CN101835876A - 气泡塔型碳氢化合物反应器和浆液液面检测方法 - Google Patents

气泡塔型碳氢化合物反应器和浆液液面检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气泡塔型碳氢化合物反应器，其是通过以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液之间的化学反应来合成碳氢化合物，所述反应器具备：反应器主体，其用于收容上述浆液；合成气体供给部，其用于向上述浆液供给上述合成气体；一个压力传感器，其被配置在上述浆液的液面上方，用于对上述液面上的上述合成气体的压力进行测定；其他压力传感器，其被配置在上述浆液的液面下方，用于对上述浆液的压力进行测定；以及液面检测机构，其基于上述压力传感器的测定结果对上述浆液的液面位置进行检测，其中，上述其他压力传感器沿着上述反应器主体的轴向被间隔开地设置有多个。

Description

气泡塔型碳氢化合物反应器和浆液液面检测方法
技术领域
本发明涉及一种气泡塔型碳氢化合物反应器以及气泡塔型碳氢化合物反应器中的浆液液面检测方法，该气泡塔型碳氢化合物反应器用于将以一氧化碳气体和氢气作为主要成分的合成气体吹入到在液态烃中悬浮有固体催化剂粒子的浆液中来合成碳氢化合物。
本申请要求在2007年9月27日申请的日本专利申请第2007-252522号的优先权，这里援引其内容。
背景技术
作为从以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体生成碳氢化合物和水的费-托合成反应(以下称为“FT合成反应”)的反应系统之一，有通过将合成气体吹入到在液态烃中悬浮有固体催化剂粒子的浆液中来进行FT合成反应的气泡塔型浆态床(也称为淤浆床)FT合成反应系统(例如参照下列专利文献1、2)。再有，通过FT合成反应合成的碳氢化合物被用作石脑油(粗汽油)、煤油、轻油等液体燃料制品的原料。
在气泡塔型浆态床FT合成反应系统中，被吹入浆液中的合成气体成为气泡而在浆液中上升。在合成气体被稳定地供给到浆液中的状态(运行状态)下，为了控制催化剂粒子和合成气体的反应状态，因此需要把握浆液中所含有的催化剂粒子的浓度。不过，浆液中所含有的液态烃的量因FT合成反应而增加，因此，伴随其增加，催化剂粒子的浓度发生变化。因此，控制反应状态时，需要对作为该液态烃的量的指标的浆液的液面位置进行检测。
再者，以往的液面检测方法例如有如专利文献3那样利用漂浮在液面上的浮标(float)的方法、如专利文献4那样使包含水或固体的浆液作为电容器的构成而发挥作用来检测水或浆液的液面(气液的界面)的所谓“电容式”的方法。另外，以往的液面检测方法例如也有如专利文献5那样对容器所收容的液体的压力、容器内的液面上方的气体的压力以及液体的温度进行测定而利用基于2个测定压力之差(压差)、2个压力测定位置间的距离以及测定压力、测定温度所算出的液体的比重等来求出液面位置的方法。
专利文献1：美国专利申请公开2003/0018089号说明书
专利文献2：美国专利申请公开2007/0014703号说明书
专利文献3：美国专利申请公开2004/0021080号说明书
专利文献4：美国专利第4888989号说明书
专利文献5：美国专利申请公开2006/0070438号说明书
但是，在FT合成反应中，合成气体(气体)被吹入到由液态烃(液体)和催化剂粒子(固体)构成的浆液中，因此浆液与作为气泡存在于浆液中的合成气体一起构成包含气体、液体和固体这三相的复杂的分散体系。另外，浆液的液面有时由于在浆液中上升的气泡(合成气体)而有起伏不平，再者，密度、粘性等浆液的物性由于FT合成反应的条件的不同而变动，因此在上述以往的液面检测方法中，存在难以检测浆液的液面位置这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于，在收容有包含气体、液体和固体这三相而构成复杂的分散体系的浆液的气泡塔型碳氢化合物反应器中，提出能容易地检测浆液的液面位置的最佳的浆液液面检测方法，并用于控制催化剂粒子和合成气体的反应状态。
