CN102728286B - 浆态床反应设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浆态床反应设备。其包括：浆态床反应器，包括设置在其底部的浆液出口，以及位于其上部的返回浆液入口；抽提装置，连接在浆液出口和返回浆液入口之间，用于将浆态床反应器底部的浆液抽出，并提升返回至浆态床反应器的上部。本发明浆态床反应设备通过将浆态床反应器底部设置浆液出口，在上部设置返回浆液入口，并利用抽提装置将反应器内部浆液由浆液出口抽出，并由返回浆液入口返回至浆态床反应器的上部，从浆态床反应器的底部将浆液抽出，克服了浆态床底部催化剂沉积的问题；并通过将所抽出的浆液返回至浆态床反应器上部，增强了催化剂的返混，促进了催化剂轴向的均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及费托合成领域，尤其是涉及一种适用于费托合成的浆态床反应设备。
背景技术
费托合成反应器是间接液化技术的核心反应器，目前国内外广泛采用的能够多产烃产品的浆态床反应器。费托合成浆态床具有温度均匀易控，气速操作范围宽，产物阿尔法值高，催化剂可在线置换的优点。现有浆态床中气相的分散间接影响液相和催化剂颗粒相的均匀分散，以往浆态床研究多希望通过采用优化进气分布器达到气体在径向分布更趋均匀的目的。费托合成反应是体积收缩的反应，通过床层后气相体积收缩率达到20～40％，在柱形浆态床反应器内随高度上升，气相体积收缩，床层气含率下降，进而影响催化剂颗粒的悬浮，形成催化剂稀相区，反应速率降低。以往进气分布器均设置于床层底部，无法克服床层催化剂颗粒浓度自下而上降低的缺陷，不可避免的会出现整个床层轴向催化剂浓度随高度减小，催化剂在反应器床层内不均匀分布，床层不能得以有效使用。为了改进现有浆态床反应器，研究人员对设备进行了大量改进，例如：
中国专利申请200610083439.0公开了一种浆态床环流反应器，其循环浆液自反应器上部流出，经过滤装置返回至床层下部。该循环流程是常规浆液外循环流程，实现了浆液外过滤，但仍然不能避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利申请200610089023.X公开了一种浆液外循环反应器，其循环浆液自反应器上部流出，经沉降装置沉降催化剂，稀浆液自上部过滤抽出，浓浆液返回浆态床反应器底部。其沉降装置设置了磁分离系统，利用线圈或永磁体产生的磁场加速催化剂向下运动，还在返回反应器的管线设置了磁线圈，采用交流电为催化剂消磁。该申请中循环浆液自反应器上部流出下部返回，也不能避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利01118470.1公开了一种浆态床合成反应装置，该装置循环浆液分为上升管部分和下降管部分，浆液从上升管上部流出经下降管返回上升管底部。采用搅拌浆或循环泵作为循环动力控制循环速度，该方案不能避免上升管内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利申请200510094322.8公开了一种从浆态床抽出浆液，采用无机膜分离器分离浆液液相，提取浓催化剂浆液返回反应器的方案。该方案浆液自反应器抽出，产生的浓浆液返回反应器底部，不能避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利申请201010174635.5公开了一种浆态床反应器进料分布器，该分布器由多层分布器构成，通过主进气管和辐射状支管为各层多个圆形分布管供气，圆形分布管和支管的部分位置开有多个向下的喷口，喷口区域外围设有围边，围边使喷口气速降低到10m/s以下。该气体分布器所采取的措施可减少催化剂沉积，但不能完全避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利03152229.1公开了一种用于三相浆态床的气体分布器，该分布器由假板构造的底部气室通过多根气体上升管为气体分布管供气，分布管装有多个开口向下的喷嘴，防止催化剂沉积。该气体分布器所采取的措施可减少催化剂沉积，但不能完全避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
