專利名稱：一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)存在氣液固三相，通常固體為催化劑，是費(fèi)托合成過(guò)程的核心。氣液分離和反應(yīng)撤熱是漿態(tài)床反應(yīng)器的技術(shù)難點(diǎn)?，F(xiàn)有的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器把液體合成油與固體催化劑的分離技術(shù)作為研究重點(diǎn)之一。US4605678公布了一種采用具有高梯度磁場(chǎng)的磁化過(guò)濾原件分離催化劑與合成油的方法；US5811469公布了一種采用下導(dǎo)管過(guò)濾器分離催化劑與合成油的方法； US6217830公布了一種使用烴類溶劑超臨界促萃取分離催化劑與合成油的方法。中國(guó)專利 CN101396647A公布的“用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器”，其反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置一組或多組液體導(dǎo)流管以增強(qiáng)整個(gè)三相床層的漿液循環(huán)量，改善反應(yīng)器中催化劑的軸向分布，同時(shí)導(dǎo)流管在兩段換熱器之間還起到熱交換作用。上述現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器普遍規(guī)模較小，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的空間利用效率偏低。隨著工業(yè)化規(guī)模的擴(kuò)大，反應(yīng)器直徑迅速增大，目前已有反應(yīng)器直徑達(dá)到5 10米，反應(yīng)器投資占裝置總投資的比重逐漸增大。提高反應(yīng)器空間利用率能夠有效降低投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提高反應(yīng)器空間利用率、間接提高反應(yīng)器內(nèi)的空速、降低反應(yīng)器的投資的新型費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器。本發(fā)明的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的在所述反應(yīng)器殼體1中包括上部的隔板16、中部的盤管4、底部的合成氣分布板8 以及漿態(tài)床層13，其特征在于所述的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置η個(gè)循環(huán)杯20和m個(gè)氣液旋分器10，其中m 小于或等于η ；所述的循環(huán)杯20由下料管17和頂部的擴(kuò)張口 18組成；所述的每個(gè)氣液旋分器10都與一個(gè)循環(huán)杯20同軸對(duì)應(yīng)布置，每個(gè)氣液旋分器10 下部的旋分器料腿12伸入循環(huán)杯20頂部的擴(kuò)張口 18內(nèi)。所述的反應(yīng)器還包括設(shè)置在反應(yīng)器中部的上下兩層盤管4 ；所述的上段盤管入口 5和下段盤管入口 9分別通入除氧水，除氧水在盤管內(nèi)受到漿態(tài)床層13的加熱發(fā)生汽化產(chǎn)生蒸汽分別從上段盤管出口 2和下段盤管出口 7流出。所述的合成氣分布板8采用板式結(jié)構(gòu)，其上方為漿態(tài)床層13，下方為氣相空間；所述的循環(huán)杯20下料管17底部出口位于合成氣分布板8上方。在具體實(shí)施中，所述的循環(huán)杯20高度與漿態(tài)床層13高度接近并淹沒(méi)在漿態(tài)床料位3的下方；
所述的循環(huán)杯下料管17底部出口位于合成氣分布板8上方；所述的氣液旋分器10的出口 19伸出隔板16上方；所述的旋分器料腿12伸入漿態(tài)床料位3以下；所述的合成氣分布板8為板式結(jié)構(gòu)，合成氣分布板8上均勻布置泡罩分布器21 ；所述的氣液旋分器10的切向入口的氣體流速在12至25m/s范圍；所述的循環(huán)杯20個(gè)數(shù)值η優(yōu)選為7，其中1個(gè)布置在所述的反應(yīng)器橫截面的中心， 其余6個(gè)橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器10的個(gè)數(shù)優(yōu)選為m = η ；在所述的反應(yīng)器中部的兩層取熱盤管4之間的位置設(shè)置有合成蠟抽出口 6。本發(fā)明的反應(yīng)器是這樣操作的本發(fā)明的反應(yīng)器的循環(huán)杯頂部為擴(kuò)張口。由于每個(gè)循環(huán)杯都淹沒(méi)在漿態(tài)床料位下方，當(dāng)合成氣體經(jīng)合成氣分布板向上流動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)床層中的漿液向上流動(dòng)，形成氣液固三相并流向上的漿態(tài)床層。當(dāng)氣液固三相流體到達(dá)擴(kuò)張口高度時(shí)，氣體因密度小浮力大保持向上流動(dòng)直至流出漿態(tài)床料位，液體和催化劑因密度大翻流入擴(kuò)張口內(nèi)。