專利名稱：一種漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
費托合成是指合成氣(CCHH2)在催化劑上催化合成烴類液體燃料的反應(yīng)。隨著石油資源的日益枯竭，以費托合成反應(yīng)制備液體燃料更加受到了世界各國的重視。用于F-T合成的反應(yīng)器先后有固定床、循環(huán)流化床、固定流化床和漿態(tài)床。固定床反應(yīng)器有熱點、堵塞和生產(chǎn)能力低等缺點，循環(huán)流化床的流化過程難于控制，催化劑利用率低磨損嚴(yán)重，而且生產(chǎn)能力仍然偏低。固定流化床是循環(huán)流化床的改進(jìn)形式，不僅結(jié)構(gòu)簡單容易操作、也解決了催化劑利用率低和磨損的問題，生產(chǎn)能力大大提高。天然氣液化的發(fā)展促進(jìn)了漿態(tài)床反應(yīng)器的發(fā)展，特別是近幾年，漿態(tài)床費托合成技術(shù)得到大力發(fā)展。CN200810225473. 6公開了一種漿態(tài)床合成反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括反應(yīng)段、反應(yīng)器入口、反應(yīng)器出口和設(shè)置在漿態(tài)床上部的擴(kuò)徑段，所述擴(kuò)徑段包括沉降段、洗滌段和除沫段。CN03151109. 0公開了一種可以連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括由入口氣體分布管組成的進(jìn)行氣體均布的入口氣體分布部件，一層或多層對床層進(jìn)行加熱/冷卻的換熱管部件，一層或多層可以自動清洗的液固分離器部件，除去液沫和固體夾帶的出口除塵除沫器部件。漿態(tài)床費托合成反應(yīng)過程中，生成二氧化碳的反應(yīng)需要消耗一氧化碳、生成甲烷的反應(yīng)消耗氫氣量大，產(chǎn)品價值低，它們均是非目的產(chǎn)物，因此降低費托合成過程中的甲烷及二氧化碳選擇性是本領(lǐng)域追求的目標(biāo)之一。另外催化劑的活性穩(wěn)定性是決定催化劑更新速率的重要因素，對費托合成過程的操作費用具有明顯的影響。漿態(tài)床費托合成反應(yīng)過程中，甲烷及二氧化碳選擇性和催化劑活性穩(wěn)定性一方面取決于催化劑的自身性能，另一方面也受反應(yīng)過程中的各種因素影響。上述現(xiàn)有漿態(tài)床費托合成過程及反應(yīng)設(shè)備中，沒有從反應(yīng)過程優(yōu)化操作過程，以提高催化劑活性穩(wěn)定性和降低二氧化碳的選擇性以及甲烷選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率及費托合成催化劑的穩(wěn)定性，降低甲烷選擇性。本發(fā)明漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器包括反應(yīng)器入口、反應(yīng)器出口、反應(yīng)器下部的反應(yīng)段和反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段，所述反應(yīng)段的下端設(shè)有氣體分布器、側(cè)壁上設(shè)有液蠟排放口，反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有冷卻盤管，所述的反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段安裝有加熱部件。所述的加熱部件可以采用換熱管進(jìn)行加熱，也可以采用電加熱部件。所述的換熱管可以是螺旋盤管式的換熱管，是多圈與反應(yīng)器同心的盤管，換熱介質(zhì)在盤管內(nèi)自上而下螺旋式流動；也可以是迂回式多層換熱管，多根垂直的換熱管通過上下連接彎頭組合在一起，每組換熱管內(nèi)液體上下迂回流動，這種型式的換熱器在同一截面上可以設(shè)置多組換熱管。使用螺旋盤管式的換熱器，換熱介質(zhì)流動阻力小，但加工難度大；使用迂回式多程換熱管，可充分利用反應(yīng)器的容積，換熱介質(zhì)流動阻力大，但加工相對簡單。所述的換熱管的入口可以和冷卻盤管的出口相連接，利用冷凝過程中產(chǎn)生的蒸汽作為加熱介質(zhì)，也可以根據(jù)需要對冷凝管中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行再加熱后通入換熱管。所述的電加熱部件包括電加熱套管和加熱探頭，電加熱套管從漿態(tài)床反應(yīng)器的頂部或氣液擴(kuò)散段的側(cè)壁伸入氣液擴(kuò)散段，加熱探頭安裝在套管內(nèi)進(jìn)行加熱。所述反應(yīng)段下端的氣體分布器為一組氣體分布管，該氣體分布管上開孔并配置噴嘴，該噴嘴在反應(yīng)器截面上均勻分布，且為向下或側(cè)向開口，噴嘴內(nèi)徑的大小應(yīng)確保氣體通過每個噴嘴時所產(chǎn)生的壓降在0. OlMPa-O. IMPa之間。