【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及费托合成，具体涉及一种气液协同进料的固定床反应器及其应用。
技术介绍
1、费托合成反应是强放热反应，反应过程中须大量移走热量，不然容易发生局部过热而导致的催化剂飞温、失活等情况。因此针对费托反应的设计，移热效率是重点要考虑的问题。
2、列管式固定床是费托反应常用的反应器类型，其结构简单、操作容易的特点使其常用作中小规模费托反应装置。列管式固定床反应器常采用的移热方式为汽包，采用控制汽包压力的方式稳定反应器管内催化剂床层温度。原理为汽包中饱和状态水进入反应器壳程，通过部分汽化吸收管程中的反应热量并形成蒸气外送。即便如此，固定床反应器相较于浆态床反应器，其传热效率依然较低、床层温差明显，导致单管管径和处理能力受限，制约了单台反应器产能规模。
3、为提高列管式固定床费托反应器的移热效率，cn208104303u在固定床反应器内部设计了大量内构件，具体为有相互平行的换热板，催化剂间隔填充于相邻两块换热板之间；上分程隔板、中分程隔板、下分程隔板和间隔错位设置的环板将反应器筒体内腔中的流道分割成合成气通道和冷却介质通道。但该种通过换热内构件强化换热的方式，占据了大量反应器空间，增大了反应器的加工难度。
4、另有一些相关技术中采用加入费托液体产物提高移热效率的方式实现床层温度控制。例如cn102211002b采用热油循环系统、轻油激冷系统和冷激气冷激系统以强化传热，其中轻油激冷是通过费托产物冷凝下来的费托轻油通过分段注入的方式直接作用于催化剂床层，形成蒸发激冷，但液体在列管中的均匀分布难以控制
5、综上，现有相关技术仍然无法有效地提高固定床反应器中移热效率。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种气液协同进料的固定床反应器及其应用，通过来源于热高分的液体的进料协助热量移出，可以实现反应管内均匀的温度分布，明显改善了反应器的移热能力。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术第一方面提供了一种气液协同进料的固定床反应器，包括：竖直延伸的容器、布置在所述容器中平行于其中心纵向轴线的多个端部开口的用于装载催化剂的反应管以及布置在所述容器中与所述反应管端部开口连通的多个进料分布器；其中，
3、所述容器包括用于气体进料的第一进口、用于液体进料的第二进口、用于换热流体进料的第三进口以及用于所述反应器内反应产物出料的第一出口、用于换热流体出料的第二出口，所述第二进口与所述容器内部部分区域之间形成液体储存区；
4、所述进料分布器沿其轴向方向设置气体进料段以及与所述气体进料段连通的内径逐渐变大的扩径段，所述扩径段的出口与所述反应管的端部开口连通，所述扩径段侧面开口形成与所述液体储存区连通的液体进料段；所述气体进料段的入口高于所述液体储存区的液面高度，所述气体进料段的内径小于反应管的内径。
5、较佳的实施方式中，所述容器内壁沿其径向方向设置连接板，用于将多个所述进料分布器共同连接且固定于所述容器内部；以及用于固定气体进料段、扩径段及反应管。
6、较佳的实施方式中，所述容器内壁与反应管外壁之间区域形成壳层，由所述第三进口提供的换热流体进入所述壳层。
7、较佳的实施方式中，扩径段形状为锥形，扩径段最大内径小于或等于反应管内径。
8、较佳的实施方式中，所述扩径段侧面开口为斜向孔道，所述斜向孔道偏离轴向中心线的斜向角度优选为5～30度。
9、较佳的实施方式中，所述反应管个数为1～10000，长度为5～20m，反应管内径优选为20～50mm；
10、优选地，所述气体进料段内径为10～40mm；
11、优选地，所述斜向孔道内径为1～5mm。
12、本专利技术第二方面提供了上述气液协同进料的固定床反应器的应用，将其用于费托合成反应。
13、较佳的实施方式中，所述气体进料为新鲜合成气与循环气的混合气，所述液体进料为高沸点重质烃油。
14、较佳的实施方式中，所述液体进料为费托产物分离单元中的热高分罐中的液体，热高分罐优选温度为180～240℃；液体进料空速为0.1～10h-1，优选为0.1～5h-1，更优选为0.1～3h-1。
15、较佳的实施方式中，所述费托合成反应温度为200～240℃，压力为2.0～4.0mpa，新鲜气空速为500～1000h-1，循环比为2～5。
16、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
