運行中的三相漿態鼓泡塔反應器的關閉方法
【專利摘要】提供一種運行中的三相漿態鼓泡塔反應器(10)的關閉方法。該三相漿態鼓泡塔反應器(10)具有向下引導的氣體分配噴嘴(30)，氣體分配噴嘴(30)浸沒在固體顆粒材料的漿體(19)中，固體顆粒材料(19)懸浮在反應器容器(12)內的懸浮液中，其中氣體分配噴嘴(30)與供氣管線(26)流體連通，氣體通過該供氣管線(26)被供給到氣體分配噴嘴(30)中，并通過氣體分配噴嘴(30)向下注入到漿體(19)中，該方法包括突然停止供氣管線(26)到氣體分配噴嘴(30)間的氣流，以留住氣體分配噴嘴(30)內的氣體，從而抑制淤漿向上進入到氣體分配噴嘴(30)內。
【專利說明】運行中的三相漿態鼓泡塔反應器的關閉方法
[0001]本發明涉及一種運行中的三相漿態鼓泡塔反應器的關閉方法。
[0002]GLT(天然氣液化)技術是烴類合成方法之一，用于生產液態燃料和化合物。在本方法中，天然氣被重整以生產合成氣，其主要包括氫氣和一氧化碳。此外，也可以通過煤炭氣化以工業規模生產合成氣。通過費托烴類合成反應，合成氣與費托催化劑在升溫加壓反應條件下接觸生成烴。費托反應通常在三相漿態鼓泡塔反應器中進行。
[0003]在這種反應器中，當被用于費托合成時，固體顆粒催化劑懸浮在液態烴相中，從而形成漿態床，以及，合成原料氣體在低處(通常在反應器底部或靠近其底部處)被引入到該反應器中。當烴類合成反應發生時，氣體鼓泡通過液相，并使催化劑保持懸浮。由于費托烴類合成反應的放熱特性，因此為避免熱點及催化劑活性后續降低，保持催化劑懸浮極其重要。
[0004]合成原料氣體通常由氣體分配器引入到三相漿態鼓泡塔反應器中。例如，如WO2012/08933所示，氣體分配器可具有朝下的噴嘴或沿著導管或管道長度間隔排列的擴散器。設計這種氣體分配器的目的之一在于將流體沿導管或管道長度均勻分配，其中噴嘴從導管或管道處向下突出，從而確保各個噴嘴都以幾乎同等的速率排放氣體。因此，氣體分配器的重要要求之一是在整個反應器橫截面提供均等的氣體分配。這種操作方式通常能防止催化劑在一處濃度過高，或在反應器內形成停滯區。這種停滯區傳熱和傳質特性差，可能會引起熱點、開槽和不可控反應發生。
[0005]淤漿不得進入氣體分配器，尤其是在其含有催化劑時，更不可行。淤漿可能會阻礙氣體流過氣體分配器，并且催化劑的存在可能導致氣體分配器內的溫度失控升高。
[0006]為確保氣體均勻分配的氣體分配器的設計的首選和原則是本領域所熟知的。因此，應當以這種方式設計氣體分配器，即所有噴嘴均與反應器底部等距。例如，正如GB2410906所教導，這可以通過在氣體分配器下方安裝平板、或者假底或地板創建二維水平面實現。然后，選用等長的噴嘴來構造該氣體分配器就很容易，從而實現向下引導的噴嘴出口與平板之間等距，這進一步限定了淤漿容量的下限。
[0007]可選地，正如WO 2005/094979所教導，噴嘴可安置于不同高度，或設定為不同長度，從而保證每個噴嘴出口與半球狀反應器底部等距。
[0008]針對氣體分配器的設計，著名佩里化學工程師手冊(第五版)提出建議:為了提供恰當分配，必須從分配器處限制氣流以保持每個噴嘴間適當大的壓降。因此，根據該教材，分配器間的壓降應至少是床層壓降的30%。盡管，在三相漿態鼓泡塔反應器正常運行期間，將氣體穩定且高速地注入到反應器時，可以實現以上要求，但氣體注入速率下降并最終完全停止時，反應器有計劃地或緊急關閉期間，情況就并非如此。簡言之，在分配器內低氣流量條件下，每個噴嘴的壓降自然降低時，很難保持以上條件。如果不能保持最小壓降，由于分配器內氣體分配不均，淤漿可能會浸入噴嘴。
[0009]至此，已提議了各種用于漿態鼓泡塔反應器的氣體分配器設計方案，其中，靠近反應器底部設置氣體分配器是最受歡迎的。通常，隨著氣體被注入到漿態床，噴嘴設有同等大小的孔口以保持某一最小壓降。這種壓降確保了經過各種噴嘴的氣體均勻分配。這些噴嘴通常還具有直徑遠大于孔口直徑、且沿氣流方向(例如向下并遠離孔口)延伸的管道。這樣，在氣體進入楽;態床前，氣體流速得以降低，進而減少氣體噴流的動量和動能以防止或減少催化劑的機械損傷。
[0010]在有計劃地或無計劃地關閉三相漿態鼓泡塔反應器期間，氣體分配器內的氣流量隨時間不斷減少直至停止。在氣流量減少期間，會發生低氣流量情況，氣體分配器內壓降降至所要求的最低點以下，導致各個噴嘴內氣體分配不均。于是，淤漿特別容易進入那些氣體接收量最小的噴嘴，這會阻塞噴嘴，引起熱耗散或催化劑分解。
