CN101351526A - 鼓泡塔型费-托合成淤浆床反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种鼓泡塔型费－托合成淤浆床反应系统，其特征在于，由反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的驱动力使以下工序运转：从反应器的底部连续供给的合成气体和悬浮的催化剂粒子相接触而生成液态烃、气态烃以及水的鼓泡塔型淤浆床FT合成反应工序、在分离容器内使催化剂粒子和液体生成物分离的工序、将生成的气体生成物移送到该分离容器而从其顶部导出的工序、从该分离容器中间部导出液体生成物的工序、以及从该分离容器的底部导出催化剂粒子已浓缩的淤浆而向该反应器的底部循环的工序。

Description

鼓泡塔型费-托合成淤浆床反应系统
技术领域
本发明涉及一种鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置，其在悬浮的费-托(Fische-TTropsch)合成催化剂的存在下，从由氢和一氧化碳构成的合成气体转换为液态烃生成物。
背景技术
费-托合成反应是在固体催化剂的存在下使由氢和一氧化碳构成的合成气体发生反应，生成分子量分布比较宽的石蜡和烯烃的烃混合物。特别是液态烃作为清洁的汽车燃料而引人注目。
费-托合成反应的特征在于发热量极高。例如，在合成饱和烃的下述通式(1)中，每1kgmol一氧化碳的发热量达到约40Mcal。
(化学式1)
nCO+2nH2→-(CH2)n-+nH2O            (1)
因此，从反应器中高效地除去反应热是采用费-托合成法合成液态烃的工艺的主要课题之一。
作为除去反应热并从合成气体工业化地合成液态烃的费-托合成反应器的类型，人们提出了固定床热交换型多管式反应器、固定流动床反应器以及淤浆床反应器。在此，淤浆床反应系统是将合成气体导入液体介质和催化剂粒子的悬浮物中的固体、液体、气体三相共存的流动反应系统，与其它固定床系统相比较，明显有利于温度控制的均匀性。
在淤浆床费-托合成反应系统中，人们提出了采用鼓泡塔型反应器，其利用从反应器底部上升的合成气体的能量，使催化剂粒子以淤浆的形式维持悬浮状态(例如参照专利文献1～3)。
固体、液体、气体三相共存的鼓泡塔型淤浆床反应系统的主要课题之一是从三相淤浆中高效地将液态烃生成物分离导出，从而提出了反应器主体中的过滤分离(例如参照专利文献3、4)、通过导管与反应器主体连接的其它容器中的过滤分离(例如参照专利文献5)或者旋液分离(例如参照专利文献6)。
不过，在上述专利文献3、4那样的反应器主体中的过滤分离的情况下，由于采用过滤器作为用于使催化剂和液态烃生成物从淤浆中分离的过滤手段，因而不能避免在该过滤器中发生催化剂粒子的堵塞。于是，设有多个过滤器分离导出路径，一边将它们交互切换来进行分离导出，一边使流体从堵塞的过滤器分离导出路径逆流来除去堵塞的催化剂粒子。因此，无论如何都必然使分离导出的操作系统以及装置机构变得复杂。另外，在反复堵塞期间存在以下可能：发生催化剂粒子的粉化，带来性能劣化，同时稳定的运转变得困难。再者，在适于高效地除去反应热的淤浆床反应器中，为了进一步谋求温度的均匀性，公开了蛇形冷却管和下降管的组合，由此可以谋求反应器内的垂直轴向的均匀除热，从而使装置构成更加复杂。
另外，即使在上述专利文献5那样的其它容器中的过滤分离的情况下，也采用过滤器作为用于使催化剂和液态烃生成物从淤浆分离的过滤手段。因此，随着在该过滤器中发生催化剂粒子的堵塞而引起的问题也保持不变。另外，虽为适于高效地除去反应热的淤浆床反应器，但未公开其冷却机构。
再者，如上述专利文献6所述，在旋液分离的情况下，在使催化剂和液态烃生成物从淤浆中分离导出之际，由于采用了泵等外部动力，因而存在如下问题：催化剂粒子受到很大的负荷，催化剂粒子发生粉化，引起性能劣化，从而FT合成油的生产效率低下。另外，还存在外部动力所需要的运营成本增大，难以降低成本的问题。另外，专利文献6虽然也涉及适于高效除去反应热的淤浆床反应器，但是，未公开其冷却机构。
如上所述，在鼓泡塔型淤浆床反应系统中，使催化剂和液体烃生成物从由气液固三相构成的淤浆中分离导出的操作系统复杂，期望将其改善为更简单的操作系统。另外，在垂直轴向以及径向保持均匀的温度分布的状态下通过费-托合成反应来合成液态烃是非常重要的，期望在保持更均匀的温度分布的状态下的合成反应。