中国专利ZL200720066902.0公开了一种由撞击底板构造的底部气室供气，气体通过导气管进入有向下开口的多孔气体分配构件向床层均匀布气的气体分布器。该气体分布器所采取的措施可减少催化剂沉积，但不能完全避免反应器内催化剂轴向的不均匀分布。
由上述文件可知，现有技术中对浆态床反应器的改进依然不能解决其所存在的问题，还需进一步对浆态床反应器进行改进。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种浆态床反应设备，以解决现有浆态床反应器内催化剂轴向的不均匀分布的问题。
为此，在本发明中提供了一种浆态床反应设备包括：浆态床反应器，包括设置在其底部的浆液出口，以及位于其上部的返回浆液入口；抽提装置，连接在浆液出口和返回浆液入口之间，用于将浆态床反应器底部的浆液抽出，并提升返回至浆态床反应器的上部。
进一步地，上述浆态床反应器中设置有浆液收集部，收集部的内壁一端与浆液出口相连，另一端呈锥形结构向外扩张，并延伸至与浆态床反应器的内壁相接。
进一步地，上述浆态床反应设备还包括用于浓缩由浆态床反应器底部抽出的浆液的过滤装置，过滤装置连接在浆态床反应器的浆液出口和抽提装置之间。
进一步地，上述过滤装置包括：外筒，其上设有滤出清液外排口；内筒，套设在外筒内部，其上具有穿透外筒向外延伸的浆液入口，以及浓缩液出口，且其侧壁上设有多个连通内筒内腔和外筒内腔的流通孔，浆液入口与浆液出口相连，浓缩液出口与返回浆液入口相连。
进一步地，上述浆态床反应器中设有液体分布器，液体分布器通过返回浆液入口与过滤装置相连。
进一步地，上述浆态床反应器设有气体分布器，气体分布器设置在浆液出口的上方，且其远离浆液出口一侧的上表面设有多个布气孔。
进一步地，上述气体分布器包括沿浆态床反应器周向均匀分布的多个呈扇形结构的分布器子单元，各分布器子单元上包括：至少一根主进气管，与外置于浆态床反应器的供气装置相连通；多个弧形分布件，连接在主进气管上，各弧形分布件具有向外突出的结构，且直径依次递增，相应端位于同一直线上；各分布器子单元中距离浆态床反应器中心等距的各弧形分布件围成环形结构，布气孔设置在弧形分布件的上表面上。
进一步地，上述各分布器子单元中均包括一根主进气管，每个分布器子单元的主进气管连接在该分布器子单元中的各弧形分布件的中心连线上，该中心连线沿气体分布器的径向延伸。
进一步地，上述气体分布器设置在浆态床反应器中不低于与浆液出口相连通的收集部的上端侧的位置。
进一步地，上述浆态床反应器中还设有用以支撑气体分布器的支撑架。
本发明的有益效果：本发明浆态床反应设备通过将浆态床反应器底部设置浆液出口，在上部设置返回浆液入口，并利用抽提装置将反应器内部浆液由浆液出口抽出，并由返回浆液入口返回至浆态床反应器的上部，一方面从浆态床反应器的底部将浆液抽出，克服了浆态床底部催化剂沉积的问题；另一方面，通过将所抽出的浆液返回至浆态床反应器上部，建立了催化剂与气相的逆流流动，增强了催化剂的返混，促进了催化剂轴向的均匀分布。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了根据本发明浆态床反应设备的结构示意图；
图2示出了图1中浆态床反应设备的部分结构示意图；
图3示出了图1中浆态床反应设备的A-A方向放大示意图；
图4示出了根据本发明浆态床反应设备的气体分布器中分布器子单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，在本发明的一种实施例中，提供了一种浆态床反应设备，其包括浆态床反应器10和抽提装置30。浆态床反应器10包括设置在其底部的浆液出口11以及位于其上部的返回浆液入口13；抽提装置30连接在浆液出口11和返回浆液入口13之间，用于将浆态床反应器10底部的浆液抽出，并提升返回至浆态床反应器10的上部。
上述浆态床反应设备通过将浆态床反应器10底部的浆液抽出，并返回至浆态床反应器10的上部，一方面从浆态床反应器10的底部将浆液抽出，克服了浆态床底部催化剂沉积的问题；另一方面，通过将所抽出的浆液返回至浆态床反应器10上部，建立了催化剂与气相的逆流流动，增强了催化剂的返混，促进了催化剂轴向的均匀分布。
在上述浆态床反应设备中返回浆液入口13设置于浆态床反应器10高度1/2以上的位置，抽提装置30即可以采用浆液泵连续输送也可以采用浆液罐间歇输送。
优选地，如图2所示上述浆态床反应器10中设置有浆液收集部15，收集部15的内壁一端与浆液出口11相连，另一端呈锥形结构向外扩张，并延伸至与浆态床反应器10的内壁相接。