17、通过本专利技术固定床反应器，通过用于气体进料的第一进口将原料气引入容器内部并由进料分布器的气体进料段进入反应管内部，以及通过用于液体进料的第二进口将液体引入容器内部并由扩径段侧面开口形成的液体进料段引入反应管内部，在该过程中，气体通过小于反应管管径的气体进料段进入扩径段后压力降低；扩径段通过侧面开口与液体储存区连通，液体通过扩径段与液体储存区的压差吸入反应管内，由此实现了气体与液体协同进入反应管以及其内部装载的催化剂床层。换热流体进入反应器内部吸收反应热以降低反应器管内催化剂床层温度，同时，本专利技术液体的进料也可以协助热量移出，可有效提高反应器内反应热的移出效率和反应管内轴向温度均一性，并延长催化剂寿命。
18、本专利技术的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。
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1.一种气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：包括竖直延伸的容器、布置在所述容器中平行于其中心纵向轴线的多个端部开口的用于装载催化剂的反应管以及布置在所述容器中与所述反应管端部开口连通的多个进料分布器；其中，
2.根据权利要求1所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述容器内壁沿其径向方向设置连接板，用于将多个所述进料分布器共同连接且固定于所述容器内部，以及用于固定气体进料段、扩径段及反应管。
3.根据权利要求1或2所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述容器内壁与反应管外壁之间区域形成壳层，由所述第三进口提供的换热流体进入所述壳层。
4.根据权利要求1所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述扩径段的最大内径小于或等于反应管内径，所述扩径段的形状优选为锥形。
5.根据权利要求1或4所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述扩径段侧面开口为斜向孔道，所述斜向孔道偏离轴向中心线的斜向角度优选为5～30度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述反应
7.权利要求1-6任一项所述气液协同进料的固定床反应器的应用，将其用于费托合成反应。
8.根据权利要求7所述的气液协同进料的固定床反应器的应用，其特征在于：所述气体进料为新鲜合成气与循环气的混合气，所述液体进料为高沸点重质烃油。
9.根据权利要求7或8所述的气液协同进料的固定床反应器的应用，其特征在于：所述液体进料为费托产物分离单元中的热高分罐中的液体，热高分罐优选温度为180～240℃；和/或，所述液体进料空速为0.1～10h-1，优选为0.1～5h-1,更优选0.1～3h-1。
10.根据权利要求7-9任一项所述的气液协同进料的固定床反应器的应用，其特征在于：所述费托合成反应温度为200～240℃，压力为2.0～4MPa，新鲜气空速为500～1000h-1，循环比为2～5。
...【技术特征摘要】
1.一种气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：包括竖直延伸的容器、布置在所述容器中平行于其中心纵向轴线的多个端部开口的用于装载催化剂的反应管以及布置在所述容器中与所述反应管端部开口连通的多个进料分布器；其中，
2.根据权利要求1所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述容器内壁沿其径向方向设置连接板，用于将多个所述进料分布器共同连接且固定于所述容器内部，以及用于固定气体进料段、扩径段及反应管。
3.根据权利要求1或2所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述容器内壁与反应管外壁之间区域形成壳层，由所述第三进口提供的换热流体进入所述壳层。
4.根据权利要求1所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述扩径段的最大内径小于或等于反应管内径，所述扩径段的形状优选为锥形。
5.根据权利要求1或4所述的气液协同进料的固定床反应器，其特征在于：所述扩径段侧面开口为斜向孔道，所述斜向孔道偏离轴向中心线的斜向角度优选为5～30度。
【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，秦绍东，颜丙峰，李加波，何若南，龙俊英，段雪成，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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