专利文献1：欧州专利第0,450,860号说明书
专利文献2：美国专利第6,348,510号说明书
专利文献3：美国专利第6,462,098号说明书
专利文献4：美国专利第5,844,006号说明书
专利文献5：美国专利第5,770,629号说明书
专利文献6：美国专利第6,121,333号说明书
发明内容
于是，为了解决这样的问题，本发明的目的在于提供一种鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置，其通过费-托合成反应而合成液态烃，从气液固三相构成的淤浆中分离导出催化剂和液态烃生成物的操作系统简单，并且能抑制催化剂粒子的粉化等所引起的劣化。
本发明与所述目的不同的目的或者除了上述目的之外，目的还在于提供一种鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置，其可以在垂直轴向以及径向保持均匀的温度分布的状态下，通过费-托合成反应而合成液态烃。
本发明人为了解决上述的问题，潜心研究了鼓泡塔型淤浆床反应器(费-托合成反应器)和分离容器间的淤浆外部循环方法、以及鼓泡塔型淤浆床反应器的冷却方法，以至于得到了本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统。
即，本发明的第1方式(1)涉及一种鼓泡塔型淤浆床反应系统，其是由氢和一氧化碳构成的合成气体与催化剂粒子相接触以制造液态烃的费-托合成反应系统，该反应系统的特征在于：没有采用循环用的外部动力而借助于从反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的驱动力(气体升力)使下述工序运转，
(i)从反应器的底部连续供给的合成气体与悬浮在液体成分中的催化剂粒子相接触而生成液态烃、气态烃以及水的鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应工序；
(ii)使悬浮有该费-托用合成反应工序所生成的液体生成物和催化剂粒子的淤浆通过设置在该反应器和分离容器的下部之间的下降倾斜移送管向分离容器的下部移动，从而分离催化剂粒子和液体生成物的工序；
(iii)使该费-托用合成反应工序所生成的气体生成物通过在该下降倾斜移送管的上部设置的连接管移送到该分离容器的上部而从其顶部导出的工序；
(iv)从该分离容器导出催化剂粒子的大部分已被分离的液体生成物的工序；以及
(v)从该分离容器的底部导出催化剂粒子已被浓缩的淤浆而向该反应器的底部循环的工序；并且
没有采用分离用的外部动力而分离导出生成的液态烃生成物和气态烃生成物以及水。
另外，本发明的第方式(2)涉及一种上述第一方式的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，具有如下工序：通过从鼓泡塔型淤浆床反应器的上部垂直地设置、且由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个卡口(bayonet)型冷却管对该反应器内的温度进行控制，从而能够进行该反应器内的径向的均匀除热。
在本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统中，反应器的压力为1～4MPaG，气体空塔速度为0.05～0.2m/秒。从该反应器导入分离容器的下部的催化剂粒子中，粒径为20μm以上的催化剂粒子的99％以上向该反应器循环。
本发明涉及一种分离容器，其通过下降倾斜移送管与鼓泡塔型淤浆床反应器连接，且具有使催化剂浓缩淤浆向该反应器循环的淤浆导出管(淤浆循环路径)，所述分离容器的特征在于：利用设置在该分离容器和反应器之间的淤浆导出管(淤浆循环路径)上的催化剂浓缩淤浆的导出量调节阀、设置在来自分离容器的液体反应生成物导出管上的、催化剂粒子的大部分已被分离的液体反应生成物的导出量调节阀、以及设置在分离容器和反应器的上部气相空间部之间的连接管上的压差调节阀，将该分离容器内的液体上升速度调节为粒径20μm的催化剂粒子的沉降速度的0.4倍以下。
在通过多个卡口型冷却管控制该反应器内的温度的本发明的反应管冷却工序中，将水(例如锅炉用水)导入内管而使反应器内的温度调节为210～280℃，同时从冷却管外管出口得到温度为200～270℃、压力为2～6MPaG的蒸汽。
