CN101391198B - 一种浆态床费托合成反应器和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种费托合成浆态床反应器，该反应器包括反应段、反应器入口、反应器出口和设置在浆态床上部的扩径段，所述扩径段包括沉降段、洗涤段和除沫段。本发明还提供了一种费托合成工艺，特征在于使用本发明的浆态床反应器。通过本发明的浆态床反应器和工艺，产物中的固含量显著减少，并且产物中的颗粒的粒度也显著减小。

Description

一种浆态床费托合成反应器和工艺

技术领域

本发明涉及一种浆态床费托合成反应器以及使用该浆态床费托合成反应器的工艺。

背景技术

费托合成反应器最初是固定床反应器，后来又发展到循环流化床、固定流化床和浆态床。固定床反应器有热点、堵塞和生产能力低等缺点，循环流化床的流化过程难以控制，催化剂利用率低磨损严重，而且生产能力仍然偏低。固定流化床是循环流化床的改进形式，不仅结构简单容易操作、也解决了催化剂利用率低和磨损的问题，生产能力大大提高。天然气液化的发展促进了浆态床反应器的发展，特别是近几年，浆态床费托合成技术得到大力发展。浆态床反应器和固定流化床反应器结构类似，但是属于三相反应器，反应器内除了气固相外还有液相，其优点是能实现低温费托合成反应、反应热易于移出、反应温度均匀、生产能力大等。中国专利03151109.0提出连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，其特征在于反应器至少包括以下四部分部件：入口气体分布部件、换热管部件、固液分离器部件、出口除尘除沫器部件。费托合成浆态床反应器要求催化剂的粒度在20-100微米之间，否则催化剂和产物无法形成浆液相，但这也带来了将催化剂与费托合成产物(包括反应条件下的液相和气相产物)分离的难题。在浆态床反应器内置或外置过滤装置可以将重馏分产物同催化剂分离。

另外，从浆态床层顶部出来的反应尾气和气相产物夹带的催化剂颗粒也需要分离出来。浆态床反应器中气相夹带的催化剂颗粒微小，颗粒含量也很低，因此流化床反应器采用的是旋风分离器不适合浆态床。气相中夹带的细小颗粒需要通过重力沉降、洗涤和除沫器分离出去。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型费托合成浆态床反应器，该反应器包括反应段、反应器入口、反应器出口和设置在浆态床上部的扩径段，所述扩径段包括沉降段、洗涤段和除沫段。所述反应段下部设有气体分布器。反应段内部可以设有换热装置如换热列管。反应段上部另外可以设有过滤器，用于将重质馏分分离出反应器。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述费托合成浆态床反应器进行费托合成的工艺，其中合成气经过反应器底部的气体分布器均匀分布进入浆态床同催化剂反应，反应后的气体从浆态床层进入沉降段，气体中的较大的固体颗粒重新沉降到浆态床层，而未沉降的小颗粒随气体进入洗涤段，经洗涤后气体产物中剩余的颗粒大部分也落入浆态床层，洗涤后的气体产物进入除沫段，将气体产物中的剩余雾沫和细颗粒分离出来，最后流出反应器的气体再进入下游的常规费托合成气液分离流程。

附图说明

图1是本发明的费托合成浆态床反应器的示意性结构图，其中1为反应器入口，2为气体分布器，3为反应段，4为扩径段，5为扩径段的沉降段，6为扩径段的洗涤段，7为扩径段的除沫段，8为反应器出口。

图2是示出本发明的洗涤段的一个示例性液体分布器的工作方式的示意图，其中10为洗涤液管道，11为液体分布器，6为扩径段的洗涤段。箭头方向为含颗粒的气相的流动方向。

图3是图2液体分布器的示意性俯视图，其中21为三个喷淋圈，三个喷淋圈之间相距1m，最里面的喷淋圈的半径为1m，最外面的喷淋圈与反应器内壁表面相距0.5m，三个喷淋圈及其相互连接的管道直径均为100mm，6为扩径段的洗涤段。