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中采用的漿態(tài)床反應(yīng)器，由于漿態(tài)相熱熔大，以及氣泡的劇烈運動使反應(yīng)熱容易傳給冷卻盤管，使?jié){態(tài)相接近等溫，但是漿態(tài)床反應(yīng)器的上部氣相空間卻存在溫度梯度，特別是在低溫費托合成反應(yīng)過程中，會造成部分水蒸氣液化回流，使得漿相中存在大量的液態(tài)水，漿相中的水在反應(yīng)條件下會引起催化劑的氧化，生成無法再生的難還原的鹽，此外，由于水蒸氣與輕質(zhì)烴不能迅速離開漿態(tài)床反應(yīng)器，達(dá)到氣液平衡時會占據(jù)大量分壓(可高達(dá)20%)，引起合成氣的分壓降低，從而影響一氧化碳和氫氣在反應(yīng)體系中的傳質(zhì)速度，導(dǎo)致一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，水氣變換反應(yīng)發(fā)生以及甲烷選擇性增加。在上述研究基礎(chǔ)上，通過采用本發(fā)明的漿態(tài)床反應(yīng)器，在催化劑不需改變的條件下，降低了二氧化碳和甲烷選擇性，并提高了催化劑的活性穩(wěn)定性。具體地說，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，具有如下優(yōu)點1、通過在漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的氣液擴(kuò)散段安裝加熱部件，提高了費托合成反應(yīng)過程中氣相流出物的溫度，降低了輕質(zhì)烴和水蒸氣的回流，加快了輕質(zhì)烴和水蒸氣的擴(kuò)散速度，使輕質(zhì)烴和水蒸氣能夠快速離開反應(yīng)器。2、由于反應(yīng)體系內(nèi)水蒸氣的減少，降低了水分壓，減緩了催化劑的水熱作用，提高了催化劑的穩(wěn)定性，降低了甲烷的選擇性。3、本發(fā)明方法夠加快費托合成產(chǎn)物中水蒸氣的擴(kuò)散速度，使其迅速離開反應(yīng)器， 降低了水汽變化反應(yīng)，降低了二氧化碳的選擇性。4、該反應(yīng)器還能夠改善氫氣和一氧化碳在反應(yīng)溶劑中的傳質(zhì)速度，提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，降低費托合成液態(tài)產(chǎn)物中輕質(zhì)烴的含量，提高生產(chǎn)能力，所安裝的加熱部件還可以起到除沫的作用。


圖1是本發(fā)明實施例1中所用的費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。1為反應(yīng)器出口，2為換熱管，3為氣液擴(kuò)散段，4為反應(yīng)段，5為冷卻盤管，6為液蠟排放口，7為氣體分布器，8為反應(yīng)器入口，9為蒸氣加熱器。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的效果。圖1中氫氣和一氧化碳從漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器的入口 8進(jìn)入，通過氣體分布器 7進(jìn)入反應(yīng)體系，在反應(yīng)段4內(nèi)氫氣和一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行費托合成反應(yīng)，反應(yīng)后費托合成產(chǎn)物中生成的輕質(zhì)烴和水蒸氣從反應(yīng)體系中擴(kuò)散到反應(yīng)器的氣液擴(kuò)散段3，從反應(yīng)器出口 1 進(jìn)入分離系統(tǒng)，生成的重質(zhì)烴通過反應(yīng)段側(cè)壁上的液蠟排放口 6排除，冷卻盤管5用來移走費托合成反應(yīng)熱，冷卻盤管5流出的蒸汽經(jīng)蒸氣加熱器9后進(jìn)入氣液擴(kuò)散段3內(nèi)安裝的換熱管2，對氣液擴(kuò)散段3內(nèi)的輕質(zhì)烴和水進(jìn)行加熱。實施例1采用圖1所示的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，氣液擴(kuò)散段的加熱部件為螺旋盤管式的換熱管，加熱介質(zhì)為反應(yīng)段冷卻盤管中流出的蒸汽，所用的費托合成催化劑為20% CoO. 8% Pt/Si02(Wt.)、反應(yīng)溶劑為石蠟、反應(yīng)溫度為220°C、反應(yīng)壓力為2. OMPa、空速為 2. 5Nm3/h/kg cat.，合成氣中吐/CO = 2 (摩爾比)，通過螺旋盤管式的換熱管對氣液擴(kuò)散段進(jìn)行加熱，輕質(zhì)烴和水蒸氣在氣液擴(kuò)散段被加熱到230°C。一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，甲烷選擇性， 二氧化碳選擇性及200h穩(wěn)定性試驗結(jié)果列于表1中。