本发明的第三方式(3)涉及一种费-托合成反应装置，其具有鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应器，该鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应器使悬浮的催化剂粒子与从设置在反应器底部的气体分散器连续供给的合成气体接触而生成液态烃、气态烃以及水，其特征在于，具有循环分离机构，其没有采用循环用的外部动力而借助于从该反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的驱动力(气体升力)进行运转，并且没有采用分离用的外部动力而分离导出生成的液态烃生成物和气态烃生成物。
作为所述循环分离机构，其特征在于，包括：(i)所述反应器，(ii)分离容器，其使悬浮有在该反应器生成的液体生成物和催化剂粒子的淤浆通过连接在该反应器和分离容器的下部之间的下降倾斜移送管移动，从而使催化剂粒子和液体生成物分离，(iii)气体生成物导出部，其使在该反应器生成的气体生成物通过在该下降倾斜移送管的上部设置的连接管移送到该分离容器的上部并从其顶部导出，(iv)液体生成物导出部，其从该分离容器导出液体生成物，以及(v)循环路径部，其从该分离容器的底部导出催化剂粒子已浓缩的淤浆而向该反应器的底部循环。在所述循环分离机构中，反应器内的反应压力可以调节为1～4MpaG的范围，气体空塔速度可以调节为0.05～0.2m/秒的范围。另外，在所述循环分离机构中，向所述分离容器的下部导入的粒径为20μm以上的催化剂粒子的99％以上可以向该反应器循环。再者，在上述循环分离机构中，还利用设置在所述循环路径部上的催化剂浓缩淤浆的导出量调节阀、设置在所述分离容器的液体生成物导出部上的液体反应生成物的导出量调节阀、以及设置在所述分离容器和反应器的上部气相空间部之间的连接管上的压差调节阀，该分离容器内的液体上升速度能调节为粒径20μm的催化剂粒子的沉降速度的0.4倍以下。
本发明的第四方式(4)涉及所述第三方式的费-托合成反应装置，其特征在于，具有控制所述反应器内的温度并能进行该反应器内的径向以及垂直轴向的均匀除热的除热机构。
作为上述除热机构，其特征在于，具有从所述反应器的上部垂直地设置、且由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个冷却管；将水从反应器的上部的该内管入口导入，通过该内管并沿相反方向流过该外管，从反应器上部的该外管出口流出，由此能将反应器内的反应温度调节为210～280℃，同时能进行调节，以便从该外管出口得到温度为200～270℃、压力为2～6MPaG的蒸汽。另外，在所述除热机构中，对反应器内的温度控制能够使该反应器内的反应温度的变动幅度在±2℃的范围进行调整。
根据本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置，没有采用循环用的外部动力而能够借助于从该反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的驱动力(气体升力)进行运转，并且没有采用分离用的外部动力而能够使生成的液态烃生成物和气态烃生成物分离导出，因此难以引起催化剂粒子的粉化(物理破坏)，能抑制性能劣化。另外，由于难以引起粉化，因而不会仅受到重视强度的特定催化剂的制约，可以从能够加以利用的费-托合成催化剂中任意选择使用高性能且廉价的催化剂。另外，除了能够控制循环状态、且内部构造简单之外，还能快速地应对异常的发生等。再者，容易进行故障时的维护。另外，可以不采用过滤器和外部动力，能实现装置构成以及操作系统的简单化，也能降低运营成本。
根据本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置，通过由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个冷却管而对该反应器内的温度进行控制，除了该反应器内的垂直轴向之外，还能进行径向的均匀除热，由于具有这样的工序，因而能对反应器内进行均匀除热。其结果，可以将反应器内的反应温度的变动幅度调节在±2℃的范围(参照实施例的表1)。
