CN102188938B - 一种费托合成浆态床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于费托合成的浆态床反应器。本装置包括壳体、一组气液旋分器、隔板、盘管、合成气分布板，壳体中装有浆态床层，反应器内设置一组循环杯(20)和一组气液旋分器(10)，合成气分布板上均匀布置泡罩分布器，气液旋分器(10)的旋分器料腿(12)伸入扩张口(18)内，浆态床层(13)位于合成气分布板(8)上方。气液旋分器(10)数目不多于循环杯(20)，每个气液旋分器(10)都与其对应的循环杯(20)同轴布置。循环杯(20)内外的流体形成循环流动，能够提高反应器空速和空间利用率；旋分器料腿(12)伸入扩张口(18)内，能够促进循环杯(20)内外的流体循环。

Description

一种费托合成浆态床反应器

技术领域

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种费托合成浆态床反应器。 

背景技术

浆态床反应器内同时存在气液固三相，通常固体为催化剂，是费托合成过程的核心。气液分离和反应撤热是浆态床反应器的技术难点。 

现有的费托合成浆态床反应器把液体合成油与固体催化剂的分离技术作为研究重点之一。US4605678公布了一种采用具有高梯度磁场的磁化过滤原件分离催化剂与合成油的方法；US5811469公布了一种采用下导管过滤器分离催化剂与合成油的方法；US6217830公布了一种使用烃类溶剂超临界促萃取分离催化剂与合成油的方法。中国专利CN101396647A公布的“用于费-托合成的气-液-固三相悬浮床反应器”，其反应器内部设置一组或多组液体导流管以增强整个三相床层的浆液循环量，改善反应器中催化剂的轴向分布，同时导流管在两段换热器之间还起到热交换作用。 

上述现有现有技术的费托合成浆态床反应器普遍规模较小，对反应器内的空间利用效率偏低。随着工业化规模的扩大，反应器直径迅速增大，目前已有反应器直径达到5～10米，反应器投资占装置总投资的比重逐渐增大。提高反应器空间利用率能够有效降低投资。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高反应器空间利用率、间接提高反应器内的空速、降低反应器的投资的新型费托合成浆态床反应器。 

本发明的一种费托合成浆态床反应器是通过以下技术方案实现的： 

在所述反应器壳体1中包括上部的隔板16、中部的盘管4、底部的合成气分布板8以及浆态床层13，其特征在于： 

所述的费托合成浆态床反应器内设置n个循环杯20和m个气液旋分器10，其中m小于或等于n； 

所述的循环杯20由下料管17和顶部的扩张口18组成； 

所述的每个气液旋分器10都与一个循环杯20同轴对应布置，每个气液旋分器10下部的旋分器料腿12伸入循环杯20顶部的扩张口18内。 

所述的反应器还包括设置在反应器中部的上下两层盘管4； 

所述的上段盘管入口5和下段盘管入口9分别通入除氧水，除氧水在盘管内受到浆态床层13的加热发生汽化产生蒸汽分别从上段盘管出口2和下段盘管出口7流出。 

所述的合成气分布板8采用板式结构，其上方为浆态床层13，下方为气相空间； 

所述的循环杯20下料管17底部出口位于合成气分布板8上方。 

在具体实施中， 

所述的循环杯20高度与浆态床层13高度接近并淹没在浆态床料位3的下方； 

所述的循环杯下料管17底部出口位于合成气分布板8上方； 

所述的气液旋分器10的出口19伸出隔板16上方； 

所述的旋分器料腿12伸入浆态床料位3以下； 

所述的合成气分布板8为板式结构，合成气分布板8上均匀布置泡罩分布器21； 

所述的气液旋分器10的切向入口的气体流速在12至25m/s范围； 

所述的循环杯20个数值n优选为7，其中1个布置在所述的反应器横截面的中心，其余6个横截面围绕中心均匀分布；所述的气液旋分器10的个数优选为m＝n； 

在所述的反应器中部的两层取热盘管4之间的位置设置有合成蜡抽出口6。 

本发明的反应器是这样操作的： 

本发明的反应器的循环杯顶部为扩张口。由于每个循环杯都淹没在浆态床料位下方，当合成气体经合成气分布板向上流动时，带动床层中的浆液向上流动，形成气液固三相并流向上的浆态床层。当气液固三相流体到达扩张口高度时，气体因密度小浮力大保持向上流动直至流出浆态床料位，液体和催化剂因密度大翻流入扩张口内。由此造成循环杯内外的密度差异，循环杯外的气液固三相浆态床密度小向上流动，循环杯内的气体含量小，主要是液体和催化剂固体，密度大向下流动直至从循环杯下料管底部出口流出。循环杯内外的流体形成了循环流动，循环的液体和催化剂间接成为反应器补充的流体，从而间接提高反应器内的空速。循环杯占用的反应器空间远小于形成的流体循环体积，因此提高了反应器的空间利用率。在产物量一定的前提下，可以用较小的反应器实现，从而减少反应器的投资。 

