CN105170036B - 一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器 - Google Patents

Abstract

一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，是在反应器上部设置有多层篦式气液分离器及高温热水出口与气相产物液气表面换热器和液相产物液液表面换热器串联连通、设置有气固混合物出口通过气相产物气固过滤器连通有气相产物液气表面换热器的气相产物出口排出、设置有液固混合物出口通过液相产物液固过滤器连通有液相产物液液表面换热器的液相产物出口排出；在反应器中部设置有反应放热吸热盘管；在反应器下部壳体上切向设置有上层反应气入口、中层反应气入口和下层反应气入口。本发明移除内置装置将空间增大了15％‑30％，减小了气泡上升过程中形成的大气泡几率，增大了有效反应接触面积，提高了浆态床反应器的反应效率。

Description

一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器

技术领域

本发明涉及一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，特别是一种煤合成气外置旋流式浆态床制含氧燃料的反应器。

背景技术

气液固三相浆态床反应器具有结构简单、分散效果均匀、传递性能优良等特点，在煤制合成气合成油以及煤制合成气合成甲醇等工艺过程中，产业化的成功显示了浆态床反应器在煤化工等领域的巨大发展潜力。

浆态床反应器在产业化进程还有许多问题急待解决，主要原因在于浆态床反应器的放大很困难。公开号为CN1593740A的名称为一种“高效浆态床反应器”的发明专利，在反应器内设置分布板、加热盘、内套筒构件；ZL200910209536.3公开了一种浆态床反应器，采用内置过滤组件；ZL201010125941.X公开了一种浆态床反应器，采用内置旋分器、吸热盘管；浆态床反应器放大主要存在的问题：分布器堵塞、逆流、催化剂及温度分布不均匀等，直径增加会改变反应器内部的流体流动特性，从而影响质量和热量传递；而且直径增加以后，反应器内部的热量很难及时移走，反应器内温度分布不均匀，不利于维持反应速度和提高催化剂寿命，现有浆态床反应器仍然存在偏流、沟流和床内部件堵塞，未能考虑系统气固、气液分离因素，针对以上问题，本专利提出一种煤合成气外置旋流式浆态床制含氧燃料反应器。

本发明通过对浆态床反应器的结构通过理论和实践的积累探讨，提出一种对现有浆态床反应器结构进行改进的技术方案，期望得到更进一步的开发和应用。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是在现有浆态床反应器结构的基础上，如何进一步提高浆态床反应器的反应空间及其反应效率，并提供一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器。

为了解决上述问题，本发明所采取的措施如下。

一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，包括换热器、过滤器、气液分器和环绕盘管；其特征在于：

所述反应器上部的反应器液位上方，内设有多层篦式气液分离器及高温热水出口，且高温热水出口与外设的气相产物液气表面式换热器与液相产物液液表面式换热器串联连通换热后排出；

所述反应器上部的多层篦式气液分离器的上方，设有气固混合物出口连通有气相产物气固过滤器及其气相产物液气表面式换热器进行换热后，经气相产物出口排出；

所述反应器上部的反应器液位的下方，设有液固混合物出口连通有液相产物液固过滤器及其液相产物液液表面式换热器进行换热后，经液相产物出口排出；

所述反应器中部的内壁面及其反应器低温冷却水入口与反应器高温热水出口之间设有反应放热吸热盘管；

所述反应器下部的壳体上切向设有至少两个或两个以上的上层反应气入口、中层反应气入口和下层反应气入口，并通过喷嘴向上切向旋流喷入；在反应器下部还设有反应器低温冷却水入口；

所述反应器底端设有工质排出管；且在工质排出管上设有工质排出管反冲气入口和工质排出管控制阀。

进一步地，所附加的技术特征如下。

所述反应器的高度与反应器内径比为10～15:1。

所述气相产物气固过滤器和液相产物液固过滤器的出口管上设置有气相产物气固过滤器反向冲洗进气管连通反应器下部的反应气入口管。

所述多层篦式气液分离器是3-5层篦式气液分离器，篦式气液分离器的上层开孔直径是相邻下层开孔直径的0.3-0.5倍，并错孔设置。

所述上层反应气入口与反应器法线方向沿顺时针成60-75度；所述中层反应气入口与反应器法线方向沿顺时针成55-70度；所述下层反应气入口与反应器法线方向沿顺时针成45-60度。

所述喷嘴向上切向旋流喷入的喷嘴是内凹多孔自开防堵式喷嘴，喷嘴的向上倾角是0-10°，每支喷嘴设有15-20个喷口。

所述气相产物液气表面式换热器与液相产物液液表面式换热器是管壳式换热器，高温水在管内吸热，气相产物和液相产物在管外放热，换热器行程为4-6。

所述反应器的反应方法是在浆态床反应器中由下到反应器液位之间装有固体催化剂与惰性液态溶融石蜡，合成气由反应器底部切向旋流进入浆态床反应器，以气泡形式反应形成气、液、固的流态化形态，后经气液分离器及换热器由出口排出；冷水由反应器下部进入，在膜式水冷壁内表面形成自然对流回流区，被膜式水冷壁吸热，后通过反应器高温热水出口经换热器排出。