本发明的气泡塔型碳氢化合物反应器是通过以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液之间的化学反应来合成碳氢化合物，所述反应器具备：反应器主体，其用于收容上述浆液；合成气体供给部，其用于向上述浆液供给上述合成气体；一个压力传感器，其被配置在上述浆液的液面上方，用于对上述液面上的上述合成气体的压力进行测定；其他压力传感器，其被配置在上述浆液的液面下方，用于对上述浆液的压力进行测定；液面检测机构，其基于上述压力传感器的测定结果对上述浆液的液面位置进行检测，其中，上述其他压力传感器沿着上述反应器主体的轴向被间隔开地设置有多个。
根据本发明的气泡塔型碳氢化合物反应器，通过在液面检测机构中实施后述的浆液液面检测方法，能容易地对包含气体、液体和固体这三相而构成复杂的分散体系的浆液的液面位置进行检测。
本发明的浆液液面检测方法分别对上述浆液液面上的上述合成气体的压力与距上述液面互不相同的多个深度位置的上述浆液的压力之间的压差ΔPn(m、n是正整数，其中n＝1、2、...m-1、m，m≥3)进行测定，将上述合成气体的压力与在距上述液面最近的第1测定位置所测定的上述浆液的压力之间的压差设定为ΔP1，并且n越大距上述液面的深度位置越大，基于多个上述压差ΔPn，相互邻接的上述浆液的压力测定位置间的轴向距离Ln以及相互邻接的上述浆液的压力测定位置间的上述浆液的密度ρSLn，利用下式分别求出相互邻接的上述浆液的压力测定位置间的上述合成气体的体积分率εn，
ΔPn-ΔPn-1＝ρSLn×Ln×(1-εn)
m、n是正整数，其中，n＝2、3、...m-1、m。
基于这些上述合成气体的体积分率εn求出上述第1测定位置与上述液面之间的上述合成气体的体积分率ε1，进而基于上述合成气体的体积分率ε1、上述压差ΔP1以及上述第1测定位置与上述液面之间的上述浆液的密度ρSL1，利用下式求出从上述第1测定位置到上述液面的距离h，
ΔP1＝ρSL1×h×(1-ε1)。
根据本发明的浆液液面检测方法，考虑合成气体的体积分率并且采用多个压差来检测浆液的液面位置，能够容易且高精度对包含由作为气泡而存在于浆液中的合成气体构成的气体、液体和固体这三相的浆液的液面位置进行检测。
另外，本发明的浆液液面检测方法分别对上述浆液液面上的上述合成气体的压力与距上述液面相互不同的多个深度位置的上述浆液的压力之间的压差进行测定，对上述压压差与上述浆液的压力测定位置之间的关系进行直线逼近，在该直线逼近式中，将上述压差为0的位置作为上述液面位置。再者，在该浆液液面检测方法中，例如以浆液的1个压力测定位置为基准来检测液面位置即可。
并且，采用该浆液液面检测方法，不会受到浆液的密度、合成气体的体积分率等的影响，仅通过对合成气体的压力与浆液的压力之差进行测定，能容易地对包含气体、液体和固体这三相的浆液的液面位置进行检测。另外，不需要求出浆液的密度、合成气体的体积分率等，因此能够迅速地对液面位置进行检测。
并且，在上述浆液液面检测方法中，也可以基于上述浆液的组成来求出上述浆液的密度，并且对上述浆液的温度进行测定；并基于上述浆液的温度对上述浆液的密度进行校正即可。
另外，上述气泡塔型碳氢化合物反应器具备用于对上述浆液的温度进行测定的温度传感器，上述液面检测机构也可以基于上述温度传感器的测定结果，对基于上述浆液的组成所求出的上述浆液的密度进行校正，进而基于被校正的浆液的密度和上述压力传感器的测定结果，对上述浆液的液面位置进行检测。
根据这些浆液液面检测方法和气泡塔型碳氢化合物反应器，通过基于浆液的温度来对浆液的密度进行校正，即使从浆液的组成求出浆液的密度时的浆液的温度与反应器主体内的浆液的温度不同，也能够以高精度对浆液的液面位置进行检测。
另外，在上述浆液液面检测方法中，也可以针对被相互邻接的上述浆液的压力测定位置夹着的上述反应器主体的每个区间，基于上述浆液的组成求出上述浆液的密度，并且对上述浆液的温度进行测定；并基于各区间的上述浆液的温度，单独地对与之相对应的区间中的上述浆液的密度进行校正。
再者，在上述气泡塔型碳氢化合物反应器中，也可以在被相互邻接的上述其他压力传感器夹着的上述反应器主体的各区间内，分别设有用于对上述浆液的温度进行测定的温度传感器，上述液面检测机构对基于各区间内的上述浆液的组成所求出的上述浆液的密度单独地进行校正，所述校正是基于在与上述浆液的密度相对应的上述区间所配置的上述温度传感器的测定结果进行的；进而基于被校正的上述浆液的密度和上述压力传感器的测定结果，对上述浆液的液面位置进行检测。