合成气分布板采用板式结构，其上方为浆态床层，下方为气相空间，循环杯下料管底部出口位于合成气分布板上方。这种技术方案的优点是保证浆态床层位于合成气分布板上方，避免循环杯下料管17底部出口流出的循环液体和催化剂进入到达合成气分布板下方，保证合成气分布板仅需把气相的合成气进行均匀分布到反应器横截面，与分布气液两相流体相比难度小。板式结构的合成气分布板对大直径反应器的合成气分布的均匀度更有保证。 

合成气分布板上均匀布置泡罩分布器。 

气液旋分器位于浆态床料位上方的反应器顶部，每个旋分器出口伸至隔板上方，旋分器料腿伸入浆态床料位以下，每个旋分器料腿伸入一个扩张口内。这种技术方案能够将气液旋分器分离出的液体直接倒入密度较大的循环杯内，促进循环杯内外的流体循环。 

在具体实施中，循环杯的数目根据反应器直径和反应产物量进行控制，循环杯至少1个，优选为7个，如果反应器直径大，可以布置多层更多的循环杯， 保证气液旋分器数目不多于循环杯。气液旋分器的数量根据经旋分器的气体流量计算确定。气液旋分器的切向入口的气体流速在12至25m/s范围。 

本发明的反应器，其循环杯作用与CN101396647A所公布的液体导流管作用相近，但布置方式和具体结构不同，本发明的循环杯与气液旋分器相对应，每个气液旋分器都与其对应的循环杯同轴布置，气液旋分器的旋分器料腿12伸入扩张口内。CN101396647A没有该技术特征。 

另外，本发明布置结构是在高度方向仅一层，而CN101396647A的为三层，并且下料管没有偏流导向结构。 

因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

1.循环杯内外的流体形成了循环流动，提高反应器内的空速，提高了反应器的空间利用率，降低反应器投资； 

2.旋分器料腿伸入扩张口内，促进循环杯内外的流体循环。 

3.板式结构的合成气分布板对大直径反应器的合成气分布的均匀度更有保证。 

附图说明

图1是本发明的费托合成浆态床反应器结构图 

图2是本发明中的循环杯结构图 

图3是本发明中的气液旋分器结构图 

图4是本发明中的合成气分布板上均匀布置泡罩分布器 

图5是本发明典型的循环杯在反应器中的分部图 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

如图1所示，本发明的费托合成浆态床反应器，反应器内布置n个循环杯20如图5，每个循环杯20都淹没在浆态床料位3下方，循环杯20内外的流体形成了循环流动。m个气液旋分器10位于浆态床料位3上方的反应器顶部，气液旋分器10与循环杯20同轴布置一一对应，其旋分器料腿12伸入对应的循环杯的扩张口18内。m小于等于n。 

合成气自反应器底部的合成气入口14进入反应器，通过合成气分布板8均匀分布到整个反应器横截面上。合成气分布板上均匀布置泡罩分布器，如图4。合成气在浆态床层13中发生合成反应，生成烃类包括蜡和油并伴随大量放热。反应放热通过反应器内的上下两层盘管4撤出。操作中从上段盘管入口5和下段盘管入口9分别通入除氧水，除氧水在盘管内受到浆态床层13的加热发生汽化产生蒸汽分别从上段盘管出口2和下段盘管出口7流出。设置上下两层取热盘管4的优点是可以通过控制不同的水流量改变上下层盘管4的取热量，以控制床层温度。 

反应后的合成尾气流出浆态床层13时携带少量合成油液体和催化剂固体，这些合成尾气到达反应器顶部后进入气液旋分器10，在旋分器内经过旋流实现气体与合成油液体和催化剂固体的分离，净化后的气体从旋分器出口19流出。 