[0011]GB 2410906公開了一種氣體分配器，該氣體分配器下面設有一塊平的且有孔的板以支撐沉淀的固體顆粒。至少部分氣體分配器噴嘴朝下，這有助于清除帶孔板上的一些催化劑顆粒。該對比文件確認了與干擾漿態反應器內正常氣流量相關的問題，即淤漿進入噴灑器和催化劑的沉淀可能引起熱點。該對比文件提出一種技術方案，其包括一種具有進口和出口的氣體分配器，其中，進口與清潔液管線連接，出口與集氣容器連接。進口管線、清潔液管線及出口管線上均安裝有閥門。當氣體注入中斷導致淤漿回流到氣體分配器時，從氣體分配器到集氣容器之間，淤漿可由清潔液沖洗。因此，該對比文件教導了一種在淤漿進入后的氣體分配器淤漿清潔方法，其需要一套復雜的管道系統、一系列以特定順序開關的閥門以及若干附加容器。該對比文件還提到液體激冷噴灑器的可能性，其通常設置在氣體分配器上方，并且可引入激冷流體到漿態床以防止溫度劇增。
[0012]US 2012/0177539公開了用于費托烴類合成的漿態鼓泡塔反應器，其中，備用氣體供應管線與合成氣體供應管線連接。當停止合成氣體供應時，操作第一個開/關閥門關閉合成氣體供應。隨后，打開第二個開/關閥門使得惰性氣體經由備用氣體供應管線進入氣體分配器。惰性氣體可以在反應器外的容器中受壓儲存，并能通過備用氣體供應管線排出到氣體分配器內。該對比文件教導在保持向反應器的惰性氣體氣流的同時，可避免淤漿浸入到氣體分配器。加熱反應器內所容之物以避免其凝固，并輔助惰性氣體流引起的催化劑懸浮。根據該比文件，有必要保持惰性氣體氣流以防止淤漿進入氣體分配器。
[0013]WO 2007/086612公開了一種氣體分配器，其具有朝下的噴嘴，且其下方安裝有水平隔板構件，使得從噴嘴中噴出的氣體輔助可能已經沉淀在水平隔板構件上的催化劑顆粒進行再分散。在氣體注入中斷的情況下，還未提出解決淤漿進入氣體分配器問題的方案。
[0014]WO 2005/094979公開了一種氣體分配器，其具有位于反應器內的朝下的噴嘴，該反應器具有一彎曲或半球形底部，其特征在于所有噴嘴均與反應器底部等距。然而，還未提出當氣體注入中斷時，防止淤漿浸入噴嘴的解決方案。
[0015]WO 2005/084790也意識到費托漿態床反應器內淤漿進入氣體分配器的問題，并提議使用朝下的排氣口，其恰好位于氣體分配系統的主體下方(優選在1-3米之間)，從而防止淤漿進入到氣體分配系統內。此外，還公開了注入合適液流到氣流中，該氣流流經氣體分配系統以去除催化劑顆粒。由于氣體分配系統內的氣體流動模式大體向下，因此注入的液體會沖掉一些可能出現在氣體分配系統中的催化劑顆粒或沉淀物。盡管，排氣口與氣體分配器主體的高度差可以阻止淤漿直接向上進入到氣體分配器的主體中，但在低注入氣流量期間，仍不可避免淤漿滲入排氣口或噴嘴。當恢復正常運行后，拋開其他問題，需要沖洗出噴嘴內的淤漿，因為淤漿可能會給催化劑帶來機械壓力或引起噴嘴堵塞。此外，為設置氣體分配系統主體與排氣口或噴嘴之間的必要高度差而設定的氣體分配系統的大小，也消耗了反應器相當大的容積。
[0016]簡言之，過去已提出一些通過保持氣體分配器噴嘴內氣流量防止淤漿進入的方法。也已提議了一些在淤漿進入后，去除氣體分配器內淤漿的方法。然而，仍然還需要一種反應器的關閉方法，即防止淤漿進入氣體分配器，但不需要保持噴嘴內的氣流量。
[0017]根據本發明，提供了一種運行中的三相漿態鼓泡塔反應器的關閉方法，該三相漿態鼓泡塔反應器具有向下引導的氣體分配噴嘴，該向下引導的氣體分配噴嘴浸在含有固體顆粒材料的漿體中，該固體顆粒材料懸浮在反應器容器內的懸浮液中，其中所述氣體分配噴嘴與供氣管線流體連通，氣體通過該供氣管線被供給到該氣體分配噴嘴中，并通過該氣體分配噴嘴向下注入到漿體中，該方法包括:突然停止從供氣管線到氣體分配噴嘴間的氣流，以留住氣體分配噴嘴內的氣體，進而抑制淤漿向上進入到氣體分配噴嘴內。
[0018]突然停止從供氣管線到向下引導的氣體分配噴嘴間的氣流包含:激活供氣管線的快速響應閥，以使該供氣管線與該氣體分配噴嘴斷開。
[0019]優選地，將快速響應閥置于盡可能靠近氣體分配噴嘴位置，例如，盡可能地靠近包含氣體分配噴嘴的氣體分配器的位置。通常地，將其置于鄰近反應容器的外壁或外殼處。