根据这些浆液液面检测方法和气泡塔型碳氢化合物反应器，通过利用各区间的浆液的温度分布对各区间的浆液的密度单独地进行校正，能够以更高的精度对浆液的液面位置进行检测。
另外，在上述气泡塔型碳氢化合物反应器中，也可以在由上述合成气体供给部稳定地将上述合成气体供给到上述浆液中的状态下的上述液面的附近，沿着上述反应器主体的轴向并列配置有多个对上述反应器主体内的温度进行测定的辅助温度传感器；上述液面检测机构在从合成气体未向浆液中供给的状态开始供给合成气体直到成为合成气体被稳定地供给到浆液中的状态的期间内，基于多个上述辅助温度传感器的测定结果，对上述浆液的液面位置进行检测。
在从合成气体未向浆液中供给的状态(停止状态)开始供给合成气体(开始运行)直到成为合成气体被稳定地供给到浆液中的状态(运行状态)的期间内，浆液的液面位置产生较大变化。另外，运行状态下的浆液的温度和液面上的合成气体的温度之差比浆液中的温度差大。
因此，气泡塔型碳氢化合物反应器开始运行时，使用上述多个辅助温度传感器来对反应器主体内的温度进行测定，由此基于对较大的温度变化进行测定的辅助温度传感器的配置，能够捕捉温度变化较大的液面的位置变化，能够对是否处于运行状态进行判断。并且，在被判断成处于运行状态的情况下，能开始上述的液面检测。
即，采用本气泡塔型碳氢化合物反应器，能够容易地谋求开始液面检测的时机。
根据本发明，能容易地对包含气体、液体和固体这三相而构成复杂的分散体系的浆液的液面位置进行检测。
附图说明
图1是表示具备本发明的实施方式的反应器的合成反应系统的概略图。
图2是表示图1的反应器的构成的概略图。
图3是表示在本发明的第2实施方式的液面检测方法中压差与压力测定位置之间的关系的曲线图。
符号说明
3、反应器(气泡塔型碳氢化合物反应器)，10、反应器主体，12、浆液，12a、液面，20、分配器(合成气体供给部)，51、压力传感器(一个压力传感器)，52～55、压力传感器(其他压力传感器)，61～65、温度传感器，71、运算装置(液面检测机构)，122、液态烃(碳氢化合物)，124、催化剂粒子
具体实施方式
以下，参照图1～3说明本发明的最佳的实施方式。
如图1所示，本发明的第1实施方式的反应器(气泡塔型碳氢化合物反应器)3是产生FT合成反应的反应器，与取出FT合成反应的产物的分离器5一起构成气泡塔型浆态床FT合成反应系统(合成反应系统)1。
反应器3主要具备反应器主体10、分配器20以及冷却管40。
反应器主体10是大致为圆筒性的金属制容器，其直径是1～20m左右，优选是2～10m左右。反应器主体10的高度是10～50m左右，优选是15～45m左右。在反应器主体10的内部收容有使固体催化剂粒子124悬浮在液态烃(FT合成反应的产物)122中而得到的浆液12。在该反应器主体10上形成有浆液流出口14和浆液流入口16，浆液流出口14用于使浆液12的一部分从该反应器主体10的上部流出到分离器5，浆液流入口16用于使浆液12从分离器5流入反应器主体10的下部。
分配器20是本实施方式的合成气体供给部的一个例子，分配器20被配设在反应器主体10内部的下部位置，将以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体供给到浆液12中。该分配器20由合成气体供给管22、安装在合成气体供给管22的顶端部的喷嘴联箱24、设置在喷嘴联箱24的侧部的多个合成气体供给喷嘴26构成。
从外部经由合成气体供给管22所供给的合成气体通过喷嘴联箱24的内部，从设置在合成气体供给喷嘴26的下部(反应器主体10的底部侧)的合成气体供给口(未图示)，例如朝着下方(图中细箭头所示的方向)喷射到反应器主体10内部的浆液12中。这样从分配器20吹入浆液12中的合成气体成为气泡28而在浆液12中沿着反应器主体10的高度方向(垂直方向)从下方流向上方。在该过程中，合成气体溶解在液态烃122中，与催化剂粒子124接触，由此进行液态烃的合成反应(FT合成反应)。再者，在本实施方式中，合成气体朝着下方喷射，但合成气体也可以朝着反应器主体10的上方喷射。
另外，合成气体从配设在反应器主体10内部的下部位置的分配器20吹入浆液12中，被吹入的合成气体成为气泡28而在反应器主体10内上升，在反应器主体10的内部，在反应器主体10内部的中央及其附近(反应器主体10的中心轴线附近)产生浆液12的上升流(气体提升)，在反应器主体10的内壁附近(圆周部附近)产生浆液12的下降流。由此，如图1中粗箭头所示，在反应器主体10内部产生浆液12的循环流。
