一种环流反应器及应用方法技术

一种环流反应器包括反应器筒体(1)，顶部过滤器(11)和顶部喷射器(10)，顶部喷射器(10)下端连接扩散管(7),扩散管(7)位于反应器筒体(1)内，在反应器筒体(1)内有过滤器组件(2)，过滤器组件(2)的顶端与反应器筒体(1)内壁的上部相连，过滤器组件(2)的底端与反应器筒体(1)的底端相连，过滤器组件(2)与反应器筒体(1)之间形成过滤夹套层(12)，过滤夹套层(12)的顶部有过滤夹套层入口(19)，过滤夹套层(12)的底部过滤夹套层出口(20)。本发明专利技术具有易于操作，并且催化剂与产物易分离的优点。

Circulation reactor and its application method

A loop reactor includes a reactor cylinder body (1), the top of the filter (11) and the top of the injector (10), top of the injector (10) is connected with the lower end of the diffusion tube (7), (7) located in the diffusion tube reactor cylinder (1), in the reactor cylinder body (1) a filter assembly (2), (2) the top of the filter assembly and a reactor cylinder (1) on the inner wall of the upper filter assembly (2) is connected to the bottom end of the reactor cylinder body (1) which is connected with the bottom end of the filter assembly (2), and the reactor cylinder body (1) is formed between the the filter jacket layer (12), the filter jacket layer (12) on the top of the filter jacket layer entrance (19), the filter jacket layer (12) at the bottom of the filter jacket layer export (20). The invention has the advantages of easy operation and easy separation of the catalyst and the product.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种环流反应器及应用方法。
技术介绍
化学反应器是化工工艺过程的核心，是工程设计和工业生产的关键，由于各种化学反应的条件和特性不同,每个化工工艺都需要与之相匹配的反应器。反应器的开发和设计选择应根据工艺实际情况,运用系统工程的观点，根据反应过程及催化剂的特征,确定最佳反应器参数。因此，与反应工艺相配套的反应器的开发是新工艺开发的关键环节之一。目前费托合成工艺主要有铁基浆态床工艺和钴基固定床工艺，使用的反应器主要有列管固定床反应器和鼓泡浆态床反应器。钴基列管固定床反应器虽然具有容易放大的优点，但由于费托合成反应放热量大,为控制床层温度导致反应管直径较小，气体的空速较低，反应器产能低下，并且催化剂容易积炭造成堵塞,需要频繁更换催化剂。同时固定床反应器结构复杂,操作和维修也十分困难，因此钴基固定床费托合成的规模化生产存在一定困难。而鼓泡浆态床反应器内浆态相接近等温状态，温控更加容易和灵活，反应热容易扩散，反应器换热效率高，操作弹性大，催化剂反应效率高，催化剂的产能较大，非常适用于费托合成的大规模生产。在现有的文献和专利中有许多的报道。如CN99127184.X提供了一种气液固三相循环反应器；CN03151109.0提供了一种连续操作的气液固三相浆态床工业反应器；CN200710037008.5提供了一种带内循环和外部换热的浆态床反应装置及其应用；CN101396647A公布了用于费-托合成的气液固三相悬浮床反应器，其提供了反应器构造与尺寸设计、气体分布器和换热器的布局与设计、蜡与催化剂的过滤系统、反应器内部的导流装置以及反应器顶部的雾沫消除装置。但是，以上提供的鼓泡浆态床反应器存在返混、催化剂分布不均匀、分布器堵塞等问题。