專利名稱：一種用于費托合成的漿態床反應器的制作方法
技術領域：
本實用 新型屬于化學工程領域，具體涉及一種用于費托合成的漿態床反應器。漿態床反應器內同時存在氣液固三相，通常固體為催化劑，是費托合成過程的核 心。氣液分離和反應撤熱是漿態床反應器的技術難點。現有的費托合成漿態床反應器把液體合成油與固體催化劑的分離技術作為研 究重點之一。US4605678公布了一種采用具有高梯度磁場的磁化過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管過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。中國專利 CN101396647A公布的“用于費-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應器”，其反應器內部設 置一組或多組液體導流管以增強整個三相床層的漿液循環量，改善反應器中催化劑的軸向 分布，同時導流管在兩段換熱器之間還起到熱交換作用。上述現有現有技術的費托合成漿態床反應器普遍規模較小，對反應器內的空間利 用效率偏低。隨著工業化規模的擴大，反應器直徑迅速增大，目前已有反應器直徑達到5 10米，反應器投資占裝置總投資的比重逐漸增大。提高反應器空間利用率能夠有效降低投 資。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種能提高反應器空間利用率、間接提高反應器內的 空速、降低反應器的投資的新型費托合成漿態床反應器。本實用新型的一種用于費托合成的漿態床反應器是通過以下技術方案實現在所述反應器殼體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 以及漿態床層13，其特征在于所述的費托合成漿態床反應器內設置η個循環杯20和m個氣液旋分器10，其中m 小于或等于η ；所述的循環杯20由下料管17和頂部的擴張口 18組成；所述的每個氣液旋分器10都與一個循環杯20同軸對應布置，每個氣液旋分器10 下部的旋分器料腿12伸入循環杯20頂部的擴張口 18內。所述的反應器還包括設置在反應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，除氧水在盤管內受到 漿態床層13的加熱發生汽化產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采用板式結構，其上方為漿態床層13，下方為氣相空間；所述的循環杯20下料管17底部出口位于合成氣分布板8上方。在具體實施中，所述的循環杯20高度與漿態床層13高度接近并淹沒在漿態床料位3的下方；所述的循環杯下料管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伸入漿態床料位3以下；[0021]所述的合成氣分布板8為板式結構，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；所述的循環杯20個數值η優選為7，其中1個布置在所述的反應器橫截面的中心， 其余6個橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器10的個數優選為m = η ；在所述的反應器中部的兩層取熱盤管4之間的位置設置有合成蠟抽出口 6。本實用新型的反應器是這樣操作的本實用新型的反應器的循環杯頂部為擴張口。由于每個循環杯都淹沒在漿態床料 位下方，當合成氣體經合成氣分布板向上流動時，帶動床層中的漿液向上流動，形成氣液固 三相并流向上的漿態床層。當氣液固三相流體到達擴張口高度時，氣體因密度小浮力大保 持向上流動直至流出漿態床料位，液體和催化劑因密度大翻流入擴張口內。由此造成循環 杯內外的密度差異，循環杯外的氣液固三相漿態床密度小向上流動，循環杯內的氣體含量 小，主要是液體和催化劑固體，密度大向下流動直至從循環杯下料管底部出口流出。循環杯 內外的流體形成了循環流動，循環的液體和催化劑間接成為反應器補充的流體，從而間接 提高反應器內的空速。循環杯占用的反應器空間遠小于形成的流體循環體積，因此提高了 反應器的空間利用率。在產物量一定的前提下，可以用較小的反應器實現，從而減少反應器 的投資。合成氣分布板采用板式結構，其上方為漿態床層，下方為氣相空間，循環杯下料管 底部出口位于合成氣分布板上方。這種技術方案的優點是保證漿態床層位于合成氣分布板 上方，避免循環杯下料管17底部出口流出的循環液體和催化劑進入到達合成氣分布板下 方，保證合成氣分布板僅需把氣相的合成氣進行均勻分布到反應器橫截面，與分布氣液兩 相流體相比難度小。板式結構的合成氣分布板對大直徑反應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床料位上方的反應器頂部，每個旋分器出口伸至隔板上方， 旋分器料腿伸入漿態床料位以下，每個旋分器料腿伸入一個擴張口內。