再者，合成气体稳定地供给到浆液12中的状态(运行状态)下的浆液12的液面变得比合成气体未供给到浆液12中的状态(停止状态)的浆液12的液面高。
冷却管40在反应器主体10的内部沿着反应器主体10的高度方向设置，对由于FT合成反应产生的热而使温度上升了的浆液12进行冷却。如图2所示，该冷却管40例如也可以将1根管弯曲而沿着垂直方向上下多次往返地(例如在图2中往返2次)形成。但是，冷却管的形状和根数并不限于上述形状和根数，只要均等地配置在反应器主体10的内部而有助于均等地对浆液12进行冷却即可。例如，也可以在反应器主体10的内部配置多个被称为卡口式的双层管构造的冷却管。
在该冷却管40内流通有被从冷却管入口42导入的冷却水(例如与反应器主体10内的温度之差为-50～0℃左右的水)。该冷却水是在冷却管40内流通的过程中隔着冷却管40的管壁与浆液12进行热交换，反应器主体10内部的浆液12被冷却。冷却水的一部分成为水蒸气而从冷却管出口44被排出。再者，作为用于对浆液12进行冷却的介质，不限于如上述那样的冷却水，例如能够使用C4～C10的直链、支链状的链烷烃、环烷、烯烃、低分子量硅烷、硅醚、硅油等。
另外，如图2所示，反应器3具备：设置在反应器主体10的内壁上的多个压力传感器51～55和温度传感器61～65；基于这些压力传感器51～55和温度传感器61～65所测定的压力P1～P5、温度T1～T5的测定结果来实施用于对浆液12的液面位置进行检测的运算的运算装置(液面检测机构)71。
多个(图示例子中为5个)压力传感器51～55在反应器主体10的轴向(高度方向)被间隔开地配置。并且，合成反应系统1成为运行状态时，第1压力传感器(一个压力传感器)51被配置在浆液12的液面12a的上方来对液面12a上的合成气体的压力P1进行测定，另外，第2～第5压力传感器(其他压力传感器)52～55被配置在浆液12的液面12a的下方来对浆液12的压力P2～P5进行测定。再者，在图示例子中，被配置在反应器主体10的最下方侧的第5压力传感器55配置在分配器20的上方，例如也可以配置在与分配器20相同的高度位置、或者配置在分配器20的下方。
多个(在图示例子中为4个)温度传感器61～65也与压力传感器51～55同样地沿着反应器主体10的轴向被间隔开地配置。并且，合成反应系统1成为运行状态时，第1温度传感器(一个温度传感器)61被配置在浆液12的液面12a的上方，对液面12a上的合成气体的温度T1进行测定，另外，第2～第5温度传感器(其他温度传感器)62～65被配置在浆液12的液面12a的下方，对浆液12的温度T2～T5进行测定。
在此，第3～第5温度传感器63～65一个一个地配置在被相互邻接的第2～第5压力传感器52～55夹着的反应器主体10的轴向的各区间(轴向距离)L2、L3、L4内。即，例如第3温度传感器63能够对分别被第2压力传感器52和第3压力传感器53所夹着的区间L2中的浆液12的温度T2进行测定。再者，更优选第3～第5温度传感器63～65分别被配置在各区间L2、L3、L4的中间位置。
另外，第2温度传感器62配置在对被第1压力传感器51、第2压力传感器52所夹着的反应器主体10的轴向的各区间L1中的、液面12a的下方的浆液12的温度T2进行测定的位置。即，第2温度传感器62配置在被第2压力传感器52和液面12a所夹着的反应器主体10的轴向的区间内。
如图1所示，分离器5用于对从反应器主体10经由浆液流出口14流出的浆液12的液态烃122和催化剂粒子124进行分离处理。并且，包含大量催化剂粒子124的浆液12从该分离器5经由浆液流入口16流入到反应器主体10中。再者，在该实施方式中，将浆液12从反应器主体10流出到分离器5的流动以及从分离器5返回到反应器主体10中的浆液12的流动被该反应器主体10内部产生的浆液12的循环流所引起。再者，在图示例子中，用于使浆液12的液态烃122与催化剂粒子124进行分离处理的设备被设置在反应器主体10的外侧，但也可以例如设置在反应器主体10的内部。
接着，对以上那样构成的合成反应系统1的动作进行说明。