由此造成循環(huán)杯內(nèi)外的密度差異，循環(huán)杯外的氣液固三相漿態(tài)床密度小向上流動(dòng)，循環(huán)杯內(nèi)的氣體含量小，主要是液體和催化劑固體，密度大向下流動(dòng)直至從循環(huán)杯下料管底部出口流出。循環(huán)杯內(nèi)外的流體形成了循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)的液體和催化劑間接成為反應(yīng)器補(bǔ)充的流體，從而間接提高反應(yīng)器內(nèi)的空速。循環(huán)杯占用的反應(yīng)器空間遠(yuǎn)小于形成的流體循環(huán)體積，因此提高了反應(yīng)器的空間利用率。在產(chǎn)物量一定的前提下，可以用較小的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)，從而減少反應(yīng)器的投資。合成氣分布板采用板式結(jié)構(gòu)，其上方為漿態(tài)床層，下方為氣相空間，循環(huán)杯下料管底部出口位于合成氣分布板上方。這種技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是保證漿態(tài)床層位于合成氣分布板上方，避免循環(huán)杯下料管17底部出口流出的循環(huán)液體和催化劑進(jìn)入到達(dá)合成氣分布板下方，保證合成氣分布板僅需把氣相的合成氣進(jìn)行均勻分布到反應(yīng)器橫截面，與分布?xì)庖簝上嗔黧w相比難度小。板式結(jié)構(gòu)的合成氣分布板對(duì)大直徑反應(yīng)器的合成氣分布的均勻度更有保證。合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器。氣液旋分器位于漿態(tài)床料位上方的反應(yīng)器頂部，每個(gè)旋分器出口伸至隔板上方， 旋分器料腿伸入漿態(tài)床料位以下，每個(gè)旋分器料腿伸入一個(gè)擴(kuò)張口內(nèi)。這種技術(shù)方案能夠?qū)庖盒制鞣蛛x出的液體直接倒入密度較大的循環(huán)杯內(nèi)，促進(jìn)循環(huán)杯內(nèi)外的流體循環(huán)。在具體實(shí)施中，循環(huán)杯的數(shù)目根據(jù)反應(yīng)器直徑和反應(yīng)產(chǎn)物量進(jìn)行控制，循環(huán)杯至少1個(gè)，優(yōu)選為7個(gè)，如果反應(yīng)器直徑大，可以布置多層更多的循環(huán)杯，保證氣液旋分器數(shù)目不多于循環(huán)杯。氣液旋分器的數(shù)量根據(jù)經(jīng)旋分器的氣體流量計(jì)算確定。氣液旋分器的切向入口的氣體流速在12至25m/s范圍。本發(fā)明的反應(yīng)器，其循環(huán)杯作用與CN101396647A所公布的液體導(dǎo)流管作用相近， 但布置方式和具體結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的循環(huán)杯與氣液旋分器相對(duì)應(yīng)，每個(gè)氣液旋分器都與其對(duì)應(yīng)的循環(huán)杯同軸布置，氣液旋分器的旋分器料腿12伸入擴(kuò)張口內(nèi)。CN101396647A沒(méi)有該技術(shù)特征。另外，本發(fā)明布置結(jié)構(gòu)是在高度方向僅一層，而CN101396647A的為三層，并且下料管沒(méi)有偏流導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1.循環(huán)杯內(nèi)外的流體形成了循環(huán)流動(dòng)，提高反應(yīng)器內(nèi)的空速，提高了反應(yīng)器的空間利用率，降低反應(yīng)器投資；2.旋分器料腿伸入擴(kuò)張口內(nèi)，促進(jìn)循環(huán)杯內(nèi)外的流體循環(huán)。3.板式結(jié)構(gòu)的合成氣分布板對(duì)大直徑反應(yīng)器的合成氣分布的均勻度更有保證。


圖1是本發(fā)明的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明中的循環(huán)杯結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明中的氣液旋分器結(jié)構(gòu)4是本發(fā)明中的合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器圖5是本發(fā)明典型的循環(huán)杯在反應(yīng)器中的分部圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)布置η個(gè)循環(huán)杯20如圖 5，每個(gè)循環(huán)杯20都淹沒(méi)在漿態(tài)床料位3下方，循環(huán)杯20內(nèi)外的流體形成了循環(huán)流動(dòng)。m個(gè)氣液旋分器10位于漿態(tài)床料位3上方的反應(yīng)器頂部，氣液旋分器10與循環(huán)杯20同軸布置一一對(duì)應(yīng)，其旋分器料腿12伸入對(duì)應(yīng)的循環(huán)杯的擴(kuò)張口 18內(nèi)。m小于等于η。