CN102441351B - 一种浆态床费托合成反应器 - Google Patents

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本发明公开一种浆态床费托合成反应器，包括反应器入口、反应器出口、反应器下部的反应段和反应器上部的气液扩散段，所述反应段的下端设有气体分布器、侧壁上设有液蜡排放口，反应段内设有冷却盘管，所述的反应器上部的气液扩散段安装有加热部件。该反应器能够提高催化剂的稳定性及一氧化碳的转化率，降低二氧化碳选择性以及甲烷的选择性。

Description

一种浆态床费托合成反应器
技术领域
本发明涉及一种浆态床费托合成反应器。
背景技术
费托合成是指合成气(CO+H2)在催化剂上催化合成烃类液体燃料的反应。随着石油资源的日益枯竭，以费托合成反应制备液体燃料更加受到了世界各国的重视。
用于F-T合成的反应器先后有固定床、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于控制，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。
CN200810225473.6公开了一种浆态床合成反应器，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。CN03151109.0公开了一种可以连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，该反应器包括由入口气体分布管组成的进行气体均布的入口气体分布部件，一层或多层对床层进行加热/冷却的换热管部件，一层或多层可以自动清洗的液固分离器部件，除去液沫和固体夹带的出口除尘除沫器部件。
浆态床费托合成反应过程中，生成二氧化碳的反应需要消耗一氧化碳、生成甲烷的反应消耗氢气量大，产品价值低，它们均是非目的产物，因此降低费托合成过程中的甲烷及二氧化碳选择性是本领域追求的目标之一。另外催化剂的活性稳定性是决定催化剂更新速率的重要因素，对费托合成过程的操作费用具有明显的影响。浆态床费托合成反应过程中，甲烷及二氧化碳选择性和催化剂活性稳定性一方面取决于催化剂的自身性能，另一方面也受反应过程中的各种因素影响。上述现有浆态床费托合成过程及反应设备中，没有从反应过程优化操作过程，以提高催化剂活性稳定性和降低二氧化碳的选择性以及甲烷选择性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种浆态床费托合成反应器，该反应器能够提高一氧化碳的转化率及费托合成催化剂的稳定性，降低甲烷选择性。
本发明浆态床费托合成反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器下部的反应段和反应器上部的气液扩散段，所述反应段的下端设有气体分布器、侧壁上设有液蜡排放口，反应段内设有冷却盘管，所述的反应器上部的气液扩散段安装有加热部件。
所述的加热部件可以采用换热管进行加热，也可以采用电加热部件。所述的换热管可以是螺旋盘管式的换热管，是多圈与反应器同心的盘管，换热介质在盘管内自上而下螺旋式流动；也可以是迂回式多层换热管，多根垂直的换热管通过上下连接弯头组合在一起，每组换热管内液体上下迂回流动，这种型式的换热器在同一截面上可以设置多组换热管。使用螺旋盘管式的换热器，换热介质流动阻力小，但加工难度大；使用迂回式多程换热管，可充分利用反应器的容积，换热介质流动阻力大，但加工相对简单。所述的换热管的入口可以和冷却盘管的出口相连接，利用冷凝过程中产生的蒸汽作为加热介质，也可以根据需要对冷凝管中产生的蒸汽进行再加热后通入换热管。所述的电加热部件包括电加热套管和加热探头，电加热套管从浆态床反应器的顶部或气液扩散段的侧壁伸入气液扩散段，加热探头安装在套管内进行加热。
所述反应段下端的气体分布器为一组气体分布管，该气体分布管上开孔并配置喷嘴，该喷嘴在反应器截面上均匀分布，且为向下或侧向开口，喷嘴内径的大小应确保气体通过每个喷嘴时所产生的压降在0.01MPa-0.1MPa之间。
经研究发现，现有技术中采用的浆态床反应器，由于浆态相热熔大，以及气泡的剧烈运动使反应热容易传给冷却盘管，使浆态相接近等温，但是浆态床反应器的上部气相空间却存在温度梯度，特别是在低温费托合成反应过程中，会造成部分水蒸气液化回流，使得浆相中存在大量的液态水，浆相中的水在反应条件下会引起催化剂的氧化，生成无法再生的难还原的盐，此外，由于水蒸气与轻质烃不能迅速离开浆态床反应器，达到气液平衡时会占据大量分压(可高达20％)，引起合成气的分压降低，从而影响一氧化碳和氢气在反应体系中的传质速度，导致一氧化碳转化率降低，水气变换反应发生以及甲烷选择性增加。
在上述研究基础上，通过采用本发明的浆态床反应器，在催化剂不需改变的条件下，降低了二氧化碳和甲烷选择性，并提高了催化剂的活性稳定性。具体地说，与现有技术相比，本发明浆态床费托合成反应器，具有如下优点：
1、通过在浆态床费托合成反应器的气液扩散段安装加热部件，提高了费托合成反应过程中气相流出物的温度，降低了轻质烃和水蒸气的回流，加快了轻质烃和水蒸气的扩散速度，使轻质烃和水蒸气能够快速离开反应器。
2、由于反应体系内水蒸气的减少，降低了水分压，减缓了催化剂的水热作用，提高了催化剂的稳定性，降低了甲烷的选择性。
3、本发明方法够加快费托合成产物中水蒸气的扩散速度，使其迅速离开反应器，降低了水汽变化反应，降低了二氧化碳的选择性。
4、该反应器还能够改善氢气和一氧化碳在反应溶剂中的传质速度，提高一氧化碳的转化率，降低费托合成液态产物中轻质烃的含量，提高生产能力，所安装的加热部件还可以起到除沫的作用。
附图说明
图1是本发明实施例1中所用的费托合成浆态床反应器的结构示意图。
1为反应器出口，2为换热管，3为气液扩散段，4为反应段，5为冷却盘管，6为液蜡排放口，7为气体分布器，8为反应器入口，9为蒸气加热器。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明浆态床费托合成反应器的效果。
图1中氢气和一氧化碳从浆态床费托合成反应器的入口8进入，通过气体分布器7进入反应体系，在反应段4内氢气和一氧化碳气体进行费托合成反应，反应后费托合成产物中生成的轻质烃和水蒸气从反应体系中扩散到反应器的气液扩散段3，从反应器出口1进入分离系统，生成的重质烃通过反应段侧壁上的液蜡排放口6排除，冷却盘管5用来移走费托合成反应热，冷却盘管5流出的蒸汽经蒸气加热器9后进入气液扩散段3内安装的换热管2，对气液扩散段3内的轻质烃和水进行加热。
实施例1
采用图1所示的浆态床费托合成反应器，气液扩散段的加热部件为螺旋盘管式的换热管，加热介质为反应段冷却盘管中流出的蒸汽，所用的费托合成催化剂为20％Co0.8％Pt/SiO2(Wt.)、反应溶剂为石蜡、反应温度为220℃、反应压力为2.0MPa、空速为2.5Nm3/h/kg cat.，合成气中H2/CO＝2(摩尔比)，通过螺旋盘管式的换热管对气液扩散段进行加热，轻质烃和水蒸气在气液扩散段被加热到230℃。一氧化碳的转化率，甲烷选择性，二氧化碳选择性及200h稳定性试验结果列于表1中。
比较例
采用气液扩散段没有安装加热部件的浆态床费托合成反应器，其余结构同实施例1的相同。一氧化碳的转化率，甲烷选择性，二氧化碳选择性及200h稳定性试验结果列于表1中。
表1试验结果

