[發明專利]用于費-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應器及其應用

有效

• 申請號: 200710161575.1
• 申請日: 2007-09-29
• 公開（公告）號: CN101396647A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 王晉生;郝栩;劉東勛;白亮;曹立仁;李永旺
• 申請（專利權）人: 中科合成油技術有限公司
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 薛俊英;王維玉

技術領域

本發明涉及F-T合成過程中使用的氣-液-固三相懸浮床反應器和其配套系統，尤其涉及反應器構造與尺寸設計、氣體分布器和換熱器的布局與設計、蠟與催化劑的過濾系統、反應器內部的導流裝置以及反應器頂部的霧沫消除裝置；以及所述的反應器在規模化費-托合成生產工藝中的應用。

背景技術

F-T合成過程是指將合成氣(CO+H₂)轉化為烴類和少量有機含氧化合物(甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等)的化學轉化過程，在合成氣轉化成為上述化合物的化學反應過程中需要在催化劑的作用下、并在適合的溫度和壓力下進行，于此同時反應過程還伴隨大量的反應熱的釋放。與傳統的固定床反應器技術相比，采用氣-液-固三相懸浮床反應器技術可以實現反應溫度的有效控制和反應熱的有效移出，同時在催化劑的產能方面得到強化，有利于實現單系列的大型化生產。與傳統的流化床反應器技術相比，催化劑的反應環境得到改善，有利于降低催化劑的損失，同時有利于選擇性地合成重質餾分產物，進而有利于提高中間餾份油特別是柴油的選擇性。

德國科學家Frans?Fischer等在上世紀初發現F-T反應后不久，用于該反應的氣-液-固三相懸浮床反應器就已開始進行研究開發(F.Fischer?and?K.Peters，Brenst.Chem.12?286-293，1931；and?H.Küster，Brenstoff-Chemie，14，3-8，1933；F.Fischer?and?H.Pichler，Brendstof-Chemie，20，1939，247.)。早期由于對該反應過程的認識及技術條件的局限性，開發的F-T合成三相反應器在實驗室得到了驗證，但進一步放大則是不合適的，主要存在的問題是：1)實驗的結果不比傳統固定床反應結果好；2)三相懸浮床需要更大的反應器容積；3)反應器需要耐酸；4)為了形成充分的攪拌，需要大的循環量，能耗高；5)反應產物移出反應器較為困難。在1940-1950年代，德國的一些研究機構以及美國礦業局等在三相懸浮床F-T合成反應器方面進行了大量的放大開發工作(H.Klbel，P.Ackermann?and?F.Engelhardt，Erdl?u.Kohle，9(153)225-303，1956；B.H.Davis，Catalysis?Today，71，249-300，2002.)，驗證了采用這種合成氣通過懸浮在液相石蠟中的催化劑床層發生F-T合成反應過程放大的基本規律、特別是在較低溫度(180-250℃)下F-T的重質產物可以充當液相介質的可能性，由于對三相懸浮床系統在基本流體力學和F-T工藝基礎問題方面認識的局限性，早期的技術開發采用很低的空塔氣速，致使反應器的處理能力不適用于規模化的工業生產(A.P.Steynberg，M.E.Dry，B.H.Davis?and?B.B.Breman，in?Studies?in?Surface?Science?and?Catalysis?152，A.Steynberg?and?M.Dry(eds.)，p64-195，Elsevier?B.V.，2004.；M.E.Dry，inCatalysis?Science?and?Technology，J.R.Anderson?and?M.Boudart(eds.)，Springer?Verlag，p?159，1981；M.E.Dry，Applied?Catalysis?A：General，138，319，1996.)。

除了F-T合成反應本身的工藝技術約束之外，在F-T合成的氣-液-固三相懸浮床反應器開發方面起到重要作用的是對該類反應器操作狀態下的流體流動模式和諸如空塔氣速、三相鼓泡反應器內徑的有效關聯研究結果，1980年代后期到1990年代，一些研究結果事實上已經指明了滿足工業化反應器放大設計的中間試驗裝置的最小尺度，也使開發者認識到過低的反應器高度和過低的入塔氣速對工業化裝置的開發缺乏工程指導意義。1990年代，南非Sasol公司建設并運行了內徑為1米的中間放大試驗和內徑為5米的工業規模的三相懸浮床F-T合成反應器，南非Sasol公司的上述開發基本實現了這類反應器在工業中應用的目標(A.P.Steynberg，M.E.Dry，B.H.Davisand?B.B.Breman，in?Studies?in?Surface?Science?and?Catalysis?152，A.Steynbergand?M.Dry(eds.)，p64-195，Elsevier?B.V.，2004.)。