在合成反应系统1运行的状态下，合成气体被供给到所收容的浆液12中，在反应器主体10内部产生浆液12的循环流。另外，在该状态下，通过合成气体与催化剂粒子124的化学反应来合成液态烃122。并且，由冷却管40来冷却该化学反应产生的热。
而且，在该运行状态下，浆液12的液面12a位于比浆液流出口14高的位置，利用反应器主体10内的浆液12的循环流而使浆液12的一部分从浆液流出口14经由分离器5循环到浆液流入口16。
接着，对检测合成反应系统1运行的状态下的浆液12的液面位置的方法进行说明。
在该实施方式的浆液12的液面检测方法中，预先对每个运行状态下的区间L1、L2、L3、L4中从反应器主体10取出的浆液12的组成进行分析而求出各区间L1、L2、L3、L4中的浆液12的密度ρSL1、ρSL2、ρSL3、ρSL4。另外，利用第2～第5温度传感器62～65预先对运行状态的浆液12中的各区间L1、L2、L3、L4的浆液12的温度T2、T3、T4、T5进行测定。将这些各区间L1、L2、L3、L4中的浆液12的密度ρSL1、ρSL2、ρSL3、ρSL4和温度T2、T3、T4、T5输入到运算装置71中。
然后，运算装置71对所输入的各区间L1、L2、L3、L4中的浆液12的密度ρSL1、ρSL2、ρSL3、ρSL4单独地进行校正，该校正是基于与上述密度相对应的区间L1、L2、L3、L4的浆液12的温度T2、T3、T4、T5(各温度传感器的测定结果)进行的。
该浆液12的密度ρSL1、ρSL2、ρSL3、ρSL4的校正结束了之后，利用第1～第5压力传感器51～55对合成气体的压力P1和浆液12的压力P2～P5进行连续地测定，并且基于第1～第5压力传感器51～55的测定结果和浆液12的密度ρSL1、ρSL2、ρSL3、ρSL4，在运算装置71中连续地对浆液12的液面位置进行检测。
在进行该检测时，首先，利用第1～第5压力传感器51～55对浆液12的液面12a上的未反应的合成气体的压力P1以及距液面12a相互不同的多个位置上的浆液12的各压力P2～P5进行测定，将这些第1～第5压力传感器51～55的测定结果输入到运算装置71中。
然后，运算装置71分别对合成气体的压力P1与浆液12的各压力P2～P5之间的压差的ΔPn(n＝1、2、3、4)进行测定。
在此，在合成气体的压力P1与距液面12a最近的测定位置(第1测定位置)中，将由第2压力传感器52测定的浆液12的压力P2之间的压差设定为ΔP1，n越大，距液面12a的深度越深。即，用下式(1)表示该实施方式中的各压差ΔP1～ΔP4。
ΔPn＝Pn+1-P1(n＝1、2、3、4)        (1)
接着，运算装置71基于压差的ΔP1～ΔP4、浆液12的压力P2～P5的各测定位置间的轴向距离L2、L3、L4和区间L2、L3、L4中的浆液12的密度ρSL2、ρSL3、ρSL4，利用下式(2)～(4)，分别求出在各区间L2、L3、L4中作为气泡28而存在的合成气体的体积分率ε2、ε3、ε4。
ΔP2-ΔP1＝ρSL2×L2×(1-ε2)        (2)
ΔP3-ΔP2＝ρSL3×L3×(1-ε3)        (3)
ΔP4-ΔP3＝ρSL4×L4×(1-ε4)        (4)
之后，运算装置71利用通过上述式子(2)～(4)所求出的各体积分率ε2、ε3、ε4的平均值或最小二乘法等，求出在第1测定位置和液面12a之间作为气泡28而存在的合成气体的体积分率ε1。
最后，运算装置71基于体积分率ε1、压差ΔP1以及第1测定位置和液面12a之间的浆液的密度ρSL1，用下式(5)求出从第1测定位置到液面12a的距离h，结束对浆液12的液面的检测，即，在该实施方式中，以第2压力传感器52的位置为基准的浆液12的液面位置被检测。
ΔP1＝ρSL1×h×(1-ε1)              (5)
如以上说明的那样，根据本实施方式的反应器3和浆液12的液面检测方法，容易对包含由作为气泡28而存在于浆液12中的合成气体构成的气体、液体和固体这三相的浆液的液面位置进行检测。
另外，通过考虑合成气体的体积分率ε1～ε4，并且利用多个压差ΔP1～ΔP4对浆液12的液面位置进行检测，能高精度对浆液12的液面位置进行检测。并且，利用各区间L1～L4的浆液12的温度T2～T5，分别单独地对各区间L1～L4中的浆液的密度ρSL1～ρSL4进行校正，基于从反应器主体10取出的浆液12的组成来求出浆液12的密度ρSL1～ρSL4时的浆液12的温度即使与反应器主体10内的浆液12的温度T2～T5不同，也能够以高精度对浆液12的液面位置进行检测。
