向”指流体在一个通道内可沿着开放路径流动的矢量。

术语“总体流动区域”指一个微通道内的开放区域。一个连贯的总体流动区域可允许流体快速流过一个微通道而没有明显压降。在一个实施方案中，在所述总体流动区域的流动可能是层流。一个总体流动区域可包括微通道的内体积和/或横截面积的至少约5％，在一个实施方案中从约5％到约100％，在一个实施方案中从约5％到约99％，在一个实施方案中从约5％到约95％，在一个实施方案中从约5％到约90％，在一个实施方案中从约30％到约80％的微通道的内体积和/或横截面积。

术语“开放通道”或“流经通道”或“开放路径”指一个通道(如一个微通道)，其具有沿着整个通道延伸的至少约0.01mm的孔径，以使流体流过所述通道而没有任何障碍影响流动。所述孔径可上至约10mm。

术语通道(如工艺微通道)的“横截面积”指垂直于所述通道内流体总体流动方向测量的一个面积，并且可以包括所述通道内包括可能存在的任何表面特征在内但不包括所述通道壁的所有面积，。对于沿着长度弯曲的通道，所述横截面积可以是在一个已选点上沿着一条直线垂直于总体流动方向测量的一个面积，所述直线平行于所述管道长度并且在所述通道的中心(按面积)。高度和宽度的尺寸可由一个通道壁到其对面的通道壁测出。使用所述壁的表面的涂覆层可不改变所述尺寸。所述尺寸可以是考虑表面特征、表面粗糙度等导致的变化而得出的平均值。

术语通道(如工艺微通道)的“开放横截面积”指垂直于所述通道内流体总体流动方向测量的一个面积，该面积对一个通道内的总体流体流动是开放的。所述开放横截面积可以不包括内部隔断物如可能存在的表面特征等等。

形容一种流体在一个通道内流动的速度的术语“表观速度”指在所述通道的入口温度压力下所述流体的体积流速除以所述通道的横截面积得到的速度。

术语“自由流速”指在一个通道内的一种流体从所述通道的侧壁流动到足够长的距离以获得速度最大值的速度。如果没有可应用的边界层分离条件(slip boundary condition)，在一个通道内流体流速在侧壁处为零，而随着沿侧壁的距离增大而增大直至一个恒定值。该恒定值是所述“自由流速”。

本发明使用的术语“工艺流体”指反应物、产物和任何稀释剂或可能在一个工艺微通道内流动的其他流体。

术语“反应区域”指在一个微通道内的空间，一种化学反应或至少一种物质的一种化学转化在该空间发生。所述反应区域可包含一种或多种催化剂。

术语“产率”指从一个微通道反应器出来的产物的摩尔数除以进入一个微通道反应器的反应物的摩尔数。

术语“循环”指所述反应物穿过一个微通道反应器的一个单程。

术语“分级催化剂”指具有一个或多个梯度的催化活性的一种催化剂。所述分级催化剂可具有一种变化的催化活性金属浓度或表面积。所述分级催化剂可具有变化的催化活性位点周转率。所述分级催化剂可具有物理性质和/或一种作为位置函数变化的形式。例如，所述分级催化剂可具有一种活性金属浓度，该活性金属浓度在一个工艺微通道的入口相对低，在接近所述工艺微通道的出口升至较高的浓度，或者反之亦然；或者越接近一个工艺微通道的中心(即中点)，催化活性金属的浓度越低，并且越接近一个工艺微通道壁，催化活性金属的浓度越高，反之亦然，等等。一种分级催化剂的热力学传导性可在一个工艺微通道内从一个位置到另一个位置变化。可通过改变在一个恒定表面积的载体上的催化活性金属位点尺寸，或者通过改变所述载体的所述表面积，如通过改变载体类型或颗粒尺寸，而改变一种分级催化剂的表面积。一种分级催化剂可具有多孔载体，其中所述载体的比表面积在所述工艺微通道的不同部分可能或高或低，然后使用同样的催化剂涂覆每一个地方。可以使用两种或多种前述实施方案的组合。所述分级催化剂可有单一催化组分或者多种催化组分(例如一种双金属或三金属催化剂)。作为位置函数的形式，所述分级催化剂可在工艺微通道内沿一个位置到另一个位置逐渐改变其性质和/或组成。所述分级催化剂可包括有边颗粒，在所述每个颗粒中的催化活性金属为“蛋壳”分布。所述分级催化剂可沿一个工艺微通道的长度的轴向或者横向上分级。所述分级催化剂可有不同的催化组分、不同装载量和/或在一个工艺微通道中沿一个位置到另一个位置变化的活性催化位点的数目。催化活性位点的数目可通过改变所述催化剂结构的多孔性而改变。这可通过使用一种罩面工艺(washcoating process)沉积不同量的催化材料来实现。一个实例是沿着所述工艺微通道的长度使用不同的多孔催化剂厚度，其中在需要更大活性的地方可留下一个更厚的多孔结构。多孔性的改变也可以用于一个固定的或者可变的多孔催化剂厚度。一个第一孔径可在与一个用于流动的开放区域或者空隙相邻处使用，而至少一个第二孔径可与所述工艺微通道壁相邻处使用。

术语“链增长”指源自随着新的分子结构的加成而进行分子增长的反应(如在一个费托合成中亚甲基基团加成到一个烃链)。

术语“烃”指单纯烃化合物；即脂肪族化合物(如烷烃、烯烃或炔烃)，脂环族化合物(如环烷烃、环烯烃)，芳香化合物、脂肪-和脂环-取代芳香化合物、芳香取代脂肪化合物、芳香取代脂环化合物，等等。实例可包括甲烷、乙烷、丙烷、环己烷、乙基环己烷、甲苯、乙苯等。术语“烃”指取代的烃类化合物；即含有非烃取代基的烃类化合物。所述非烃取代基的实例可包括羟基、酰胺基、硝基等。术语“烃”指杂原子取代的烃类化合物；即在一个链或环中除含有碳原子外，还含有非碳原子的烃类化合物。所述杂原子可包括例如氮、氧、硫等等。

术语“较高分子量的烃”指一种有2个或者更多碳原子的烃，在一个实施方案中有3个或者更多碳原子，在一个实施方案中有4个或者更多碳原子，并且在一个实施方案中有5个或者更多碳原子。所述较高分子量的烃可有上至约100个碳原子，在一个实施方案中有上至约90个碳原子，在一个实施方案中有上至约80个碳原子，在一个实施方案中有上至约70个碳原子，在一个实施方案中有上至约60个碳原子，在一个实施方案中有上至约50个碳原子，在一个实施方案中有上至约40个碳原子，以及在一个实施方案中有上至约30个碳原子。所述较高分子量的烃可以是脂肪烃。实例可包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、辛烷、癸烷、十二烷等等。

术语“蒸汽甲烷重整”或“SMR”指反应：

H₂O+CH₄→CO+3H₂

该反应是吸热的，并且可在一种SMR催化剂存在下进行。所述CO和H₂的产物混合物可指如合成气(synthesis gas或syn gas)。影响该反应所需的热量可由一种燃料(如H₂)和氧气或一种氧源(如空气或富氧空气)的一种混合物的燃烧反应提供。所述燃烧反应是放热的，并且可在一种燃烧催化剂存在下进行。

术语“费托”或“FT”指由下式表示的一种化学反应：

nCO+2nH₂→(CH₂)_n+nH₂O

该反应是在一种费托催化剂存在下进行的放热反应。

术语“Co装载量”指在一种催化剂中Co的重量除以所述催化剂的总重量，所述催化剂的总重量即所述Co加上任何协同催化剂或促进剂以及任何载体的总重量。如果所述催化剂担载在一个工程载体结构上，如一种泡沫体、毡毯体、团块体或翅片体，该工程载体结构的重量可以不包括在所述计算中。类似地，如果所述催化剂附着在一个通道壁上，所述通道壁的重量可不包括在所述计算中。

术语“碳利用率”指基于所述工艺中使用的原料天然气中的含碳量或与之相比，本发明工艺产生的费托产物中碳的百分数。碳利用率不包括向所述工艺输入的氧气或所述工艺输出的电能。

术语“费托产物”或“FT产物”指由一个费托工艺产生的常压下的沸点等于或大于30℃的一种烃产物。

术语“尾气”指由一种费托工艺产生的常压下的沸点低于30℃的一种气体产物。

术语“mm”指毫米。术语“nm”指纳米。术语“ms”指毫秒。术语“μs”指微秒。术语“μm”指微米(micron或micrometer)。术语“micron”和“微米(micrometer)”具有同样的含义并且可互换使用。

除非另有说明，所有的压力均以绝对压力表示。

现在根据附图描述本发明方法。参照图2，可使用预重整器120、SMR微通道反应器130、H₂分离器140、费托(FT)微通道反应器150、压缩机160、第二费托(FT)微通道反应器170和分离器157和177进行所述工艺。虽然所述的实施方案公开了两个费托微通道反应器的串联使用，但应理解的是可以使用一个单独的费托微通道反应器，或者将三个或者更多费托微通道反应器串联使用，例如，将三个、四个、五个、六个等费托微通道反应器串联使用。因此，例如，一个或多个，在一个实施方案中从一个到约十个，在一个实施方案中从一个到约七个，在一个实施方案中从一个到约五个，以及在一个实施方案中从一个到约三个，费托微通道反应器可与所述费托微通道反应器150和170串联使用。

所述天然气可包括较高分子量的烃(如乙烷或者较高的烃)，如果其包括在所述SMR反应进料中，其可能在所述SMR微通道反应器中往往形成碳沉积。所述预重整器120可用于将至少一部分较高分子量的烃转化为甲烷，以降低所述SMR反应进料中较高分子量的烃的量。甲烷很少会形成碳沉积。如果所述天然气进料不含较高分子量的烃，可不必进行预重整。

预重整器120可以是一种传统预重整器或者一种微通道重整器。所述传统重整器可以是使用一种SMR催化剂如一种镍SMR催化剂的一种固定床反应器的形式。除了所述微通道预重整器120可比所述SMR微通道反应器130在更低的温度下进行操作，以避免在所述工艺微通道形成碳/结焦沉积外，所述微通道预重整器120可与所述SMR微通道反应器130相同或相似。例如，预重整器120可以在从约400到约600℃的温度范围内进行操作，而如下面所述，SMR微通道反应器可在等于或高于该温度范围内进行操作。在预重整器120中，可通过将较高分子量的烃，即两个或者多个碳原子的烃转化为甲烷而降低这些烃的浓度。在预重整器120中，转化为甲烷的较高分子量的烃的百分数，按所述较高分子量的烃的体积计在从约80％到约100％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约98％到99％的范围内。预重整器120内的操作压力可以在从约5到约25个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在从约15到约20个大气压的范围内。预重整器120可以通过类似于在SMR微通道反应器130中使用的燃烧通道加热。如线123和124所示，空气和燃料进入预重整器120，与一种燃烧催化剂接触，进行燃烧反应并且产生热量和废气。如线125所示，所述废气从预重整器120排出。所述燃烧通道可以是微通道。所述燃料可以是来自分离器140的一种富H₂燃料、从分离器177分离的尾气、天然气、或者上述两种或多种。

SMR微通道反应器130可包括多个SMR工艺微通道、多个燃烧通道、和多个分阶段的添加通道。SMR微通道反应器130可包括任一希望的数目的SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段的添加通道，例如每种约100到约50000个，并且在一个实施方案中每种约1000到10000个。所述SMR工艺微通道可含有一种或多种SMR催化剂。所述SMR工艺微通道可是U形或者倒U形(参见图15和19)，其中，使所述反应物在所述微通道反应器的一侧进入所述工艺微通道，并且使产物在所述微通道反应器的同侧从所述SMR工艺微通道排出。或者，所述SMR工艺微通道可以是直管通道(参见图16-18)，其中，使所述反应物在所述微通道反应器的一侧进入所述工艺微通道，并且使产物在所述微通道反应器的另一侧从所述工艺微通道排出。所述燃烧通道可含有一种或多种燃烧催化剂。每个燃烧通道与至少一个分阶段的添加通道相邻。所述分阶段的添加通道可有不同于所述燃烧通道的长度。所述燃烧通道和分阶段的添加通道可以是微通道。所述燃烧通道可以是U形、倒U形、W性或M形(参见图15-17)，其中，使所述富H₂燃料在所述微通道反应器的一侧进入所述燃烧通道，并且所述燃烧废气在同一侧排出。或者，所述燃烧通道可以是直管通道(参见图18和19)，其中，使所述富H₂燃料在所述反应器的一侧进入所述SMR微通道反应器，并且使燃烧废气从所述微通道反应器的另一侧排出。所述燃烧通道可对齐排列，以使在所述燃烧通道内的流体相对于所述SMR工艺微通道的流体流动为顺流、逆流或错流的流动。所述SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段添加通道可以层层重叠或者并排设置。两个或者多个SMR工艺微通道可与每个燃烧通道组合使用。例如，每个燃烧通道可与两个SMR工艺微通道组合使用，其中所述SMR工艺微通道的一个与所述燃烧通道相邻，并且另一个SMR工艺微通道与第一个SMR工艺微通道相邻设置，并且与所述燃烧通道热力学接触(参见图15、17和19)。所述SMR微通道反应器130可装配合适的顶盖、底座或歧管，以使所述反应物流入所述SMR工艺微通道，使产物流出所述SMR工艺微通道，使富H₂燃烧进入所述燃烧通道，使氧气或一种氧源进入所述分阶段的添加通道，并且使燃烧废气从所述燃烧通道排出。

所述费托微通道反应器150和170的每一个可以包括层层重叠或者并排设置的多个费托工艺微通道和多个热交换通道。所述费托微通道反应器150和170每个可能含有任一希望的数目的工艺微通道和热交换通道，例如每种约100到约50000个，并且在一个实施方案中每种约1000到10000个。所述热交换通道可以是微通道。所述费托工艺微通道可以是直管通道(参见图24-27)，其中，使所述反应物在所述微通道反应器的一侧进入所述处理微通道，并且使产物在所述微通道反应器的另一侧从所述工艺微通道排出。在一个实施方案中，所述反应物可以在所述通道的顶端进入并且产物在所述通道的底部排出，以建立一种向下流动模式。所述热交换通道可对齐排列，以使所述热交换流体相对于所述工艺微通道的流体流动为顺流、逆流和/或错流的流动。两个或者多个费托工艺微通道可与每个热交换通道组合使用。例如，每个热交换通道可与两个费托工艺微通道组合使用，其中所述费托工艺微通道的一个与所述热交换通道相邻，并且另一个费托工艺微通道与所述的第一个费托工艺微通道相邻，并且与所述热交换通道热力学接触。所述费托微通道反应器的每一个可装配合适的顶盖、底座或歧管，以使所述反应物流入所述费托工艺微通道，使产物流出所述费托工艺微通道，并且使热交换流体进入和流出所述热交换通道。所述产物歧管可包括一个加热套以维持所述产物混合物的温度，直至它从所述费托微通道反应器容器400流出(参见图20-22)。可通过蒸汽、电力或其他手段提供所述热量。

H₂分离器140可以是一种微通道分离器或者一种传统分离器。H₂分离器140可包括一种变温吸附分离器、一种变压吸附分离器、一种膜分离器或上述两种或多种的组合。

分离器157和177可包括任一分离器，该分离器适于从一种含有液态烃、烃和水的混合物中分离液态烃、烃和水。所述分离器可以是微通道分离器或者传统分离器。分离器157和177可包括高温和/或低温气-液分离器或低压分离器，或这些分离器中的两种或多种的组合。

进行操作时，如线118所示，使一种天然气进料进入预重整器120。在预重整器120中，所述天然气进料与蒸汽混合并且进行反应，其中，可能将所述天然气进料中的至少一部分较高分子量的烃(即乙烷和以上的烃)转化为甲烷。如线122所示，产物作为所述SMR反应进料从预重整器120流入所述SMR微通道反应器130。所述SMR反应进料包括一种含有甲烷和蒸汽的气体混合物。

在SMR微通道反应器130中，所述SMR反应进料进行蒸汽甲烷重整(SMR)反应，生成一种含有CO和H₂的第一中间产物。该第一中间产物指合成气(synthesis gas)或合成气(syngas)。在SMR微通道反应器130内的温度可在从约600℃到约1000℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约700℃到约950℃的范围内。在所述SMR微通道反应器内的压力可在从约5到约25个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在从约15到约20的范围内。SMR微通道反应器130内甲烷的转化率可在从约10％到约100％的范围内，在一个实施方案中在从约60％到约100％的范围内，并且在一个实施方案中在从约60％到约90％的范围内。对CO的选择性可在从约10到约90％的范围内，在一个实施方案中在从约30％到约80％的范围内，并且在一个实施方案中在约40％到约75％的范围内。在SMR微通道反应器130内CO的产率在每摩尔甲烷生成约0.5到0.5摩尔CO的范围内，并且在一个实施方案中在每摩尔甲烷生成约0.9到1.2摩尔CO的范围内。