在反应器中部的两层取热盘管4之间的位置设置合成蜡抽出口6，将床层中生成的蜡抽出，抽出量以维持正常的浆态床料位3高度进行控制。 

旋分器出口19伸至隔板16上方，脱除液体和催化剂的净化气体在隔板上方杯收集经反应器顶部出口11流出。 

实施例： 

如图1所示，本发明的费托合成浆态床反应器壳体内径为8米，反应器切线高度为43米，反应器内布置7个循环杯20如图5，反应器顶部布置7个气液旋分器10。正常的浆态床料位位于合成气分布板上方32米处，最低料位高度为28米。循环杯的顶部的扩张口位于27.5米高度，循环杯下料管底部位于合成气分布板上方0.3～0.6米高度。 

正常操作过程中，加热至230～250℃的合成气主要成分为一氧化碳和氢气在1.5～3.5MPag压力下从自反应器底部的合成气入口14进入反应器，通过合成气分布板8均匀分布到整个反应器横截面上。浆态床中为合成气、合成的蜡与油、催化剂组成的气液固三相混合物。合成气在催化剂的作用下发生费托合成反应合成出蜡与油，伴生部分轻烃气体。 

由于合成反应为强放热反应，需要通过盘管4及时撤出热量，维持浆态床层温度在250～300℃范围内，典型的优选温度为255～265℃。盘管内通入除氧水，通过控制通入的水量和汽化压力达到控制撤热量的目的。通常优选的汽化压力为2.0～2.8Mpag，获得该压力下的饱和水蒸气。 

每个循环杯20都淹没在浆态床料位3下方，循环杯20内外的流体形成了循环流动。7个气液旋分器10位于浆态床料位3上方的反应器顶部，气液旋分器10与循环杯20同轴布置一一对应，其旋分器料腿12伸入对应的循环杯的扩张口18内。 

未反应完的合成气及伴生的轻烃气体经气液旋分器分离出携带的液体及催化剂后流出气液旋分器，到达隔板上部的空间，最终从反应器顶部的出口11流出。 

合成出的蜡与油从反应器中部的合成蜡抽出口6抽出，必要时可以调整抽出量改变料位高度，调节盘管4的取热量。 

Claims (8)

1.一种费托合成浆态床反应器，在所述反应器壳体（1）中包括上部的隔板（16）、底部的合成气分布板（8）以及浆态床层（13），其特征在于：

所述的费托合成浆态床反应器内设置n个循环杯（20）和m个气液旋分器（10），其中m小于或等于n；

所述的循环杯（20）由下料管（17）和顶部的扩张口（18）组成；

所述的每个气液旋分器（10）都与一个循环杯（20）同轴对应布置，每个气液旋分器（10）下部的旋分器料腿（12）伸入循环杯（20）顶部的扩张口（18）内；

所述的循环杯（20）高度与浆态床层（13）高度接近并淹没在浆态床料位（3）的下方；

所述的循环杯下料管(17)底部出口位于合成气分布板（8）上方；

所述的气液旋分器（10）的出口（19）伸出隔板（16）上方；

所述的旋分器料腿（12）伸入浆态床料位（3）以下。

2.根据权利要求1所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的反应器还包括设置在反应器中部的上下两层盘管（4）；

所述的上层盘管入口（5）和下层盘管入口（9）分别通入除氧水，除氧水在盘管内受到浆态床层（13）的加热发生汽化产生蒸汽分别从上段盘管出口（2）和下段盘管出口（7）流出。

3.根据权利要求1所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的合成气分布板（8）采用板式结构，其上方为浆态床层（13），下方为气相空间。

4.根据权利要求1所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的合成气分布板（8）为板式结构，合成气分布板（8）上均匀布置泡罩分布器（21）。

5.根据权利要求1所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的气液旋分器（10）的切向入口的气体流速在12至25m/s范围。

6.根据权利要求1所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的循环杯（20）个数值n为7，其中1个布置在所述的反应器横截面的中心，其余6个横截面围绕中心均匀分布；所述的气液旋分器（10）个数m=n。

7.根据权利要求2所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

在所述的反应器中部的两层取热盘管（4）之间的位置设置有合成蜡抽出口（6）。

8.根据权利要求2所述的一种费托合成浆态床反应器，其特征在于：

所述的合成气分布板（8）为板式结构，合成气分布板（8）上均匀布置泡罩分布器（21）；

所述的气液旋分器（10）的切向入口的气体流速在12至25m/s范围；

所述的循环杯（20）个数值n为7，其中1个布置在所述的反应器横截面的中心，其余6个横截面围绕中心均匀分布；所述的气液旋分器（10）个数m=n；

在所述的反应器中部的两层取热盘管（4）之间的位置设置有合成蜡抽出口（6）。

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