再者，在该实施方式中，对于各区间L1～L4的浆液12的密度ρSL1～ρSL4，利用与它们相对应的区间的浆液12的温度T2～T5，分别单独地进行校正，但例如是浆液12中的温度分布的偏差微小的情况，即，在浆液12中的温差是微小(例如是2℃～3℃)的情况下，也可以利用反应器主体10内的任意位置的浆液12的测定温度对各区间的浆液12的密度ρSL1～ρSL4进行校正。这种情况下，只在反应器3上仅设置一个用于对浆液12的温度进行测定的温度传感器即可。
另外，在浆液12中的密度分布的偏差微小的情况下，也可以从反应器主体10内的任意位置取出浆液12来求出浆液12的一个密度ρSL。这种情况下，将上述实施方式的式(1)～式(4)中的密度ρSL1～ρSL4置换成上述的密度ρSL即可。但是，使用了各区间L1～L4中的各自的密度ρSL1～ρSL4的方法能够以更高精度求出距离h。
再者，在本实施方式的浆液12的液面检测方法中，只要使用5个压力传感器51～55求出从第2压力传感器52的位置到液面12a的距离h，但至少使用第1压力传感器51、以及被配置在浆液12的液面12a的下方来对浆液12的压力进行测定的3个以上压力传感器，就能够与上述实施方式同样地求出从第1测定位置到液面12a的距离h。
即，基于多个压差ΔPn、相互邻接的浆液12的压力测定位置间的轴向距离Ln以及各区间Ln中的浆液12的密度ρSLn，利用下式(6)分别求出各区间Ln中的合成气体的体积分率εn，接着，与上述实施方式同样地通过利用上述的式求出各体积分率εn的平均值和最小二乘法等求出第1测定位置和液面12a之间的合成气体的体积分率ε1。然后，基于该体积分率ε1、压差ΔP1以及第1测定位置和液面12a之间的浆液12的密度ρSL1，利用上述实施方式的式(5)，就可以求出从第1测定位置到液面12a的距离h。
ΔPn-ΔPn-1＝ρSLn×Ln×(1-εn)        (6)
(其中，n＝2、3、...、m-1、m，m≥3)。
而且，在本实施方式中，能够对浆液密度、浆液容量、浆态床中的催化剂浓度(重量浓度和体积浓度)进行测定、推算。
并且，在浆液12中的密度分布的偏差微小的情况下，基于被投入反应器3的催化剂重量W、催化剂的真密度ρS、液态烃122的密度ρL以及反应器3内的浆液容量VSL，利用下式(7)，就可以算出浆液12的密度ρSL。
ρSL＝((VSL-W/ρS)ρL+W)/VSL        (7)
再者，式(7)中的浆液容量VSL能够通过下述方法求出，即，基于与各区间Ln相对应的反应器内容积Vn和合成气体的体积分率εn，利用下式(8)求出各区间Ln中的浆液容量VSLn，并将其代入到下式(9)中求出浆液容量VSL。
VSLn＝(1-εn)×Vn                   (8)
(其中，n＝2、3、...、m-1、m，m≥3)
VSL＝(1-ε1)×h ×A1+∑(1-εn)×Vn  (9)
(其中，n＝2、3、...、m-1、m，m≥3)
再者，式(9)中的A1表示与区间L1相对应的反应器截面积。
另一方面，基于催化剂重量W、由式(7)～(9)求出的浆液容量VSL、以及浆液12的密度ρSL，利用下式(10)，就可以求出浆态床中的催化剂浓度CS。
CS＝W/(VSL×ρSL)×100             (10)
并且，基于催化剂重量W和催化剂的真密度ρS以及由式(9)求出的浆液容量VSL，利用下式(11)、(12)分别求出浆态床内的催化剂的体积分率εS和液态烃的体积分率εL。
εS＝(W/ρS)/VSL                   (11)
εL＝(VSL-W/ρS)/VSL               (12)
其次，主要参照图3对本发明的第2实施方式的液面检测方法进行说明。再者，在该第2实施方式的液面检测方法中，能够采用与第1实施方式同样的反应器3来检测浆液12的液面位置。
在本实施方式的浆液12的液面检测方法中，利用第1～第5压力传感器51～55对合成气体的压力P1和浆液12的压力P2～P5进行连续地测定，并且仅基于第1～第5压力传感器51～55的测定结果，在运算装置71中对浆液12的液面位置进行连续地检测。