如线132所示，第一中间产物从SMR微通道反应器130流入H₂分离器140。在H₂分离器140中，如线142所示，部分所述H₂从第一中间产物中分离，并且流入或者回收至SMR微通道反应器130。具有降低的H₂浓度的第一中间产物的残余物包括一种第二中间产物，如线144所示，该第二中间产物从H₂分离器140流入费托微通道反应器150。回收至SMR微通道反应器130的第一中间产物中的H₂量，按第一中间产物中H₂量的体积计可以是从约5％到约50％，在一个实施方案中从约15％到约50％，在一个实施方案从约15％到约35％，以及在一个实施方案中从约25％到约35％。如箭头145所示，从第一中间产物分离的一部分所述H₂可以从流入SMR微通道反应器130的所述H₂中划分出来。划分出的H₂可作为用于其他装置的一种燃料或者作为一种化学原料用于其他工艺操作，例如加氢裂解、加氢处理、加氢脱硫、催化剂再生等等。

回收到SMR微通道反应器130的被分离的H₂包括一种富H₂燃料。该富H₂燃料可包括至少按体积计约80％的H₂，在一个实施方案中按体积计约90％的H₂，在一个实施方案中按体积计约92％的H₂，在一个实施方案中按体积计约95％的H₂，以及在一个实施方案中按体积计约97％的H₂。所述富H₂燃料流入所述SMR微通道反应器的燃烧通道。如图2中所示的一个实施方案中的线133所示，空气作为一种氧源进入SMR微通道反应器130的分阶段的添加通道，并且从所述分阶段的添加通道流入所述燃烧通道。在所述燃烧通道中，所述空气与所述富H₂燃料接触并混合。生成的燃料-空气混和物与所述燃烧通道中的一种或多种燃烧催化剂接触，进行燃烧反应，并且产生热量和一种燃烧废气。如线134所示，所述燃烧废气从SMR微通道反应器130排出，流过热交换器135，如下所示，可与其他工艺流体进行热交换，并且如线136所示，流出热交换器135。所述燃烧废气包括水或水蒸气。一根补充线143可用于将额外的燃料添加至进入所述SMR微通道反应器的富H₂燃料。所述补充燃料可包括H₂。所述补充燃料可包括甲烷、天然气或一种工厂燃料气体混合物。

如线144所示，含有CO和H₂的第二中间产物从H₂分离器140流至第一费托微通道反应器150。在第一费托微通道反应器150中，所述第二中间产物流过所述费托微通道反应器，与一种或多种费托催化剂接触，并且反应形成一种费托产物，该费托产物包含较高分子量的烃、水和一种含有CO和H₂的气体混合物。所述费托微通道反应器150内的温度可在从约180℃到约300℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约200℃到约260℃的范围内。压力可在从约10到约50个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在从约12到约18个大气压的范围内。在所述费托工艺微通道入口处的温度可在所述费托工艺微通道出口处的温度约80℃的范围内。在所述费托微通道反应器150内的CO转化率可在从约10％到约99％的范围内，在一个实施方案中在从约50到约99％的范围内，在一个实施方案中在从约50到约90％的范围内，在一个实施方案中在从约70％到约85％的范围内，并且在一个实施方案中约80％。对甲烷的选择性可上至约25％，在一个实施方案中在从约1％到约15％的范围内，在一个实施方案中在从约3％到约15％的范围内。所述费托产物的产率在每摩尔CO的进料生成从约0.02到0.2摩尔费托产物的范围内，并且在一个实施方案中在每摩尔CO进料生成从约0.04到0.1摩尔费托产物的范围内。在分离器157中从所述水和气体混合物中分离出所述费托产物。所述费托产物在附图中显示为“FT产物”。如线113所示，所述工艺水流出分离器157。如线115所示，所述工艺水可废弃或者回收至饱和器110(参见图3-9)。所述分离的气体混合物指一种第三中间产物。

如线161所示，所述第三中间产物从分离器157流至压缩机160。如线162所示，所述第三中间产物在压缩机160内压缩并且流入第二费托微通道反应器170。或者，压缩机160被置于线132，并且用于压缩从SMR微通道反应器130流出的所述第一中间产物。或者，压缩机160可置于线116，并且用于压缩从分离器177流至饱和器110的所述尾气(参见图4-9)。

在第二费托微通道反应器170中，所述第三中间产物流过所述费托微通道反应器，与一种或多种费托催化剂接触，并且反应形成一种第二费托产物，该第二费托产物包含一种或多种较高分子量的烃、工艺水和尾气。在所述费托微通道反应器170内的温度可在从约180℃到约300℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约200℃到约260℃的范围内。压力可在从约10到约50个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在从约22到约26个大气压的范围内。在所述费托微通道入口处的温度可在所述费托微通道出口处的温度80℃的范围内。在所述费托微通道反应器170内的CO转化率可在从约10％到约90％的范围内，在一个实施方案中在从约30％到约90％的范围内，在一个实施方案中在从约40％到约70％的范围内，并且在一个实施方案中约80％。在两个费托微通道反应器150和170内的CO总转化率在从约50％到99％。当费托微通道反应器150和170都在80％转化率下运行时，两个反应器的总转化率可能在96％。对甲烷的选择性可上至约25％，在一个实施方案中上至约15％的范围内，在一个实施方案中在从约3％到约15％的范围内，并且在一个实施方案中在从约5％到约10％的范围内。所述费托产物的产率在每摩尔CO进料生成从约0.02到约0.3摩尔费托产物的范围内，并且在一个实施方案中每摩尔CO进料生成在从约0.1到约0.2摩尔费托产物的范围内。如箭头172所示，所述产物混合物从费托微通道反应器170流至分离器177，其中，所述费托产物被定义为“FT产物”，从所述工艺水和尾气中分离出来。

所述尾气可具有热值，并且可在一个燃烧体系中燃烧以再生所述能量，避免碳氢排放物或者使之最小。如线116所示(参见图4-9)，所述尾气可废弃、回收至一个工厂燃料气体体系，或者回收至所述饱和器110。如线117所示，一部分所述尾气可从所述回收中分离，并且作为一种燃料用于本方法以外的装置操作等等(参见图4-9)。在图9中所示的N₂分离步骤的一个额外的好处是使在所述尾气流体中N₂的浓度可能降低(相对于不含任何N₂分离的浓度)，并且可能导致降低使用所述尾气的燃烧系统的NO_x排放降低。每经过一个所述N₂分离器的单程，所述尾气中的N₂浓度按体积计可能降低约50％到约90％。

如线115所示，所述工艺水可废弃或者回收至饱和器110(参见图3-9)。

在费托微通道反应器150和170中进行的费托反应是放热反应。这些反应通过在所述费托微通道反应器的热交换通道中流动的一种热交换流体冷却。在图2中表示的热交换流体是水。所述热交换流体可在所述热交换通道中蒸发或者部分蒸发。在费托微通道反应器150和170中作为热交换流体使用的水可部分蒸发，形成一种蒸汽和水的混合物。这显示在图2中，如线151所示，其中水流入费托微通道反应器150。所述水流过费托微通道反应器150的热交换通道，从所述费托微通道吸收热量，并且在所述热交换通道中转化为一种蒸汽和水的混合物。如线152所示，所述蒸汽和水的混合物(在附图中显示为“蒸汽”)流出费托微通道反应器150。类似地，如线153所示，水进入费托微通道反应器170，，流过费托微通道反应器170的热交换通道，从所述费托微通道吸收热量，在热交换通道中转化为一种蒸汽和水的混合物，并且如线154所示，流出费托微通道反应器170。如线155所示，一部分所述蒸汽或者一部分所述蒸汽和水的混合物可以流入预重整器120(图2-4)和集成的SMR微通道反应器130A(图5)或者SMR微通道反应器130(图6-9)。如线156所示，一部分所述蒸汽或者一部分所述蒸汽和水的混合物可从所述工艺中分离出来，并且用于本方法以外的装置操作等等。从所述费托微通道反应器产生的蒸汽可并入一个工厂应用蒸汽系统，使本发明方法和可能在同一工厂运行的其他工艺的操作具有灵活度和经济性。如果未能提供所述费托产生的蒸汽，所述工厂应用蒸汽系统可允许所述费托产生的蒸汽以一种经济的方式使用，并且提供启动和SMR运行所需的蒸汽。

在图3中所示的工艺方法与在图2中所示的工艺方法类似。在图3所示的工艺方法包括饱和器110和如线115所示的从所述费托微通道反应器150和170到所述饱和器的工艺水的循环。所述饱和器110可包括能够接收并且混合所述天然气进料和工艺水的任一容器。天然气进料在所述饱和器110中与循环的工艺水合并。本方法的该实施方案可提供的优势是减少对费托微通道反应器150和170中产生的工艺水进行处理以移除溶解的有机物的需要。所述饱和器110可用于将所述天然气进料和工艺水与所述尾气混合(参见图4-9)。饱和器110可以是可承压的容器。饱和器110内的温度可在从约50℃到约400℃的范围内，在一个实施方案中在从约50℃到约250℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约140℃到约180℃的范围内。饱和器110内的压力可在从约1到约50个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在从约10到约30个大气压的范围内。

在图4中所示的工艺方法与在图3中所示的工艺方法类似。如线116所示，在图4中所示的工艺方法包括从分离器177回收尾气至饱和器110。如线117所示，一部分所述尾气可从所述工艺中分离出来，并且用于本方法以外的装置操作等等。在该实施方案中，回收所述尾气至饱和器110可能导致提高碳利用率。

除了在图4中的预重整器120和SMR微通道反应器130在图5中被整合在一起成为预重整器和SMR微通道反应器130A外，在图5中所示的工艺方法与在图4中所示的工艺方法类似。除了对于预重整器和SMR微通道反应器130A，预重整器和SMR微通道反应器用一种允许由燃烧反应提供操作所述预重整器所需的热量的方式合并外，预重整器和SMR微通道反应器130A与预重整器120和SMR微通道反应器130的合并相同，所述燃烧反应在所述SMR微通道反应器的燃烧通道中进行。

除了预重整和蒸汽甲烷重整在SMR微通道反应器130中进行外，在图6中所示的工艺方法与在图5中所示的工艺方法类似。在该实施方案中，按一定方式构建和操作SMR微通道反应器130，如果存在所述较高分子量的烃，按所述方式将其转化为甲烷，然后使甲烷在所述SMR工艺微通道中进行蒸汽甲烷重整。所述SMR工艺微通道可使用调节的热力学参数以使在所述SMR工艺微通道的第一部分在所述SMR工艺微通道内具有一个较低的操作温度，以将所述高分子量烃有效转化为甲烷，以及使在所述SMR工艺微通道的第一部分的下游的所述SMR工艺微通道的第二部分内具有一个较高的操作温度。在所述SMR工艺微通道的第一部分的温度可在从约150℃到约400℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约250℃到约350℃的范围内。所述SMR工艺微通道的第一部分可占所述SMR工艺微通道的总长度的从约1％到约40％，并且在一个实施方案中占总长度的从约10％到约25％。在所述SMR工艺微通道的第一部分的下游的所述SMR工艺微通道的第二部分内的温度可在一个足以使蒸汽甲烷重整起效的范围内。该温度可在从约600℃到约1000℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约700℃到约950℃的范围内。

除了在图7中显示的工艺包括气-液分离器180外，在图7中所示的工艺方法与在图6中所示的工艺方法类似。气-液分离器180可用于处理流过热交换器135之后的所述燃烧废气。如线136所示，所述燃烧废气从热交换器135进入气-液分离器180。在气-液分离器180中，所述燃烧废气分离为如线182所示的一股蒸气流体如线182所示和如线184所示的一股液体流体。所述液体流体可包括水，该水可回收至饱和器110或者作为沸腾器进料水的补充或者其他装置。这可提供的优势是减少或者消除本方法对新鲜水进料的需要。

除了在图8中显示的工艺方法包括H₂分离器190外，在图8中所示的工艺方法与在图6中所示的工艺方法类似，。如线116所示，所述尾气从所述分离器177进入H₂分离器190。在H₂分离器190中，所述尾气划分为一种富H₂尾气和一种富碳尾气。如线192所示所述富H₂尾气流出H₂分离器190。所述富H₂尾气可作为一种燃料用于装置和本方法以外的装置，或者作为SMR微通道反应器130的燃料补充。所述富H₂尾气可回收至SMR微通道反应器130或者作为SMR微通道反应器130的燃料补充。富H₂尾气的H₂可作为一种化工原料用于其他工艺操作，例如加氢裂解、加氢处理、加氢脱硫、催化剂再生等等。如线194所示，所述富碳尾气流入或者回收至饱和器110，或者当未使用饱和器110时，流入或回收至SMR微通道反应器130。在H₂分离器190中进行的分离可通过变温吸附(TSA)、变压吸附(PSA)、膜吸附或上述两种或多种的组合进行。这可提供的优势是在极少的CO和CO₂排放量下操作本方法。

除了所述尾气进行一个去N₂处理，在图9中所示的工艺方法与在图6中所示的工艺方法类似，。如线116所示，所述尾气流出分离器177，进入去N₂器195。如线196所示，在去N₂器195中，N₂从所述尾气中分离。然后，如线116所示，所述尾气流入或者回收至饱和器110，或者当未使用饱和器110时，流入或者回收至SMR微通道反应器130。如线117所示，一部分所述尾气可从所述尾气回收中分离，并且作为一种燃料用于操作装置和本方法以外的装置，或者作为SMR微通道反应器130的一种燃料补充。所述N₂排出方法可通过变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述两种或多种的组合进行。这可提供的优势是在极少的NO_x排放量下操作本方法。

尽管在附图中未示出，但在一个实施方案中，H₂和N₂可从线116的所述尾气中分离。这可通过变温吸附、变压吸附、膜、或上述两种或多种的组合进行。所述H₂分离器在N₂分离之后，反之亦然。所述H₂分离器和N₂分离器可整合在一起。这可提供的优势是在极少的CO、CO₂和NO_x排放量下操作本方法。

在一个实施方案中，下列程序可用于启动本发明方法：

(1)通过以每小时50℃的速度加热在SMR微通道反应器130中的SMR催化剂至450℃，并且使按体积计10％的H₂流入N₂与所述催化剂接触，激活所述SMR催化剂。

(2)给所述饱和器110进料天然气。使用高压氮气对SMR微通道反应器130加压。天然气作为燃料用于SMR微通道反应器130，直至所述反应器准备好被使用。使蒸汽和天然气流入SMR微通道反应器130。

(3)使用稀释H₂燃料进行催化燃烧，并且以每小时50℃的速度持续加热。从SMR微通道反应器130流出的产物被转至一个沸腾器，将其作为一种燃料使用直至完成至第一中间产物(即合成气)的部分转化。

(4)在H₂分离器140中进行H₂分离。以每小时50℃的速度持续加热SMR微通道反应器130。H₂在H₂分离器中分离。所述分离的H₂为燃烧通道中的燃烧和费托催化剂的活化(activation)提供H₂。

(5)在400℃下使用H₂活化费托微通道反应器150和170中的费托催化剂。将所述费托催化剂的温度降低至230℃。以每小时50℃的速度持续加热SMR微通道反应器130直至达到850℃。

(6)在230℃下进行费托微通道反应器150和170的操作。所述冷却水是循环的。从费托微通道反应器150和170得到费托产物并且可以升级。将所述尾气作为一种燃料使用直至SMR微通道反应器130达到850℃的操作温度。

(7)所述方法通过启动所述尾气回收流入饱和器110保持稳定。在SMR微通道反应器130中的温度是850℃。所述蒸汽-碳的比是3.0。

(8)将SMR微通道反应器中的温度升高至900℃。使所述蒸汽-碳的比降低至标准操作条件，如1.5。将所述流速设定为所述期望值。

如图10和11中所示，其中示出一个五股流热交换器，通过在所述工艺流体和热交换流体之间使用进行热交换的一种或多种多股流热交换器，可提高本发明方法的效率。该热交换器在SMR反应进料流体和第一中间产物流体之间、在流入SMR微通道反应器130的H₂流体和所述氧气或氧源流体与所述燃烧废气之间提供所述热量交换。在图11中显示的工艺方法不同于图10显示的工艺方法，其中，在图11中显示的工艺方法涉及将一个预重整器与所述SMR微通道反应器整合在一起，其中，使用来自于SMR微通道反应器的燃烧通道的热量加热所述预重整器。所述五股流热交换器可以是一种微通道热交换器。