比較例采用氣液擴(kuò)散段沒有安裝加熱部件的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其余結(jié)構(gòu)同實施例 1的相同。一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，甲烷選擇性，二氧化碳選擇性及200h穩(wěn)定性試驗結(jié)果列于表 1中。表1試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，包括反應(yīng)器入口、反應(yīng)器出口、反應(yīng)器下部的反應(yīng)段和反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段，所述反應(yīng)段的下端設(shè)有氣體分布器、側(cè)壁上設(shè)有液蠟排放口，反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有冷卻盤管，其特征在于所述的反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段安裝有加熱部件。
2.如權(quán)利要求1所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的加熱部件采用換熱管或者采用電加熱部件。
3.如權(quán)利要求2所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的換熱管為螺旋盤管式的換熱管或者是迂回式多層換熱管。
4.如權(quán)利要求3所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的螺旋盤管式的換熱管是多圈與反應(yīng)器同心的盤管，換熱介質(zhì)在盤管內(nèi)自上而下螺旋式流動。
5.如權(quán)利要求3所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的迂回式多層換熱管為多根垂直的換熱管通過上下連接彎頭組合在一起，每組換熱管內(nèi)液體上下迂回流動。
6.如權(quán)利要求1或2所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于冷卻盤管中流出的蒸汽作為換熱管的加熱介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于冷卻盤管中流出的蒸汽經(jīng)加熱后作為換熱管的加熱介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求2所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的電加熱部件包括電加熱套管和加熱探頭，電加熱套管從漿態(tài)床反應(yīng)器的頂部或氣液擴(kuò)散段的側(cè)壁伸入氣液擴(kuò)散段，加熱探頭安裝在套管內(nèi)進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求1所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體分布器為一組氣體分布管。
10.如權(quán)利要求1所述的漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體分布管上開孔并配置噴嘴，該噴嘴在反應(yīng)器截面上均勻分布，且為向下或側(cè)向開口，噴嘴內(nèi)徑的大小應(yīng)確保氣體通過每個噴嘴時所產(chǎn)生的壓降在0. OlMPa-O. IMPa之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器，包括反應(yīng)器入口、反應(yīng)器出口、反應(yīng)器下部的反應(yīng)段和反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段，所述反應(yīng)段的下端設(shè)有氣體分布器、側(cè)壁上設(shè)有液蠟排放口，反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有冷卻盤管，所述的反應(yīng)器上部的氣液擴(kuò)散段安裝有加熱部件。該反應(yīng)器能夠提高催化劑的穩(wěn)定性及一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，降低二氧化碳選擇性以及甲烷的選擇性。
文檔編號B01J8/22GK102441351SQ20101051123
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者倪向前, 宋喜軍, 張喜文, 張舒冬, 李 杰, 陳楠 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院