[0020]優選地，氣體分配器安裝有向下引導的氣體分配噴嘴，該噴嘴具有多個位于同一高度(即同一水平面上)的排氣口。這種布置具有獨特優勢。倘若不是這種情況，即氣體分配噴嘴排氣口不在同一高度，液體靜壓差會導致淤漿在較低位置處進入噴嘴。而當噴嘴出口位于同一水平面時，就不會發生這種情況或者最少會抑制其發生。
[0021]通常，循環壓縮機或鼓風機用來在反應容器的頂部空間與快速響應閥的供氣管線上游之間進行氣體循環。該方法可包括打開循環壓縮機的排氣端到其吸氣端的壓縮機反沖或循環管線，使得循環壓縮機繼續運轉。
[0022]該方法還可包括排放過剩氣體，例如，將其排到廢氣處理系統。
[0023 ]固體顆粒材料可以是催化劑。
[0024]正如將被了解到的一樣，當注入到向下引導的氣體分配噴嘴內的氣體在淤漿內呈活性時，例如，當氣體是合成氣且淤漿包括烴類合成催化劑時，留存在向下引導的氣體分配噴嘴內的活性氣體僅提供短暫保護，阻止淤漿向上進入到向下引導的氣體分配噴嘴，因為活性氣體會被催化進而在活性氣體或淤漿界面或邊界發生反應，這就導致留存在向下引導的氣體分配噴嘴內的活性氣體體積縮小，最終淤漿隨著時間慢慢進入到向下引導的氣體分配噴嘴內。
[0025]因此，該方法可包括先用惰性氣體氣流替代流向向下引導的氣體分配噴嘴的活性氣體，至少是用惰性氣體部分地將所述活性氣體沖出向下引導的該氣體分配噴嘴，從而至少部分地替代向下引導的氣體分配噴嘴內的活性氣體，然后，突然停止從供氣管線到向下引導的氣體分配噴嘴間的惰性氣體氣流，以留住向下引導的氣體分配噴嘴內的惰性氣體，從而抑制淤漿向上進入到向下引導的氣體分配噴嘴內。有利地，相比活性氣體，在再次注入活性氣體，且三相漿態鼓泡塔反應器再次運行之前，留存在向下引導的氣體分配噴嘴內的惰性氣體能更好地抵御淤漿進入。可選地或附加地，還可冷卻反應器內所容之物以停止反應。
[0026]用惰性氣體氣流替代流向向下引導的氣體分配噴嘴的活性氣體氣流可包括封鎖流向向下引導的氣體分配噴嘴的活性氣體，同時將惰性氣體引至向下引導的氣體分配噴嘴。這可以通過以下方式同時實現:關閉供氣管線的進氣閥以停止活性氣體沿供氣管線流動，并打開惰性氣體供給管線閥門將惰性氣體注入到進氣閥的進氣管線下游和向下引導的氣體分配噴嘴上游。
[0027]可將快速響應閥設置于供氣管線內，且惰性氣體供給管線從供氣管線下游將氣體注入到供氣管線。
[0028]用惰性氣體氣流替代流向向下引導的氣體分配噴嘴的活性氣體可包括在保持有惰性氣體的加壓容器和連接向下依靠的氣體分配噴嘴的供氣管線之間建立流體連通。惰性氣體應為在所述反應器容器的正常運行條件下，不參與所述反應器容器中發生的一種或多種反應，不發生化學變化，且不影響催化劑及其混合物。因此，應當理解的是，當引入惰性氣體時，反應器所在條件下惰性氣體應當是惰性的。如果充分冷卻反應器內所容之物以停止進一步反應時，可使用氫氣、尾氣甚或是合成氣作為惰性氣體，而不是常規的惰性氣體，如非放射性稀有氣體或氮氣。
[0029]因此，惰性氣體可選自由一種或多種稀有氣體、氮氣以及其它氣體組成的組，這些氣體不參與所述反應或正常運行條件下反應器容器中發生的反應，且不發生化學變化，也不影響催化劑及其混合物。
[0030]在本發明的一種實施例中，惰性氣體選自由一種或多種稀有氣體、氮氣及其混合物組成的組。
[0031]該三相漿態鼓泡塔反應器可以是一種沿著所述供氣管線被供給氣體的烴類合成反應器。在本發明的一種實施例中，該三相漿態鼓泡塔反應器是一種費托烴類合成反應器。
[0032]若三相漿態鼓泡塔反應器是一種烴類合成反應器，惰性氣體優選為氮氣。
[0033]如上文所示，向下引導的氣體分配噴嘴通常形成氣體分配器的一部分。氣體分配器通常設置在反應器容器的下部，優選在反應器容器底部或底部附近。
[0034]快速響應閥的響應時間約為1-10秒之間，優選地，從啟動到完全關閉閥門，大約1-5秒之間。因此，在本說明書中，突然停止從供氣管線到向下引導的氣體分配噴嘴的氣流表示在不超過10秒的時間內停止供氣管線到向下引導的氣體分配噴嘴的氣流，優選為不超過8秒，更優選為不超過6秒，如在不超過5秒的時間內。
[0035]該方法可包括向該三相漿態鼓泡塔反應器的反應器容器內的淤漿供給激冷流體。眾多熟知的布置，包括反應器外殼上的噴嘴，可用來引入激冷流體。通常，激冷流體通過鄰近氣體分布器的激冷噴灑器進行供給，如位于氣體分配器正上方的激冷噴灑器。因此，激冷噴灑器可以是專用激冷噴灑器，即僅用于有計劃地或緊急關閉反應器容器期間，利用激冷流體對淤漿進行激冷。激冷流體應在保證其充分混合時引入，以降低反應器物質的溫度，尤其是在供氣分配器附近，從而中止進一步反應。