其结果，能提供一种鼓泡塔型淤浆床反应装置，其通过费-托合成反应而合成液态烃，从由气液固三相构成的淤浆中分离导出催化剂和液态烃生成物的操作系统简单。再者，通过利用催化剂粒子和液态烃生成物的密度差，进行催化剂粒子的重力分离(沉降分离)，便在从鼓泡塔型淤浆床反应器上部向分离容器的下部所导入的催化剂粒子中，可以使粒径为20μm以上的催化剂粒子的99％以上向该反应器循环。由此，通过全部采用粒径为20μm以上的催化剂，单凭催化剂粒子的沉降分离(重力分离)便能简单地使液态烃生成物分离导出。另外，容易进行故障时的维护。再者，具有容易控制循环状态等优点。
附图说明
图1是表示本发明所采用的鼓泡塔型费-托合成淤浆床反应装置的一个实例的示意构成图。
符号说明：
1 FT合成反应装置
11鼓泡塔型淤浆床FT合成反应器
12分离容器
21气体分散器
22传热管
23水平连接管
24压差调节阀
25下降倾斜移送管
26淤浆循环流量调节阀(低压差动作球阀)
27淤浆循环路径
28液面调节阀
29流量计
31锅炉用水入口
32锅炉用水和蒸汽出口
33气体成分导出口
34液态烃导出管
41气泡
42淤浆
43液体生成物
44催化剂粒子浓缩淤浆
45换气(areation)用气体供给喷嘴
51外管
52内管
53管板
54管板
55内管集管(header)
56外管集管
57连接纵管
61气体成分流出调节阀
具体实施方式
根据图1对本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统进行详细的说明。图1是表示本发明所使用的鼓泡塔型费-托(以下称为FT)合成淤浆床反应装置的一个实例的示意构成图。
在图1的FT合成淤浆床反应装置1中，具有适于FT合成的氢/一氧化碳摩尔比的合成气体从设置在鼓泡塔型淤浆床FT合成反应器11的底部的气体分散器21连续地供给，成为气泡后向反应器11的内部分散。
在此，适于FT合成的合成气体的氢/一氧化碳摩尔比优选为1.9～2.1。若氢/一氧化碳摩尔比处于上述范围内，则大致全量被供给给上述通式(1)的FT合成反应，能提高向目标液态烃生成物(FT合成油)的转换效率(FT合成油的生产效率)。此外，作为合成气体的组成，如实施例的表1所示，除氢以及一氧化碳气体之外，也可以含有甲烷等烃类气体和氮。进而根据合成气体的原料和制造条件的不同，有时也含有二氧化碳，也可以由于运转条件等的不同而根据需要除去。
另外，为使装置运转所需要的合成气体的流量并没有特别的限制，只要是没有采用循环用的外部动力，而可以借助于从该反应器底部所导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的驱动力(空气升力)进行运转的流量即可。但优选进行适当的规定，以便满足后述的气体空塔速度条件等，并根据反应器的大小和内部的形状等而在合成气体于反应器内上升的期间，与催化剂粒子的接触所引起的反应效率优良。另外，基于同样的理由，从气体分散器所供给的混合气体的气泡尺寸并没有特别的限制，只要能得到所期望的合成气体驱动力(空气升力)即可，但优选进行适当的规定，以便满足后述的气体空塔速度条件等。
另外，作为气体分散器21并没有特别的限制，只要是能够均匀地向反应器截面供给的形状，便可以适当利用以前公知的分散器。
接着，被分散的合成气体一边在反应器11的内部上升，一边与悬浮在介质液中的催化剂粒子接触，从而生成含有液态烃的反应生成物。
在反应器11的内部，由合成气体、气体反应生成物以及未反应气体构成的气泡41、由催化剂以及液体反应生成物构成的淤浆42在悬浮状态下流动。反应器的运转条件如下：压力为1～4MPaG，温度为210～280℃，气体空塔速度为0.05～0.20m/秒左右。
伴随着所述气体空塔速度条件下的气泡41的搅拌行为，淤浆42在反应器的垂直轴以及径向良好地混合。根据该运转条件，在前面叙述的FT合成反应的通式(1)中，能实现最大90％的CO转化率。
在此，初期装入的介质油优选采用液态烃生成物(FT合成油)。但是，与液态烃生成物一起导出之后，只要在不会对该液态烃生成物的使用用途、进而不会对FT合成反应产生影响的范围内，就并没有特别的限制，只要能够使催化剂粒子悬浮而形成淤浆即可。该初期装入的介质油在连续操作的过程中，被置换成依次生成的液态烃生成物(FT合成油)。
上述催化剂呈粒子状，只要能够悬浮在介质油中而形成淤浆，就能够适当利用以往公知的费-托合成催化剂。详情后述。