這種技術方案能夠 將氣液旋分器分離出的液體直接倒入密度較大的循環杯內，促進循環杯內外的流體循環。在具體實施中，循環杯的數目根據反應器直徑和反應產物量進行控制，循環杯至 少1個，優選為7個，如果反應器直徑大，可以布置多層，保證氣液旋分器數目不多于循環 杯。氣液旋分器的數量根據經旋分器的氣體流量計算確定。氣液旋分器的切向入口的氣體 流速在12至25m/s范圍。本實用新型的反應器，其循環杯作用與CN101396647A所公布的液體導流管作 用相近，但布置方式和具體結構不同，本實用新型的循環杯與氣液旋分器相對應，每個氣 液旋分器都與其對應的循環杯同軸布置，氣液旋分器的旋分器料腿12伸入擴張口內。 CN101396647A沒有該技術特征。另外，本實用新型布置結構是在高度方向僅一層，而CN101396647A的為三層，并 且下料管沒有偏流導向結構。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是1.循環杯內外的流體形成了循環流動，提高反應器內的空速，提高了反應器的空 間利用率，降低反應器投資；[0035]2.旋分器料腿伸入擴張口內，促進循環杯內外的流體循環。3.板式結構的合成氣分布板對大直徑反應器的合成氣分布的均勻度更有保證。
圖1是本實用新型的費托合成漿態床反應器結構圖圖2是本實用新型中的循環杯結構圖圖3是本實用新型中的氣液旋分器結構圖圖4是本實用新型中的合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器圖5是本實用新型典型的循環杯在反應器中的分部圖
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。如圖1所示，本實用新型的費托合成漿態床反應器，反應器內布置η個循環杯20 如圖5，每個循環杯20都淹沒在漿態床料位3下方，循環杯20內外的流體形成了循環流動。 m個氣液旋分器10位于漿態床料位3上方的反應器頂部，氣液旋分器10與循環杯20同軸 布置一一對應，其旋分器料腿12伸入對應的循環杯的擴張口 18內。m小于等于η。合成氣自反應器底部的合成氣入口 14進入反應器，通過合成氣分布板8均勻分布 到整個反應器橫截面上。合成氣分布板上均勻布置泡罩分布器，如圖4。合成氣在漿態床層 13中發生合成反應，生成烴類包括蠟和油并伴隨大量放熱。反應放熱通過反應器內的上下 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 盤管內受到漿態床層13的加熱發生汽化產生蒸汽分別從上段盤管出口 2和下段盤管出口 7流出。設置上下兩層取熱盤管4的優點是可以通過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。反應后的合成尾氣流出漿態床層13時攜帶少量合成油液體和催化劑固體，這些 合成尾氣到達反應器頂部后進入氣液旋分器10，在旋分器內經過旋流實現氣體與合成油液 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。在反應器中部的兩層取熱盤管4之間的位置設置合成蠟抽出口 6，將床層中生成 的蠟抽出，抽出量以維持正常的漿態床料位3高度進行控制。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 集經反應器頂部出口 11流出。實施例如圖1所示，本實用新型的費托合成漿態床反應器殼體內徑為8米，反應器切線高 度為43米，反應器內布置7個循環杯20如圖5，反應器頂部布置7個氣液旋分器10。正常 的漿態床料位位于合成氣分布板上方32米處，最低料位高度為28米。循環杯的頂部的擴 張口位于27. 5米高度，循環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 1. 5 3. 5MPag壓力下從自反應器底部的合成氣入口 14進入反應器，通過合成氣分布板8 均勻分布到整個反應器橫截面上。漿態床中為合成氣、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生費托合成反應合成出蠟與油，伴生部分輕烴氣體。由 于合成反應為強放熱反應，需要通過盤管4及時撤出熱量，維持漿態床層溫度 在250 300°C范圍內，典型的優選溫度為255 265°C。盤管內通入除氧水，通過控制通 入的水量和汽化壓力達到控制撤熱量的目的。通常優選的汽化壓力為2. 0 2. SMpag,獲得 該壓力下的飽和水蒸氣。每個循環杯20都淹沒在漿態床料位3下方，循環杯20內外的流體形成了循環流 動。7個氣液旋分器10位于漿態床料位3上方的反應器頂部，氣液旋分器10與循環杯20 同軸布置一一對應，其旋分器料腿12伸入對應的循環杯的擴張口 18內。未反應完的合成氣及伴生的輕烴氣體經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，到達隔板上部的空間，最終從反應器頂部的出口 11流出。合成出的蠟與油從反應器中部的合成蠟抽出口 6抽出，必要時可以調整抽出量改 變料位高度，調節盤管4的取熱量。