分布器处于反应器底部，容易进入液体和固体催化剂，造成出气不稳，气体分布不均，分布器需要经常检修。另外气泡表面容易吸附微小的固体催化剂颗粒随尾气流失，气相冷凝液中也难免混入固体催化剂颗粒，影响产品质量。因此，对于浆态床费托合成反应器，如何强化整个反应器内的颗粒悬浮、液固均匀混合、以及三相之间的传质、传热和反应仍是其核心技术之一。喷射环流反应器具有气-液-固三相混合效果好、多相传质性能好、传热能效高、工作体积大、操作弹性高、反应器结构简单等优点，可以充分发挥催化剂性能，是一种性能优异的浆态反应器，广泛应用于化工领域。CN103030622B提供了一种喷射环流反应器用于精细化学品合成的方法，使用的固体催化剂颗粒在反应器内循环，不仅对泵的要求高，而且对换热器等管线造成冲刷；同时催化剂在循环过程中磨损严重，造成后继的产品分离困难。CN103977746A专利技术了一种用于合成气转化的环流反应器，虽然解决了浆态床反应器的返混等缺点，但是其催化剂与产物的分离困难，其设置的固液分离器很容易堵塞，造成操作困难。
技术实现思路
：针对上述问题，本专利技术提供了一种易于操作，并且催化剂与产物易分离的环流反应器及应用方法。本专利技术是利用喷射环流的方式加强气-液-固三相反应的传质和传热效果的方法，并在反应器内部设置过滤器组件，使反应浆液和过滤液体在过滤器两侧相向流动，形成错流过滤，解决了浆态床反应器的固液分离器的堵塞问题，保证了液体产物的连续稳定采出。本专利技术的一种环流反应器，它包括反应器筒体1，顶部过滤器11和顶部喷射器10，其特征在于顶部喷射器10下端连接扩散管7,扩散管7位于反应器筒体1内，在反应器筒体1内有过滤器组件2，过滤器组件2的顶端与反应器筒体1内壁的上部相连，过滤器组件2的底端与反应器筒体1的底端相连，过滤器组件2与反应器筒体1之间形成过滤夹套层12，过滤夹套层12的顶部有过滤夹套层入口19，过滤夹套层12的底部过滤夹套层出口20。如上所述的顶部喷射器10包括喷射器内筒21、喷射器外筒22、循环液体入口23和喷嘴25，喷射器内筒21的顶端为循环液体入口23，喷射器内筒21下端与喷嘴25连接，喷嘴25位于喷射器外筒22内，喷射器外筒22的下端与喷射器出口26连接，喷射器外筒22有原料气入口24，原料气入口24位于喷嘴25之上。如上所述的过滤器组件2为圆形筒体，位于反应器筒体1的内部，与反应器筒体1的距离间隔为5-60cm，优选10-40cm；过滤器组件2的高度不低于反应器筒体1高度的70％，优选不低于80％。如上所述的过滤器组件2由片状过滤器27和筒状支撑架28组成，多个片状过滤器(27)均勺镶嵌于筒状支撑架上，片状过滤器27的四周与支撑架紧密相连，片状过滤器27的个数为2-12个，优选4-10个，片状过滤器面积不小于整个筒状支撑架面积的50％，优选不少于60％。所述的过滤器的材质没有限制，可以使用烧结金属丝网微孔过滤材料、烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料或其它类型的过滤材料。过滤管的孔径范围可以由具体使用的催化剂颗粒的种类、反应器的规模以及所进行的反应类型而发生变化。所述扩散管7长度为反应器筒体1高度的1/2-4/5，优选为反应器筒体高度的2/3-4/5。本专利技术应用包括如下步骤：(1)将原料气9从原料气入口24送至顶部喷射器10，在循环液体喷射的带动下，将气体剪切成细小的气泡，在扩散管7中形成混合均匀的气液两相，喷射到反应器筒体1内形成内环流，与筒体内的浆液催化剂发生反应；(2)未反应的原料气及生成的低沸点气态产物14通过顶部过滤器11，将气体中夹带的少量固体催化剂颗粒过滤掉，分离出的气态物料通过冷凝器13后进入气液分离器8进行分离，分离出的气体作为尾气17排出，或送至其它的后处理工艺；分离出的液态物料一部分作为产品16采出，另一部分经过换热器4加热，或不经过换热器4加热，优选经过换热器4加热，然后经过加压泵5输送到过滤夹套层入口19；(3)反应器筒体1内的物料经过过滤器组件2，不含有固体颗粒的浆液进入过滤夹套层12，过滤夹套层12内的液态物料由循环泵3输送到换热器4，经过换热器4之后的全部液态物料输送到顶部喷射器10，循环回反应器筒体1；或者其中一部分液态物料经过产物过滤器6，将液态物料中含有微量的固体催化剂过滤，不含固体颗粒的液态产物15移出反应体系；过滤后浓缩的液态物料与未经过滤的液态物料一起返回到顶部喷射器10。如上所述的顶部喷射器10的循环液体流速为1-12m/s，优选5-10m/s。如上所述经过换热器4之后进入顶部喷射器10的液态物料的温度比换热器4入口的温度低10-35℃，更优选的低10-25℃。