在上述反应器的运转条件中，当反应压力不足1MPaG时，催化剂活性可能并不充分，当超过4MPaG时，可能成为反应器成本增加的主要原因。当反应温度不足210℃时，催化剂活性可能并不充分，当超过280℃时，虽然也取决于使用的催化剂，但往往成为不适于FT合成反应的条件。当气体空塔速度不足0.05m/秒时，难以产生气泡的搅拌，淤浆的混合状态可能并不充分，当超过0.20m/秒时，反应器内部的气体体积增大，可能成为反应器成本增加的主要原因。另外，上述运转条件下的淤浆中催化剂(固体成分)的浓度只要能够满足上述的气体空塔速度，就并没有特别的限制，通常为10～40质量％，优选为20～30质量％的范围。当淤浆中的催化剂浓度不足10质量％时，相对于生产量，反应器有可能不必要地增大。当超过40质量％时，难以通过合成气体进行充分的搅拌(分散)混合，可能难以充分地发生FT合成反应。上述反应器的运转条件能通过后述那样在反应器上设置的冷却管、各种调节阀、或通过合成气体流量和催化剂浓度等来进行调节。
接着，使悬浮有通过FT合成反应产生的液态烃和催化剂粒子的淤浆42经由反应器上部所设置的下降倾斜移送管25而供给到分离容器12(的下部)。下降倾斜移送管25的倾斜角度优选为30～45°，淤浆移送速度优选为0.4～1.6m/秒左右。
此外，当淤浆移送速度不足0.4m/秒时，催化剂粒子的一部分沉积在管底，淤浆循环有可能变得不稳定，从而反应器内部的淤浆的混合有可能变得不充分。
图1表示的是设有1台分离容器12的实施方式，但本发明并不局限于此，也可以设有多台。但是，从精简装置以及操作系统的角度考虑，以设定1台为好。同样，表示了在反应器和分离容器之间设有1根下降倾斜移送管的实施方式，但本发明并不局限于此，也可以设有多根。但是，从精简装置以及操作系统的角度考虑，则1根就足够了。
接着，向分离容器12下部供给的淤浆在分离容器12内利用催化剂粒子和液体生成物的密度差，对催化剂粒子的大部分或者全部重量被分离的液体生成物43和催化剂粒子浓缩淤浆44进行重力分离。液体生成物43由液面调节阀28对分离容器12的液面进行调节，同时从设置在分离容器12的中间部(比装置的稳定动作中的液面变动区域更靠下侧)的导出管34(液体生成物导出部)向液态烃的分离精制设备等其它工序送出。被重力分离的催化剂粒子浓缩淤浆44经由淤浆循环路径27和流量调节阀26而向反应器11的底部循环，作为FT合成反应催化剂进行再使用。该淤浆的循环速度优选为0.4～1.6m/秒左右。
反应器11的上部气相空间和分离容器12的上部气相空间通过水平连接管23连接，进而通过连接纵管57与下降倾斜移送管25连接，反应器11的上部气相空间和分离容器12的上部气相空间的压力差由压差调节阀24进行调节。在反应器11、分离容器12以及下降倾斜移送管25中分离的气体生成物和未反应合成气体的气体成分从设置在分离容器12的顶上的导出口33送出到系统外面，其流量由气体成分流出调节阀61进行调节。此外，上述连接管只要是反应器内生成的气体生成物通过连接在反应器和分离容器的气相部之间的配管移送到分离容器的管子即可。因此，上述连接管除了水平连接在图1所示的反应器11和分离容器12之间的配管(水平连接管23)之外，也可以倾斜连接，并没有特别的限制。
本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统成为特征的催化剂粒子和液态烃生成物的分离方法是在分离容器12内的重力分离中，将催化剂粒子的大部分或者全部重量被分离的液体生成物43在容器内的上升速度调节为粒径20μm的催化剂粒子中的最后沉降速度的0.4倍以下，其结果，可以使粒径20μm以上的催化剂粒子获得99％以上的分离效率。这样，由于不借助于过滤器和动力，因而不易引起催化剂粉化(物理破坏)，从而带来催化剂的稳定(长寿命化)。因此，也可以实现性能劣化的抑制以及成本的降低。
如上所述，可以说本发明优选通过分级等而使用粒径20μm以上的催化剂粒子。也就是说，这是因为在较多含有粒径不足20μm的粒子作为催化剂粒子的情况下，即使如上所述那样调节液体生成物在容器内的上升速度，也难以使粒径较小的催化剂粒子重力分离。由此，能导出催化剂粒子被重力分离(沉降分离)的液体生成物。不过，在连续操作过程中，虽然是极微量，但催化剂粒子发生粉化等可发生混入液体生成物导出液中的现象，因而也可以在液体生成物的导出口辅助性地设置过滤器。
上述液体生成物43在容器内的上升速度由调节阀24、26以及28，实质上通过作为低压差动作球阀的淤浆循环流量调节阀26和液体生成物导出调节阀28的操作进行调节，分离容器12内的生成油(液态烃生成物)的上升速度维持在粒径20μm的催化剂粒子的最后沉降速度的0.4倍以下。另外，分离容器12内的生成油(液态烃生成物)的上升速度由从导出管34导出的生成油的流量便可以知道。在此，分离容器12内的生成油(液态烃生成物)的上升速度在超过粒径20μm的催化剂粒子的最后沉降速度的0.4倍时，则难以使粒径20μm以上的催化剂粒子获得99％以上的分离效率。即，对催化剂粒子和液态烃生成物不像现有技术那样进行过滤分离、而是采用重力分离来进行有可能是困难的。