在图36-38中显示用于SMR反应进料(反应物)和生成于SMR微通道反应器130的第一中间产物(产物)之间进行热交换的一个多股流热交换器。在该实施方案中，所述预重整器出口流体适用于一种分立的(非整合的)预重整器，即预重整器120。该紧凑型(compact)热交换器在热交换能力方面等同于约17个传统列管式热交换器，同时在空间(体积)、重量和管道要求方面具有显著的优势。在图37中显示的每个部件具有8.5×47.0×85.1英寸(21.6×119.4×216.2cm)的尺寸。在图42中显示的四个部件的总体积是135660立方英寸(2.223×10⁶cm³)。在图38中显示的热交换组具有8×10×10英尺(2.44×3.05×3.05米)。

可使用的多股流微通道热交换器的实例公布于PCT国际专利申请公开WO2004/016347A2中，以引文方式并入本发明申请。

在图23中更加详细地示出了压缩机160和分离器157和177与费托微通道反应器150和170的组合的操作。图23是一张流程图，其示出了用于操作费托微通道反应器150和170、压缩机160和分离器157和177的泵、滤网、容器、阀门和控制器。

天然气进料可以从任何来源获得。所述天然气进料可包括按体积计从约25％到约99％的甲烷，在一个实施方案中按体积计从约40％到约99％的甲烷，在一个实施方案中按体积计从约65％到约99％的甲烷，以及在一个实施方案中按体积计从约90到约99％的甲烷。所述天然气进料可进一步包括较高分子量的气态烃，例如，2到约5个碳原子的烃。所述天然气进料中所述较高分子量的气态烃在的浓度按体积计可在上至约20％的范围内，在一个实施方案中按体积计在从约1％到20％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约2％到10％的范围内。所述天然气进料可含有浓度按体积计上至20％的N₂，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.1％到5％的范围内。所述天然气进料可包含其他组分，包括CO₂、CO、水蒸气、液态天然气、氧气和氢气，浓度按体积计上至约40％。CO₂的浓度按体积计在从约0.1％到40％的范围内。

在本发明方法的上游，通过加氢脱硫处理能够除去所述天然气进料可能包括的硫。可使所述天然气进料流体流过一个催化剂床，以将所述天然气中含有的化合物的有机硫转化为H₂S。然后使含有所述H₂S的一种天然气进料流过一个吸附所述H₂S的氧化锌床。

如线118所示，所述进料流体从流出饱和器110(图3-9)，其可具有按体积计在从约1％到约90％的范围内的甲烷浓度，在一个实施方案中按体积计在从约15％到约50％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约20％到约30％的范围内。蒸汽的浓度按体积计在从约1％到约99％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约20％到约70％的范围内。该进料流体可含有较高分子的烃，例如2到约5个碳原子的烃。在所述进料中所述较高分子的烃的浓度按体积计在从约0.1％到约20％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.5％到约5％的范围内。所述进料可含有浓度按体积计上至约40％的范围内的CO₂，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.1％到约15％的范围内。所述进料可包括附加组分，例如，N₂、O₂、和CO。这些附加组分的浓度按体积计可在上至约20％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.1％到约5％的范围内。所述甲烷-蒸汽的摩尔比可在从约1到约4的范围内，在一个实施方案中在从约1到约3的范围内，并且在一个实施方案中在约1.5到约2.5的范围内。该流体的温度可在从约50到约400℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约150到约300℃的范围内。该进料流体可在从约1到约50个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在从约10到约30个大气压的范围内。所述进料流体可指在图5-9中所示的实施方案中的SMR反应进料，其中所述进料流体从饱和器110流入SMR微通道反应器130。

如线122所示(图2-4)，所述SMR反应进料从预重整器120流入SMR微通道反应器130，其可具有的甲烷浓度按体积计在从约1％到约90％的范围内，在一个实施方案中按体积计在从约15％到约50％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约20％到约30％的范围内。蒸汽的浓度按体积计可在从约1％到约90％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约30％到约80％的范围内。在所述SMR反应进料中，所述蒸汽-甲烷的摩尔比可在从约0.5到约6的范围内，在一个实施方案中在从约1到约4的范围内，在一个实施方案中在从约1到约3的范围内，并且在一个实施方案中在从约1.5到约2.5的范围内。所述SMR反应进料可含有2到约5个碳原子的较高分子量的烃，所述较高分子量的烃的浓度按体积计在上至15％的范围内，在一个实施方案中按体积计在从约0.01％到约15％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.1％到约5％的范围内。所述SMR反应进料可含有浓度按体积计上至约40％的范围内的CO₂，并且在一个实施方案中按体积在从约0.1％到约15％的范围内。其他组分包括N₂、O₂、和CO的浓度按体积计可在上至约20％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.01％到约5％的范围内。进入所述SMR微通道反应器的SMR反应进料的温度可在从约100到400℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约150到350℃的范围内。所述SMR反应进料可在从约1到约50个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在从约10到约30个大气压的范围内。

如线132所示，第一中间产物或合成气从所述SMR微通道反应器130排出，其可具有浓度按体积计在从约1％到约50％的范围内的CO，并且在一个实施方案中按体积计在从约10％到约30％的范围内。所述第一中间产物的H₂的浓度按体积计在从约1％到约80％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约10％到约50％的范围内。该第一中间产物可含有浓度按体积计在从约0.01％到约50％的范围内的甲烷，并且在一个实施方案中按体积计在从约1％到约20％的范围内。所述第一中间产物也可包括例如N₂、O₂和CO的附加组分，其组分浓度按体积计在上至约30％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.001％到约20％的范围内。所述第一中间产物的H₂-CO的摩尔比可在从约1到约4的范围内，在一个实施方案中在从约2到约3.5的范围内，在一个实施方案中在从约2.8到约3.2的范围内，并且在一个实施方案中约为3。流出SMR微通道反应器130的第一中间产物的温度可在从约100到约500℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约200到约400℃的范围内。所述第一中间产物可在从约1到约50个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在从约10到约40个大气压的范围内。

如线142所示，在H₂分离器140中，所述第一中间产物的一部分所述H₂从所述第一中间产物中分离出来，并且作为所述富H₂燃料流入或者回收至SMR微通道反应器130的燃烧通道。在H₂分离器140中，可使用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述两种或多种的组合进行所述中间产物中的H₂的分离。进入所述燃烧通道的富H₂燃料的温度可在从约25℃到约800℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约200到约600℃的范围内。进入所述燃烧通道的富H₂燃料可在从约1到约20个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在从约1到约3个大气压的范围内。

所述氧气或者氧源，可包括氧气、空气、富氧空气或者其他可作为一种氧源的氧化剂如氧化氮。氧源有利地是空气，这是在图2-9中显示的氧源。所述氧源包括二氧化碳、一氧化碳或过氧化物(如过氧化氢)。可使用含有氧气的气体混合物，如氧气和空气的混合物，或者氧气和一种惰性气体(如氦气、氩气等)的混合物或者一种稀释气体(如二氧化碳、水蒸气等)。

如线133所示，进入SMR微通道反应器130的分阶段的添加通道的氧气或者氧源的温度可在从约25到约800℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约50到约600℃的范围内。所述氧气或者氧源可在从约1到约50个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中，在从约1到约3大气压的范围内进入所述分阶段的添加通道。在SMR微通道反应器130的燃烧通道中进行的燃烧反应的H₂-氧气的摩尔比可在从约0.01到约1的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.1到约0.6的范围内。

如线144所示，第二中间产物从所述H₂分离器140排出，其可具有浓度按体积计在从约1％到约50％的范围内的CO，并且在一个实施方案中按体积计在从约10％到约40％的范围内。所述第二中间产物的H₂的浓度按体积计在从约10％到约90％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约20％到约80％的范围内。所述第二中间产物可含有浓度按体积计在从约0.01％到约50％的范围内的甲烷，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.1％到约20％的范围内。所述第二中间产物也可包括浓度按体积计在上至约20％的范围内的附加组分，如N₂、O₂、和CO，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.001％到约5％的范围内。所述第二中间产物的H₂-CO的摩尔比可在从约1到约4的范围内，在一个实施方案中在从约1.5到约2.5的范围内，并且在一个实施方案中在从约2.08到约2.13的范围内。从所述H₂分离器140流出的第二中间产物的温度可在从约25到300℃的范围内，并且在一个实施方案中在从约50到250℃的范围内。所述第二中间产物可在从约1到约100个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在约10到约50个大气压的范围内。

将进入所述费托微通道反应器150和170的每一个反应器中的H₂-CO的摩尔比调整到特定值，可获得附加的灵活度，以使每个费托微通道反应器和/或本发明方法的整体实现方法和经济利益的最优化。例如，鉴于本发明方法所提供的H₂的净余量，可以调节在费托微通道反应器150和170之间的H₂-CO比。这也适用于将费托微通道反应器150和170的每一个反应器最优化，以使目标产物的产率最大化。这也适用于可能对用于费托微通道反应器170下游的任何附加的费托微通道反应器的进料流体的H₂-CO比进行调整。

在费托微通道反应器150中生成的产物可包括一种费托产物、水、和一种含有CO和H₂的气体混合物。这些物质在分离器157中彼此分离。所述气体混合物可包括在常压下的沸点低于约30℃的烃。所述气体混合物可指第三中间产物。

所述第三中间产物可具有浓度按体积计在约1到约50％的范围内的CO，并且在一个实施方案中按体积计在从约10到约40％的范围内。在所述第三中间产物中H₂的浓度按体积计在从约1到约50％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约10％到约40％的范围内。所述第三中间产物可含有浓度按体积计在从约0.1％到约20％的范围内的甲烷，并且在一个实施方案中按体积计在从约1％到约15％的范围内。常压下的沸点在约30℃以下的烃的浓度按体积计可在上至10％的范围内，并且在一个实施方案中按体积计在从约2％到约5％的范围内。所述第三中间产物也可包括浓度按体积计在上至约20％的范围内的附加组分，如N₂、O₂、和CO，并且在一个实施方案中按体积计在从约0.01％到约5％的范围内。所述第三中间产物的H₂-CO的摩尔比可在从约0.01到约5的范围内，在一个实施方案中在从约0.5到约3的范围内，并且在一个实施方案中为约2.05。所述第三中间产物的温度可在从约100到约400℃的范围内，并且在一个实施方案中在约150到约250℃的范围内。在线161中所述第三中间产物可在从约1到约50个大气压的范围内的一个压力下，并且在一个实施方案中在约10到约30个大气压下。压缩机160可用于增加所述压力。进入费托微通道反应器170的第三中间产物的压力可在约10到约50个大气压的范围内，在一个实施方案中在约15到约50个大气压的范围内，在一个实施方案中在约15到约40个大气压的范围内，并且在一个实施方案中在约15到约25个大气压的范围内。

在费托微通道反应器170中生成的产物可包括一种液态烃馏分、一种气体混合物和工艺水。所述气体混合物可包括常压下的沸点在约30℃以下的烃。所述馏分可指一种尾气。所述尾气可回收或者如上所述，加以利用。所述液态烃馏分可指所述费托产物。所述费托产物可包括沸点在约30℃以上的烃(如重质链烷烃的中间馏分)。所述费托产物可包括约5到约100碳原子的链烷烃和/或烯烃，以及较高沸点的烃。

与所述天然气输入物中的含碳量相比，在费托微通道反应器150中生成的费托产物的所述碳利用率或含碳量的百分比可在从约50％到约70％的范围内。与所述天然气输入物中的含碳量相比，在费托微通道反应器170中生成的费托产物的含碳量的百分比可在从约10％到约20％的范围内。与所述天然气输入物中的含碳量相比。在费托微通道反应器150和170中生成的费托产物的总的碳利用率或含碳量的百分比至少约75％，在一个实施方案中在从约75％到约90％的范围内，在一个实施方案中在从约77％到约90％的范围内，并且在一个实施方案中在从约80％到约90％的范围内。所述数字可以在本方法无氧气输入或电能输出下获得。

所述费托产物可包括在常压下的在从约30到约175℃范围内沸腾的一种烃馏分。所述费托产物可包括在常压下在约175℃以上沸腾的一种馏分。在除去沸点在350℃以上的一种或多种馏分后，沸点在约175℃以上的馏分可分离为一种沸点在约175到约350℃范围内的蜡馏分。所述蜡馏分可含有约20到约50个碳原子的直链烷烃和相对少量的具有较高高沸点的支链烷烃。所述分离可采用分馏。

所述费托产物可包括甲烷、蜡和其他重质高分子量的产物。所述产物可包括烯烃，如乙烯、正构和异构烷烃，和上述的组合物。这些可包括在所述馏分燃料范围内的烃，所述范围包括喷气燃料或柴油燃料范围。

所述费托产物可包括按体积计为5％、沸点在350°F(177℃)以上的一种烃馏分，并且在一个实施方案中在约400°F(204℃)以上。在一个实施方案中，按体积计至少约90％的所述产物落入约300°F(149℃)到1050°F(566℃)的沸点范围，并且在一个实施方案中在约600°F(316℃)到1000°F(538℃)之间。

所述费托产物可经进一步处理以形成一种或多种分馏产物。所述分馏产物可包括一种沸点在约260-700°F(127-371℃)范围内的中间馏分。术语“中间馏分”往往包括柴油、喷气燃料和煤油沸点范围的馏分。术语“煤油”和“喷气燃料”沸点范围往往指260-550°F(127-288℃)的温度范围，并且“柴油”沸点范围往往指烃的沸点在约260到约700°F(127-371℃)之间。所述分馏产物可包括一种汽油或萘馏分。这些通常认为是从C₅到400°F(204℃)的终点馏分。

特别地，当需要提高辛烷值和/或降低倾点时，支化对于大多数最终产品可以是有利的。每摩尔正构烷烃的异构度可大于约1摩尔的异构烷烃，并且在一个实施方案中每摩尔正构烷烃异构为约3摩尔的异构烷烃。当用于一种柴油燃料组合物时，所述产物可包括一种具有一个至少约60的十六烷值的烃类混合物。

在一个实施方案中，与传统工艺(即非微通道)相比，本发明方法生成的所述费托产物(即第三中间产物或最终产物)可具有一种更高的烯烃-烷烃比。如图39中所示，其中，与在反应器1(较差热量移除)中相比，在反应器2(良好热量移除)中显示一个更高的烯烃比。尽管不希望受限于理论，然而相信在所述费托微通道反应器150和170中，通过本发明方法改善温度控制和降低接触时间，可减少关于所述烯烃的二级反应，以使可包括在所述产物混合物中的所述烯烃多于其他组分(乙醚、丙酮和/或有机酸)，该其他组分存在于利用传统工艺生成的费托产物中。

所述费托产物中的烯烃-链烷烃比可在从约0.01到约0.8的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.03到约0.7的范围内。在一个实施方案中，所述费托产物可包括从约5到约10个碳原子的烯烃和链烷烃的混合物，其中烯烃-链烷烃比可在从约0.2到约0.8的范围内，在一个实施方案中在从约0.25到约0.8的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.3到约0.8的范围内。在一个实施方案中，所述费托产物可包括约10个碳原子的烯烃和链烷烃的混合物，其中烯烃-链烷烃比大于约0.12。在一个实施方案中，所述费托产物可包括约8个碳原子的烯烃和链烷烃的混合物，其中烯烃-链烷烃比大于约0.15。在一个实施方案中，所述费托产物可包括约6个碳原子的烯烃和链烷烃的混合物，其中烯烃-链烷烃比大于约0.25。

在所述费托产物中的烯烃可使用微通道工艺或者传统(即非微通道)工艺进一步处理为乙醇、酸、酯等等。

较高分子量的产物，如蜡，可以被提取并直接加以利用，或者反应形成较低分子量的产物。例如，较高分子量的产物可通过加氢裂解以提供较低分子量的产物，从而提高液态易燃燃料的产率。加氢裂解指一种催化工艺，通常在有游离氢气的存在下进行，其中该操作的主要目的是裂解所述较大的烃分子。在进行加氢裂解操作中使用的催化剂在现有技术中是众所周知的，例如，以引文方式并入本发明申请的美国专利4,347,121和4,810,357，对加氢处理、加氢裂解以及在每个工艺方法中使用的催化剂进行了描述。所述费托产物可经进一步处理以形成一种润滑油基础油或者柴油燃料。例如，所述费托产物可经加氢裂解，然后使其分馏和/或催化异构，以提供一种润滑油基础油、柴油燃料等等。