在上述浆态床反应器10中设置具有锥形结构的收集部15，能够在更好地促使浆料向浆料出口流动的同时，更好地克服浆态床底部催化剂沉积的问题。优选地，该收集部15以浆料出口为顶角的横截面具有等腰三角形的结构，其顶角的角度优选为30～120°。在实际应用中，该收集部15可以不是单独设立的，其可以使得浆态床反应器靠近底壁的一侧内壁朝向浆料出口收拢，形成具有锥形结构的收集部。
在上述浆态床反应设备中，为了便于获取浆液中的液相产品，在本发明的一种实施例中，上述浆态床反应设备还包括过滤装置50，该过滤装置50连接在浆态床反应器10的浆液出口11和抽提装置30之间，用于浓缩由浆态床反应器10底部抽出的浆液。具有这种结构的浆态床反应设备，通过设置过滤装置50，将由浆态床反应器10底部抽出的浆液中清液去除，留下的浓缩浆液，将排出清液后获得的浓缩浆液返回至浆态床反应器10的上部。过滤装置50利用液相流动方向分为过滤表面切向和法向两个方向的错流过滤原理，利用了切向流的夹带作用，有利于冲刷滤饼层，起到了提高过滤效率和延长过滤器工作寿命的作用。另一方面，这种结构的过滤器可以通过调节内筒53与外筒51之间的压差调节清液流出量，进而调整了流经内筒53的浆液对内壁冲刷效果。另外，还可以通过调整抽提装置30抽提流量调整过滤装置50内内筒53内的浆液流量，进而改变流经内筒53的浆液对内壁的冲刷效果，有利于提高过滤效率和延长过滤器工作寿命。采用这种结构的过滤器一方面可以更快捷有效地分离浆液中的清液，以获取液相产品，另一方面可以将取出清液后所得到的浓缩浆液返回至浆态床反应器10的上部，以提高浆态床反应器10上部催化剂的浓度，进而促进浆态床反应器10中催化剂分布均匀。
优选地，上述浆态床反应设备中过滤装置50包括外筒51和内筒53。外筒上设有滤出清液外排口511；内筒53套设在外筒51内部，其上具有穿透外筒向外延伸的浆液入口531，以及浓缩液出口533，且其侧壁上设有多个连通内筒53内腔和外筒51内腔的流通孔，浆液入口531与浆液出口11相连，浓缩液出口533与返回浆液入口13相连。在上述浆态床反应设备中采用该结构的过滤装置50能够连续过滤由浆态床反应器10底部抽出的浆液，进行连续生产。而且其结构简单，容易制备，操作方便，容易清洗更换，仅需要与浆态床反应器共同利用抽提装置30所提供的动力即可，无需额外耗能，省钱省力。
优选地，上述过滤装置50中可以同时包括多个内筒53，多个内筒并联地设置在所述外筒51中，采用这种结构的过滤装置50可以更好地滤出清液，以获取清液产品。
更为优选地，上述浆态床反应设备中可以同时采用多个过滤装置50以并联或串联的方式连接在浆液出口11和抽提装置30之间，以便于提高浆态床反应设备对循环浆液的处理能力。当然在本发明中并不限于具有这种结构的过滤装置，其也可以采用沉降装置，对清液和浓缩浆料进行分离后将浓缩浆料输送到浆态床反应器的上部即可。
优选地，在上述浆态床反应设备的浆态床反应器10中设有液体分布器，该液体分布器(图中未示出)通过返回浆液入口13与过滤装置30相连。该液体分布器有利于将由抽提装置提取返回的浆料均匀地分布在浆态床反应器中，进一步将催化剂的均匀分布在浆态床反应设备中。
如图3所示，在本发明的一种实施例中，上述浆态床反应设备中浆态床反应器10设有气体分布器17，气体分布器17设置在浆液出口11的上方，且其远离浆液出口11一侧的上表面上设有多个布气孔175。该气体分布器17的设置用于从外部向浆态反应器1内引入反应气体，并使得反应气体从分布器的上表面的布气孔输送至浆态床反应器10的内部，一方面避免了由浆态床反应底部抽出浆液气含率过高，另一方面有利于对由上向下沉积的催化剂进行提升，更好地加强了位于浆态反应器1中部的气相、液相和催化剂的混合。
优选地，上述气体分布器包括沿浆态床反应器10周向均匀分布的多个呈扇形结构的分布器子单元，各分布器子单元上包括至少一根主进气管171，以及连接在主进气管上的多个弧形分布件173，各弧形分布件173具有向外突出的结构，且直径依次递增，相应端位于同一直线上；各分布器子单元中距离浆态床反应器中心等距的各弧形分布件173围成一个环形结构，布气孔设置在所述弧形分布件173的上表面上。将气体分布器设置为多个呈扇形结构的分布器子单元更有利于降低气体短路风险，有利于气体均匀分布。且将各分布器子单元设置为上述结构有利于更好地形成均匀分布的结构，进而更有利于气相、液相和催化剂的混合。优选地，在实际操作中该浆态床反应器中可以设置2-8个分布器子单元。
