浆态床反应器和费托合成的方法技术

本发明专利技术涉及烃类合成领域，具体提供了一种浆态床反应器和费托合成方法，该反应器包括：自下而上设置的反应器入口段、气体分布器、反应段和气液固分离段，在所述反应段内部设置有与反应器的液体产物流出口连通的固液分离器，在所述反应段的侧壁设置多个浆液导流部件，所述浆液导流部件用于将反应段的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件向反应段的轴向区域强制返混。与现有技术相比，本发明专利技术的反应器应用于气液固三相反应，能够明显改善催化剂的性能，且催化剂的磨损消耗明显减小。

Slurry reactor and Fischer Tropsch synthesis

The invention relates to the field of hydrocarbon synthesis, in particular to a slurry bed reactor and a Fischer Tropsch synthesis method. The reactor comprises a bottom-up reactor inlet section, a gas distributor, a reaction section and a gas-liquid solid separation section. A solid-liquid separator connected with the liquid production and logistics outlet of the reactor is arranged inside the reaction section, and a plurality of side walls of the reaction section are arranged The slurry guide part is used to force the reaction slurry in the reactor wall area of the reaction section back to the axial area of the reaction section along the slurry guide part. Compared with the prior art, when the reactor of the invention is applied to the gas-liquid solid three-phase reaction, the performance of the catalyst can be obviously improved, and the wear consumption of the catalyst is obviously reduced.

【技术实现步骤摘要】
浆态床反应器和费托合成的方法
本专利技术涉及烃类合成领域，具体地涉及一种浆态床反应器和一种费托合成的方法。
技术介绍
随着近年来石油价格不断攀升，人们越来越重视开发生产替代油品的技术，通过煤、天然气或其它物质生产合成气，再根据费托合成催化剂对合成气的要求，通过水煤气变换和合成气净化工艺对合成气进行处理，以处理后合成气为原料通过费托合成生产烃类，同时副产含氧化合物，然后采用成熟的石油加工技术进行加工，生产出高质量的环境友好的油品。开发费托合成技术，对发展替代油品的生产技术具有非常重要的意义。费托合成反应器是费托合成技术的核心反应器，目前国内外广泛采用能够多产烃产品的三相浆态床反应器。浆态床反应器具有温度均匀易控、气速操作范围宽、产物阿尔法值高、催化剂可在线置换等优点。CN1233451C公开了一种可以连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，该反应器包括由入口气体分布管组成的进行气体均布的入口气体分布部件，一层或多层对床层进行加热/冷却的换热管部件，一层或多层可以自动清洗的液固分离器部件，除去液沫和固体夹带的出口除尘除沫器部件。CN101391198B公开了一种浆态床合成反应器，该反应器包括反应段、反应器入口、反应器出口和设置在浆态床上部的扩径段，所述扩径段包括沉降段、洗涤段和除沫段。CN1233451C提出连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，认为可以在反应器出口处除去液沫和固体夹带，同时温度和液位控制良好。费托合成浆态床反应器要求催化剂的粒度在20-100微米之间，否则催化剂和产物无法形成浆液相，但这也带来了将催化剂与费托合成产物(包括反应条件下的液相和气相产物)分离的难题。特别是随着反应的进行，催化剂磨损越来越厉害，颗粒平均直径越来越小，气固分离越来越难，固体夹带严重，影响后续的操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够改善气液固浆液反应器内部的传质传热的浆态床反应器和一种能够改善气液固的传质传热、提升催化剂的性能和减小催化剂的磨损的费托合成的方法。本专利技术的专利技术人经过多年的费托合成研究认为，浆态床内部的流体运动比较复杂，催化剂的性能和磨损等物化性质表现不仅与浆态床反应器的温度控制，气体分布器等部件有关，还与浆液在反应器内部的传热传质以及流体运动速度有关。因此在设计浆态床反应器时，需要考虑改善气液固浆液反应器内部的传质传热、以及流体的速率对催化剂磨损的影响。具体运用到费托合成反应时，费托合成反应是一个气液固三相的强放热反应，费托合成产物的分布和催化剂的性质与反应器内部的温度是否均匀，催化剂的浓度分布，气含率分布以及流体流动速率都有很大的关系。在本专利技术提供的
技术介绍
涉及的上述现有技术中，费托合成反应器的设计主要集中于常见的内构件，比如气体分布器、换热器以及塔顶的气液分离器等，较少会考虑如何调控反应器内部的流体力学性质。而本专利技术的专利技术人认为，在费托合成反应器的设计中，加强浆态床反应器内部的传质，传热，以及强制气含率、浆液密度等的分布均匀有利于间接提高催化剂的使用性能和减少催化剂的磨损。本专利技术的目的是提供一种新型的浆态床费托合成反应器和工艺，不仅能够提高反应器内部传质传热，还能够降低反应器内部的浆液返混速率，降低催化剂的磨损速率，进而提高催化剂性能。为实现前述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种浆态床反应器，该反应器包括：自下而上设置的反应器入口段、气体分布器、反应段和气液固分离段，其中，在所述反应段内部设置有与反应器的液体产物流出口连通的固液分离器，在所述反应段的侧壁设置多个浆液导流部件，所述浆液导流部件用于将反应段的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件向反应段的轴向区域强制返混。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种费托合成的方法，该方法在本专利技术所述的反应器中进行，其中，该方法包括：合成气从反应器入口段进入，经过气体分布器分布均匀后进入反应段与催化剂和溶剂接触进行费托合成反应；其中，反应段的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件向反应段的轴向区域强制返混；反应浆料经过所述脱气集液导流部件脱除气体后在反应段内强制返混，尾气进入气液固分离段进行脱液和脱固，然后排出；液体物料经过固液分离器分离固体后从反应器的液体产物流出口排出。与现有技术相比，本专利技术的反应器应用于气液固三相反应，能够明显改善催化剂的性能，且催化剂的磨损消耗明显减小，推测是由于传质传热得到加强，由此进一步验证了本专利技术的专利技术人在研究时候提出的构想。附图说明图1是本专利技术的浆态床反应器的横截面示意图；图2是根据本专利技术的一种优选的实施方式的浆液导流部件的横截面示意图；图3是根据本专利技术的一种优选的实施方式的脱气集液导流部件的横截面示意图；图4是根据本专利技术的一种优选的实施方式的脱气集液导流部件的俯视图。附图标记说明1反应器入口段；2气体分布器；3反应段；4气液固分离段；5尾气；6脱气集液导流部件；7固液分离器；8漏斗状开口段9导流管段；10漏斗状开口段的导流孔11浆液导流部件12矩形板上的导流孔D1锥形圆口直径；D2导流直圆管的直径D3漏斗状开口段的导流孔的直径D4矩形板上的导流孔直径S轴向区域L矩形板的长度W矩形板的宽度具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本专利技术中，在未作特别说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相应参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件或组件本身轮廓的内、外。下面结合附图对本专利技术所提供的方法予以进一步的说明，但本专利技术并不因此而受到任何限制。为了突出本专利技术的工艺思想，图中省略了工业应用时许多必要的设备，如泵、阀门和反应器内部的换热设备等等。由于上述设备均是本领域的常规设置，本专利技术在此也不进行详细描述。如前，如图1-图4所示，本专利技术提供了一种浆态床反应器，该反应器包括：自下而上设置的反应器入口段1、气体分布器2、反应段3和气液固分离段4，其中，在所述反应段3内部设置有与反应器的液体产物流出口连通的固液分离器7，在所述反应段3的侧壁设置多个浆液导流部件11，所述浆液导流部件11用于将反应段3的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件11向反应段3的轴向区域S强制返混。所述轴向区域指的是以反应段的轴线为中心线向径向延伸的附近区域，例如水平距离所述轴线为反应段半径的0-3/4的区域，如图1所示的S区域。根据本专利技术，通过设置所述浆液导流部件，使得本专利技术的反应器用于气液固三相反应时，能够明显改善催化剂的性能，且催化剂的磨损消耗明显减小，推测是由于本专利技术的反应器内部传质传热得到加强的原因所致。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浆态床反应器，该反应器包括：自下而上设置的反应器入口段(1)、气体分布器(2)、反应段(3)和气液固分离段(4)，其中，在所述反应段(3)内部设置有与反应器的液体产物流出口连通的固液分离器(7)，其特征在于，在所述反应段(3)的侧壁设置多个浆液导流部件(11)，所述浆液导流部件(11)用于将反应段(3)的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件(11)向反应段(3)的轴向区域(S)强制返混。/n