实现本发明上述所提供的一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，与现有技术相比，其优点与积极效果在于：

本反应器移除了内置装置，反应器内部的空间增大了15％-30％。

本反应器采用多喷嘴使浆液旋流运动，增强搅拌功能，使浆液温度均衡能力得以提高，温差控制在4-8℃。

本反应器气泡沿螺旋上升，与浆液接触时间增加了1.2-1.8倍。

本反应器多层旋流进气气流的搅拌作用，减小了气泡上升过程中形成的大气泡几率，增大了反应接触面积。

本反应器外置换热器带走反应放热，使换热器管壁温度低于主流区温度6-10℃，换热器管壁附近形成了向下回流，加强了浆液混合作用。

附图说明

图1是本反应器的结构示意图。

图2是本反应器的反应气进气布置图。

图3是本反应器的篦式气液分离器结构图。

图4是本反应器的过滤器反向冲洗结构示意图。

图中：1：泄压安全出口；2：反应器高温热水出口；3：多层篦式气液分离器；4：反应器液位；5：自然对流回流区；6：上层反应气入口；7：反应器低温冷却水入口；8：中层反应气入口；9：下层反应气入口；10：工质排出管；11：气相产物气固过滤器；12：气相产物出口；13：气相产物液气表面式换热器；14：液相产物出口；15：液相产物液液表面式换热器；16：液相产物液固过滤器；17：工质排出管反冲气入口；18：工质排出管控制阀；19：气相产物气固过滤器反向冲洗进气管；20：液相产物气固过滤器反向冲洗进气管；21：反应放热吸热盘管；22：反应气入口管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步说明。

实施本发明上述所提供的一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，该反应器包括泄压安全出口1、多层篦式气液分离器3、工质排出管10、气相产物气固过滤器11、气相产物出口、气相产物液气表面式换热器13、液相产物液液表面式换热器15、液相产物液固过滤器16、工质排出管反冲气入口17和工质排出管控制阀18，其具体构成关系如下。

在浆态床反应器内的顶部设置有泄压安全出口1，上部左侧设有反应器高温热水出口2，其出口高温热水与上部右侧的气相产物液气表面式换热器13及液相产物液液表面式换热器15串联连接，上部右侧安装有气相产物出口12，反应器的气相产物经气相产物气固过滤器11过滤和气相产物液气表面式换热器13放热后经气相产物出口12流出，在上部右侧气相产物出口12下方安装有液相产物出口14，液相产物经液相产物液固过滤器16过滤和液相产物液液表面式换热器15放热后经液相产物出口14流出，反应器内液位控制在气相产物出口12和液相产物出口14高度之间，在反应器液位4的上方设有多层篦式气液分离器3。

反应器壁面内侧为膜式壁耐压壁面，反应器壁面外侧设有保温层，冷水工质由反应器下部的反应器低温冷却水入口7进入，沿壁面吸热后，靠自升力推动有反应器的反应器高温热水出口2流出。在反应器中下部设有下层反应气入口9、中层反应气入口8、上层反应气入口6三组合成气入口，在反应器底部设有工质排出管10、工质排出管反冲气入口17和工质排出管控制阀18。所述的反应器高度与反应器内径比为10～15:1。

气相产物气固过滤器具有每间隔1小时5分钟反向冲洗功能，冲洗介质为合成气，气相产物气固过滤器具有前后隔离阀和旁通管路的特征，冲洗后的介质返回反应器。

液相产物液固过滤器具有每间隔30小时2分钟反向冲洗功能，冲洗介质为合成气，液相产物液固过滤器具有前后隔离阀和旁通管路的特征，冲洗后的介质返回反应器。

采用多层篦式气液分离器3，上层开孔直径为相邻下层开孔直径的0.3-0.5倍，其层数为3-5层。

下层喷嘴布置有4支喷嘴，其与法线方向沿顺时针成60-75度，中层喷嘴布置有4支喷嘴，其与法线方向沿顺时针成55-70度，上层喷嘴布置有4支喷嘴，其与法线方向沿顺时针成45-60度，以上顺时针方向为自反应器上向下所取，其中的喷嘴向上切向旋流喷入的喷嘴是内凹多孔自开防堵式喷嘴，喷嘴的向上倾角是0-10°，每支喷嘴设有15-20个喷口。

管壳式换热器设置在气相产物和液相产物出口，换热器采用表面式换热器，换热器行程为4-6。

反应器外侧保温层为包裹200-300mm的膨胀珍珠岩耐高温保温层。

上述反应器的反应方法如下。

步骤一，在该反应器中预先装填有固体催化剂颗粒和惰性液态溶融石蜡,达到反应器液位，合成气(C0+H₂)从上层反应气入口、中层反应气入口、下层反应气入口旋流进入反应器，以气泡形式进入浆态床反应器经非稳态过程后,反应器形成气、液、气相的流态化形态。合成气在液相石蜡中扩散,在催化剂颗粒表面进行反应。反应中生成的重质烃液相产物经过液相产物液固过滤器和液相产物液液表面式换热器后由液相产物出口排出,气态轻烃与部分尚未转化的合成气及液相经多层篦式气液分离器进行气液分离，经过气相产物气固过滤器11和气相产物液气表面式换热器后由气相产物出口排出；

