CN108905904A - 一种用于费托合成反应器的气体分布器 - Google Patents

一种用于费托合成反应器的气体分布器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于费托合成反应器的气体分布器，该气体分布器呈垂直方向的双层布置，上层分布器为管式分布器，通入低氢碳比原料气，下层分布器形式可以采用两种，一种为下方配有预分布器的板式分布器，另一种为管式分布器，通入富氢气。与现有技术相比，本发明可提高有效气(氢气与一氧化碳)的转化率，提高催化剂寿命，降低吨产品催化剂消耗量。

Description

一种用于费托合成反应器的气体分布器
技术领域
本发明涉及一种气体分布器，尤其是涉及一种用于费托合成反应器的气体分布器。
背景技术
费托合成技术的主要反应为一氧化碳与氢气在催化剂的作用下生成碳氢化合物，所生成的碳氢化合物在常温常压下大部分为液态，还有部分是气态。根据目标产物、催化剂和反应条件的不同，费托合成技术可分为高温费托合成和低温费托合成技术。低温费托合成采用固定床或浆态床反应器，主要产品为柴油、石脑油和高品质蜡。高温费托合成反应温度采用流化床反应器，主要产品为汽油、柴油、含氧有机化学品和烯烃。
本领域公认反应器入口气的气体分布质量和氢碳比对产品选择性和催化剂寿命影响显著。费托合成反应器入口气一般由原料合成气、循环尾气和来自其他单元的富氢气组成，现有技术将上述气体混合后通过气体分布器或分布板进入反应器，存在有效气转换率较低，催化剂寿命较短，吨产品催化剂消耗量较高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的催化剂寿命短和烯烃选择性低的问题，提供一种能够提高有效气转化率和催化剂寿命的费托合成反应器气体分布器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于费托合成反应器的气体分布器，呈垂直方向的双层布置，上层分布器通入低氢碳比原料气，下层分布器通入富氢气。
费托合成反应器使用铁基或钴基催化剂，反应温度200～400℃，反应压力1.0～6.0MPa，反应器类型为气固流化床或气液固浆态床。上层分布器压降大于0.01MPa，通入的低氢碳比原料气中氢碳比0.7～2，一般是来自净化的新鲜合成气。下层分布器压降大于0.01MPa，通入的富氢气中氢气含量大于40vol％，采用循环气或循环气和原料气的混合气，优选循环气。控制两个分布器通入的气体混合后氢碳比为3-6。
所述上层分布器为管式分布器，该管式分布器与反应器呈同心设置，在其分布管上设置多个喷嘴，喷嘴出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。
所述下层分布器的形式可以采用两种，一种为下方配有预分布器的板式分布器，另一种为管式分布器。
所述板式分布器上均匀开圆形孔，分布器与反应器壳体之间通过焊点、螺栓、支架等固定形式的一种或多种组合连接，连接处通过填充密封材料或焊接密封，圆形孔上安装带孔板的喷嘴或风帽。
所述预分布器的气体出口与反应器呈同心设置，方向垂直向下。
下层分布器为管式分布器时，该管式分布器与反应器呈同心设置，在其分布管上设置多个喷嘴，喷嘴出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。与现有技术相比，本发明提供的气体分布器可以对气体进行两次再分布，显著改善气体在反应器内径向分布的均匀性，减少副反应，提高有效气转化率。首先，管式分布器(或预分布器)的气体出口向下使气体先下后上折流运动，折流气体与出口气体逆向对流进行第一次再分布。随后，两层分布器射出的气体在分布器之间逆向对流进行第二次再分布。
影响费托合成催化剂使用寿命的主要因素有两个：(1)催化剂表面及孔道结碳导致催化剂失活；(2)局部气速过快导致催化剂颗粒剧烈冲击导致破碎损失。本发明针对上述两点提出了优化的设计方案，增加催化剂寿命，降低吨产品催化剂消耗：
(1)低氢碳比的原料气和富氢气分别从上下两层分布器进入费托合成反应器，低氢碳比的原料气在催化剂活性中心上反应生成烃类产品，富氢气将生成的烃类快速脱除，避免活性中心结碳；
(2)气体从两层分布器进入反应器可以有效降低喷嘴出口及下层分布器附近的局部气速。
附图说明
图1为实施例1中本发明的结构示意图；
图2为实施例2中本发明的结构示意图。
图中，1为富氢气，2为低氢碳比原料气，3为上层管式分布器，4为板式分布器，5为预分布器，6为下层管式分布器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种用于费托合成反应器的气体分布器，呈垂直方向的双层布置，上层分布器通入低氢碳比原料气，下层分布器通入富氢气。费托合成反应器使用铁基或钴基催化剂，反应温度200～400℃，反应压力1.0～6.0MPa，反应器类型为气固流化床或气液固浆态床。上层分布器压降大于0.01MPa，通入的低氢碳比原料气中氢碳比0.7～5。下层分布器压降大于0.01MPa，通入的富氢气中氢气含量大于40vol％，采用循环气或循环气和原料气的混合气，优选循环气，两个分布器通入的气体混合后氢碳比在3-6。