所述费托产物可使用在美国专利6,103,099或6,180,575中公开的工艺进行加氢异构；使用在美国专利4,943,672或6,096,940中公开的工艺进行加氢裂解和加氢异构；使用在美国专利5,882,505中公开的工艺进行脱蜡；或者使用在美国专利6,013,171、6,080,301或6,165,949中公开的工艺进行加氢异构和脱蜡。这些专利的处理费托合成烃的工艺方法和利用该工艺方法生成的最终产物的公开内容以引文方式并入本文。

在一个实施方案中，一种加氢裂解反应器可与所述费托微通道反应器170串联操作。所述加氢裂解反应器可以是传统反应器或者一种微通道反应器。所述费托微通道反应器和所述加氢裂解反应器可置于同一设备中或者通过接管和除水依次分离。所述费托工艺微通道在所述费托反应区域的下游可包括一个加氢裂解区域进行加氢裂解。一种任选的配置是在一个整合的费托和加氢裂解反应器中增加水分捕捉，其中，所述费托产物被冷却以除去水分，然后将其重新加热至一个较高的温度以进行所述加氢裂解反应。额外的H₂可用于加氢裂解器反应器或者加氢裂解区域，以促进所述加氢裂解反应。所述额外的H₂可以是从线145中分离的多余的H₂或者从线192中分离的所述富H₂尾气。

如图12和13中所示，多个SMR微通道反应器130可置于容器200中。参考图12和13，所述容器200含有5个SMR微通道反应器130。这些反应器在图12和13中被定义为SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5。尽管在附图中显示了5个SMR微通道反应器130，然而应理解所述容器200可含有任一希望的数目的SMR微通道反应器。例如，所述容器200可含有从1到约1000个SMR微通道反应器130，在一个实施方案中从约3到约500个SMR微通道反应器130，在一个实施方案中从约3到约250个SMR微通道反应器130，在一个实施方案中从约3到约150个SMR微通道反应器130，在一个实施方案中从约5到约50个SMR微通道反应器130，并且在一个实施方案中从约8到约12个SMR微通道反应器130。在一个实施方案中，所述SMR容器200可含有从1到约50个SMR微通道反应器130，并且在一个实施方案中从1到约20个SMR微通道反应器130。所述容器200可以是承压容器。所述容器200包括入口202、204、208以及出口206。所述入口202与一根歧管相连，该歧管用于使所述SMR反应进料流入所述SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5的SMR工艺微通道。所述入口204与一根歧管相连，该歧管用于使所述富H₂燃料流入所述SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5的燃烧通道。所述出口206与一根歧管相连，该歧管用于使所述第一中间产物或者合成气从所述SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5流出所述容器200。所述入口208与一根歧管相连，该歧管用于使所述氧气或氧源(如空气)流入所述SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5的分阶段的添加通道。所述容器200还包括一个出口(附图中未示出)用于使废气流出所述SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4和130-5。

在图14中显示了容器200A。除了容器200A包括被称为SMR微通道反应器130-1、130-2、130-3、130-4、130-5、130-6、130-7、130-8和130-9的9个SMR微通道反应器外，所述容器200A与在图12和13中显示的容器200相同。在图14中显示了用于使流体流入和流出所述容器200A的所述阀门和控制器。容器200A可以是可承压的容器。

所述容器200和200A可由任一合适的材料制成，该材料足以使所述SMR微通道反应器在需要的温度和压力下进行操作。例如，所述容器200和200A的壳和顶盖可以由铸钢制成。所述法兰(flanges)、联接件和管道可由不锈钢或者其他合适的合金制成。所述容器200和200A可以有任一希望的尺寸，例如，从约30到约500cm，并且在一个实施方案中从约100到约300cm。所述容器200和200A的轴向长度可以是任一希望的值，例如，从约0.5到约50m，在一个实施方案中从约0.5到约15m，并且在一个实施方案中从约1到约10m。

如上所示，所述SMR微通道反应器130可包括多个层层重叠或者并排设置的SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段的添加通道。如图12和13中所示，所述SMR微通道反应器130可以是立方砖块的形状。每一个所述立方砖块具有长度、宽度和高度，所述长度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约50到约200cm的范围内。所述宽度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约50到约200cm的范围内。所述高度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约50到约200cm的范围内。

所述SMR微通道反应器130可包括多个重复单元，每一个重复单元包括一个或多个SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段的添加通道。分别如图15-19中所示，可使用的所述重复单元包括重复单元300、300A、300B、300C和300D。SMR微通道反应器130可包括从约1到约1000个的重复单元300、300A、300B、300C或300D，在一个实施方案中从约3到约750个，在一个实施方案中从约5到约500个，在一个实施方案中从约5到约250个，并且在一个实施方案中从约10到约100个重复单元。

在图15中显示的重复单元300包括SMR工艺微通道310和加热部分320。加热部分320包括燃烧通道330和分阶段的添加通道340和340A。所述工艺微通道310是倒U形，并且包括设置有一种SMR催化剂(图中未显示)的反应区域314。如箭头312所示，所述SMR反应进料进入SMR工艺微通道310，流过所述SMR工艺微通道，在反应区域314中与所述SMR催化剂接触，进行蒸汽甲烷重整反应，生成所述含有CO和H₂的第一中间产物。如箭头316所示，所述中间产物流出所述SMR工艺微通道。所述燃烧通道330是一个M形燃烧通道，并且包括设置有一种燃烧催化剂(图中未显示)的反应区域334。所述燃烧通道还包括其侧壁中的开孔部分338，以允许所述氧气或者氧源从分阶段的添加通道340和340A流入燃烧通道330。如箭头332所示，所述富H₂燃料进入燃烧通道330，并且流入反应区域334。如箭头342和342A所示，所述氧气或者氧源进入分阶段的添加通道340和340A，并且流过开孔部分338，进入燃烧通道330内的反应区域334。所述富H₂燃料与所述氧气或者氧源混合，与所述燃烧催化剂接触，并且进行产生热量和燃烧废气的燃烧反应。如箭头336所示，所述燃烧废气流出燃烧通道330。

除了重复单元300A的SMR工艺微通道310是直管微通道而非倒U形微通道外，在图16中所示的重复单元300A与重复单元300相同。

除了重复单元300B包括被称为SMR工艺微通道310和310A的两个相邻的SMR工艺微通道外，在图17中所示的重复单元300B与重复单元300A相同。SMR工艺微通道310与燃烧通道330相邻。SMR工艺微通道310A与SMR工艺微通道310相邻，并与燃烧通道330热力学接触。

除了在图18中显示的燃烧通道330是直管通道而非M形通道，并且只使用一个分阶段的添加通道340外，在图18中所示的重复单元300C与在图16中所示重复单元300A相同。

除了重复单元300D的SMR工艺微通道310是倒U形微通道而非直管微通道外，在图19中所示的重复单元300D与在图18中所示的单元300C相同。

费托微通道反应器150和170可置于分开的容器400，每个容器400具有如图20-22所示的构造。参考图21，容器400包括6个费托微通道反应器150或者6个费托微通道反应器170，在图中被定义为微通道反应器150/170。在图21中，所述反应器被定义为为费托微通道反应器150/170-1、150/170-2、150/170-3、150/170-4、150/170-5和150/170-6。尽管附图显示公开了6个费托微通道反应器，然而可理解所述容器400可含有任一希望的数目的费托微通道反应器。例如，所述容器400可含有从1到约1000个费托微通道反应器150或170，在一个实施方案中从约1到约750个，在一个实施方案中从约1到约500个，在一个实施方案中从约1到约250个，在一个实施方案中从约1到约100个，在一个实施方案中从约1到约50个，并且在一个实施方案中从约1到约20个费托微通道反应器150或170。所述容器400可以是承压容器。所述容器400包括入口402、404和410，以及出口406、408和412。所述入口402与一根歧管相连，该歧管用于使所述费托进料(即对于费托微通道反应器150是第二中间产物或对于费托微通道反应器170是第三中间产物)流入所述费托微通道反应器150或170的费托工艺微通道。所述入口404与一根歧管相连，该歧管用于使所述热交换流体(如饱和蒸汽和水)流入所述费托微通道反应器150或170的热交换通道。所述出口406与一根歧管相连，该歧管用于使产物从所述费托微通道反应器150或170流出所述容器400。所述出口408与一根歧管，该歧管用于使所述热交换流体(如蒸汽)流出所述费托微通道反应器150或170。所述容器400还包括一个入口410和出口412用于过热蒸汽的循环，以加热容器400的所述产物链并且保持流过所述产物歧管。

所述容器400可由任一合适的材料制成，该材料足以使所述费托微通道反应器150和170在需要的温度和压力下进行操作。例如，所述容器400的壳414和顶盖416可以由铸钢制成。所述法兰、联接件和管道可由316不锈钢制成。所述容器400可有任一希望的尺寸，例如，从约10到约1000cm，并且在一个实施方案中从约50到约300cm。所述容器400的轴向长度可以是任一希望的值，例如，从约0.5到约50m，并且在一个实施方案中从约1到约20m。

如上所示，费托微通道反应器150和170可包括多个层层重叠或者并排设置的费托工艺微通道和热交换通道。费托微通道反应器150和170可以是立方砖块的形状。每一个所述立方砖块具有长度、宽度和高度，所述长度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约20到约200cm的范围内。所述宽度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约20到约200cm的范围内。所述高度在从约10到约1000cm的范围内，在一个实施方案中在从约20到约200cm的范围内。

每一个所述费托微通道反应器150和170可包括多个重复单元，每个重复单元包括一个或多个费托工艺微通道和一个或多个热交换通道。分别如图24-27中所示，可使用的重复单元包括重复单元500、500A、500B和500C。费托微通道反应器150和170可包括从约1到约1000个的重复单元500、500A、500B和500C，并且在一个实施方案中从约10到约500个这样的重复单元，尽管在每一个重复单元500-500C中所示的催化剂是颗粒固体固定床的形式，然而可被理解的是所述催化剂可以是任一形式包括如下所述的多种催化剂结构。

在图24中显示了重复单元500。参考图24，费托工艺微通道510与含有热交换通道522的热交换层520相邻设置。热交换通道522可以是微通道。一面共有壁515使工艺微通道510和热交换层520分隔。催化剂530堆积在工艺微通道510中。催化剂床530可指一个反应区域。在一个实施方案中，热交换层520的长度上至所述反应区域长度的约200％，在一个实施方案中热交换层520的长度是所述反应区域长度的约50％到约175％，在一个实施方案中热交换层520的长度是所述反应区域长度的约75％到150％。如箭头144/162所示方向，所述反应组合物(即第二或第三中间产物)流入工艺微通道510的催化剂530的堆积床，与催化剂530接触，并且反应形成所述需要的产物。如箭头151/172所示，所述产物(即第三中间产物或者最终产物)流出工艺微通道510。热交换流体与在工艺微通道510中的反应组合物和产物的流动成错流方向，并且以该方向流过热交换通道522。在工艺微通道510中进行的费托反应是放热反应，并且所述热交换流体对所述反应进行冷却。

或者，所述工艺微通道和热交换通道可在重复单元500A中对齐设置。如图25中所示，重复单元500A与在图25中显示的重复单元500相同，除了热交换通道522旋转90°，并且所述热交换流体以一种方向流过热交换通道522，该方向是工艺微通道510的反应物和产物流动方向的逆流方向，或者相对于工艺微通道510的反应物和产物流动的并流方向。

或者，所述工艺微通道和热交换通道可在重复单元500B中对齐设置。在图26中显示了重复单元500B。参考图26，工艺微通道510a与热交换层521相邻设置。热交换层521含有多个相互平行设置的热交换通道522，每一个热交换通道522以一个相对于工艺微通道510a的长度方向垂直的角度沿所述长度延伸。热交换层521在长度上比工艺微通道510a短。热交换层521从或者靠近工艺微通道510A的反应区域514的入口513沿着工艺微通道510a的长度的方向延伸至一个点517，该延伸长度短于延伸至反应区域514的出口516的长度。在一个实施方案中，热交换层521的长度上至反应区域514长度的约90％，在一个实施方案中热交换层521的长度是反应区域514长度的约5到约90％，在一个实施方案中热交换层521的长度是反应区域514长度的约5到约50％，在一个实施方案中热交换层521的长度是反应区域514长度的约50到约90％。工艺微通道510a的宽度沿热交换层521的底端517的下游区域拓展或者延伸。或者，热交换层521可设置于靠近反应区域514的出口516的位置。

或者，所述工艺微通道和热交换通道可在重复单元500C中对齐设置。如图27中所示，重复单元500C与在图26中显示的重复单元500B相同，除了重复单元500C包括与工艺微通道510a相邻的热交换层521a，热交换层521a在与工艺微通道510a的热交换层521的相对面。热交换层521a含有多个平行热交换通道522a，其与上述热交换通道522的设计或尺寸相同或类似。热交换层521a从或者靠近工艺微通道510a的反应区域514的入口513沿着工艺微通道510a长度的方向延伸至一个点523，该延伸长度短于延伸至热交换层521的终端517的长度。热交换层521a的长度上至热交换层521长度的约90％，在一个实施方案中热交换层521a的长度是热交换层521长度的约5到约90％，在一个实施方案中热交换层521a的长度是热交换层521长度的约5到约50％，在一个实施方案中热交换层521a的长度是热交换层521的长度的约50到约90％。工艺微通道132a的宽度相应地沿热交换层521和521a的底端517和523的下游区域拓展或者延伸。或者，热交换层521和521a可设置于靠近反应区域514的出口516的位置。

在一种费托微通道反应器的设计和操作方面，其优势是提供一种沿着所述工艺微通道的长度的用于优化所述反应的调节的的热交换参数。通过使在所述工艺微通道中进行的费托反应产生的热量的局部释放匹配于所述微通道反应器的热交换通道中的热交换流体提供的热量移除或者冷却可实现所述热交换参数。与在所述反应区域的后置或者下游部分中相比，在所述工艺微通道的反应区域的前置或上游部分中，所述费托反应的程度更高，并且随该反应产生的热量释放更多。因此，与所述反应区域的下游部分相比，在所述工艺微通道的反应区域的上游部分中，需要进行更多的相匹配的冷却。与所述反应区域的下游部分相比，通过提供更多的热交换或者冷却通道，从而使在热力学接触的所述工艺微通道的反应区域的上游部分具有更多的进行热交换或冷却的流体的流动，可获得合适的热交换分布。这显示在图26和27中，其中，热交换层521和521a从反应区域514的入口513沿着工艺微通道500B和500C的长度的方向延伸至点517和523的长度短于延伸至所述反应区域514的出口516的长度。或者或此外，通过改变热交换通道中热交换流体流速可提供一种调节的热交换参数。与需要进行较少的热交换或冷却的区域相比，在需要进行额外热交换或冷却的区域中，可以将热交换流体的流速提高。例如，同在与工艺微通道的反应区域的下游部分进行热力学接触的热交换通道相比，在与工艺微通道的反应区域的上游部分进行热力学接触的热交换通道中热交换流体具有较高的流动的速度是有利的。因此，参考图24中，例如，与在靠近工艺微通道500的出口的热交换通道522的其中可能具有较低的流速相比，在靠近工艺微通道500的入口的热交换通道522中可以具有较高的流动的速度。通过选择最优的热交换通道尺寸和/或每种单独的或成组的热交换通道热交换流体流速，可对从所述工艺微通道到所述热交换通道的热量交换进行最优效果设计。用于调节热交换的附加的备选设计可涉及在所述工艺微通道内特定位置上的所述费托催化剂的选择和设计(如颗粒尺寸、催化剂制成、堆积密度、一种分级催化剂的使用或者其他化学或物理特性)。这些备选设计可同时影响所述工艺微通道的热量释放和向所述热交换流体的热量传递。在所述工艺微通道和所述热交换通道之间的温差，提供热量传递的驱动力，并且可沿着所述工艺微通道的长度变化。

在SMR微通道反应器130中的燃烧通道、分阶段的添加通道，以及在费托微通道反应器150和170中的热交换通道可以是微通道，或者，其可能具有不能将其归为微通道的尺寸。例如，这些通道可具有内高度或内宽度上至约50mm，在一个实施方案中上至约25mm，并且在一个实施方案中上至约15mm。所述SMR微通道反应器和所述费托微通道反应器是微通道。每一个所述微通道可有任一形状的横截面，例如正方形、矩形、圆形或者半圆形等等。每个微通道可有一个上至约10mm的内高度，在一个实施方案中上至约5mm，在一个实施方案中上至约2mm，并且在一个实施方案中上至约2mm。在一个实施方案中，所述高度可在约0.05到约10mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约5mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.05到约2mm的范围内，并且在一个实施方案中在约0.05到约1.5mm的范围内。这些微通道中的每一个微通道的宽度可以是任一尺寸，例如上至约3m，在一个实施方案中在从约0.01到约3m的范围内，并且在一个实施方案中在约0.1到约3m的范围内。所述每一个微通道的长度可以是任一尺寸，例如上至约10m，在一个实施方案中在约0.2到约10m的范围内，在一个实施方案中在从约0.2到约6m的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.2到约3m的范围内。

