CN201006420Y - 用于费托合成的流化床反应器 - Google Patents

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CN201006420Y CNU2006200392259U CN200620039225U CN201006420Y CN 201006420 Y CN201006420 Y CN 201006420Y CN U2006200392259 U CNU2006200392259 U CN U2006200392259U CN 200620039225 U CN200620039225 U CN 200620039225U CN 201006420 Y CN201006420 Y CN 201006420Y
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孙启文
朱继承
庞利峰
张宗森
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Abstract

本实用新型涉及一种用于费托合成的流化床反应器，该流化床反应器由反应器筒体和至少三种内构件组成：入口气体分布器、换热器、出口气固分离器；该入口气体分布器、换热器、出口气固分离器分别设在反应器筒体的底部、中部、顶部；该反应器的特点为结构形式简单，操作稳定，适合于费托合成反应的连续运行。

Description

用于费托合成的流化床反应器
技术领域
本实用新型涉及一种用于费托合成的流化床反应器装置，属于化工设备装置领域。
背景技术
流化床反应器在化工过程中得到了广泛应用。特别是在石油化学领域，对于催化裂化流化床的应用相对比较成熟。即采用底部进料，使反应器内催化剂流化床层进行流化，通过顶部的气固分离器将气体中夹带的颗粒分离出来。已发表的专利其气固分离器一般采用旋风分离器，其底部一般都插入密相区，其缺点为容易受到密相区床层扰动的干扰，造成气固分离器的效率降低。另外，容易造成颗粒排泄管底部翼阀被颗粒卡阻，造成分离器失效，且判断工况难度大。还有部分专利催化剂的在线加入和排出方式是采用外部催化剂循环流化方式进行，其存在的问题为操作比较复杂，反应器温度控制难度大。
费托合成过程是以富含氢气和一氧化碳的合成气在催化剂上发生反应生成烃类混合物的过程。该过程反应放热量大，产品复杂，且由于催化剂平均寿命比一般化学过程的催化剂短，需要定期进行催化剂的在线更新。若将普通形式的流化床反应器用于费托合成反应，难以保证气固分离的效率和操作的稳定性。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气固分离效率高、操作稳定、易于控制的用于费托合成的流化床反应器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于费托合成的流化床反应器，其特征在于，由反应器筒体和至少三种内构件组成：入口气体分布器、换热器、出口气固分离器；该入口气体分布器、换热器、出口气固分离器分别设在反应器筒体的底部、中部、顶部；
所述的入口气体分布器由气体分布管和若干个开孔向下的喷嘴组成；
所述的换热器由至少一层换热管组成，换热管采用螺旋盘管式：螺旋盘管式的换热管是多圈与反应器同心的盘管，换热介质在盘管内螺旋式流动；
所述的出口气固分离器采用旋风分离器。
所述的入口气体分布器由气体分布管和气体分布板组成；所述的换热管采用迂回多程式：迂回式多程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，这种型式的换热管在同一截面上设置至少一组。
所述的出口气固分离器采用多孔介质过滤器。
所述的反应器筒体底部设置可通入冷却介质或者加热介质的外盘管。
所述的反应器筒体设置至少一个用于向反应器内添加新鲜催化剂或作为惰性介质物料的在线添加管口，反应器设置至少一个用于排放催化剂的在线排放管口。
所述的出口气固分离器的旋风分离器主要由旋风分离器主体和颗粒排泄管组成，所述的旋风分离器主体底部与颗粒排泄管顶部连接。
所述的出口气固分离器的旋风分离器是至少一级。
所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器使用的过滤介质采用多孔烧结陶瓷。
所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器是至少一级。
所述的颗粒排泄管底部设有重力驱动的翼阀，并在翼阀处或颗粒排泄管上设置至少一处气体吹扫机构。
与现有技术相比，本实用新型通过合理的结构设置，使流化床反应器的控制更加灵活，减少了催化剂的损失，反应器的操作温度均匀，操作参数易于控制；采用的气固分离装置基本不受流化床层的影响，并减少了底部翼阀卡阻的几率，工业运行更加可靠。
附图说明
图1为一个用于费托合成的反应器的结构示意图。
图2为旋风分离器的结构示意图。
图3为气体分布器的结构示意图。
图4为带多孔介质过滤器的反应器示意图。
具体实施方式
参阅图1～图4，一种用于费托合成的流化床反应器，该流化床反应器由反应器筒体和至少三种内构件组成：入口气体分布器、换热器、出口气固分离器；所述的入口气体分布器由气体分布管和若干个开孔向下的喷嘴组成；所述的换热器由至少一层换热管组成，换热管采用螺旋盘管式：螺旋盘管式的换热管是多圈与反应器同心的盘管，换热介质在盘管内螺旋式流动；所述的出口气固分离器采用旋风分离器；该入口气体分布器、换热器、出口气固分离器分别设在反应器筒体的底部、中部、顶部。