[0036]激冷流體在周圍環境條件下可以是液體。
[0037]激冷流體可以是或可以衍生于三相漿態鼓泡塔反應器的產物。當三相漿態鼓泡塔反應器為費托烴類合成反應器時，激冷流體可為高石蠟烴，其通常在柴油餾程內。
[0038]激冷流體和惰性氣體均可容納在相同的或共用的加壓容器內。例如，當激冷流體是液體時，激冷流體可充滿共用加壓容器的底部，而惰性氣體可充滿共用加壓容器的上部或頂部空間，其中，惰性氣體受壓，從而為共用加壓容器內替換激冷流體和/或惰性氣體提供動力。
[0039]該方法可包括在向反應器容器內的淤漿供給激冷流體之前，先將惰性氣體注入到向下引導的氣體分配噴嘴內。但是，如果理想的話，該方法可包括同時給向下引導的氣體分配噴嘴注入惰性氣體以及給反應器容器內的淤漿供給激冷流體。通常，初始操作為從所述加壓容器的所述頂部空間，使用氮氣凈化氣體分配器。通常，尤其是在緊急關閉情況下，大約5秒后終止氮噴射，這段時間可使得供氣管線的所述快速反應閥完全關閉。緊接著氮噴射終止之后，通過所述專用激冷噴灑器將所述加壓容器的柴油注入到反應器容器底部，其中，激冷噴灑器處在略高于氣體分配器的位置。
[0040]該三相漿態鼓泡塔反應器可在如下工藝中操作，該工藝選自由煤液化、甲醇合成、高醇合成、加氫工藝、以及一氧化碳和氫氣的烴類合成組成的組。然而，可以預期，本發明所述方法將在烴類合成工藝(即利用鐵或鈷催化劑從一氧化碳和氫氣中合成烴，即費托烴類合成工藝)中關閉三相漿態鼓泡塔反應器具有具體應用。
[0041]該三相漿態鼓泡塔反應器可包括橫跨反應器容器的隔斷或隔板構件，其位于向下引導的氣體分配噴嘴下方。如WO 2012/080933所述，在正常運行條件下，這種隔斷的優勢在于向下引導的氣體分配噴嘴將氣體注入到朝向隔斷的漿體內，有助于清除沉淀在隔斷上的催化劑，進而防止或抑制催化劑沉積。
[0042]隔斷或隔板構件可以是不滲水的。當隔斷不滲水時，三相漿態鼓泡塔反應器可包括壓力傳輸通道，或穿過或圍繞隔斷或隔板構件的導管，從而允許將壓力輸入到隔斷或隔板構件下方的底部容積或從該底部容積輸出，其中，所用的壓力傳輸通道在漿體上方建立反應器容器的底部容積與頂部空間之間的壓力連通，從而通過操縱或容許底部容積壓力變化，在預定的或預選的限制范圍內保持隔斷壓差。WO 2012/080933也對這種布置進行過描述。
[0043]代替不滲水，隔斷還可呈有孔支架的形狀以支撐沉淀的固體顆粒。通常，在使用時，有孔支架的孔足夠小以阻止漿體內至少90% (按質量計)，優選地，至少96% (按質量計)，如約98% (按質量計)的固體顆粒穿過。可在有孔支架下方設置流體進口以使流體引入到有孔支架下方的反應器容器內，進而使穿過孔的催化劑顆粒保持懸浮，并阻止催化劑在反應器容器底部聚集。US7，575，730對這種布置進行過描述。
[0044]隔斷或隔板構件可以是二維的，也可以布置在一個水平面上。
[0045]現通過舉例和參考單個示意圖對本發明進行描述。該示意圖顯示了一種三相漿態鼓泡塔反應器，該三相漿態鼓泡塔反應器利用本發明所述方法進行改裝以實現關閉。
[0046]參考附圖，參考數字10通常表示一種利用本發明所述方法改裝過的三相漿態鼓泡塔反應器，無論通過有計劃方式還是無計劃或緊急方式都可以關閉該三相漿態鼓泡塔反應器。
[0047]三相漿態鼓泡塔反應器10包括豎直的圓柱形費托烴類合成三相漿態床反應器容器12，其直徑通常至少為I米，優選為最少7.5米，更優選為最少9米，還包括氣體分配器14，其位于反應器容器12的底部分，且接近反應器容器12的底。氣相產物抽出管線16從反應器容器12頂部延伸。固液不滲漏的平面隔斷或隔板構件18水平布置在反應器容器12的底部分，并位于氣體分配器14的下方。隔斷18將反應器容器12隔成淤漿容積19和底部容積36，其中，淤漿容積19在隔斷18上方，底部容積36在隔斷18下方。液相抽出管線20設置在通向氣相產物抽出管線16的出口下方，隔斷18上方。一排冷卻管22位于氣體分配器14上方，并位于通向氣相組分抽出管線16的出口下方。