權利要求一種用于費托合成的漿態床反應器，在所述反應器殼體(1)中包括上部的隔板(16)、底部的合成氣分布板(8)以及漿態床層(13)，其特征在于所述的費托合成漿態床反應器內設置n個循環杯(20)和m個氣液旋分器(10)，其中m小于或等于n；所述的循環杯(20)由下料管(17)和頂部的擴張口(18)組成；所述的每個氣液旋分器(10)都與一個循環杯(20)同軸對應布置，每個氣液旋分器(10)下部的旋分器料腿(12)伸入循環杯(20)頂部的擴張口(18)內。
2.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于 所述的反應器還包括設置在反應器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管(4-2)。
3.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于 所述的合成氣分布板(8)采用板式結構，其上方為漿態床層(13)，下方為氣相空間； 所述的循環杯(20)下料管(17)底部出口位于合成氣分布板(8)上方。
4.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于 所述的循環杯(20)高度與漿態床層(13)高度接近并淹沒在漿態床料位(3)的下方； 所述的循環杯下料管(17)底部出口位于合成氣分布板(8)上方。
5.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，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(12)伸入漿態床料位(3)以下。
6.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于 所述的合成氣分布板(8)為板式結構，合成氣分布板(8)上均勻布置泡罩分布器(21)。
7.根據權利要求1所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于所述的循環杯(20)個數值η為7，其中1個布置在所述的反應器橫截面的中心，其余6 個橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器(10)個數m = η。
8.根據權利要求2所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于在所述的反應器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管(4-2)之間的位置設置有合成蠟抽 出口(6)。
9.根據權利要求1 3之一所述的一種用于費托合成的漿態床反應器，其特征在于 所述的循環杯(20)高度與漿態床層(13)高度接近并淹沒在漿態床料位(3)的下方； 所述的循環杯下料管(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)伸入漿態床料位(3)以下；所述的合成氣分布板(8)為板式結構，合成氣分布板(8)上均勻布置泡罩分布器 (21)；所述的循環杯(20)個數值η為7，其中1個布置在所述的反應器橫截面的中心，其余6 個橫截面圍繞中心均勻分布；所述的氣液旋分器(10)個數m = η ；在所述的反應器中部的上段盤管(4-1)和下段盤管(4-2)之間的位置設置有合成蠟抽 出口(6)。
專利摘要本實用新型提供一種用于費托合成的漿態床反應器。本裝置包括殼體、一組氣液旋分器、隔板、盤管、合成氣分布板，殼體中裝有漿態床層，反應器內設置一組循環杯(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)伸入擴張口(18)內，漿態床層(13)位于合成氣分布板(8)上方。氣液旋分器(10)數目不多于循環杯(20)，每個氣液旋分器(10)都與其對應的循環杯(20)同軸布置。循環杯(20)內外的流體形成循環流動，能夠提高反應器空速和空間利用率；旋分器料腿(12)伸入擴張口(18)內，能夠促進循環杯(20)內外的流體循環。
文檔編號C07C1/04GK201735386SQ201020133230
公開日2011年2月9日 申請日期2010年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者劉家明, 吳德飛, 戴文松, 范傳宏, 郭志雄, 高莉萍 申請人:中國石油化工集團公司;中國石化工程建設公司