或者，上述入口气体分布器由气体分布管和气体分布板组成；所述的换热管采用迂回多程式：迂回式多程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，这种型式的换热管在同一截面上设置至少一组。
或者，上述出口气固分离器采用多孔介质过滤器。
所述的反应器筒体底部设置可通入冷却介质或者加热介质的外盘管。
所述的反应器筒体设置至少一个用于向反应器内添加新鲜催化剂或作为惰性介质物料的在线添加管口，反应器设置至少一个用于排放催化剂的在线排放管口。
所述的出口气固分离器的旋风分离器主要由旋风分离器主体和颗粒排泄管组成，所述的旋风分离器主体底部与颗粒排泄管顶部连接。
所述的出口气固分离器的旋风分离器是至少一级。
所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器使用的过滤介质采用多孔烧结陶瓷。
所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器是至少一级。
所述的颗粒排泄管底部设有重力驱动的翼阀，并在翼阀处或颗粒排泄管上设置至少一处气体吹扫机构。
费托合成流化床反应器利用含氢气和一氧化碳的合成气，在催化剂的作用下和300～400℃、2.0～5.0MPa的操作条件下进行费托合成反应，生成一系列的烃类化合物。烃类化合物以气体的形式从反应器中排出，然后经激冷、闪蒸、分离、过滤后获得粗油品。
费托合成反应为强放热过程，为了控制反应器温度需要足够有效的换热措施，为保证反应器的稳定操作需要反应器内气体分布均匀，同时由于反应器内的催化剂为细颗粒催化剂，为防止催化剂随反应后的气体夹带出反应器，需在反应器内设置气固分离装置。
实施例1
下面的实施例为费托合成过程的一个流化床反应器实例。结合图1～图4进行说明。
如图1，合成反应器1包括一层换热管5和旋风分离器6。
合成气从气体入口分布器2对气体上进行分配，所设计喷嘴口径的大小和个数保证了气体通过气体入口分布器2压降不低于0.3bar，从而使气体能够均匀进入流化床内。
从气体入口分布器2向上是换热管5，其型式为迂回式多程换热管。费托合成反应为放热反应，换热管5内通锅炉给水，通过锅炉给水蒸发带走反应热，使反应处在恒温状态。在装置开车时，换热管5内通入蒸汽将反应器预热到反应温度。
在反应器内低于换热管5下端的位置设置一个催化剂浆液在线加入口4，根据需要加入新鲜催化剂。此过程需配合底部的废催化剂在线排放口3的排放来进行，以保持反应器催化剂的物化性能、床层高度和催化剂浓度的稳定。
从催化剂流化床层顶部离旋风分离器6的气体入口有一定的气固分离空间，在气体进入旋风分离器6后，绝大部分的固体颗粒均沉降在旋风分离器6底部，然后落回反应器床层，气体从反应器顶部出口7出反应器。该旋风分离器6底部位置在稀相区，有效减少了流化床层密度、流化状态等的变化对旋风分离器6的扰动。
该流化床反应器中的催化剂平均粒度为60μm，反应床层密度600kg/m3。操作典型温度380℃，操作典型压力3.0MPa。
图2是流化床反应器7内置的旋风分离器6，由旋风分离器体8、颗粒排泄管9、翼阀10组成。颗粒排泄管9的底部伸入到反应床层密相区或在反应床层的稀相区。在颗粒排泄管9的不同高度上设置了气体吹扫机构11，以防止颗粒排泄管9中物料架桥或翼阀10在开关过程中被颗粒卡住造成气体短路所造成的旋风分离器6效率下降。
图3为气体分布器结构示意图。如图3所示，反应气体从气体入口总管12横向进入底部封头13和假板14之间的空间，从中间的开口管15向下喷出，到达底部封头13底部后再折流向上通过固定在假板14上的气体上升管16，进入气体分布总管17，然后进入气体分布支管18，再通过若干个开口垂直向下的喷嘴19喷出，到达假板14上表面后气体折流向上，均匀的通过反应床层。
由于气体分布喷嘴19是向下开口，有效防止了在气量减少或失气时固体的堵塞问题。而由于支承假板14底面光滑，且喷嘴19与假板14之间的距离很小，催化剂不易在底部沉积，保持了催化剂的悬浮状态，从而避免了对放热反应过程由于催化剂的沉积出现局部过热的情况。
本实施例所述的反应器的实施效果如下：
连续运行二个月，温度控制稳定；
催化剂的在线排放和添加操作自如；
冷却管设计合理，汽包系统副产蒸汽稳定，且操作温度出现波动时调节方便
内置旋风分离器效果好，分离固体后的气体固含量小，分离效率达到99.5％以上，催化剂损失量少
费托反应在反应器内反应效果好，H2+CO总转化率保持在82％以上，C5+选择性不低于45％。
实施例2
下面的实施例为费托合成过程气固分离的流化床反应器多孔金属过滤器实例。结合图4进行说明。反应器操作条件、催化剂粒度以及结构方面与实施例1相同，不同处为将旋风分离器替换为多孔金属过滤器。
如图4所示，本实例中多孔金属过滤器20由金属烧结滤芯构成，置于反应器的稀相区。采用的滤芯材质为316SS，尺寸φ50×800，规格为3μm，24根。气体首先通过多孔金属过滤器20过滤，过滤后的气体通过悬挂法兰21上的接管进入集气室22汇合后出反应器。
本实施例所述的过滤器的实施效果如下：
连续运行1个月，反应器操作自如，没有出现气体通过多孔过滤器时压差过大的情况；
内置多孔金属过滤器过滤效果达到要求，分离固体后的气体固体粒径小于2μm，催化剂损失量少。
反应器的其它性能与实施例1一致。