[0048]氣體分配器14與供氣管線26流體連通。若氣體分配器14包括向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30，便可對氣體分配器14進行任何適當設計以為漿態床供給氣體。例如，氣體分配器14可包括或由徑向延伸的分支管道組成，分支管道連接同心環或管式螺旋管，或者包括或由一套水平分布的管道系統組成，該水平分布的管道分支成更小的水平管道，或者包括或由在水平面上螺旋狀布置的管道組成。在附圖所示的實施例中，氣體分配器14包括頂部構件27，該頂部構件27與多個橫向管道28以及供氣管線26流體連通。多個氣體分配噴嘴或擴散器30從每個橫向管道28向下延伸，其中，每個噴嘴或擴散器30限定朝下的排氣口32，并且所有排氣口 32均與隔斷18等距間隔。因此，所有排氣口 32處于一共用水平面上。每個噴嘴或擴散器30均與其依靠的管道28的孔口相聯，每個孔口和其相聯的噴嘴或擴散器設定為氣體噴射器，進而若干氣體噴射器分布在反應器容器12的橫斷面上。然而，需要了解的是，氣體分配器14的具體設計將因應用不同而變化，且可能采用相當復雜的設計。但用于三相漿態鼓泡塔反應器的氣體分配器的各種其他設計可能性不在本發明范圍之內，且不作進一步討論。
[0049]隔斷18以常規方式通過焊接膨脹圈焊接到反應器容器12，以及可包括支撐體，如也焊接到反應器容器12內的I形梁。雖然，設計和制造具有假地板或隔斷18的反應器容器12屬于本領域技術人員的常識，但不在本發明范圍之內，因此對這些方面不作進一步討論。通常，隔斷18包括至少一個帶蓋檢修孔(未顯示)以實現向隔斷18下方的底部容積36的流入。
[0050]在使用中，淤漿容積19內裝有漿態床37。該漿態床37具有一膨脹高度，其上表面38位于一排冷卻管22上方，且位于通向氣相產物抽出管線16的出口下方，從而形成頂部空間40使得氣相組分脫離漿態床37。
[0051]設置壓力傳輸通道34以操縱或容許底部容積36內的運行壓力變化，從而限制隔斷18間的壓差。壓力傳輸通道34在氣相產物抽出管線16和底部容積36間延伸，使得所用的底部容積36內的壓力與氣相產物抽出管線16內的壓力相等，即本質上與頂部空間40的壓力平衡。WO 2012/080933公開了這種布置。
[0052]三相漿態鼓泡塔反應器10還包括分凝器36，其帶有液相產物抽出管線50和氣體回收管線52。氣體回收管線52內設置有循環氣壓縮機54。反沖管線56從循環氣壓縮機54的排氣端延伸到循環氣壓縮機54的吸氣端，放氣管線58從反沖管線56分岔出來。
[0053]三相漿態鼓泡塔反應器10還包括激冷容器60，其包括氮氣補充管線62和柴油補充管線64。在使用中，激冷容器60的底部裝有柴油66，其上部或頂部空間68由加壓的氣態氮占據。通常，激冷容器60在反應器容器12底部裝有氮氣，其壓力在高于正常運行壓力大約ΙΟ-?〗 巴的范圍 ，且還裝有充足的柴油來填充反應器容器到至少 0.15 米的高度。
[0054]柴油激冷管線70從激冷容器60底部通向柴油激冷分配器72，柴油激冷分配器72位于一排冷卻管22與氣體分配器14之間。
[0055]氮氣供給管線74從激冷容器60的頂部空間68引出，然后匯入供氣管線26。
[0056]常開型快速響應閥76安裝在供氣管線26上，即安裝在氮氣供給管線74匯入供氣管線26的下游區。常開型合成氣快速截止閥78安裝在供氣管線26中，即安裝在氮氣供給管線74匯入供氣管線26的上游區。
[0057]氮氣供給管線74裝有常閉型氮氣控制閥80，柴油激冷管線70裝有常閉型柴油控制閥82。反沖管線56也安裝有常閉型反沖閥84，而放氣管線58安裝有放氣閥86。
[0058]三相漿態鼓泡塔反應器10可包括許多附加特征，這些特征常見于漿態鼓泡塔反應器或其他類似漿相裝置中，如催化劑添加和抽取裝置、空間排干裝置、液相催化劑過濾裝置和混合裝置，如下水管或尾水管等的混合裝置。然而，這些常規特征通常為本領域技術人員所熟知，因此無需進一步描述。
[0059]附圖所示的三相漿態鼓泡塔反應器10用于費托工藝，即利用適當催化劑，如鐵或負載型鈷催化劑，從包含一氧化碳和氫氣的合成氣中合成烴。合成氣主要包括一氧化碳和氫氣，其從供氣管線26進入浸沒式氣體分配器14，并通過向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30的朝下的排氣口 32注入到漿態床37內，從而使漿態床37保持湍急攪拌狀態。因此，氣體通過氣體分配噴嘴或擴散器30向下注入，然后通過排氣口 32朝向隔斷18。