在SMR微通道反应器130中的SMR工艺微通道、燃烧通道和分阶段的添加通道，以及在费托微通道反应器150和170中的费托工艺微通道和热交换通道可有矩形横截面，并且可并排垂直对齐于定位平面或者并排水平对齐于定位重叠平面。这些平面可从水平面仰起一个倾斜角度。这些布局可指平行板布局。这些通道可设置于用于放大化的模块型紧凑单元。

可以采用任一材料制造SMR微通道反应器130和费托微通道反应器150和170，这些材料可提供足够的强度、尺寸稳定性和热传导特性以操作本发明方法。这些材料可包括钢、铝、钛、镍、铂、铑、铜、铬、黄铜、前述任意一种金属的合金、石英、硅，或者上述两种或多种物质的组合。

可以利用现有技术制造SMR微通道反应器130和费托微通道反应器150和170，该技术包括电火花线切割加工(wire electrodischargemachining)、传统加工、激光切割、光化学加工、电化学加工、成型、水射流、冲压、蚀刻(例如化学蚀刻、光化学蚀刻或等离子蚀刻)和上述的组合。

通过部分移除形成允许有流动通道的夹板(shim)，可构建SMR微通道反应器130和费托微通道反应器150和170。一沓夹板(shim)可通过扩散绑定(diffusion bonding)、激光焊(laser welding)、扩散焊(diffusion brazing)和类似方法的组合进行装配，以形成一个整合的装置。所述微通道反应器可通过夹板或推板(laminae)和单独的薄片(sheet)或带体(strip)的组合进行装配。在所述方法中，通过将带体或者单独的薄片进行组装，形成所述通道或空间区域，以减少所需的材料的量。

在所述SMR微通道反应器和费托微通道反应器和/或燃烧通道中可含有一个或多个表面特征，该表面特征在所述工艺微通道的一个或多个内壁上是凹坑和/或突起的形式。实例示于图40和41中。在费托微通道反应器150和170的热交换通道中也可包含这样的表面特征。所述表面特征可用于干扰所述通道内流动的流体的流动。这些对流动的干扰可增强混合和/或热传导。所述表面特征可以是带图案的表面的形式。所述SMR和/或费托微通道反应器可通过将多个夹板压制在一起制成。在所述夹板的一个或两个主要表面上可含有表面特征。或者，可将一些薄片或夹板以及一些带体或单独的薄片组装成所述SMR和/或费托微通道反应器，以减少制造所述装置所需的金属的总量。在一个实施方案中，一个含有表面特征的夹板可与另一个含有表面特征的夹板配对(在一个微通道的两对面)。与仅在一个主要表面上有表面特征的通道相比，配对可产生更好的混合或热传导增强。在一个实施方案中，所述图案可包括带斜纹的凹坑，该凹坑基本覆盖在一个微通道表面的整个宽度上。一面壁的所述带图案的表面特征区域可包括一个微通道表面的一部分或者整个长度。在一个实施方案中，表面特征覆盖了至少约10％，在一个实施方案中至少约20％，在一个实施方案中至少约50％，在一个实施方案中一个通道表面的长度的至少约80％。每种带斜纹的凹坑可包括一个或多个相对于所述流向的角度。相对于其他凹坑表面特征，连续凹坑表面特征可包括类似的或者交替的角度。

在实施方案中，其中的表面特征可置于多于一面的微通道壁之上或之内，在一面壁之上或之内的所述表面特征可有和在第二面壁上同样(或类似)的图案，但围绕着所述主通道平均总体流动方向的中心线旋转。在实施方案中，其中的表面特征可能在相对壁之上或之内，在一面壁之上或之内的所述表面特征可大体是在其相对壁上的所述特征的镜像。在实施方案中，其中的表面特征可置于多于一面的微通道壁之上或之内，在一面壁之上或之内的所述表面特征可有和在第二面壁上同样(或类似)的图案，但围绕着所述主通道平均总体流动方向的垂直轴线旋转。换言之，所述表面特征可相对于所述主通道平均总体流动方向翻转180度，并且相对于所述主通道平均总体流动方向的中心线旋转。在相对或者相邻壁之上或之内的表面特征可以或者可以不直接相互对齐，但可沿着所述壁在所述壁长度的至少一部分上不断重现。表面特征可置于一个通道的三个或者更多个内表面。对于有三个面或者更少个面的通道，如三角形、卵形(oval)、椭圆形(elliptical)、圆形等等，所述表面特征可覆盖所述微通道的周长的约20％到约100％。

在一个实施方案中，一个带图案的表面可包括多种互相重叠的图案。多种孔图案或者一系列的孔可设置在与一个热交换壁相邻的位置，并且第二图案，如表面特征的一种带斜纹的布置，可重叠在上面，并且与一个用于流动的开放通道相邻。与一个开口相邻的薄片可有穿过所述薄片厚度的图案，以使流动可穿过所述薄片进入下面的图案。流动可能作为平流或者扩散的结果发生。例如，带有一系列穿过孔的第一薄片可置于一个热传导壁上，并且带有斜纹穿过槽的第二薄片可置于第一薄片之上。这为黏附一种催化剂提供了更多表面积。在一个实施方案中，所述图案可在所述工艺微通道的至少另一面壁上重现。所述图案可在两相对面上抵消。所述最深处的带图案的表面(那些界定一个流动通道的表面)可含有一种图案，如一种斜纹系列。所述斜纹系列可两面同时设置成均沿着流动的方向或者一面设置成沿着流动的方向而相对面设置成逆着流动的方向。通过改变两相对面的表面特征，在沿着中心或开放孔向下流动的所述流体中可产生不同的流场和涡量程度。

可设置所述表面特征与穿过所述通道的流动的方向成一定角度。可设置所述表面特征可与相对流动方向成从约1°到约89°的角度，在一个实施方案中从约30°到约75°的角度。设置的角度可以是斜角。可沿着流动方向或者逆着流动方向设置所述具有角度的表面特征。流体的流动与所述表面特征接触可迫使一部分所述流体进入所述表面特征的凹坑内，而其他流体在所述表面特征上流动。在所述表面特征内的流动可与所述表面特征一致，并且与所述通道内总体流动方向成一定角度。当流体流出所述表面特征时，对于一个x、y、z坐标系，其中，所述总体流动是z方向，并可在x和y方向施加动量。这可使所述流体产生一种扰动或漩涡。该图案可有利于混合。

在所述工艺微通道中两种或多种表面特征区域可串联设置，以通过第一表面特征区域，然后通过可能使用一种不同流动图案的至少一个第二表面特征区域，实现所述流体的混合。

所述表面特征可具有互相重叠或者以三维模式缠绕在一起的两个层或多个层。在每个单独的层上的图案可以是相同或者不同的。在每一层或者仅在一层种的流动可以打旋或者平流。与所述通道的总体流动路径不相邻的次层可用于产生额外的表面积。所述流动可在表面特征的第一层打旋，并且通过分子扩散进入第二层或者更多次层以促进反应。可通过金属铸造、光化学加工、激光切割、蚀刻、射频消融、或其他工艺制造三维表面特征，其中变化的图案可能被破碎成好像互相重叠的单独的平面。三维表面特征可与所述微通道内总体流动路径相邻，其中的所述表面特征具有不同的深度、形状和/或位置，伴随有具有变化的深度、形状和/或位置的图案的次特征。

一个三维表面特征结构的实例可包括在与所述微通道总体流动路径相邻的内表面上嵌入的倾斜角度或者人形纹。在所述人形纹下，可具有一系列三维结构，所述三维结构与相邻于总体流动路径的表面特征相连，但用不同形状、深度和/或位置的结构制成。进一步有利于提供次层通道，该通道不直接落在一个相邻与所述微通道内的总体流动路径的开放表面特征之下，而是连通一个或多个弯曲的二维或三维通道。该方法有利于使在所述微通道内具有调整的停留时间分布，其中，希望停留时间分布具有更宽和更窄的对比。

一个表面特征的长度和宽度可采用与一个通道的长度和宽度的相同方法界定。所述深度可以是所述表面特征沉入或者从所述微通道的表面升起的距离。所述表面特征的深度可与堆放一个重叠的和绑定的微通道装置的方向一致，所述微通道装置具有形成于所述薄片表面之上或之内的表面特征。所述表面特征的尺寸可指一个表面特征的最大尺寸，例如，一个圆槽的深度可指最大深度，即到所述圆槽的底部的深度。

所述表面特征可有上至约5mm的深度，在一个实施方案中上至约2mm，在一个实施方案中在从约0.01mm到约5mm的范围内，在一个实施方案中在从约0.01mm到约2mm的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.01mm到约1mm的范围内。所述表面特征的宽度可以足以使其几乎横跨所述微通道宽度(例如人字形(herringbone)设计)，但在一个实施方案中(如填入特征)横跨所述微通道宽度的约60％或更少，在一个实施方案中约50％或更少，在一个实施方案中约40％或更少，在一个实施方案中在所述微通道宽度的从约0.1％到约60％的范围内，在一个实施方案中在所述微通道宽度的从约0.1％到约50％的范围内，并且在一个实施方案中在所述微通道宽度的从约0.1％到约40％的范围内。所述表面特征的宽度可在从约0.05mm到约100cm的范围内，在一个实施方案中在从约0.5mm到约5cm的范围内，并且在从约1到约2cm的范围内。

复合表面特征或表面特征区域可包含于一个通道内，并包括以不同深度凹入一个或多个微通道壁的表面特征。在所述凹陷之间的距离可在从约0.01mm到约10mm的范围内，并且在一个实施方案中在从约0.1到约1mm的范围内。所述表面特征可存在于穿过一个微通道的全长上或者在所述通道的一部分或区域内。具有表面特征的所述部分或区域可以是间歇性的，使在合适的范围内晋升为一种希望的混合或单元操作(例如，分离、冷却等)。例如，一个通道的一段一厘米的部分具有一系列紧密相间的所述表面特征，然后是一段没有表面特征的四厘米的平坦通道，然后是一段具有疏松间隔的表面特征的两厘米部分。术语“疏松间隔的表面特征”指具有一段节距或特征的表面特征，其特征间距大于所述表面特征的宽度的5倍。

所述表面特征可置于基本延伸至一个通道的整个轴向长度的一个或多个表面特征区域内。在一个实施方案中，一个通道可有延伸至其轴向长度的约50％或更少的表面特征，在一个实施方案中其轴向长度的约20％或更少的表面特征。在一个实施方案中，所述表面特征可延伸至所述通道的轴向长度的约10％到约100％，在一个实施方案中约20％到约90％，在一个实施方案中约30％到约80％，在一个实施方案中至一个通道的轴向长度的约40％到约60％。

每个表面特征跨程(leg)可相对于所述总体流动方向呈一个倾斜角度。所述特征横跨长度或跨度可被定义为与所述特征朝向垂直的方向。例如，一个表面特征可是与一个垂直于主通道的总体流动的平均方向的平面成45度角的一个斜纹凹陷，所述主通道具有0.38mm的开口或跨度或特征横跨长度，并且具有5.6mm的特征流通长度。所述流通长度可以是从所述表面特征一端到另一端的在最长的方向上的距离，然而所述跨度或横跨特征长度可是在最短方向上的距离(但不是深度)。所述表面特征深度可是从所述主通道离开的距离。对于没有均一宽度(跨度)的表面特征，所述跨度是平均于所述整个流通长度的平均跨度。

一个表面特征可包括一个基于在所述表面特征的底部或者顶部的所述突出的区域上的凹陷或者突起。如果所述表面特征的顶部的面积等于或者超过所述表面特征的底部的面积，所述表面特征可被认为是凹陷。如果所述表面特征的底部的面积超过所述表面特征的顶部的面积，所述表面特征可被认为是突起。对于该描述，虽然所述表面特征可形容为凹陷，但是可理解的是，通过改变所述表面特征的纵横比，抑或可将其定义为一种突起。对于通过壁面限定的一个工艺微通道，所述壁面仅横贯所述表面特征的顶部，特别对于一种平坦通道，所有表面特征可定义为凹陷，并且可理解的是，通过使表面特征从一个通道的底部突起，可制造一种类似的通道，该通道具有含有所述表面特征的底部的横截面。

所述SMR和/或费托工艺微通道和/或燃烧通道可具有至少约20％，在一个实施方案中至少约35％，在一个实施方案中至少约50％，在一个实施方案中至少约70％，在一个实施方案中至少约90％的含有所述表面特征的通道的内表面(测量垂直于长度的横截面；即垂直于穿过所述通道的净流动的方向)。所述表面特征可覆盖至少约1cm的一段连续距离(stretch)，并且在一个实施方案中至少约5cm。在一个封闭通道的实例中，与一个从所述表面特征的底部或顶部均匀延伸的封闭通道或者一个介于中间的恒定值相比，所述表面特征的覆盖率的百分比可以是被表面特征覆盖的一个横截面部分。后者可以是一个平坦通道。例如，如果一个通道具有带图案的顶部或底部表面，该表面每一个跨度(宽)为0.9cm，和不带图案的侧壁面，该壁面每一个高度为0.1cm高，那么90％的所述通道的表面含有表面特征。

所述SMR和/或费托工艺微通道可于所有侧面上封闭，并且在一个实施方案中，所述通道具有通常的正方形或者矩形的横截面(在矩形通道的实例中，表面特征图案可置于两个主要面)。对于通常的正方形或者矩形通道，所述通道可仅在两个或三个侧面上封闭，并且仅所述两个或者三个侧壁面用于上述表面特征百分比的计算。在一个实施方案中，所述表面特征可置于在轴向上有或者恒定或者变化的横截面的圆柱形通道。

每一个所述表面特征图案可沿着所述通道的一面重现，在所述通道总体流动方向的所述表面特征之间有变化的或者常规的距离。在一些实施方案中，每个表面特征可能仅有一个单个跨程，而在其他实施方案中可以有多个跨程(两个、三个或多个)。对于一个宽的通道，复合表面特征或者重复表面特征的纵列可彼此相邻设置，横跨所述通道的宽度。对于每一个所述表面特征图案，所述图案沿着所述主通道的总体流动方向重复时，所述特征的深度、宽度、跨度和间距可以是变化或者恒定的。同样，具有一个以不同的角度连接两个跨程的顶点的表面特征几何体可具有备选实施方案，其中所述表面特征跨程在所述顶点可以不相连。

在所述SMR微通道反应器130的燃烧通道330的有孔部分338中的栅孔有足够大的尺寸，以允许氧气或者氧源流过所述有孔部分338。所述栅孔可指孔。所述有孔部分338可具有在从约0.01到约10mm范围内的厚度，在一个实施方案中在从约0.01到约5mm，并且在一个实施方案中在从约0.01到约2mm。所述栅孔可有上至约5000微米的平均直径，在一个实施方案中上至约1000微米，在一个实施方案中上至约500微米，在一个实施方案中在从约10到约500微米的范围内。

所述有孔部分338可由任一材料制成，所述材料提供足够的强度和尺寸稳定性以进行所述方法的操作。这些材料可包括：钢(如不锈钢、碳钢等等)、蒙乃尔合金、镍、铝、钛、镍、铂、铑、铜、铬、黄铜、前述任意一种金属的合金或者前述的两种或多种物质的组合物。可利用现有技术制造所述栅孔，例如激光钻孔、微机械系统(MEMS)、电沉积和光刻成型(LIGA)、电气起泡或电化学蚀刻或光化学蚀刻。

所述SMR催化剂可包括任意一种SMR催化剂。所述SMR催化剂可包括La、Pt、Fe、Ni、Ru、Rh、In、Ir、W和/或上述金属的一种氧化物，或者上述的两种或多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可进一步包括MgO、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂或上述两种或多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可包括在一种FeCrAlY合金的金属毡上含有13.8％-Rh/6％-MgO/Al₂O₃，通过使用约0.25mm厚度和约90％多孔性的FeCrAlY金属毡水印(wash coating)制备。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可衍生自一种La(NO₃)₃·6H₂O水溶液。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可衍生自一种Pt(NH₃)₄(NO₃)₂溶液。在一个实施方案中，所述SMR催化剂可衍生自沉积在一层或多层Al₂O₃上的La(NO₃)溶液和Rh(NO₃)溶液。