合成氣自反應(yīng)器底部的合成氣入口 14進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)合成氣分布板8均勻分布到整個(gè)反應(yīng)器橫截面上。合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器，如圖4。合成氣在漿態(tài)床層 13中發(fā)生合成反應(yīng)，生成烴類包括蠟和油并伴隨大量放熱。反應(yīng)放熱通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)的上下兩層盤管4撤出。操作中從上段盤管入口 5和下段盤管入口 9分別通入除氧水，除氧水在盤管內(nèi)受到漿態(tài)床層13的加熱發(fā)生汽化產(chǎn)生蒸汽分別從上段盤管出口 2和下段盤管出口 7流出。設(shè)置上下兩層取熱盤管4的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)控制不同的水流量改變上下層盤管4 的取熱量，以控制床層溫度。反應(yīng)后的合成尾氣流出漿態(tài)床層13時(shí)攜帶少量合成油液體和催化劑固體，這些合成尾氣到達(dá)反應(yīng)器頂部后進(jìn)入氣液旋分器10，在旋分器內(nèi)經(jīng)過(guò)旋流實(shí)現(xiàn)氣體與合成油液體和催化劑固體的分離，凈化后的氣體從旋分器出口 19流出。在反應(yīng)器中部的兩層取熱盤管4之間的位置設(shè)置合成蠟抽出口 6，將床層中生成的蠟抽出，抽出量以維持正常的漿態(tài)床料位3高度進(jìn)行控制。旋分器出口 20伸至隔板16上方，脫除液體和催化劑的凈化氣體在隔板上方杯收集經(jīng)反應(yīng)器頂部出口 11流出。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為8米，反應(yīng)器切線高度為 43米，反應(yīng)器內(nèi)布置7個(gè)循環(huán)杯20如圖5，反應(yīng)器頂部布置7個(gè)氣液旋分器10。正常的漿態(tài)床料位位于合成氣分布板上方32米處，最低料位高度為觀米。循環(huán)杯的頂部的擴(kuò)張口位于27. 5米高度，循環(huán)杯下料管底部位于合成氣分布板上方0. 3 0. 6米高度。正常操作過(guò)程中，加熱至230 250°C的合成氣主要成分為一氧化碳和氫氣在
61. 5 3. 5MPag壓力下從自反應(yīng)器底部的合成氣入口 14進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)合成氣分布板8 均勻分布到整個(gè)反應(yīng)器橫截面上。漿態(tài)床中為合成氣、合成的蠟與油、催化劑組成的氣液固三相混合物。合成氣在催化劑的作用下發(fā)生費(fèi)托合成反應(yīng)合成出蠟與油，伴生部分輕烴氣體。由于合成反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，需要通過(guò)盤管4及時(shí)撤出熱量，維持漿態(tài)床層溫度在250 300°C范圍內(nèi)，典型的優(yōu)選溫度為255 265°C。盤管內(nèi)通入除氧水，通過(guò)控制通入的水量和汽化壓力達(dá)到控制撤熱量的目的。通常優(yōu)選的汽化壓力為2. 0 2. SMpag,獲得該壓力下的飽和水蒸氣。每個(gè)循環(huán)杯20都淹沒(méi)在漿態(tài)床料位3下方，循環(huán)杯20內(nèi)外的流體形成了循環(huán)流動(dòng)。7個(gè)氣液旋分器10位于漿態(tài)床料位3上方的反應(yīng)器頂部，氣液旋分器10與循環(huán)杯20 同軸布置一一對(duì)應(yīng)，其旋分器料腿12伸入對(duì)應(yīng)的循環(huán)杯的擴(kuò)張口 18內(nèi)。未反應(yīng)完的合成氣及伴生的輕烴氣體經(jīng)氣液旋分器分離出攜帶的液體及催化劑后流出氣液旋分器，到達(dá)隔板上部的空間，最終從反應(yīng)器頂部的出口 11流出。合成出的蠟與油從反應(yīng)器中部的合成蠟抽出口 6抽出，必要時(shí)可以調(diào)整抽出量改變料位高度，調(diào)節(jié)盤管4的取熱量。
權(quán)利要求
1.一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，在所述反應(yīng)器殼體(1)中包括上部的隔板(16)、底部的合成氣分布板(8)以及漿態(tài)床層(13)，其特征在于所述的費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置η個(gè)循環(huán)杯00)和m個(gè)氣液旋分器(10)，其中m 小于或等于η;所述的循環(huán)杯00)由下料管(17)和頂部的擴(kuò)張口(18)組成； 所述的每個(gè)氣液旋分器(10)都與一個(gè)循環(huán)杯OO)同軸對(duì)應(yīng)布置，每個(gè)氣液旋分器 (10)下部的旋分器料腿(12)伸入循環(huán)杯OO)頂部的擴(kuò)張口(18)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于所述的反應(yīng)器還包括設(shè)置在反應(yīng)器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管G-2)； 