在进行该检测时，由第1～第5压力传感器51～55测定的合成气体的压力P1和浆液12的压力P2～P5被输入到运算装置71中，运算装置71分别对合成气体的压力P1与浆液12的各压力P2～P5之间的压差ΔPn(n＝1、2、3、4)进行测定。再者，本实施方式中的各压差ΔP1～ΔP4由在第1实施方式中所示的式(1)来表示。
并且，例如如图3所示，运算装置71基于测定的压差ΔP1～ΔP4和浆液12的压力P2～P5的测定位置，利用最小二乘法对压差ΔP和压力P1～P5的测定位置(轴向位置)之间的关系进行直线逼近，在求出的直线逼近式(L＝a×ΔP+h0)中，将压差ΔP是0的位置(L＝h0)特别规定为浆液12的液面位置。再者，在图示例子的曲线图中，浆液12的液面位置以第5压力传感器55的轴向位置为基准来表示，但不只限于此，例如也能以第2～第4压力传感器52～54中的任一个的轴向位置为基准来表示。
根据本实施方式的浆液12的液面检测方法，只对合成气体的压力P1与浆液12的压力P2～P5之间的压差ΔP1～ΔP4进行测定，不会受到浆液12的密度和作为气泡28而存在于浆液12中的合成气体的体积分率等的影响，能容易地对表示出由合成气体构成的气体、液体和固体这三相的浆液的液面位置进行检测。即，在该液面检测方法中所使用的反应器3不需要设置温度传感器61～65，因此与第1实施方式的情况相比，能实现反应器3的构成的简化。
另外，也不需要求出浆液12的密度ρSL1～ρSL4、ρSL和合成气体的体积分率ε1～ε4等，因此能够迅速地检测液面位置。
再者，在利用本实施方式的液面检测方法来对液面位置进行检测的情况下，只要对浆液12的压力进行测定的压力传感器的数量至少是3个以上即可，只要上述多个压力传感器沿着反应器主体10的轴向被间隔开地配置即可。
另外，在所有的实施方式中，反应器3在合成反应系统1的运行状态的液面12a的附近具备多个用于对反应器主体10内的温度进行测定的辅助温度传感器，上述多个辅助温度传感器也可以沿着反应器主体10的轴向并列配置。并且，运算装置71也可以在从停止状态到成为运行状态的期间内基于多个辅助温度传感器的测定结果对浆液12的液面位置进行检测。
即，从合成气体未被供给到浆液12中的状态(停止状态)开始供给合成气体(开始运行)，直到成为合成气体被稳定地供给到浆液12中的状态(运行状态)的期间内，浆液12的液面位置变化较大。另外，运行状态的浆液12的温度与液面12a上的合成气体的温度之差大于浆液12中的温差。
因此，如上所述那样，在开始运行时使用多个辅助温度传感器来对反应器主体10内的温度进行测定，能够利用辅助温度传感器的配置对温度变化大的液面12a的位置变化进行捕捉，并能够对是否处于运行状态进行判断。并且，在被判断成处于运行状态的情况下，能够开始进行上述的液面检测。即，在该构成的情况下，能容易地谋求开始浆液12的液面检测的时机。
以上，说明了本发明的优选的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行构成的附加、省略、置换以及其他变更。本发明不被上述的说明限定，而只被所附的权利要求书的范围限定。
本发明涉及一种气泡塔型碳氢化合物反应器，其是利用以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液之间的化学反应来合成碳氢化合物，所述反应器具备：反应器主体，其用于收容上述浆液；合成气体供给部，其用于向上述浆液供给上述合成气体；一个压力传感器，其被配置在上述浆液的液面上方，用于对上述液面上的上述合成气体的压力进行测定；其他压力传感器，其被配置在上述浆液的液面下方，用于对上述浆液的压力进行测定；液面检测机构，其基于上述压力传感器的测定结果对上述浆液的液面位置进行检测，其中，上述其他压力传感器沿着上述反应器主体的轴向被间隔开地设置有多个。
根据本发明的气泡塔型碳氢化合物反应器，能容易地对包含气体、液体和固体这三相而构成复杂的分散体系的浆液的液面位置进行检测。

Claims (8)

1.一种气泡塔型碳氢化合物反应器，其是通过以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液之间的化学反应来合成碳氢化合物，所述反应器具备：
反应器主体，其用于收容所述浆液；
合成气体供给部，其用于向所述浆液供给所述合成气体；