所述燃烧催化剂可包括Pd、Pr、Pt、Rh、Ni、Cu和/或上述金属的一种氧化物，或上述两种或多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可进一步包括Al₂O₃、SiO₂、MgO或上述两种或多种物质的混合物。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可衍生自沉积在一层Al₂O₃上的Pd(NO₃)₂的溶液。在一个实施方案中，所述燃烧催化剂可包括使用硝酸盐形式的前体的一层Pr和Pd和使用一种Pt(NH₃)₄(NO₃)₂溶液的一层Pt。

所述费托催化剂可包括任意一种费托催化剂。所述费托催化剂可包括至少一种催化活性的金属或其氧化物。在一个实施方案中，所述费托催化剂可进一步包括一种催化剂载体。在一个实施方案中，所述费托催化剂可进一步包括至少一种促进剂。所述催化活性的金属可包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述两种或多种物质的组合。所述载体材料可包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氟化铝、氟化氧化铝、膨润土、氧化铈、氧化锌、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、分子筛或上述两种或多种物质的组合物。所述载体材料可包括一种耐高温氧化物。所述促进剂可包括IA、IIA、IIIB或IVB族金属或其氧化物，一种镧系金属或金属氧化物，或一种锕系金属或金属氧化物。在一个实施方案中，所述促进剂是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或上述金属的一种氧化物，或上述两种或多种物质的混合物。可使用的催化剂的实例包括在美国专利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；美国专利申请公开2002/0028853A1；2002/0188031A1；和2003/0105171A1中所公开的内容中；将这些专利或专利申请公开的费托催化剂和制备这些催化剂的方法以引文方式并入本专利申请。

在一个实施方案中，所述费托催化剂可包括担载在一种载体上的Co和任选地包括一种协同催化剂和/或促进剂，其中所述Co装载量按重量计至少约5％，在一个实施方案中按重量计至少约10％，在一个实施方案中按重量计至少约15％，在一个实施方案中按重量计至少约20％，在一个实施方案中按重量计至少约25％，在一个实施方案中按重量计至少约28％，在一个实施方案中按重量计至少约30％，在一个实施方案中按重量计至少约32％，在一个实施方案中按重量计至少约35％，并且在一个实施方案中按重量计至少约40％。在一个实施方案中，所述Co装载量可按重量计从约5％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约10％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约15％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约20％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约25％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约28％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约30％到约50％，在一个实施方案中按重量计从约32％到约50％。所述催化剂的催化活性的金属(即Co和任选地一种协同催化剂和/或促进剂)的金属分散度可从约1％到约30％的范围内，在一个实施方案中约2％到约20％，并且在一个实施方案中约3％到约20％。所述协同催化剂可以是Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述金属的一种氧化物，或上述两种或多种物质的混合物。所述促进剂可是IA、IIA、IIIB或IVB族金属或其氧化物，一种镧系金属或金属氧化物，或一种锕系金属或金属氧化物。在一个实施方案中，所述促进剂是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或上述金属的一种氧化物，或上述两种或多种物质的混合物。可以在基于所述催化剂的总重量(即催化剂、协同催化剂、促进剂、载体的重量)按重量计上至约10％的一个浓度下使用所述协同催化剂，在一个实施方案中按重量计约0.1％到约5％。可以在基于所述催化剂的总重量按重量计上至约10％的一个浓度下使用所述促进剂，在一个实施方案中按重量计约0.1％到约5％。

在一个实施方案中，所述费托催化剂可包括由氧化铝担载的Co；所述Co的装载量按重量计至少约25％，在一个实施方案中按重量计至少约28％，在一个实施方案中按重量计至少约30％，并且在一个实施方案中按重量计至少约32％；所述Co分散度是至少约3％，在一个实施方案中至少约5％，并且在一个实施方案中至少约7％。

在一个实施方案中，所述费托催化剂可包括一种下式表示的组合物

CoM¹ _aM² _bO_x

其中：M¹是Fe、Ni、Ru、Re、Os或上述的混合物，并且在一个实施方案中M¹是Ru或Re或上述物质的混合物；M²是Li、B、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、La、Ac、Ce或Th，或上述两种或多种物质的混合物；a是0到约0.5范围内的一个数，并且在一个实施方案中是0到约0.2；b是0到约0.5范围内的一个数，并且在一个实施方案中是0到约0.1；以及x是满足式中元素价态平衡所需的氧的数目。

在一个实施方案中，所述费托催化剂可使用多个浸渍步骤，其中可在每个浸渍步骤之间进行内煅烧(intercalcination)步骤。至少在一个实施方案中，使用这样一种程序比没有使用该内煅烧步骤的程序中的催化剂能装载更多的起催化作用的金属和任选的促进剂。在一个实施方案中，一种起催化作用的金属(如Co)和任选的协同催化剂(如Re或Ru)和/或促进剂通过下列步骤装载于一种载体(如Al₂O₃)上：(A)用一种包括一种起催化作用的金属和任选的一种协同催化剂和/或促进剂的组合物浸渍所述载体，以提供一种中间催化剂产物；(B)煅烧步骤(A)形成的所述中间催化剂产物；(C)用另一种包括一种催化金属和任选的一种协同催化剂和/或促进剂的组合物浸透步骤(B)形成的煅烧的中间产物，以提供另一种中间催化剂产物；(D)煅烧步骤(C)形成的所述另一种中间催化剂产物，以提供目标催化剂产物。使用一种初湿含浸法将所述催化金属和任选的协同催化剂和/或促进剂可浸渍于所述载体上。步骤(C)和(D)可重复一次或多次，直至达到催化剂金属和任选的协同催化剂和/或促进剂的目标装载量。包括所述起催化作用的金属的组合物可以是所述金属的硝酸盐溶液，例如，硝酸钴溶液。所述方法可持续直至所述催化金属(如Co)达到按重量计约20％或更高的装载量，在一个实施方案中按重量计约25％或更高，在一个实施方案中按重量计约28％或更高，在一个实施方案中按重量计约30％或更高，在一个实施方案中按重量计约32％或更高，在一个实施方案中按重量计约35％或更高，在一个实施方案中按重量计约37％或更高，并且在一个实施方案中按重量计约40％或更高。每一个所述煅烧步骤可包括在约100℃到约500℃的温度范围内加热所述催化剂，在一个实施方案中约100℃到约400℃，在一个实施方案中约250℃到约350℃，加热时间约0.5到约100小时，在一个实施方案中约0.5到约24小时，并且在一个实施方案中约2到约3小时。所述温度以约1-20℃/分钟的速度梯度上升至所述煅烧温度。在所述煅烧步骤之前可进行干燥步骤，其中所述催化剂在约75到约200℃的温度下干燥，在一个实施方案中约75℃到约150℃，干燥时间为约0.5到约100小时，并且在一个实施方案中约0.5到约24小时。在一个实施方案中，所述催化剂可在约90℃下干燥约12小时，并且随后在约110-120℃下干燥约1-1.5小时，所述温度可以约0.5-1℃/分钟的速度从90℃梯度上升至110-120℃。

在所述工艺微通道或燃烧通道中，所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可置于一个单个的反应区域或多于一个的反应区域内。在每个反应区域中可使用相同或者不同的催化剂。所述催化剂可是分级催化剂。在每个反应区域中，与所述反应区域相邻或者热力学接触的一个或多个热交换区域的长度在其尺寸上可变化。例如，在一个实施方案中，这些热交换区域的一个或多个的长度可少于每个反应区域的长度的约50％。或者，所述一个或多个热交换区域的长度可长于每个反应区域的长度的约50％，上至每个反应区域的长度的约100％。

所述SMR催化剂和/或费托催化剂可具有适合于所述工艺微通道的任一尺寸和几何构型。所述催化剂可以是具有约1到约1000μm(微米)的中间颗粒直径的颗粒固体的形式(如颗粒、粉末、纤维等等)，在一个实施方案中约10到约500μm，并且在一个实施方案中约25到约250μm。在一个实施方案中，所述催化剂可以是颗粒固体的固定床的形式。

在一个实施方案中，所述SMR催化剂，燃烧催化剂和/或费托催化剂可以是颗粒固体的固定床的形式(如图24-27和30中所示)。所述颗粒固体的中间颗粒直径可以是小的，每个工艺微通道的长度可以是相对短的。所述中间颗粒直径可在约1到约1000μm的范围内，在一个实施方案中约10到约500μm，并且每个工艺微通道的长度可在上至约500cm的范围内，在一个实施方案中约10到约500cm，并且在一个实施方案中约50到约300cm。

参考图30，颗粒固体床形式的催化剂600包括在工艺微通道602中。如箭头604所示，反应物进入所述固定床，进行反应，并且如箭头606所示，产物流出所述固定床。

所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂可担载在一个多孔载体结构上，如泡沫体、毡毯、团块或上述结构的组合。本文使用的术语“泡沫体”指一种结构，该结构具有限定孔的贯穿该结构的连续壁。本文使用的术语“毡毯”指一种在其中形成间隙的纤维的结构。本文使用的术语“团块”指一种缠结的丝线如钢丝的结构。所述催化剂可担载在一种蜂巢结构上。所述催化剂可担载在一种流经载体结构上，如一种有相邻空隙的毡，一种有相邻空隙的泡沫体，一种有空隙的翅片，在任一插入的底物上的一种罩面(washcoat)，或者平行于所述流动方向、为流动提供相应空隙的一种纱网。

在图31中显示了一种流经结构的一个实例。在图31中，催化剂610包括在工艺微通道612中。如箭头616和618所示，一个通道614允许流体穿过所述工艺微通道612的流动。所述反应物与所述催化剂接触，并且进行反应以生成所述产物。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可担载在一个流过载体结构如泡沫体、毡毯、颗粒、粉末或纱网。在图32中显示了一种流过结构的一个实例。在图32中，流过催化剂620包括在工艺微通道622中，如箭头624和626所示，所述反应物流过催化剂620并且进行反应以生成所述产物。

流过催化剂所用的载体结构可由一种材料构成，该材料包括硅胶、泡沫体铜、烧结不锈钢纤维、钢丝绒、氧化铝或上述两种或多种物质的组合。在一个实施方案中，所述载体结构可由一种导热材料，如一种金属制成，以增强所述催化剂的热量传入或传出。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可直接罩面在所述工艺微通道或者燃烧通道的内壁上，从溶液直接生长在所述通道壁上，或者涂覆于一种翅片结构上。所述催化剂可以是单片多孔的连续材料的形式，或者具有物理接触的很多片。在一个实施方案中，所述催化剂可包括一种连续材料，并且具有一种连续多孔性以使分子可穿过所述催化剂扩散。在该实施方案中，所述流体流过所述催化剂而非绕其周围流动。在一个实施方案中，所述催化剂的横截面积可占据约1％到约99％，并且在一个实施方案中约10％到约95％的所述工艺微通道和/或燃烧通道的横截面积。所述催化剂用BET测量，可具有大于约0.5m²/g的表面积，在一个实施方案中大于2m²/g。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可包括一种多孔载体、一个在所述多孔载体上的界面层和一种在所述界面层上的催化剂材料。所述界面层可以是沉积在所述载体上的溶液，或者通过化学蒸气沉积法或物理蒸气沉积法沉积。在一个实施方案中，所述催化剂有一种多孔载体、一个缓冲层、一个界面层和一种催化剂材料。前述层的任意一个层可以是连续的或者不连续的斑或点或者一种带有空隙或洞的层的形式。所述多孔载体用汞孔隙率法测量，可有至少约5％的孔隙率和一个约1到约1000微米的平均孔径(孔直径的和除以孔数)。所述多孔载体可以是一种多孔陶瓷或者一种金属泡沫体。其他可用的多孔载体包括碳化物、氮化物和复合材料。所述多孔载体可有约30％到约99％的孔隙率，并且在一个实施方案中约60％到约98％。所述多孔载体可以是泡沫体、毡毯、团块或上述的组合的形式。所述金属泡沫体的开放室可在约20孔每英寸(ppi)到约3000ppi，并且在一个实施方案中约20到约1000ppi，并且在一个实施方案中约40到约120ppi。术语“ppi”指每英寸孔的最大数目(在各向同性材料中测量的方向与此无关，但在各向异性材料中，所述测量在最大孔数的方向上完成)。

所述缓冲层，当存在时，可有与所述多孔载体或所述界面层均不同组成和/或密度，在一个实施方案中，热膨胀系数是所述多孔载体和所述界面层的热膨胀系数的中间值。所述缓冲层可以是金属氧化物或者金属碳化物。所述缓冲层可包括Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂或上述物质的组合。所述Al₂O₃可以是α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃或上述的组合。所述缓冲层可以由两种或多种组成不同的次层组成。例如，当所述多孔载体是金属时，例如一种不锈钢泡沫体，可使用一种由两种组成不同的次层组成的缓冲层。第一次层(与所述多孔载体接触)可以是TiO。第二次层可以是置于所述TiO之上的α-Al₂O₃。在一个实施方案中，所述α-Al₂O₃次层是密度层，为下面的金属表面提供保护。然后，可沉积一种低密度高表面积的界面层，如氧化铝，作为一种催化活性层的载体。

所述多孔载体可有不同于所述界面层的热膨胀系数。在该实施例中，需要一个缓冲层在两种热膨胀系数间过渡。所述缓冲层的热膨胀系数能够通过控制它的组成来调节，以获得与所述多孔载体和界面层的热膨胀系数一致的一个热膨胀系数。所述缓冲层应该没有开口或小孔，为所述下面的载体提供最佳保护。所述缓冲层可以是非多孔的。所述缓冲层可以有小于所述多孔载体的平均孔径的一半的厚度。所述缓冲层可有约0.05到约10μm的厚度，在一个实施方案中约0.05到约5μm。

在一个实施方案中，在没有一个缓冲层下可获得足够的粘合力和化学稳定性。在该实施方案中，可省去所述缓冲层。

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、碳或上述物质的组合。所述界面层可提供高表面积和/或为担载的催化剂提供一种希望的催化剂-载体的相互作用。所述界面层可包括传统上作为一种催化剂载体使用的任意一种金属。所述界面层可包括一种金属氧化物。可使用的金属氧化物的实例包括α-Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、TiO₂、氧化钨、氧化镁、氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化钼、氧化锡、氧化钙、氧化铝、镧系氧化物、沸石和上述物质的组合。所述界面层可在其上没有沉积任意一种进一步催化活性材料的情况下作为一种催化活性层使用。所述界面层可与一种催化活性层组合使用。所述界面层也可由两个或多个组成不同的次层组成。所述界面层可有小于所述多孔载体的平均孔径一半的厚度。所述界面层可有约0.5到约100μm的厚度，在一个实施方案中约1到约50μm。所述界面层可以是结晶或者非结晶的。所述界面层可有至少约1m²/g的BET表面积。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可沉积在所述界面层上。或者，所述催化剂材料可同步沉积在所述界面层上。所述催化剂层可以紧密地分散在所述界面层上。所述催化剂层“分散”或“沉积”在所述界面层上，包括传统上理解的微小催化剂颗粒分散在所述载体层(即界面层)的表面上、在所述载体层的裂缝里以及在所述载体层的开放孔内。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可担载在置于所述工艺微通道内的含有一个或多个翅片的组件。实施例示于图33-35中。参考图33，翅片组件630包括安装于翅片载体634上的翅片632，翅片载体634与工艺微通道638的底壁636重叠。翅片632从翅片载体634上延伸至工艺微通道638的内部。翅片632延伸至或者接触于工艺微通道638的上壁640的内表面。在翅片632之间且平行于其长度的翅片通道642为使反应物和产物流过工艺微通道638提供通道。每一个翅片632在其每一边有一个外表面。所述外表面为所述催化剂提供一种载体基底。所述反应物可流过翅片通道642，与担载于翅片632的外表面上的催化剂接触，并反应生成产物。除了翅片632a不从各个方向延伸至微通道638的上壁640的内表面外，在图34中显示的翅片组件630a与在图33中显示的翅片组件630类似。除了翅片组件630b的翅片632b有梯形的横截面外，在图35中显示的翅片组件630b与在图33中显示的翅片组件630类似。每一个所述翅片具有从约0.02mm上至工艺微通道638的高度范围内的高度，在一个实施方案中从约0.02mm到约10mm，在一个实施方案中从约0.02mm到约5mm，并且在一个实施方案中从约0.02mm到约2mm。每个翅片的宽度可在约0.02mm到约5mm的范围内，在一个实施方案中从约0.02mm到约2mm，并且在一个实施方案中从约0.02mm到约1mm。每个翅片的长度可以是上至工艺微通道638长度的任意长度，在一个实施方案中上至约10米，在一个实施方案中约0.5到约10m，在一个实施方案中约0.5到约6m，并且在一个实施方案中约0.5到约3m。每一个所述翅片之间的空隙可以是任一值，并且可在约0.02mm到约5mm的范围内，在一个实施方案中从约0.02mm到约2mm，并且在一个实施方案中从约0.02mm到约1mm。在工艺微通道638中，每厘米工艺微通道638的宽度可具有的翅片数目可在约1到约50，在一个实施方案中在每厘米约1到约30个翅片，在一个实施方案中在每厘米约1到约10个翅片，在一个实施方案中在每厘米约1到约5个翅片，并且在一个实施方案中在每厘米约1到约3个翅片。每一个所述翅片具有如图33或34中所示的矩形或者正方形，或者如图35中所示的梯形的横截面。沿着其长度看时，每个翅片是直线形、锥形或者蛇形构象。所述翅片组件可由任一材料制成，该材料提供足够的强度、尺寸稳定性和热传导特性以使所述工艺微通道按预期操作。这些材料包括：钢(如不锈钢、碳钢等等)、蒙乃尔合金、镍、铝、钛、镍、铂、铑、铜、铬、黄铜、前述任一一种金属的合金、聚合物(如热固树脂)、陶瓷；玻璃、石英、硅或者前述的两种或多种物质的组合。所述翅片组件可由一种Al₂O₃或Cr₂O₃成形材料制成。所述翅片组件可由一种包括Fe、Cr、Al和Y的合金或包括Ni、Cr和Fe的合金制成。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可以是颗粒床的形式，该颗粒按照组分分级或者用一种热传导惰性材料分级。所述热传导惰性材料上分布着所述活性催化剂。可使用的所述热传导惰性材料的实例包括金刚石粉、碳化硅、铝、氧化铝、铜、石墨等等。所述催化剂床分数可以按活性催化剂重量计从约100％到小于约50％。所述催化剂床分数可以按活性催化剂重量计在约10％到约90％的范围内，并且在一个实施方案中按重量计在约25％到约75％的范围内。在一个备选实施方案中，所述热传导惰性材料分散在所述催化剂的中心或者所述催化剂颗粒内。所述活性催化剂可沉积在一种包括所述热传导惰性材料的组合结构的外部、内部和间隔内。当置于一个工艺微通道或燃烧通道中时，产生的催化剂组合结构可具有一个至少约0.3W/m/K的有效的热传导性，在一个实施方案中至少约1W/m/K，并且在一个实施方案中至少约2W/m/K。