本专利技术反应器筒体1内的操作条件为：温度为160-300℃、优选180-250℃，压力为1.0-5.5MPa、优选1.7-3.5MPa，原料气的空速为500.0-5000.0h-1，优选1000.0-3000.0h-1。本专利技术使用催化剂的粒径范围为1-300μm，优选范围为5-100μm。本专利技术可用于费托反应、煤直接液化反应、合成气合成二甲醚反应以及合成气合成甲醇等适用浆态床反应的任何反应，优选为费托反应。本专利技术提供的方法用于费托合成工艺时所用催化剂为沉淀铁催化剂、熔铁催化剂或负载的钴基催化剂。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术提供的环流反应器采用喷射环流的方式加强气-液-固三相反应的传质和传热效果，可以实现固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环流反应器，它包括反应器筒体(1)，顶部过滤器(11)和顶部喷射器(10)，其特征在于顶部喷射器(10)下端连接扩散管(7), 扩散管(7)位于反应器筒体(1)内，在反应器筒体(1)内有过滤器组件(2)，过滤器组件(2)的顶端与反应器筒体(1)内壁的上部相连，过滤器组件(2)的底端与反应器筒体(1)的底端相连，过滤器组件(2)与反应器筒体(1)之间形成过滤夹套层(12)，过滤夹套层(12)的顶部有过滤夹套层入口(19)，过滤夹套层(12)的底部过滤夹套层出口(20)。

【技术特征摘要】
1.一种环流反应器，它包括反应器筒体(1)，顶部过滤器(11)和顶部喷射器(10)，其特征在于顶部喷射器(10)下端连接扩散管(7),扩散管(7)位于反应器筒体(1)内，在反应器筒体(1)内有过滤器组件(2)，过滤器组件(2)的顶端与反应器筒体(1)内壁的上部相连，过滤器组件(2)的底端与反应器筒体(1)的底端相连，过滤器组件(2)与反应器筒体(1)之间形成过滤夹套层(12)，过滤夹套层(12)的顶部有过滤夹套层入口(19)，过滤夹套层(12)的底部过滤夹套层出口(20)。2.如权利要求1所述的一种环流反应器，其特征在于所述的顶部喷射器(10)包括喷射器内筒(21)、喷射器外筒(22)、循环液体入口(23)和喷嘴(25)，喷射器内筒(21)的顶端为循环液体入口(23)，喷射器内筒(21)下端与喷嘴(25)连接，喷嘴(25)位于喷射器外筒(22)内，喷射器外筒(22)的下端与喷射器出口(26)连接，喷射器外筒(22)有原料气入口(24)，原料气入口(24)位于喷嘴(25)之上。3.如权利要求1所述的一种环流反应器，其特征在于所述的过滤器组件(2)由片状过滤器(27)和筒状支撑架(28)组成，多个片状过滤器(27)均勺镶嵌于筒状支撑架(18)上。4.如权利要求3所述的一种环流反应器，其特征在于所述的片状过滤器(27)面积不小于整个筒状支撑架(28)面积的50%。5.如权利要求4所述的一种环流反应器，其特征在于所述的片状过滤器(27)面积不小于整个筒状支撑架(28)面积的60%。6.如权利要求3所述的一种环流反应器，其特征在于所述的片状过滤器(27)为2-12个。7.如权利要求7所述的一种环流反应器，其特征在于所述的片状过滤器(27)为片状过滤器(27)为4-10个。8.如权利要求1所述的一种环流反应器，其特征在于过滤器组件(2)为圆形筒体，与反应器筒体(1)的距离间隔为5-60cm。9.如权利要求9所述的一种环流反应器，其特征在于过滤器组件(2)与反应器筒体(1)的距离间隔为10-40cm。10.如权利要求1所述的一种环流反应器，其特征在于过滤器组件(2)的高度不低于反应器筒体(1)高度的70%。11.如权利要求11所述的一种环流反应器，其特征在于过滤器组件(2)的高度不低于反应器筒体(1)高度的80%。12.如权利要求3所述的一种环流反应器，其特征在于所述的片状过滤器(27)使用烧结金属丝网微孔过滤材料、烧结金属粉末微孔过滤材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料、微孔陶瓷材料或陶瓷膜材料。13.如权利要求1所述的一种环流反应器，其特征在于所述扩散管(7)长度为反应器筒体(1)高度的1/2-4/5。14.如权利要求14所述的一种环流反应器，其特征在于所述扩散管(7)长度为反应器筒体(1)高度的的2/3-4/5。15.如权利要求1-15任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德宝，马中义，贾丽涛，侯博，夏铭，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14