一个压力传感器，其被配置在所述浆液的液面上方，用于对所述液面上的所述合成气体的压力进行测定；
其他压力传感器，其被配置在所述浆液的液面下方，用于对所述浆液的压力进行测定；以及
液面检测机构，其基于所述压力传感器的测定结果对所述浆液的液面位置进行检测，
所述其他压力传感器沿着所述反应器主体的轴向被间隔开地设置有多个。
2.根据权利要求1所述的气泡塔型碳氢化合物反应器，其中，所述反应器具备对所述浆液的温度进行测定的温度传感器，
所述液面检测机构基于所述温度传感器的测定结果对基于所述浆液的组成所求出的所述浆液的密度进行校正，进而基于被校正的浆液的密度和所述压力传感器的测定结果，对所述浆液的液面位置进行检测。
3.根据权利要求1所述的气泡塔型碳氢化合物反应器，其中，
在被相互邻接的所述其他压力传感器夹着的所述反应器主体的各区间内，分别设有对所述浆液的温度进行测定的温度传感器，
所述液面检测机构对基于各区间内的所述浆液的组成所求出的所述浆液的密度单独地进行校正，该校正是基于在与所述浆液的密度相对应的所述区间所配置的所述温度传感器的测定结果进行的；进而基于被校正的所述浆液的密度和所述压力传感器的测定结果，对所述浆液的液面位置进行检测。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气泡塔型碳氢化合物反应器，其中，
在由所述合成气体供给部稳定地将所述合成气体供给到所述浆液中的状态下的所述液面的附近，沿着所述反应器主体的轴向并列配置有多个对所述反应器主体内的温度进行测定的辅助温度传感器，
所述液面检测机构在从合成气体未被供给到浆液中的状态开始供给合成气体直到成为合成气体被稳定地供给到浆液中的状态的期间内，基于多个所述辅助温度传感器的测定结果，对所述浆液的液面位置进行检测。
5.一种浆液液面检测方法，其在使以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液在反应器主体中进行化学反应来合成碳氢化合物时，对收容在所述反应器主体中的所述浆液的液面位置进行检测，其中，
分别对所述浆液液面上的所述合成气体的压力与距所述液面互不相同的多个深度位置的所述浆液的压力之间的压差ΔPn(m、n是正整数，其中n＝1、2、...m-1、m，m≥3)进行测定，
将所述合成气体的压力与在距所述液面最近的第1测定位置所测定的所述浆液的压力之间的压差设定为ΔP1，并且n越大距所述液面的深度位置越大，
基于多个所述压差ΔPn、相互邻接的所述浆液的压力测定位置间的轴向距离Ln以及相互邻接的所述浆液的压力测定位置间的所述浆液的密度ρSLn，利用下式分别求出相互邻接的所述浆液的压力测定位置间的所述合成气体的体积分率εn，
ΔPn-ΔPn-1＝ρSLn×Ln×(1-εn)
m、n是正整数，其中，n＝2、3、...m-1、m，
基于这些所述合成气体的体积分率εn求出所述第1测定位置与所述液面之间的所述合成气体的体积分率ε1，
进而基于所述合成气体的体积分率ε1、所述压差ΔP1以及所述第1测定位置与所述液面之间的所述浆液的密度ρSL1，利用下式求出从所述第1测定位置到所述液面的距离h，
ΔP1＝ρSL1×h×(1-ε1)。
6.根据权利要求5所述的浆液液面检测方法，其中，
基于所述浆液的组成求出所述浆液的密度，并且对所述浆液的温度进行测定；
并基于所述浆液的温度对所述浆液的密度进行校正。
7.根据权利要求5所述的浆液液面检测方法，其中，
在被相互邻接的所述浆液的压力测定位置夹着的所述反应器主体的每个区间中，基于所述浆液的组成求出所述浆液的密度，并且对所述浆液的温度进行测定；
并基于各区间的所述浆液的温度，单独地对与之相对应的区间中的所述浆液的密度进行校正。
8.一种浆液液面检测方法，其在使以氢气和一氧化碳作为主要成分的合成气体与在液体中悬浮有固体催化剂粒子的浆液在反应器主体中进行化学反应来合成碳氢化合物时，对收容在所述反应器主体中的所述浆液的液面位置进行检测，其中，
分别对所述浆液液面上的所述合成气体的压力与距所述液面相互不同的多个深度位置的所述浆液的压力之间的压差进行测定；
并对所述压差与所述浆液的压力测定位置之间的关系进行直线逼近，在该直线逼近式中将所述压差为0的位置作为所述液面位置。
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