步骤二，浆态床反应器壳体采用膜式水冷壁结构，反应放出的大量热量由浆膜式水冷壁内的水吸热带走，冷水由反应器低温冷却水入口进入，经垂直的膜式水冷壁上升吸热后由反应器高温热水出口排出，再经过气相产物液气表面式换热器和液相产物液液表面式换热器排出；在膜式水冷壁内表面形成自然对流回流区强化换热；

步骤三，在浆态床反应器上部安装有泄压安全出口，当设备超压时由该出口排气泄压，在浆态床反应器下部安装有工质排出管，在工质排出管上安装有工质排出管反冲气入口和工质排出管控制阀，每间隔30分钟工质排出管反冲气入口喷入合成气运行3-5分，喷气量为总进气量的1-2％，将沉积的催化剂反冲入浆态床反应器；在检修工况时工质排出管阀控制打开，工质由在工质排出管排出。

在上述方法的反应器技术方案中，浆态床反应器的膜式水冷壁的管壁温度低于浆态床反应器的主流区温度6-10℃；浆态床反应器中的浆液温差是4-8℃，气泡螺旋上升与浆液接触的时间是20-30秒；反应器的上层反应气入口6、中层反应气入口8和下层反应气入口9切向旋流进入浆态床反应器的气量是1:3:6；浆态床反应器底端的工质排出管10每间隔30分钟运行3-5分，喷气量是总进气量的1-2％，将沉积的催化剂反冲入浆态床反应器中；气相产物气固过滤器11和液相产物液固过滤器16的出口增设有反向冲洗工序，反向冲洗工序为每间隔3小时进行5分钟的反向冲洗，冲洗介质为合成气，冲洗后的介质返回反应器；浆态床反应器壳体的保温层耐高温性能是800-1000℃，保温效率是93-96％。

Claims (1)

1.一种煤合成气浆态床制含氧燃料反应器，包括换热器、过滤器、气液分离器和环绕盘管；其特征在于：

所述反应器上部的反应器液位（4）上方，内设有多层篦式气液分离器（3）及高温热水出口（2），且高温热水出口（2）与外设的气相产物液气表面式换热器（13）与液相产物液液表面式换热器（15）串联连通换热后排出；

所述反应器上部的多层篦式气液分离器（3）的上方，设有气固混合物出口连通有气相产物气固过滤器（11）及其气相产物液气表面式换热器（13）进行换热后，经气相产物出口（12）排出；

所述反应器上部的反应器液位（4）的下方，设有液固混合物出口连通有液相产物液固过滤器（16）及其液相产物液液表面式换热器（15）进行换热后，经液相产物出口（14）排出；

所述反应器中部的内壁面及其反应器低温冷却水入口（7）与反应器高温热水出口（2）之间设有反应放热吸热盘管（21）；

所述反应器下部的壳体上切向分别设有两个以上的上层反应气入口（6）、中层反应气入口（8）和下层反应气入口（9），并通过喷嘴向上切向旋流喷入；在反应器下部还设有反应器低温冷却水入口（7）；

所述反应器底端设有工质排出管（10）；且在工质排出管（10）上设有工质排出管反冲气入口（17）和工质排出管控制阀（18）；

所述反应器的高度与反应器内径之比为10~15:1；

所述气相产物气固过滤器（11）和液相产物液固过滤器（16）的出口管上设置有气相产物气固过滤器反向冲洗进气管（19）连通反应器下部的反应气入口管（22）；

所述多层篦式气液分离器（3）是3-5层篦式气液分离器，篦式气液分离器的上层开孔直径是相邻下层开孔直径的0.3-0.5倍，并错孔设置；

所述上层反应气入口（6）与反应器法线方向沿顺时针成60-75度；所述中层反应气入口（8）与反应器法线方向沿顺时针成55-70度；所述下层反应气入口（9）与反应器法线方向沿顺时针成45-60度；

所述喷嘴向上切向旋流喷入的喷嘴是内凹多孔自开防堵式喷嘴，喷嘴的向上倾角是0-10°，每支喷嘴设有15-20个喷口；

所述气相产物液气表面式换热器（13）与液相产物液液表面式换热器（15）是管壳式换热器，高温水在管内吸热，气相产物和液相产物在管外放热，换热器行程为4-6；

所述反应器的反应方法是在浆态床反应器中由下到反应器液位之间装有固体催化剂与惰性液态溶融石蜡，合成气由反应器底部切向旋流进入浆态床反应器，以气泡形式反应形成气、液、固的流态化形态，后经气液分离器及换热器由出口排出；冷水由反应器下部进入，在膜式水冷壁内表面形成自然对流回流区，被膜式水冷壁吸热，后通过反应器高温热水出口经换热器排出。