所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂床可仅在所述工艺微通道或燃烧通道内局部地分级。例如，一种工艺微通道可包括有第一反应区和第二反应区的一种催化剂床。所述催化剂床的顶端或底部(或前部或后部)可在组合物上分级，其通过在所有或部分所述第一或第二反应区域中使用一种较多的或较少的活性催化剂。在一个反应区域中减少的所述组合物每单位体积可产生较少的热量，因此减少热位点和产生不希望的副产物的潜在性，如费托反应中的甲烷。在所有或部分第一和/或第二反应区域中，所述催化剂可用一种惰性材料分级。所述第一反应区域可含有催化剂或惰性材料的第一组合物，而第二反应区域可含有催化剂或惰性材料的第二组合物。

在所述工艺微通道的不同轴向区域中可使用不同颗粒尺寸，以提供给分级的催化剂床。例如，非常小的颗粒可用于第一反应区域，而较大的颗粒可用于第二反应区域。平均颗粒直径可小于所述工艺微通道的高度或空隙的一半。所述非常小的颗粒可小于所述工艺微通道的高度或空隙的四分之一。颗粒越大，可引起较的每单位所述工艺微通道长度上的压降越小，并且还可降低所述催化剂的效率。对于较大尺寸颗粒，一种催化剂床的所述有效热传导可能更低。较小的颗粒可用于整个所述催化剂床中需要改善热传导的区域或者反之，较大的颗粒可用于降低热源的局部速率。

通过限制所述催化剂需要的扩散路径可实现相对短的接触时间、对所述目标产物的高选择性和相对低速率的所述催化剂失活。当所述催化剂是在一个工程载体如一种金属泡沫体，或在所述工艺微通道壁上的一种薄层的形式时，这可以被实现。这可允许有升高的空速。所述催化剂薄层可用化学蒸气沉积法制造。该薄层可有在上至约1微米的厚度，在一个实施方案中在约0.1到约1微米的范围内，在一个实施方案中在约0.1到约0.5微米的范围内，并且在一个实施方案中约0.25微米。这些薄层通过减少所述扩散路径可减少所述反应物在所述活性催化剂结构内的时间。这可减少所述反应物在所述催化剂活性部分的时间。所述结果可能是提高对所述产物的选择性和减少不需要的副产物。所述催化剂部署的模式的一个优势是，与传统催化剂中催化剂活性部分绑定在一种惰性低热传导绑定物不同，所述活性催化剂膜与一种工程结构或者所述工艺微通道的壁紧密接触。这促使在所述微通道反应器内可获得高的热传导速率并且允许有温度的紧密控制。这可导致在升高的温度下(较快的动力学)的可操作能力，而没有促进不希望的副产物的形成，因此产生较高的生产力和产率，并且延长催化剂寿命。

可将所述SMR微通道反应器130和/或费托微通道反应器150和170的布局调整至与所述反应动力学匹配。在靠近一个工艺微通道的第一反应区域的入口或顶端，所述微通道高度或空隙可以小于在第二反应区域中的靠近所述工艺微通道的出口或底部的所述微通道高度或空隙。或者，所述反应区域可小于所述工艺微通道长度的一半。例如，第一工艺微通道高度或空隙可以是用于第一反应区域的所述工艺微通道的长度的第一25％，50％，75％，或90％，而较大的第二高度或空隙可用于在所述第一反应区域的下游的第二反应区域。该布局适于进行费托合成反应。在所述工艺微通道高度或空隙中可使用其他渐变。例如，第一高度或空隙可在靠近所述微通道的入口处使用，以提供第一反应区域，在所述第一反应区域的下游的第二高度或空隙可用于提供第二反应区域，并且在靠近所述微通道的出口处的第三高度或空隙可用于提供一个第三反应区域。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小于或大于所述第二高度或空隙。所述第二高度或空隙可大于或小于所述第三高度或空隙。

在一个实施方案中，所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂可通过一种再生流体流过所述工艺微通道燃烧通道，与所述催化剂接触而再生。所述再生流体可包括氢气或一种稀释的氢气流体。所述稀释剂可包括氮气、氩气、氦气、甲烷、二氧化碳、蒸汽或者上述两种或多种的混合物。所述再生流体的温度可以从约50到约400℃，并且在一个实施方案中约200到约350℃。在该再生步骤中的所述通道内压力可在约1到约40大气压，在一个实施方案中约1到约20大气压，并且在一个实施方案中约1到约5大气压。所述再生流体在所述通道内的停留时间在从约0.01到约1000秒的范围内，并且在一个实施方案中约0.1到约100秒。

当所述催化剂是一种费托催化剂，它可通过提高所述反应物组合物中的H₂∶CO的摩尔比再生，所述摩尔比提高到至少约2.5∶1，并且在一个实施方案中至少约3∶1，并且在约150℃到约300℃范围内的温度下，使产生的调整后的进料组合物流过所述工艺微通道，并且在一个实施方案中在约180℃到约250℃范围内，从约0.1到约100小时的范围内的一段时间，在一个实施方案中从约0.5到约20小时的范围内与所述催化剂接触，以提供所述再生催化剂。通过中断除了氢气以外的所有进料气体的流动，并且通过使所述氢气流过所述工艺微通道与所述催化剂接触可调整所述进料组合物。促进所述H₂的流动可以提供用于包括H₂和C0的反应物组合物的相同的接触时间。所述调整后的的进料组合物可包括H₂，并且其特征在于不包括CO。所属催化剂一旦经再生，可通过使所述再生催化剂与包括H₂和CO的原先的反应物组合物相接触，继续所述费托工艺。

在一个实施方案中，所述SMR和/或费托工艺微通道和/或燃烧通道的特征在于具有总体流动路径。术语“总体流动路径”指在所述工艺微通道或者燃烧通道内的一个开放路径(连贯的总流动区域)。一个连贯的总流动区域允许流体快速流过所述通道而没有大的压降。在一个实施方案中，流体在所述总流动区域的流动是层流。在每个工艺微通道或燃烧通道内的总流动区域中，可有约0.05到约10000mm²的横截面积，在一个实施方案中约0.05到约5000mm²，并且在一个实施方案中约0.1到约2500mm²。所述总流动区域包括所述工艺微通道或燃烧通道横截面的约5％到约95％，并且在一个实施方案中约30％到约80％。

所述反应物与所述SMR催化剂、费托催化剂和/或燃烧催化剂的接触时间可上至约2000毫秒(ms)，并且在约10到约2000ms的范围内，在一个实施方案中约10ms到约1000ms，并且在一个实施方案中约20ms到约500ms。在一个实施方案中，所述接触时间上至约300ms，在一个实施方案中约20ms到约300ms，在一个实施方案中约50ms到约150ms，在一个实施方案中约75ms到约125ms，在一个实施方案中约100ms，并且在一个实施方案中约10ms到100ms。

所述SMR工艺微通道、费托工艺微通道和/或燃烧通道内的流体的流动的空速(或单位时间内气体的空速(GHSV))可以是至少约1000hr^-1(进料的标准升数/小时/所述工艺微通道内的体积的升数)或者至少约800ml进料/(g催化剂)(hr)。所述空速可在约1000到约1000000hr^-1或者从约800到约800000ml进料/(g催化剂)(hr)。在一个实施方案中，所述空速可在约10000到约100000hr^-1或者从约8000到约80000ml输入物/(g催化剂)(hr)。

流体在所述SMR工艺微通道、费托工艺微通道、燃烧通道和/或分阶段的添加通道内流动时，每米通道长度上流体的压降可上至约10个大气压(atm/m)，并且在一个实施方案中上至约5atm/m，并且在一个实施方案中上至约3atm/m。

流体在所述SMR工艺微通道、费托工艺微通道、燃烧通道和/或分阶段的添加通道内流动的雷诺数在约10到约4000的范围内，并且在一个实施方案中约100到约2000。

进入所述费托微通道反应器150和170的热交换通道中的热交换流体可以在约100℃到约400℃的一个温度下，并且在一个实施方案中约200℃到约300℃。流出所述热交换通道的热交换流体可以在约150℃到约450℃范围内的一个温度下，并且在一个实施方案中约200℃到约350℃。所述热交换流体在所述热交换通道的停留时间在约1到约2000ms，并且在一个实施方案中约10到约500ms。所述热交换流体流过所述热交换通道的压降可上至10atm/m，在一个实施方案中从约1到约10atm/m，并且在一个实施方案中从约2到约5atm/m。所述热交换流体可以是蒸气、液体或蒸气和液体的混合物的形式。所述热交换流体在热交换通道内流动的雷诺数从约10到约4000，并且在一个实施方案中约100到约2000。

在所述费托微通道反应器150和170的热交换通道中使用的热交换流体可以是任意一种适合于冷却一种费托放热反应的热交换流体。这些流体可包括空气、蒸汽、液态水、气态氮气、其他气体(包括惰性气体)、一氧化碳、油(如矿物油)，以及热交换流体，如联合碳化物公司(UnionCarbide)的道氏A(Dowtherm A)和首诺导热油(Therminol)。

在所述费托微通道反应器中使用的热交换通道可包括其中的进行一种吸热工艺的工艺通道。这些热交换工艺通道可以是微通道。可在所述热交换通道进行的吸热工艺的实例包括蒸汽重整和脱氢反应。在约200℃到约300℃范围内发生的一种醇的蒸汽重整是可能使用的吸热工艺的实例。一种同步吸热反应的合并，以提供一种改善的散热器，可以使一种典型热通量基本在所述对流冷却热通量的一个数量级之上。

所述热交换流体在流过所述费托微通道反应器150或170的热交换通道时可经部分相变或全相变化。除了将对流冷却提供的热量移除外，该相变化可将来自于所述工艺微通道的额外的热量移除。该相变的实例是如图2-9中显示的水转化为蒸汽。在一个实施方案中，按热交换流体的重量计约50％可气化，在一个实施方案中按重量计约35％可气化，在一个实施方案中按重量计约20％可气化，并且在一个实施方案中按重量计约10％可气化。在一个实施方案中从约10％到约50％可气化。

在每平方厘米所述微通道反应器的一个或多个工艺微通道的表面上，用于所述SMR微通道反应器130和费托微通道反应器150和170的热交换的所述热通量约0.01到约500瓦(W/cm²)，在一个实施方案中约0.1到约250W/cm²，并且在一个实施方案中约1到约125W/cm²。用于所述微通道反应器内对流热交换的热流可在约0.01到约250W/cm²，在一个实施方案中约0.1到约50W/cm²，在一个实施方案中约1到约25W/cm²，并且在一个实施方案中约1到约10W/cm²。用于相变和/或所述热交换流体的放热或吸热反应的热流可在约0.01到约500W/cm²，在一个实施方案中约1到约250W/cm²，在一个实施方案中约1到约100W/cm²，在一个实施方案中约1到约50W/cm²，在一个实施方案中约1到约25W/cm²，并且在一个实施方案中约1到约10W/cm²。

对于在所述SMR和费托反应工艺中热交换的控制，在一个实施方案中，控制朝向所述目标产物的选择性可以是有利的，因为这种额外的冷却和/或加热可减少或消除在具有较高活化能的不希望的平行反应中生成的不希望的副产物。

可在所述热交换通道上游或者通道内使用被动结构(如障碍物)、孔和/或机械装置控制在所述费托微通道反应器150和170中的每个单独的热交换通道内的压力。通过控制每个热交换微通道中的压力，可控制每个热交换微通道内的温度。每个热交换通道可使用一个较高的入口压力，其中所述被动结构(如障碍物)、孔和/或机械装置所述压力降至所希望的压力。通过控制每个热交换通道内的温度，能够控制所述费托工艺微通道内的温度。因此，例如，在与所述工艺微通道相邻或者热力学接触的热交换通道中，通过使用一个特定压力，每个费托工艺微通道可在一个希望的温度下操作。这提供了精确控制每个费托工艺微通道温度的优势。精确控制每个费托工艺微通道温度的应用提供一个调节的温度参数和所述方法在能量需求上的一个整体降低的优势。

在一个放大的装置中，对于具体应用，要求所述工艺流体总体在所述微通道内均一分布。该应用可以是当所述工艺流体与相邻的热交换通道一起需要被加热或者被冷却的时候。从一个平行微通道到另一个微通道的所述均一总体流动分布可通过改变横截面积获得。所述总体流动分布的均一性可用下面的质量指标因子(Q-因子)定义。一个0％的Q-因子意味着绝对均一分布。

$Q=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\max }-{\stackrel{\·}{m}}_{\min }}{{\stackrel{\·}{m}}_{\max }}\×100$

所述横截面积的变化可导致在所述壁上剪切应力的不同。在一个实施方案中，所述SMR微通道反应器130和/或费托微通道反应器150和/或170的Q-因子可以小于约50％，在一个实施方案中小于约20％，在一个实施方案中小于约5％，并且在一个实施方案中小于约1％。

流体在所述SMR和/或费托工艺微通道内流动的表观速度至少约0.01米每秒(m/s)，在一个实施方案中至少约0.1m/s，在一个实施方案中在从约0.01到约100m/s的范围内，在一个实施方案中从约0.01到约1m/s，在一个实施方案中从约0.1到约10m/s，并且在一个实施方案中从约1到约100m/s。

流体在所述SMR和/或费托工艺微通道内流动的自由流速至少约0.001米每秒(m/s)，在一个实施方案中至少约0.01m/s，在一个实施方案中在从约0.001到约200m/s的范围内，在一个实施方案中从约0.01到约100m/s，并且在一个实施方案中从约0.01到约200m/s。

在一个实施方案中，变温吸附或者变压吸附可用于完成在H₂分离器140、H₂分离器190和/或N₂分离器195中的分离。参考图28，所述TSA或PSA工艺可使用微通道分离器600进行，微通道分离器600包括微通道分离器核602、工艺头604、工艺底座606、热交换头608和热交换底座610。所述微通道分离器核602包括多个工艺微通道和多个热交换通道。所述热交换通道可以是微通道。吸附介质包括在所述工艺微通道内。所述工艺微通道和热交换通道可按层对齐，一个在另一个上，或者一个挨着一个。在一个实施方案中，工艺微通道的每一层置于两层热交换通道之间，所述两层热交换通道的一层用于加热，而另一层用于冷却。工艺头604为使流体以流向所述工艺微通道的均匀或者基本均匀的分布流入所述工艺微通道提供通道。工艺底座606为使流体以相对快的流速流出所述工艺微通道604提供通道。一种热交换流体流入热交换头608，并且如箭头616所示，穿过微通道分离器核602的所述热交换通道，从热交换头608流到热交换底座610，并且如方向箭头618所示，流出热交换底座610。所述热交换流体可用于加热和冷却所述工艺微通道。一种含有H₂或N₂的流体混合物流入微通道分离器600，如箭头612所示，穿过工艺头604然后进入所述微通道分离器核602的工艺微通道，在此处该流体混合物与一种吸附介质接触。所述流体混合物被保留在所述工艺微通道内与所述吸附介质接触直至所述H₂或N₂的至少一部分被吸附，或者直至所述流体混合物残留的部分被所述吸附介质吸附。然后，如箭头607所示，所述流体混合物的未被吸附的部分被从所述工艺微通道和微通道分离器600中移除。接着，在所述工艺微通道内，TSA工艺的温度或者PSA工艺的压力被改变以使所述被吸附的材料从所述吸附介质解吸。然后，如箭头607所示，所述被解吸的材料被从所述工艺微通道和微通道分离器600中移除。