[0060]漿態床37包括懸浮在液體產物中的催化劑顆粒，即氣相反應物在反應器容器12內發生反應所生成的液態費托蠟。漿態床37借助其內部的湍流使催化劑顆粒保持懸浮狀態，其中，湍流由氣體分配器14到頂部空間40之間的氣體通過流動或向上鼓泡穿過漿態床37形成。
[0061]對于具有放熱特性的費托烴類合成反應，反應器容器12的運行壓力通常保持在大約10-40巴之間，較為通常地是在大約20-30巴之間，運行溫度大約在180-280°C之間，通常大約在220-280°C之間。所選取的運行壓力和運行溫度可取決于所要求的氣體和液體產物的性質和擴散，以及所用催化劑的類型。自然，三相漿態鼓泡塔反應器10裝有適溫控制裝置，如一排用于控制反應溫度的冷卻管22，還裝有適壓控制裝置，如一個或多個壓力控制閥。
[0062]在反應器容器12內，隨著合成氣體通過流動或向上鼓泡穿過漿態床37，根據已知的費托烴類合成反應，一氧化碳和氫氣發生反應生成一系列產物。在反應器容器12運行的情況下，部分此類產物呈氣相形式，并與未反應的合成氣一并通過氣相產物抽出管線16抽出。在反應器容器12運行的情況下，所生成的部分產物，如上文提到的蠟，呈液相形式，且充當催化劑顆粒的懸浮介質。隨著液相產物的形成，漿態床37的水平面38自然上升，液體產物便通過液相抽出管線20抽出，從而將漿態床水平面38保持在期望的水平面上，同時確保充足的頂部空間40。催化劑顆粒可利用恰當的過濾器(未顯示)在內部或外部與反應器容器12的液相分離。自然，如果是外部分離，催化劑優選地返回漿態床37。
[0063]由于壓力通過壓力傳輸通道34來進行調整、操縱或平衡，所以隔斷18不必構成三相漿態鼓泡塔反應器10的部分壓力腔，這是因為隔斷18的壓差可保持在預設的限制值內，該限制值小于反應器容器12運行壓力的多個數量級。對于上方和下方的各種操作(如，下沉的漿態床)的模式，隔斷18的壓強設計分別由其正上方和正下方的最大壓差決定。因此，例如，當漿態床向下方下沉時，仍需設計隔斷18以承載漿態床重量。然而，在正常運行條件下，可通過壓力傳輸通道34限制隔斷18的壓差，如不高于50-150千帕。
[0064]在三相漿態鼓泡塔反應器10正常運行期間，有足夠高流量的合成氣防止淤漿從漿態床37進入氣體分配器14和其氣體分配噴嘴或擴散器30，氣體分配噴嘴或擴散器30、頂部構件27以及水平管道28。如果因為任何原因，流經氣體分配噴嘴或擴散器30的合成氣流速顯著降低，氣體分配器14將不再保持最小壓降，以及淤漿就有可能從漿態床37通過向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30進入氣體分配器14。通常，當有計劃地關閉三相漿態鼓泡塔反應器10，或緊急關閉三相漿態鼓泡塔反應器10期間，這種合成氣流量低的情況就會發生。
[0065]為了防止或抑制淤漿進入氣體分配器14，根據本發明優選實施例中三相漿態鼓泡塔反應器10的關閉方法包括:首先，用激冷容器60內的氣態氮替代通過供氣管線26流入氣體分配器14的合成氣。因此，無論通過有計劃的方式還是在緊急情況的基礎上關閉三相漿態鼓泡塔反應器10時，打開氮氣控制閥80以引入氣態氮到供氣管線26，并關閉合成氣截止閥78以防止合成氣進一步流入氣體分配器14。因此，受壓頂部空間68內的氣態氮沖洗出供氣管線26和氣體分配器14內的合成氣，然后通過向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30進入漿態床37，其中，氮氣從氣體分配噴嘴或擴散器30向上鼓泡，并由氣相產物抽出管線16抽出。
[0066]為了冷卻或激冷漿態床37，打開柴油激冷管線70內的柴油控制閥82，將激冷容器60中用作激冷流體的柴油注入柴油激冷分配器72。柴油激冷可能在氮氣吹掃后立即發生，或者甚至與氮氣吹掃同時發生。激冷容器60內的壓力保持在高于反應器容器12的運行壓力值上，且當激冷容器60內壓力下降2巴時，停止氮氣吹掃以確保為柴油激冷提供充足壓力，柴油隨之從激冷容器60被壓出到漿態床37并迅速冷卻漿態床37。對于如反應器10這樣的大型商業三相漿態鼓泡塔反應器，相當于反應器高度0.15米的柴油量就足以防止由剩余合成氣反應引起的沉淀催化劑床溫度上升。然后，為確保反應器10迅速冷卻，不到一分鐘(如大約50秒)，柴油被傳輸到反應器10。