Claims (10)

1.一种浆态床费托合成反应器，包括反应器入口、反应器出口、反应器下部的反应段和反应器上部的气液扩散段，所述反应段的下端设有气体分布器、侧壁上设有液蜡排放口，反应段内设有冷却盘管，其特征在于：所述的反应器上部的气液扩散段安装有加热部件。
2.如权利要求1所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的加热部件采用换热管或者采用电加热部件。
3.如权利要求2所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的换热管为螺旋盘管式的换热管或者是迂回式多层换热管。
4.如权利要求3所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的螺旋盘管式的换热管是多圈与反应器同心的盘管，换热介质在盘管内自上而下螺旋式流动。
5.如权利要求3所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的迂回式多层换热管为多根垂直的换热管通过上下连接弯头组合在一起，每组换热管内液体上下迂回流动。
6.如权利要求1或2所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：冷却盘管中流出的蒸汽作为换热管的加热介质。
7.如权利要求6所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：冷却盘管中流出的蒸汽经加热后作为换热管的加热介质。
8.如权利要求2所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的电加热部件包括电加热套管和加热探头，电加热套管从浆态床反应器的顶部或气液扩散段的侧壁伸入气液扩散段，加热探头安装在套管内进行加热。
9.如权利要求1所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的气体分布器为一组气体分布管。
10.如权利要求1所述的浆态床费托合成反应器，其特征在于：所述的气体分布管上开孔并配置喷嘴，该喷嘴在反应器截面上均匀分布，且为向下或侧向开口，喷嘴内径的大小应确保气体通过每个喷嘴时所产生的压降在0.01MPa-0.1MPa之间。
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