如上所述，本发明的特征在于，利用从反应器11的底部所供给的合成气体的气泡在淤浆中上升时产生的驱动力(气体升力)、以及滞留在反应器11和分离容器12的各自内部的流体的密度差，悬浮有催化剂粒子和液体生成物的淤浆不采用泵等外部动力而在反应器11和分离容器12内进行自然循环。该淤浆的循环速度由设置在淤浆循环路径27的垂直部分的低压差动作球阀26以及流量计29调节为0.4～1.6m/秒左右。另外，通过进行自然循环的淤浆循环运转，不使催化剂粒子磨损、破碎，提供能长期稳定运转的鼓泡塔型淤浆床反应系统。再者，本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统未采用外部动力而使液态烃生成物从催化剂粒子中分离导出，也提供低运转成本的鼓泡塔型淤浆床反应系统。
下面对本发明鼓泡塔型淤浆床反应系统的流量调节方法进行更加详细的说明。
如上所述，淤浆循环流量由设置在循环路径27的垂直部的淤浆循环流量调节阀26将淤浆循环速度控制为0.4～1.6m/秒左右。
为了使该淤浆循环更为顺利，优选在循环路径27上设置有换气用气体供给喷嘴45。换气用气体只要不是使催化剂失去活性的气体，也可以采用N2、H2、合成气体等。供给喷嘴45优选根据需要设置在循环路径27的多个部位。该换气用气体使淤浆循环驱动力增大，因而重点用于稳定地或间歇地注入，特别是惯性阻力大的淤浆循环开始时。
反应器11以及分离容器12之间的水平连接管23上设置有控制两塔之间的压差的压差调节阀24。压差调节阀24采用低压差动作球阀。通过流量调节阀24适当地保持反应器11、分离容器12各自的液面的标高差，实现淤浆稳定的自然循环运转。另外，水平连接管23以及下降倾斜移送管25由连接纵管57连接。该纵管57用于防止由于反应器11侧的淤浆液面的过度上升而使淤浆从水平连接管23向分离容器12溢出，且具有使混入下降倾斜移送管25的气泡进行气液分离的效果，由此，促进分离容器12中的催化剂粒子、液体生成物以及气体成分的重力分离。
本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统所采用的FT合成催化剂呈粒子状，可以悬浮在介质油中而形成淤浆，例如，优选采用钴或钌系的催化剂。该FT合成催化剂的粒径为20μm以上，平均粒径优选为50～150μm的范围。
在本发明的鼓泡塔型FT合成淤浆床反应系统中，为了除去伴随着FT合成反应的大量的发热，将传热管22插入反应器11的内部。作为利用传热管的冷却方法，并没有特别的限制，但在图1中，设定为温度分布控制优良的卡口型冷却管。在图1所示的实施方式中，为了控制反应器内的温度，进而能够进行该反应器内的径向以及垂直轴向的均匀除热，将由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个卡口型冷却管从反应器的上部垂直地设置。其构造由外管51以及内管52构成，以适当间距(优选三角间距)配置在各自管板53、54上，具有锅炉用水入口31、锅炉用水和蒸汽出口32。在管内部，冷却水从锅炉用水入口经由内管集管55被供给到各管的内管52中，通过外管51时，利用FT合成反应的发热量而使锅炉用水的一部分产生蒸汽，该蒸汽和水的混相流体经由外管集管56从出口32送出，产生的蒸汽作为工厂蒸汽加以回收。运转条件为：压力2.0～6.0MPaG，温度200～270℃。通过除去FT合成反应所产生的发热量，从锅炉用水产生的蒸汽比例优选为5～10wt％。该卡口型冷却管能高效除去伴随着FT合成反应生成的大量的发热(约40Mcal/kgmol-CO)，能进行反应器内温度分布的均匀控制，从而实现稳定运转。另外，作为构造特征，为了在管下方具有自由度，不必考虑运转时的冷却管的热伸缩问题。通过将由锅炉用水产生的蒸汽比例设定为5～10wt％的运转，使成为垂直管二相流的在外管内部的流动方式接近于环状、喷雾流来防止冷却管的振动，从而能够进行稳定运转。