Claims (10)

1.一种用于费托合成的流化床反应器，其特征在于，由反应器筒体和至少三种内构件组成：入口气体分布器、换热器、出口气固分离器；该入口气体分布器、换热器、出口气固分离器分别设在反应器筒体的底部、中部、顶部；
所述的入口气体分布器由气体分布管和若干个开孔向下的喷嘴组成；
所述的换热器由至少一层换热管组成，换热管采用螺旋盘管式：螺旋盘管式的换热管是多圈与反应器同心的盘管，换热介质在盘管内螺旋式流动；
所述的出口气固分离器采用旋风分离器。
2.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的入口气体分布器由气体分布管和气体分布板组成；所述的换热管采用迂回多程式：迂回式多程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，这种型式的换热管在同一截面上设置至少一组。
3.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的出口气固分离器采用多孔介质过滤器。
4.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的反应器筒体底部设置可通入冷却介质或者加热介质的外盘管。
5.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的反应器筒体设置至少一个用于向反应器内添加新鲜催化剂或作为惰性介质物料的在线添加管口，反应器设置至少一个用于排放催化剂的在线排放管口。
6.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的出口气固分离器的旋风分离器主要由旋风分离器主体和颗粒排泄管组成，所述的旋风分离器主体底部与颗粒排泄管顶部连接。
7.根据权利要求1所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的出口气固分离器的旋风分离器是至少一级。
8.根据权利要求3所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器使用的过滤介质采用多孔烧结陶瓷。
9.根据权利要求8所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的出口气固分离器的多孔介质过滤器是至少一级。
10.根据权利要求6所述的用于费托合成的流化床反应器，其特征在于：所述的颗粒排泄管底部设有重力驱动的翼阀，并在翼阀处或颗粒排泄管上设置至少一处气体吹扫机构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103638882A (zh) * 2013-11-21 2014-03-19 内蒙古伊泰煤制油有限责任公司 一种费托合成反应器内部换热列管快速降温方法及系统
CN104001457A (zh) * 2014-06-10 2014-08-27 尹明大 一种甲烷化流化床反应器

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