【技术特征摘要】
1.一种浆态床反应器，该反应器包括：自下而上设置的反应器入口段(1)、气体分布器(2)、反应段(3)和气液固分离段(4)，其中，在所述反应段(3)内部设置有与反应器的液体产物流出口连通的固液分离器(7)，其特征在于，在所述反应段(3)的侧壁设置多个浆液导流部件(11)，所述浆液导流部件(11)用于将反应段(3)的器壁区域的反应浆料沿着所述浆液导流部件(11)向反应段(3)的轴向区域(S)强制返混。


2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述浆液导流部件(11)在所述反应段(3)的侧壁倾斜设置，优选所述倾斜角为15-60°。


3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，
所述浆液导流部件(11)包括矩形板和设置在所述矩形板上的多个导流孔(12)；
优选所述矩形板的长宽比值为L/W＝2-10，更优选L/W＝3-8；
优选所述导流孔(12)的直径D4为0.01-0.2m；
优选所述导流孔(12)的个数为2-16个，更优选为4-10个；
优选矩形板的长度为0.3-3m，更优选为0.5-2m。


4.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述浆液导流部件(11)沿着所述反应段(3)的侧壁的径向均匀分布，数量为2Q，Q＝1-10，优选为2-8；
所述浆液导流部件(11)在所述反应段(3)的侧壁上下分为2-10层分布，优选2-6层。


5.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，在所述反应段(3)内部设置有多个脱气集液导流部件(6)，所述脱气集液导流部件(6)包括自上而下连通的漏斗状开口段(8)和导流管段(9)；
优选所述漏斗状开口段(8)的最大横截面面积与所述导流管段(9)的最大横截面面积的比为9-100；
优选所述漏斗状开口段(8)的轴线与母线的夹角为15°-70°，优选为21°-60°；
更优选所述漏斗状开口段(8)为锥形，所述导流管段(9)为导流直圆管...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜冰，卜亿峰，佟瑞利，赵用明，王洪学，孙永伟，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，中国神华煤制油化工有限公司上海研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11