图4是显示喷淋圈中的开孔分布的一个实施方案的局部示意图，喷淋开孔直径为3mm，采用向下或水平的径向开口。

图5是示出本发明的塔板式洗涤段的示意性结构图，其中6为扩径段的洗涤段，10为洗涤液管道，31为塔板。箭头方向为含颗粒气相的流动方向。

具体实施方式

根据本发明，如图1所示，提供了一种费托合成浆态床反应器，包括反应段3、反应器入口1、反应器出口8和设置在浆态床上部的扩径段4，所述反应段的下部包括气体分布器2，所述扩径段包括沉降段5、洗涤段6和除沫段7。反应段内部可以设有换热装置如换热列管(图中未示出)。本发明的费托合成浆态床反应器特征在于反应器上部洗涤段5的设计。在洗涤段5，气相与从反应器外引入的重质液态组分逆向接触，其中的细小颗粒就会被液体包覆或发生积聚，这样重新形成的液滴或颗粒的重力就会增加，也就加大了重新沉降到浆态床的可能性。洗涤段内流体的流动形式类似于普通分馏塔的气液接触方式，但其实现的目的却有差别，普通分馏塔是要实现不同液相组分的分离，浆态床洗涤段却是要除去气相中的固体颗粒。

进一步，根据本发明的洗涤段的一种结构形式是液体分布器11。该液体分布器11将通过洗涤液管道10引入反应器的重质液相通过液体分布器分散成小液滴向整个洗涤段截面喷淋同气相逆流接触，这就增大了液固相(洗涤液相和细小固体催化剂颗粒)的接触面积，喷淋洗涤的结构使得反应器洗涤段的气相压降很小，但是喷淋液滴的大小要控制在合适的范围，这样才能达到从气相分离细颗粒的目的(见图2)。根据一种优选的实施方案，本发明设计的喷淋圈采用三个同心圆的结构21，三个喷淋圈通过“十字形”管道连接(见图3)。每个喷淋圈的喷淋开口结构相同，都采用向下或水平的径向开口，开口大小为3mm，这样就能达到最大的喷淋面积(见图4)。喷淋液滴的直径优选为0.2-1毫米，优选为0.2-0.6毫米。液滴的尺寸通过喷淋开口和压差大小来控制，一般开口越小喷淋液滴也越小，喷淋需要的压差也越大。

根据本发明的洗涤段的另一种结构形式是采用筛板塔31的结构，引入反应器的重质液相通过洗涤液管道10从几个筛板上部进入反应器，筛板的开孔采用正三角形分布，并设计有溢流堰和降液管，这样能够保证每一层塔板上的液体能够从筛孔或溢流堰向下流动，也能保证筛板上有一定的液位。向下流动的液相同气相中的细颗粒接触，同时筛板上的液相层也能够起到接触细颗粒和液封的作用，筛板数在3-6块之间(见图5)，塔板越多造成的气相压降也就越大。

采用喷淋的方式时，喷头内的压力要比反应器洗涤段的操作压力高在0.1-0.3Mpa，而如果是采用筛板塔的话，由于其本身就是反应器的内构件，因此其承受的压力等于操作压力。

然而，本发明的洗涤段不限于以上两种形式，通过其它方式将重质液态组分引入到洗涤段的方法也是在本发明的范围内。另外，本发明的除沫段可以采用本领域已知的浆态床反应器中的设计，例如中国专利03151109.0中的除沫器。

本发明要求合成气从反应器底部的气体分布器以10-30cm/s的空塔气速进入反应器，经过浆态床同催化剂反应。浆态床顶部流出的气相空塔流速在8-25cm/s之间，进入扩径后的沉降段和洗涤段后气相的流速降至3-10cm/s之间。

本发明要求进入反应器洗涤段的洗涤液的来源可以是费托合成重质产品(重质产品是费托合成浆液相经固液分离和反应尾气经气液分离后的初级产品)，也可以是独立于费托合成外的重质蜡或重质油，例如市场上销售的液体石蜡、硬蜡等，要求洗涤液固含量<10ppm。洗涤液的温度比浆态床反应器内温度低5-20℃，压力高0.1-0.5Mpa，采用喷淋或筛板的方式需要的压力不同，液相流量占气相流量的质量百分数在1-15％之间，优选范围在2-10％之间。在本发明的方法中，合成气经过反应器底部的气体分布器均匀分布进入浆态床同催化剂反应，反应热通过床层的换热列管移出，重质馏份产物经过滤器(图中未示出)分离出反应器，浆态床以上的反应器功能段直径扩大，形成一扩径段，从而降低从浆态床顶部流出气体的流速。首先是重力沉降段，经过沉降段后气相中较大的颗粒重新沉降到浆态床层；沉降段上部是一个洗涤段，经过洗涤段后剩余的大部分颗粒也会落入浆态床层；最后是反应器顶端的除沫段，将气体没有分离出的雾沫和细颗粒分离出来。