在此，冷却装置部的运转条件优选为：将水(例如锅炉用水)导入冷却管内管，从冷却管外管出口得到压力2.0～6.0MPaG、温度200～270℃的蒸汽。同时优选将反应器内的温度调节为210～280℃。特别是采用上述卡口型冷却管时，由此进行的反应器内的温度控制能在该反应器内的反应温度的变动幅为±5℃，优选为±2℃的范围稳定地进行(参照后述的实施例的表1)。
此外，本发明的鼓泡塔型淤浆床反应系统所采用的反应器和分离容器的位置关系由于两容器的大小不同等原因，难以进行统一的规定，但如图1所示，反应器11和分离容器12的气相部以连接管23这样的配管进行连接，淤浆通过移送管25移动到分离容器12的下部，这样只要在不损害本申请发明的作用效果的范围内，只要是能够进行淤浆循环的位置关系，就并没有特别的限制。
实施例
下面对本发明的实施例进行说明。
[实施例1]
作为反应装置，使用图1所示的装置。
合成气体供给量为250Nm3/时(100％负载)，将反应压力控制为2200kPaG，将反应温度控制为240℃(±2℃)，制造了由FT合成反应所产生的液态烃。结果如表1所示。将反应器内的反应温度调节为上述温度范围，同时进行如下调节：将锅炉用水导入多个卡口型冷却管的内管，从冷却管外管出口得到温度231℃、压力2735kPaG的蒸汽。另外，利用本运转条件，FT合成反应中的CO转化率为62％。
在气体空塔速度为0.15m/秒的条件下，反应器内部的温度分布在反应器的垂直轴向显示为温度差为2℃以下的均匀的温度分布，确认通过卡口型冷却管可高效地除去FT合成反应的发热。利用实施例1的条件，每日制造了FT合成油(液态烃)5.0桶(Barrel)。
实施例2
采用与实施例1相同的反应装置，合成气体供给量为100Nm3/时(40％负载)，将反应压力控制为2200kPaG，将反应温度控制为230℃来制造由FT合成反应所产生的液态烃。结果如表1所示。将反应器内的反应温度调节为上述温度范围，同时进行了如下调节：把锅炉用水导入多个卡口型冷却管的内管，从冷却管外管出口得到温度226℃、压力2450kPaG的蒸汽。另外，利用本运转条件，FT合成反应中的CO转化率为89％。
气体空塔速度为0.06m/秒的条件下，反应器内部的温度分布在反应器的垂直轴向显示为1℃以下的均匀的温度分布，确认通过卡口型冷却管可高效地除去FT合成反应的发热。利用实施例2的条件，每日制造了FT合成油(液态烃)2.6桶。
表1
另外，表1中的反应器的温度表示的是反应器内的各处所设有的温度传感器的数值。但是，上部、中上部、中间部、中下部的栏所示的2个值是表示反应器的同一平面内所设有的多个(2个)温度传感器的数值。温度传感器的垂直轴向的安装位置(上部A、中上部B、中间部C、中下部D、下部E；EL＝0mm)如图1所示。另外，冷却管以三角间隔配置了7根。
本发明可以适用于由费-托合成反应合成液态烃的鼓泡塔型淤浆床反应系统以及装置。

Claims (14)

1.一种鼓泡塔型淤浆床反应系统，其是由氢和一氧化碳构成的合成气体与催化剂粒子相接触以制造液态烃的费-托合成反应系统，该反应系统的特征在于：没有采用循环用的外部动力而借助于从所述反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的成为驱动力的气体升力使下述工序运转，
(1)从反应器的底部连续供给的合成气体与悬浮的催化剂粒子相接触而生成液态烃、气态烃以及水的鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应工序；
(2)使悬浮有所述费-托用合成反应工序所生成的液体生成物和催化剂粒子的淤浆通过来自所述反应器的下降倾斜移送管向分离容器的下部移动，从而分离催化剂粒子和液体生成物的工序；
(3)使所述费-托用合成反应工序所生成的气体生成物通过在所述下降倾斜移送管的上部设置的连接管移送到该分离容器的上部而从其顶部导出的工序；
(4)从所述分离容器导出液体生成物的工序；以及
(5)从所述分离容器的底部导出催化剂粒子已被浓缩的淤浆而向所述反应器的底部循环的工序；并且
没有采用分离用的外部动力而分离导出生成的液态烃生成物和气态烃生成物以及水。
2.如权利要求1所述的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，具有如下工序：通过从所述反应器的上部垂直地设置、且由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个冷却管对该反应器内的温度进行控制，从而能够进行所述反应器内的径向的均匀除热。