[0067]為了避免反應器容器12內的超壓，打開放氣管線58內的排氣閥86(如果為了從反應器10內排出氣體以保持反應器10內的期望壓力，還未被打開)，且合成氣和氮氣通常被排出到廢氣處理系統(未顯示)，同時，循環氣壓縮機54減速，并最終停止。為了保護循環氣壓縮機54免受沖擊，也將反沖管線56的反沖閥84打開。反應器10凈化氣體程度可以取決于具體情況。如果反應器10壓力減小(比如，由于持續關閉)，顯然，反應器10將通過放氣管線58完全排氣，還可能用到更多氮氣吹掃。這可以包括在突然關閉快速響應閥76前的很長一段時間段內，經由激冷容器60，通過氮氣補充管線62和氮氣供給管線74將氮氣注入反應器容器12。如果意在盡可能快地重啟反應器10，那么僅允許有限的排氣以保持反應器10處于高壓狀態。然后，立即關閉快速響應閥76以減少氮氣吹掃，從而僅將氮氣用來替代氣體分配器14內的合成氣，而非過度稀釋反應器10內的合成氣。
[0068]—旦三相楽態鼓泡塔反應器10內的合成氣大體被吹掃掉(如，在反應器10長時間的關閉情況下)，或一旦至少氣體分配器14內的合成氣大體被吹掃掉后(如，緊急關閉情況)，迅速關閉快速響應閥76，進而突然停止從供氣管線26進入向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30的氮氣流。通常，在短暫或緊急關閉時，僅將氮氣注入氣體分配器14至注入量足以關閉快速響應閥76時，S卩，通常不超過5秒或直到激冷容器60內的壓力下降2巴左右時。因此，在本實施例中，氮氣控制閥80被快速打開，同時快速響應閥76被激活以關閉快速響應閥76。實質上，對于用氮氣替代氣體分配器14內的合成氣來清除氣體分配器14內的合成氣，時間上是基本上充足的。因此，無反應或惰性氮氣被留存在向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30內，并抑制淤漿從漿態床37向上進入向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30，那時，淤漿便會下沉到隔斷18上。
[0069]當關閉快速響應閥76時，也將氮氣控制閥80關閉，并且在可用壓力下，一旦漿態床37足夠冷卻或可用柴油已被傳輸到反應器10內，也將柴油激冷管線70內的柴油控制閥82關閉。如前文所述，這通常是在啟動柴油激冷的分鐘之內。然后，如果必要或理想的話(如，有計劃的長時間關閉情況)，可通過反沖管線56和放氣管線58對三相漿態鼓泡塔反應器12進行降壓，始終保持在向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30內靜止的氮氣鼓泡。正如將被了解到的一樣，如果反應器容器12壓力降低，隨著反應器容器12內壓力下降，氮氣氣泡擴張，一部分氮氣將從噴嘴或擴散器30逸出。然而，由于下沉的催化劑床施加的液體靜壓力，靜止的氮氣鼓泡將留存在向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器30內。
[0070]在重啟三相漿態鼓泡塔反應器10之前，使用柴油補充管線64再次為激冷容器60注滿柴油，并使用氮氣補充管線62注入氣態氮再次為激冷容器60加壓。為了從三相漿態鼓泡塔反應器10中去除氮氣以重啟反應器10，通過氣相產物抽出管線16、反沖管線56以及放氣管線58使用合成氣沖洗氮氣。
[0071]使用本發明方法，在防止或至少大體降低淤漿進入向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器內的風險的同時，可有計劃地或緊急關閉三相漿態鼓泡塔反應器，如三相漿態鼓泡塔反應器10。發明示出的所述方法避開了有計劃或緊急關閉三相漿態鼓泡塔反應器的這一時間段，在此期間，氣體分配器14內流動的氣體減少。因此，向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器的氣體分配不均的程度被降至最低，從而避免或抑制了淤漿進入向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器。