更为优选地，如图4所示，上述各分布器子单元中包括一根进气管171，每个所述分布器子单元的中该主进气管171连接在分布器子单元中的各弧形分布件173的中心线上，该中心连线沿所述分布器的径向延伸。这种结构能够减少主进气管171的数量，同时减少浆态床反应器10上与进气管171相对应的进气口的数量，同时保持分布器子单元的安装平衡性。更为优选地，在上述浆态床反应器10中气体分布器17设置在浆态床反应器10中不低于与浆液出口11相连通的收集部15的上端侧的位置，以实现径向布气范围最大的效果。
更为优选地，在上述浆态床反应器10中还设有用以支撑所述气体分布器17的支撑架，该支撑架可以是支柱结构，也可以是支板，只要能够起到支撑作用皆可。
在实际应用中，上述浆态床反应器中各弧形分布件上的布气孔的孔径为1-3mm。最优选地，整个气体分布器5上的开孔率以过气压降0.5～1.5bar为准，以避免不均匀布气。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种浆态床反应设备，其特征在于，包括：
浆态床反应器(10)，包括设置在其底部的浆液出口(11)，以及位于其上部的返回浆液入口(13)；
抽提装置(30)，连接在所述浆液出口(11)和所述返回浆液入口(13)之间，用于将所述浆态床反应器(10)底部的浆液抽出，并提升返回至所述浆态床反应器(10)的上部；其中，
所述浆态床反应器(10)设有气体分布器(17)，所述气体分布器(17)设置在所述浆液出口(11)的上方，且其远离所述浆液出口(11)一侧的上表面设有多个布气孔(175)；
所述气体分布器(17)包括沿所述浆态床反应器周向均匀分布的多个呈扇形结构的分布器子单元，各分布器子单元上包括：
一根主进气管(171)，与外置于所述浆态床反应器(10)的供气装置相连通；
多个弧形分布件(173)，连接在所述主进气管(171)上，各弧形分布件(173)具有向外突出的结构，且直径依次递增，相应端位于同一直线上；各分布器子单元中距离浆态床反应器中心等距的各弧形分布件(173)围成环形结构，所述布气孔(175)设置在所述弧形分布件(173)的上表面上；
每个所述分布器子单元的所述主进气管(171)连接在所述分布器子单元中的各弧形分布件(173)的中心连线上，该中心连线沿所述气体分布器(17)的径向延伸。
2.根据权利要求1所述的浆态床反应设备，其特征在于，所述浆态床反应器(10)中设置有浆液收集部(15)，所述收集部(15)的内壁一端与所述浆液出口(11)相连，另一端呈锥形结构向外扩张，并延伸至与所述浆态床反应器(10)的内壁相接。
3.根据权利要求1所述的浆态床反应设备，其特征在于，还包括用于浓缩由所述浆态床反应器(11)底部抽出的浆液的过滤装置(50)，所述过滤装置(50)连接在所述浆态床反应器(10)的浆液出口(11)和所述抽提装置(30)之间。
4.根据权利要求3所述的浆态床反应设备，其特征在于，所述过滤装置(50)包括：
外筒(51)，其上设有滤出清液外排口(511)；
内筒(53)，套设在所述外筒(51)内部，其上具有穿透所述外筒(51)向外延伸的浆液入口(531)，以及浓缩液出口(533)，且其侧壁上设有多个连通内筒(53)内腔和外筒(51)内腔的流通孔，所述浆液入口(531)与所述浆液出口(11)相连，所述浓缩液出口(533)与所述返回浆液入口(13)相连。
5.根据权利要求3所述的浆态床反应设备，其特征在于，所述浆态床反应器(10)中设有液体分布器，所述液体分布器通过所述返回浆液入口(13)与所述过滤装置相连。
6.根据权利要求2所述的浆态床反应设备，其特征在于，所述气体分布器(17)设置在所述浆态床反应器(10)中不低于与所述浆液出口(11)相连通的收集部(15)的上端侧的位置。
7.根据权利要求1所述的浆态床反应设备，其特征在于，所述浆态床反应器(10)中还设有用以支撑所述气体分布器(17)的支撑架。
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2012
- 2012-07-17 CN CN201210248459.4A patent/CN102728286B/zh active Active
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