3.如权利要求1或2所述的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，在所述费-托合成反应工序中，反应器的压力为1～4MpaG，反应器内的气体空塔速度为0.005～0.2m/秒。
4.如权利要求1或2所述的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，在从所述反应器导入分离容器的下部的催化剂粒子中，粒径20μm以上的催化剂粒子的99％以上向所述反应器循环。
5.如权利要求1或2所述的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，分离容器通过下降倾斜移送管与所述反应器连接，且具有使催化剂粒子浓缩淤浆向该反应器循环的淤浆循环路径，其中，
利用设置在所述分离容器和反应器之间的淤浆循环路径的催化剂浓缩淤浆的导出量调节阀、来自分离容器的液体反应生成物的导出量调节阀、以及分离容器和反应器的上部气相空间部的压差调节阀，将所述分离容器内的液体上升速度设定为粒径20μm的催化剂粒子的沉降速度的0.4倍以下。
6.如权利要求2所述的鼓泡塔型淤浆床反应系统，其特征在于，在通过所述多个冷却管控制所述反应器内的温度的工序中，将水导入冷却管内管而将反应器内的温度调节为210～280℃，同时从冷却管外管出口得到温度为200～270℃、压力为2～6MPaG的蒸汽。
7.一种费-托合成反应装置，其具有鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应器，该鼓泡塔型淤浆床费-托合成反应器使悬浮的催化剂粒子与从设置在反应器底部的气体分散器连续供给的合成气体相接触而生成液态烃、气态烃以及水，其特征在于，
具有循环分离机构，其没有采用循环用的外部动力而通过从所述反应器底部导入并在淤浆床反应器内上升的合成气体的成为驱动力的气体升力进行运转，并且没有采用分离用的外部动力而分离导出生成的液态烃生成物和气态烃生成物。
8.如权利要求7所述的费-托合成反应装置，其特征在于，
所述循环分离机构包括：
(1)所述反应器，
(2)分离容器，其使悬浮有在所述反应器生成的液体生成物和催化剂粒子的淤浆通过连接在所述反应器和分离容器的下部之间的下降倾斜移送管移动，从而使催化剂粒子和液体生成物分离，
(3)气体生成物导出部，其使在所述反应器生成的气体生成物通过在所述下降倾斜移送管的上部设置的连接管移送到所述分离容器的上部并从其顶部导出，
(4)液体生成物导出部，其从所述分离容器导出液体生成物，以及
(5)循环路径部，其从所述分离容器的底部导出催化剂粒子已浓缩的淤浆而向所述反应器的底部循环。
9.如权利要求8所述的费-托合成反应装置，其特征在于，在所述循环分离机构中，反应器内的反应压力被调节为1～4MPaG的范围，气体空塔速度被调节为0.05～0.2m/秒的范围。
10.如权利要求8或者9所述的费-托合成反应装置，其特征在于，在所述循环分离机构中，向所述分离容器的下部导入的粒径20μm以上的催化剂粒子的99％以上向所述反应器循环。
11.如权利要求8或9所述的费-托合成反应装置，其特征在于，在所述循环分离机构中，利用设置在所述循环路径部上的催化剂浓缩淤浆的导出量调节阀、设置在所述分离容器的液体生成物导出部上的液体反应生成物的导出量调节阀、以及设置在所述分离容器和反应器的上部气相空间部之间的连接管上的压差调节阀，将所述分离容器内的液体上升速度调节为粒径20μm的催化剂粒子的沉降速度的0.4倍以下的范围。
12.如权利要求7～9中任一项所述的费-托合成反应装置，其特征在于，具有控制所述反应器内的温度并能进行所述反应器内的径向以及垂直轴向的均匀除热的除热机构。
13.如权利要求12所述的费-托合成反应装置，其特征在于，所述除热机构具有从所述反应器的上部垂直地设置、并由冷却介质导入内管和热交换外管构成的多个冷却管；将水从反应器的上部的所述内管入口导入，通过该内管并沿相反方向流过所述外管，从反应器上部的所述外管出口流出，由此将反应器内的反应温度调节为210～280℃，同时进行调节，以便从所述外管出口得到温度为200～270℃、压力为2～6MPaG的蒸汽。
14.如权利要求12所述的费-托合成反应装置，其特征在于，所述除热机构对反应器内的温度控制使所述反应器内的反应温度的变动幅度为±2℃的范围。
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