[0072]有利地，在突然停止流向氣體分配器14的氣流之前，使用惰性氣體(如氮氣)沖洗氣體分配器14，如果活性合成氣實質上未完全去除，其至少會稀釋掉氣體分配器14內的活性合成氣，從而確保了留存在向下引導的氣體分配噴嘴或擴散器內的大量惰性氣體氣泡的持續時間。
[0073]同樣有利地，在本發明所述的方法中，一旦關閉了反應器，則允許徹底終止流入三相漿態鼓泡塔反應器的惰性氣體。由于在反應器關閉期間，為防止淤漿進入氣體分配器，惰性氣體被持續供給到該氣體分配器，因此，無需額外清洗反應器內的惰性氣體，這就縮短了重啟反應器所需的時間。
【主權項】
1.一種運行中的三相漿態鼓泡塔反應器的關閉方法，所述三相漿態鼓泡塔反應器具有向下引導的氣體分配噴嘴，所述氣體分配噴嘴浸沒在固體顆粒材料的漿體中，所述固體顆粒材料懸浮在反應器容器內的懸浮液中，其中所述氣體分配噴嘴與供氣管線流體連通，氣體通過所述供氣管線被供給到所述氣體分配噴嘴中，通過所述氣體分配噴嘴所述氣體被向下注入到所述漿體中，所述方法包括: 突然停止從所述供氣管線到所述氣體分配噴嘴的氣流，以留住所述氣體分配噴嘴內的氣體，進而抑制淤漿向上進入到所述氣體分配噴嘴內。2.如權利要求1所述的方法，其中，突然停止從所述供氣管線到所述氣體分配噴嘴的氣流包含:激活所述供氣管線中的快速響應閥，以使所述供氣管線與所述氣體分配噴嘴斷開。3.如權利要求2所述的方法，其中，所述快速響應閥的響應時間為1-10秒之間。4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，所述氣體分配噴嘴具有位于同一高度的出口。5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其包括:在突然停止從所述供氣管線到向下引導的所述氣體分配噴嘴間的惰性氣體氣流以留住向下引導的所述氣體分配噴嘴內的惰性氣體，從而抑制淤漿向上進入到所述向下引導的氣體分配噴嘴內之前，先用惰性氣體氣流替代流向向下引導的所述氣體分配噴嘴的所述活性氣體的氣流，至少用所述惰性氣體部分地將活性氣體沖出向下引導的所述氣體分配噴嘴，從而至少部分地替代向下引導的所述氣體分配噴嘴內的所述活性氣體。6.如權利要求5所述的方法，其中，所述惰性氣體選自由一種或多種稀有氣體、氮氣以及其它氣體組成的組，所述組中的氣體在所述反應器容器的正常運行條件下，不參與所述反應器容器中發生的一種或多種反應，不發生化學變化，且不影響催化劑及其混合物。7.如權利要求5或6所述的方法，其中，所述惰性氣體為氮氣，所述三相漿態鼓泡塔反應器是一種沿著所述供氣管線被供給合成氣體的烴類合成反應器。8.如權利要求5-7中任一項所述的方法，包括:向所述三相漿態鼓泡塔反應器的所述反應器容器內的所述淤漿供給激冷流體。9.如權利要求8所述的方法，其中所述激冷流體在周圍環境條件下是液體。10.如權利要求8或9所述的方法，其中，所述激冷流體和所述惰性氣體容納在共用加壓容器內。11.如權利要求8-10中任一項所述的方法，包括:在向所述反應器容器內的所述淤漿供給所述激冷流體之前，先將所述惰性氣體注入到向下引導的所述氣體分配噴嘴內。12.如權利要求1-6中任一項所述的方法，其中，所述三相漿態鼓泡塔反應器是一種沿著所述供氣管線被供給氣體的烴類合成反應器。13.如權利要求1-12中任一項所述的方法，其中，所述三相漿態鼓泡塔反應器在如下工藝中操作或使用:所述工藝選自由煤液化、甲醇合成、高醇合成、加氫工藝、以及一氧化碳和氫氣的烴類合成組成的組。14.如權利要求13所述的方法，其中，所述三相漿態鼓泡塔反應器在烴類合成工藝中操作或使用，其中，烴通過鐵或鈷催化劑從一氧化碳和氫氣中合成。15.如權利要求1-14中任一項所述的方法，其中，所述三相漿態鼓泡塔反應器包括位于向下引導的所述氣體分配噴嘴下方的平面隔斷或隔板構件，其中，各噴嘴等長且與所述隔斷或隔板構件等距間隔。16.如權利要求8-11中任一項所述的方法，其中所述激冷流體通過鄰近氣體分配器的激冷噴灑器進行供給，所述激冷噴灑器是專用激冷噴灑器，其僅用于有計劃地或緊急關閉所述反應器容器期間，使用所述激冷流體對淤漿進行激冷。
【文檔編號】C10G2/00GK105939781SQ201480074715
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月4日
【發明人】A·P·斯泰恩伯格, D·D·金列爾
【申請人】沙索技術有限公司