上层分布器为管式分布器，该管式分布器与反应器呈同心设置，在管式分布器上均匀设置小孔，小孔的孔口向下，在小孔上还安装有喷嘴，喷嘴的出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。
下层分布器的形式可以采用两种，一种为下方配有预分布器的板式分布器，另一种为管式分布器。使用的板式分布器上均匀开圆形孔，分布器与反应器壳体之间通过焊点、螺栓、支架等固定形式的一种或多种组合连接，连接处通过填充密封材料或焊接密封，圆形孔上安装带孔板的喷嘴或风帽，预分布器的气体出口与反应器呈同心设置，方向垂直向下。
下层分布器为管式分布器时，该管式分布器可以与上层分布器完全相同，也可以不同，例如，使用的管式分布器与反应器呈同心设置，在管式分布器上均匀设置小孔，小孔的孔口向下，小孔上还安装有喷嘴，该喷嘴的出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。
以下是更进一步的实施例，结合附图做进一步的说明。
实施例1
一种用于费托合成反应器的气体分布器，其结构如图1所示。反应器为直径10m高温费托合成流化床反应器，催化剂为铁基催化剂，催化剂装填量700t，反应温度345℃，反应压力2.5MPa。富氢气1为循环尾气，氢气含量50vol％，依次通过预分布器5和板式分布器4进入反应器。预分布器采用折流管式预分布器，板式分布器压降0.02MPa。低氢碳比原料气2为煤制气装置提供的合成气，氢碳比为1.6，通过上层管式分布器3进入反应器。上层管式分布器3与反应器呈同心设置，在管式分布器上均匀设置小孔，小孔的孔口向下，另外在管式分布器的小孔上还安装有喷嘴，喷嘴出口竖直向下，压降0.02MPa。
采用混合后单一气体分布器进气的反应器催化剂更换频率为90t/周，有效气转化率56％。采用本发明的反应器催化剂更换频率为60t/周，有效气转化率58％。
实施例2
一种用于费托合成反应器的气体分布器，其结构如图2所示。反应器为直径10m低温费托合成浆态床反应器，催化剂为铁基催化剂，催化剂装填量220t，反应温度240℃，反应压力2.5MPa。富氢气1为循环尾气和来自PSA单元氢气的混合气，氢气含量50vol％，通过下层管式分布器6进入反应器，低氢碳比原料气2为煤制气装置提供的合成气，氢碳比为1.6，通过上层管式分布器3进入反应器。上述管式分布器喷嘴出口竖直向下，压降0.04MPa。
采用混合后单一气体分布器进气的反应器催化剂更换频率为22t/周，有效气转化率65％。采用本发明的反应器催化剂更换频率为18t/周，有效气转化率68％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，该气体分布器呈垂直方向的双层布置，上层分布器通入低氢碳比原料气，下层分布器通入富氢气。
2.根据权利要求1所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述上层分布器为管式分布器，该管式分布器与反应器呈同心设置，在其分布管上设置多个喷嘴，喷嘴出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述下层分布器为板式分布器，该板式分布器的下方配有预分布器。
4.根据权利要求3所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述板式分布器上均匀开圆形孔，分布器与反应器壳体之间通过焊点、螺栓或支架的一种或多种固定形式组合连接，连接处通过填充密封材料或焊接密封，圆形孔上安装带孔板的喷嘴或风帽。
5.根据权利要求3所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述预分布器的气体出口与反应器呈同心设置，方向垂直向下。
6.根据权利要求1所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述下层分布器为管式分布器，该管式分布器与反应器呈同心设置，在其分布管上设置多个喷嘴，喷嘴出口方向向下，与垂直方向呈0～60度的夹角。
7.根据权利要求1所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述上层分布器压降大于0.01MPa，通入的低氢碳比原料气中氢碳比0.7～5,该低氢碳比原料气为高温费托合成反应的原料气，煤气化后经过变换、净化得到。
8.根据权利要求1所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，所述下层分布器压降大于0.01MPa，通入的富氢气中氢气含量大于40vol％，采用循环气或循环气和原料气的混合气，优选循环气。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于费托合成反应器的气体分布器，其特征在于，上层和下层分布器通入的气体混合后的氢碳比控制在3-6。
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