在图29中所示的TSA或PSA工艺涉及使用两个并联操作的微通道分离器600和630。这种布局允许一系列依次操作，其中在微通道分离器600中进行一个吸附步骤，而在微通道分离器630中进行解吸步骤，并且反之亦然。微通道分离器600和参考图28中上述描述的相同。微通道分离器630与微通道分离器600在构造和运行方面相同或者类似。微通道分离器630包括包括微通道分离器核632、工艺头634、工艺底座636、热交换头638和热交换底座640。所述微通道分离器核632包括多个工艺微通道和多个热交换通道。所述热交换通道可以是微通道。一种吸附介质包括在所述工艺微通道内。所述工艺微通道和热交换通道可按层对齐，一个在另一个上，或者一个挨着一个。一种热交换流体流入热交换头638，并且如箭头646所示，穿过微通道分离器核632的所述热交换通道，从热交换头638流到热交换底座640，并且如方向箭头648所示，流出热交换底座640。如箭头612和642所示，一种含有H₂或N₂的流体混合物从线611流入微通道分离器600和630。如上所论，在微通道分离器600中处理所述流体混合物。所述流体混合物进入微通道分离器630，穿过工艺头634，然后进入所述微通道分离器核632的工艺微通道，在此处该流体混合物与一种吸附介质接触。所述流体混合物被保留在所述工艺微通道内与所述吸附介质接触直至所述H₂或N₂的至少一部分被吸附，或者直至所述流体混合物残留的部分被所述吸附介质吸附。然后，如箭头637所示，所述流体混合物的未被吸附的部分被从微通道分离器630中移除。接着，在所述工艺微通道内，TSA工艺的温度或者PSA工艺的压力被改变以使所述被吸附的材料从所述吸附介质解吸。然后，如箭头637所示，所述被解吸的材料被从微通道分离器630移除。

以引文方式并入本文的美国专利6508862B1和6652627B1和美国专利公开2005/0045030A1公开了可用于前述分离的使用微通道技术的TSA和PSA工艺。

在一个实施方案中，可使用膜完成在H₂分离器140、H₂分离器190、和/或N₂分离器195中的分离。该方法是基于被处理的H₂或N₂和所述流体中剩余的成分之间的渗透率的差异。渗透涉及两个连续机理：所述气相成分必须先溶解于所述膜中，然后穿过膜扩散到所述渗透侧。不同的成分具有不同溶解性和渗透率。前者主要取决于所述膜的化学成分，并且后者取决于所述膜的结构。由于高溶解性、高扩散性或这两者，所以气体能够有高渗透率。绝对渗透率可根据膜的类型变化。溶液和扩散的驱动力是在所述进料和渗透侧之间、穿过所述膜的局部压差。由于具有渗透性的成分的消耗，具有较高的渗透率的气体能够在所述膜的渗透侧富集，而较低渗透率的气体能够在所述膜的非渗透侧富集。气体渗透穿过所述膜的第一部分可主要由具有最高渗透率的成分组成。当大部分的进料气体被渗透时，在所述渗透流体中具有较低的渗透率的成分的相对含量可能升高。因此，对于H₂或者N₂分离，较高纯度的H₂或者N₂可能伴有较低的回收，并且较低纯度的H₂或者N₂可能伴有较高的回收。较高的H₂或者N₂回收还可要求提供更大的膜面积。在固定的进料组分和系统压力水平下所需的膜面积可能在高水平H₂或者N₂回收中以指数方式升高。一种特定膜系统的表现性能，即对于一种给定流体所述回收和产品纯度的对比关系，可取决于所述进料和渗透比，并且可能更少取决于所述绝对压力水平。然而，所述面积的要求与所述进料压力成反比。基于该原因，即使所述渗透流可能较小，希望压缩被处理的气态流体以达到需要的压力比而非渗透。

有两种膜的类型可用于H₂或者N₂分离：非对称型和复合型。非对称膜可由两个单一聚合物层组成。有一个进行分离的密集层和作用是提供机械担载的微孔基层。复合膜具有两种不同的聚合物，其中分离聚合物涂覆在一种底层聚合物上。这允许对分离聚合物的选择是基于该聚合物的渗透特征而不用考虑其机械特性。进一步，需要相对少量的分离聚合物。因此，可使用供应有限的昂贵的聚合物。膜可做成中空纤维或平板。这两种类型的膜可封装成模块(modules)。中空纤维膜体系具有的优势是在一个给定数目的模块下可封装一个较大的表面积。

在一个实施方案中，对于所述尾气回收中的一种60％的碳选择性，使用TSA、PSA、膜或者上述两个或多个的组合从所述尾气选择回收碳组分，可提高约10％的所述方法的碳利用率。相对于约40％到约80％的碳选择性，所述碳利用率可提高约6％到约13％。选择性碳回收可用于最小化CO₂排放。

在一个实施方案中，来自于SMR微通道反应器130和/或费托微通道反应器150和/或170的所述工艺流体或热交换流体可用于加热和/或冷却所述TSA微通道分离器。

实施例

使用Chem CAD进行一个方法模拟。所述方法如图8中所示，除了采用H₂和N₂均从所述富碳尾气回收流体(图8的线116)中排出。所述SMR微通道反应器在900℃和16.5bars的压力下运行。所述蒸汽-碳的摩尔比是1.6，并且甲烷的转化率是80.6％。所述费托微通道反应器150和170的每一个在230℃的温度以及70％的CO转化率下操作。所述结果列于表1中。在表1中，流体196指从所述尾气中排出的N₂(见图9线196)。

表1

该实施例中显示，当N₂和H₂从所述回收尾气流体中排出时，能够实现约90％的碳利用率，这是与没有使用N₂和H₂从所述回收尾气流体中排出时观察到的约78-80％的碳利用率相比。与传统(即非微通道)的将天然气转化为液体的工艺报道的约70-72％的碳利用率相比，这两个数据具有显著的进步。

虽然已经结合各种实施方案描述了本发明，可以理解的是，对于基于阅读本发明的本领域技术人员，本发明的各种适应性调整是显而易见的。因此，可以理解，本发明包括所有落入本发明权力要求要求保护的范围内的适应性调整。

Claims (47)

1.一种方法，包括：

(A)使一种SMR反应进料流入一个SMR微通道反应器内，与一种或者多种SMR催化剂接触，以形成一种第一中间产物，所述SMR反应进料包括甲烷和蒸汽，所述第一中间产物包括CO和H₂；所述SMR微通道反应器包括多个SMR工艺微通道和多个燃烧通道；所述SMR工艺微通道含有所述一种或多种SMR催化剂，甲烷和蒸汽在所述工艺微通道中与所述一种或多种SMR催化剂接触；从所述第一中间产物中分离出部分H₂以形成一种第二中间产物，所述第二中间产物包括CO和H₂；所述燃烧通道包括一种或多种燃烧催化剂，分离的H₂与氧气或一种氧源合并以形成一种燃烧反应混合物；所述燃烧反应混合物与所述一种或多种燃烧催化剂接触，进行燃烧反应并且产生热量和一种燃烧废气；将热量从所述燃烧通道传递至所述SMR工艺微通道；以及

(B)使所述第二中间产物流入一个费托微通道反应器内，与一种或多种费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的费托产物；所述费托微通道反应器包括多个费托工艺微通道和多个热交换通道；所述费托工艺微通道含有所述一种或多种费托催化剂，所述第二中间产物在所述费托工艺微通道中与所述一种或多种费托催化剂接触；将热量从所述费托工艺微通道传递到所述热交换通道中的一种热交换流体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(B)形成的费托产物进一步包括一种含有CO和H₂的气体混合物，所述气体混合物从所述费托产物中分离，所述分离的气体混合物包括一种第三中间产物，所述方法进一步包括：

(C)使所述第三中间产物流入一个第二费托微通道反应器内，与一种或多种第二费托催化剂接触，以形成一种包含一种或多种较高分子量的烃的第二费托产物；所述第二费托微通道反应器包括多个第二费托工艺微通道和多个第二热交换通道；所述第二费托工艺微通道含有一种或多种第二费托催化剂，所述第三中间产物在所述第二费托工艺微通道中与所述一种或多种第二费托催化剂接触；将热量从所述第二费托工艺微通道传递到所述第二热交换通道中的一种热交换流体。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成工艺水，至少部分该工艺水与所述天然气进料合并。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成工艺水，该工艺水与所述天然气进料合并，并且在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述天然气进料、工艺水和尾气在一个饱和器中合并，所述饱和器在所述SMR微通道反应器的上游。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述第二费托微通道反应器中形成一种尾气，至少部分该尾气与所述天然气进料合并。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料包括一种或多种较高分子量的烃，所述方法进一步包括，使所述SMR反应进料和蒸汽流入一个预重整器中，以将所述SMR反应进料中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所述预重整器在所述SMR微通道反应器的上游。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料包括一种或多种较高分子量的烃，所述方法进一步包括，使所述SMR反应进料和蒸汽流入一个预重整器中以将所述SMR反应进料中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所述预重整器与所述SMR微通道反应器整合，并且用来自于所述燃烧通道的热量加热。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料包括一种或多种较高分子量的烃，所述方法进一步包括，在所述SMR工艺微通道的一个第一部分的第一温度下，使所述SMR反应进料和蒸汽流入所述SMR工艺微通道，以将所述SMR反应进料中的至少部分较高分子量的烃转化为甲烷，所得产物包括一种含有甲烷的经转化的SMR反应进料，并且使所述经转化的SMR反应进料在一个第二温度下流入所述SMR工艺微通道的第二部分，以将所述经转化的SMR反应进料转化为所述第一中间产物。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，分阶段的添加通道与所述燃烧通道相邻设置，所述含有氧气的氧源流过所述分阶段的添加通道，进入所述燃烧通道。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃烧废气包括一种蒸气和一种液体，所述蒸气在一个气-液分离器中与所述液体分离，所述液体包括水。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，所述尾气包括H₂、CO、CO₂和一种或多种烃，使所述尾气流过一个H₂分离器以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，所述富碳尾气与所述天然气进料合并，所述富H₂尾气作为一种燃料使用。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，所述尾气包括N₂，使所述尾气流过一个N₂分离器，其中N₂从所述尾气中分离。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，所述尾气包括H₂、N₂、CO、CO₂和一种或多种烃，使所述尾气流过一个H₂分离器，以提供一种富碳尾气和一种富H₂尾气，所述富碳尾气含有N₂，使所述富碳尾气流过一个N₂分离器，其中N₂从所述富碳尾气中分离，所述富碳尾气与所述天然气进料合并，所述富H₂尾气作为一种燃料使用。

16.根据权利要求2至15中任一项所述的方法，其中，所述第二费托工艺微通道中的压力不同于在所述费托工艺微通道中的压力。

17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(B)之前压缩所述第二中间产物。

18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR反应进料衍生自一种天然气进料，并且在所述费托微通道反应器中形成一种尾气，并且至少部分所述尾气与所述天然气进料合并，在与所述天然气进料合并前压缩所述至少部分所述尾气。

19.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述热交换通道的热交换流体在所述热交换通道中至少部分蒸发。

20.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托产物包括约5到约100个碳原子的一种或多种链烷烃和/或一种或多种烯烃。

21.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托产物包括烯烃和链烷烃，其中烯烃-链烷烃比在从约0.01到约0.8的范围内。

22.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托产物进一步经加氢裂解、加氢异构或脱蜡处理。

23.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述SMR反应进料制备中使用天然气，相对于所述天然气中的含碳量，所述费托产物中的含碳量的百分比，在从约50％到约70％的范围内。

24.根据权利要求2至23中任一项所述的方法，其中，在所述SMR反应进料制备中使用天然气，相对于所述天然气中的含碳量，所述第一和第二费托产物中的含碳量的总百分比至少约75％。

25.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个SMR工艺微通道具有至少一个导热壁，并且所述SMR微通道反应器内每平方厘米所述导热壁表面积上热交换的热通量在从约0.01到约500瓦特的范围内。

26.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个SMR工艺微通道具有一个第一部分，其中所述温度可在从约150到约400℃的范围内，并且在所述第一部分的下游具有一个第二部分，其中所述温度在从约600到约1000℃的范围内。

27.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个费托工艺微通道具有至少一个导热壁，并且所述费托微通道反应器内每平方厘米所述导热壁表面积上热交换的热通量在从约0.01到约500瓦特的范围内。

28.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，一个或多个多股流热交换器用于在所述SMR反应进料与第一中间产物之间以及所述燃烧反应混合物的所述H₂和所述氧气或氧源与所述燃烧废气之间进行热交换。

29.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合，从所述第一中间产物中分离出H₂。

30.根据权利要求13所述的方法，其中，利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合，使所述富H₂尾气与所述富碳尾气分离。

31.根据权利要求14所述的方法，其中，利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合，从所述尾气中分离出N₂。

32.根据权利要求15所述的方法，其中，利用变温吸附、变压吸附、膜吸附或上述方法的两种或多种的组合，从所述尾气中分离出H₂，并且从所述富碳尾气中分离出N₂。

33.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂包括La、Pt、Fe、Ni、Ru、Rh、In、Ir、W和/或其一种氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述SMR催化剂进一步包括MgO、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂或者上述两种或多种物质的混合物。

35.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述燃烧催化剂包括Pd、Pr、Pt、Rh、Ni、Cu和/或其一种氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述燃烧催化剂进一步包括Al₂O₃、SiO₂、MgO或者上述两种或多种物质的混合物。

37.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托催化剂包括Co、Fe、Ni、Ru、Re、Os和/或其一种氧化物中的一种或多种，或者上述两种或多种物质的混合物。

38.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托催化剂包括元素周期表中的IA、IIA、IB或IIB族的一种或多种金属和/或其一种氧化物，一种镧系金属和/或其氧化物，一种锕系金属和/或其氧化物，或者上述两种或多种物质的混合物。

39.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂是固体颗粒的形式。

40.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂涂覆在所述通道的内壁，在所述通道的内壁上生长，或者涂覆在一种翅片结构上。

41.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂由一种载体结构担载，该载体结构具有一种流经构型、一种流过构型或者一种曲折构型。

42.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂由一种载体结构担载，该载体结构具有泡沫体状、毡毯状、团块状、翅片状的构型或者上述构型的两种或多种的组合。

43.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述SMR催化剂、燃烧催化剂和/或费托催化剂由一种包括至少一个翅片的翅片组件形式的载体结构担载。

44.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述费托产物和/或第二费托产物在一种加氢裂解器中加氢裂解，所述加氢裂解器与所述费托微通道反应器和/或第二费托微通道反应器串联操作。

45.一种装置，包括：

置于一个SMR容器中的多个SMR微通道反应器，每个SMR微通道反应器包括多个SMR工艺微通道、多个燃烧通道和多个分阶段的添加通道，每个燃烧通道与至少一个分阶段的添加通道相邻，

所述SMR容器装配有一根使一种SMR反应进料流入所述SMR工艺微通道的歧管，一根使一种SMR产物流出所述SMR工艺微通道的歧管，一根使一种燃料流入所述燃烧通道的歧管，一根使氧气或者一种氧源流入所述分阶段的添加通道的歧管和一根使燃烧废气流出所述燃烧通道的歧管。

46.一种装置，包括：

置于一种费托容器中的多个费托微通道反应器，每个费托微通道反应器包括多个费托工艺微通道和多个热交换通道，

所述费托容器装配有一根使一种费托反应进料流入所述费托工艺微通道的歧管，一根使一种费托产物流出所述费托工艺微通道的歧管，一根使一种热交换流体流入所述热交换通道的歧管和一根使所述热交换流体流出所述热交换通道的歧管。

47.一种组合物，包括约5到约100碳原子的烯烃和链烷烃的一种混合物，烯烃和链烷烃的摩尔比在从约0.01到约0.8的范围内。

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