通过本发明的浆态床反应器和工艺，产物中的固含量显著减少，并且产物中的颗粒的粒度也显著减小。

实施例1

浆态床内径为5m，反应段和气体分布器段的总高为30米，扩大段的内径为7m，其中重力沉降段的高度为8m，除沫段高度为0.6m，进入反应器洗涤段气相的压力是2.9Mpa，温度为240℃，流量为200吨/小时。从浆态床外进入的洗涤液的质量是气相质量流量的2％，温度235℃，压力3.2Mpa，从洗涤段上部的液体分布器向下喷淋与气相接触。通过调节洗涤液的压力，即液体分布器(喷淋圈)进出口的压差，能够调节喷淋液滴的大小，液滴在200-600微米之间能够起到最佳的分离细颗粒的作用。液滴太大则液体和固体颗粒接触面积太小，液滴要达到小于200微米的目标需要的压降和洗涤液的流量都要增加，特别是洗涤液流量的增加会加重反应器的操作负荷。由于采用了喷淋圈的设计，因此喷淋段只需要设在重力沉降段顶部，喷淋圈距除沫段的距离设计为200mm。

对反应器出口气体的固含量进行检测可以发现增加洗涤段的喷淋后，气体固含量由30-100ppm降低到10ppm以下，而且固体颗粒的大小也从1-30μm降低到5μm以下。

实施例2

浆态床内径为5m，扩大段的内径为7m，其中重力沉降段的高度为8m，除沫段高度为0.6m，进入反应器洗涤段气相的压力是2.9Mpa，温度为240℃，流量为200吨/小时。从浆态床外进入的洗涤液的质量是气相质量流量的4％，温度230℃，压力3.0Mpa。洗涤液进入反应器后通过溢流堰和降液管以及筛孔向下流动，同气相接触以除去其中的细颗粒。洗涤段设4层筛板，筛板间距为300mm，筛板开孔的孔径为10mm，筛孔按正三角形排列，孔间距为30mm，开孔率为9.5％，筛板设弓形堰，堰高5mm，降液管下端与受液盘间距为8mm，最底层的筛板不设计降液管。最下层塔板设计在重力沉降段的顶部，最上层塔板距除沫段的距离设计为300mm。

对反应器出口气体的固含量进行检测可以发现增加洗涤段的筛板后，气体固含量由30-100ppm降低到10ppm以下，而且固体颗粒的大小也从1-30μm降低到5μm以下。

Claims (6)

1.一种费托合成浆态床反应器，该反应器包括反应段、反应器入口、反应器出口和设置在浆态床上部的扩径段，所述扩径段包括沉降段、洗涤段和除沫段，所述洗涤段中设有液体分布器用于分布洗涤液，所述液体分布器为三个同心圆结构的喷淋圈，每个喷淋圈的喷淋开口为向下或水平的径向开口。

2.根据权利要求1所述的费托合成浆态床反应器，其中所述反应段下部设有气体分布器。

3.根据权利要求1所述的费托合成浆态床反应器，其中反应段内部设有换热装置。

4.根据权利要求1所述的费托合成浆态床反应器，其中反应段上部设有过滤器，用于将重质馏分分离出反应器。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的费托合成浆态床反应器，其特征在于所述的三个同心圆结构的喷淋圈通过“十字形”管道连接。

6.一种使用如权利要求1所述的费托合成浆态床反应器的费托合成工艺，包括：合成气经过反应器底部的气体分布器均匀分布进入浆态床同催化剂反应，反应后的气体从浆态床层进入沉降段，气体中的较大的固体颗粒重新沉降到浆态床层，而未沉降的小颗粒随气体进入洗涤段，经洗涤后气体产物中剩余的颗粒大部分也落入浆态床层，洗涤后的气体产物进入除沫段，将气体产物中的剩余雾沫和细颗粒分离出来，最后流出反应器的气体再进入下游的气液分离流程。

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