所述的上段盤管入口( 和下段盤管入口(9)分別通入除氧水，除氧水在盤管內(nèi)受到漿態(tài)床層(1 的加熱發(fā)生汽化產(chǎn)生蒸汽分別從上段盤管出口( 和下段盤管出口(7)流出ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于所述的合成氣分布板(8)采用板式結(jié)構(gòu)，其上方為漿態(tài)床層(13)，下方為氣相空間； 所述的循環(huán)杯OO)下料管(17)底部出口位于合成氣分布板(8)上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于所述的循環(huán)杯OO)高度與漿態(tài)床層(1 高度接近并淹沒(méi)在漿態(tài)床料位(3)的下方； 所述的循環(huán)杯下料管(17)底部出口位于合成氣分布板(8)上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于 所述的氣液旋分器(10)的出口(19)伸出隔板(16)上方；所述的旋分器料腿(1 伸入漿態(tài)床料位(3)以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于所述的合成氣分布板(8)為板式結(jié)構(gòu)，合成氣分布板(8)上均勻布置泡罩分布器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于 所述的氣液旋分器(10)的切向入口的氣體流速在12至25m/s范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于所述的循環(huán)杯OO)個(gè)數(shù)值η為7，其中1個(gè)布置在所述的反應(yīng)器橫截面的中心，其余6 個(gè)橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器(10)個(gè)數(shù)m = η。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于在所述的反應(yīng)器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管(4- 之間的位置設(shè)置有合成蠟抽出口 (6)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的一種費(fèi)托合成漿態(tài)床反應(yīng)器，其特征在于 所述的循環(huán)杯OO)高度與漿態(tài)床層(1 高度接近并淹沒(méi)在漿態(tài)床料位(3)的下方； 所述的循環(huán)杯下料管(17)底部出口位于合成氣分布板(8)上方；所述的氣液旋分器(10)的出口(19)伸出隔板(16)上方； 所述的旋分器料腿(1 伸入漿態(tài)床料位(3)以下；所述的合成氣分布板(8)為板式結(jié)構(gòu)，合成氣分布板(8)上均勻布置泡罩分布器 (21)；所述的氣液旋分器(10)的切向入口的氣體流速在12至25m/s范圍；所述的循環(huán)杯00)個(gè)數(shù)值η為7，其中1個(gè)布置在所述的反應(yīng)器橫截面的中心，其余6 個(gè)橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器(10)個(gè)數(shù)m = η ；在所述的反應(yīng)器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管(4- 之間的位置設(shè)置有合成蠟抽出口 (6)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于費(fèi)托合成的漿態(tài)床反應(yīng)器。本裝置包括殼體、一組氣液旋分器、隔板、盤管、合成氣分布板，殼體中裝有漿態(tài)床層，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一組循環(huán)杯(20)和一組氣液旋分器(10)，合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器，氣液旋分器(10)的旋分器料腿(12)伸入擴(kuò)張口(18)內(nèi)，漿態(tài)床層(13)位于合成氣分布板(8)上方。氣液旋分器(10)數(shù)目不多于循環(huán)杯(20)，每個(gè)氣液旋分器(10)都與其對(duì)應(yīng)的循環(huán)杯(20)同軸布置。循環(huán)杯(20)內(nèi)外的流體形成循環(huán)流動(dòng)，能夠提高反應(yīng)器空速和空間利用率；旋分器料腿(12)伸入擴(kuò)張口(18)內(nèi)，能夠促進(jìn)循環(huán)杯(20)內(nèi)外的流體循環(huán)。
文檔編號(hào)B01J8/22GK102188938SQ20101012594
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者劉家明, 吳德飛, 戴文松, 范傳宏, 郭志雄, 高莉萍 申請(qǐng)人:中國(guó)石化工程建設(shè)公司, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司