[發明專利]一種新型漿態床費托合成反應器

有效

• 申請號: 201110184008.4
• 申請日: 2011-07-04
• 公開（公告）號: CN102861539A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 李杰;袁長富;張舒冬;宋喜軍;張喜文;倪向前
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22;C10G2/00;C07C1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

??本發明涉及一種漿態床費托合成反應器。

背景技術

費托合成是指合成氣（CO+H₂）在催化劑上催化合成烴類液體燃料的反應。隨著石油資源的日益枯竭，以費托合成反應制備液體燃料更加受到了世界各國的重視。

用于F-T合成的反應器先后有固定床、循環流化床、固定流化床和漿態床。固定床反應器有熱點、堵塞和生產能力低等缺點，循環流化床的流化過程難于控制，催化劑利用率低磨損嚴重，而且生產能力仍然偏低。固定流化床是循環流化床的改進形式，不僅結構簡單容易操作、也解決了催化劑利用率低和磨損的問題，生產能力大大提高。天然氣液化的發展促進了漿態床反應器的發展，特別是近幾年，漿態床費托合成技術得到大力發展。

CN200810225473.6公開了一種漿態床合成反應器，該反應器包括反應段、反應器入口、反應器出口和設置在漿態床上部的擴徑段，所述擴徑段包括沉降段、洗滌段和除沫段。CN03151109.0公開了一種可以連續操作的氣液固三相漿態床工業反應器，該反應器包括由入口氣體分布管組成的進行氣體均布的入口氣體分布部件，一層或多層對床層進行加熱/冷卻的換熱管部件，一層或多層可以自動清洗的液固分離器部件，除去液沫和固體夾帶的出口除塵除沫器部件。

漿態床費托合成反應過程中，生成二氧化碳的反應需要消耗一氧化碳、生成甲烷的反應消耗氫氣量大，產品價值低，它們均是非目的產物，因此降低費托合成過程中的甲烷及二氧化碳選擇性是本領域追求的目標之一。另外催化劑的活性穩定性是決定催化劑更新速率的重要因素，對費托合成過程的操作費用具有明顯的影響。漿態床費托合成反應過程中，甲烷及二氧化碳選擇性和催化劑活性穩定性一方面取決于催化劑的自身性能，另一方面也受反應過程中的各種因素影響。上述現有漿態床費托合成過程及反應設備中，沒有從反應過程優化操作過程，以提高催化劑活性穩定性和降低二氧化碳的選擇性以及甲烷選擇性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種新型的漿態床費托合成反應器，該反應器不僅反應器內空間利用率高、除沫效果好，而且能夠提高一氧化碳的轉化率及費托合成催化劑的穩定性，降低甲烷選擇性。

本發明漿態床費托合成反應器包括反應器入口、反應器出口、反應器下部的反應段和反應器上部的氣液擴散段，所述反應器上部的氣液擴散段為錐形收縮段，錐形收縮段底部和反應段相連接，頂部為反應器的出口，錐形收縮段的外表面安裝有加熱及保溫部件。

本發明中所述錐形收縮段的高度為漿態床費托合成反應器整體高度的1/5-2/5。

本發明中錐形收縮段頂部的反應器出口的內徑小于與其相連接的輸氣管線的內徑，一般為輸氣管線內徑的1/3-4/5。反應器出口和輸氣管線通過螺栓相連接。

本發明中所述反應段的下端設有氣體分布器、側壁上設有液蠟排放口，反應段內設有冷卻盤管。所述反應段下端的氣體分布器為一組氣體分布管，該氣體分布管上開孔并配置噴嘴，該噴嘴在反應器截面上均勻分布，且為向下或側向開口，噴嘴內徑的大小應確保氣體通過每個噴嘴時所產生的壓降在0.01MPa-0.1MPa之間。所述冷卻盤管流出的蒸汽可加熱后流入除沫器的夾層中。所述冷卻盤管流出的蒸汽可以直接或經加熱后作為除沫器夾層的加熱介質。

經研究發現，現有技術中采用的漿態床反應器，由于漿態相熱熔大，以及氣泡的劇烈運動使反應熱容易傳給冷卻盤管，使漿態相接近等溫，但是漿態床反應器的上部氣相空間卻存在溫度梯度，特別是在低溫費托合成反應過程中，會造成部分水蒸氣液化回流，使得漿相中存在大量的液態水，漿相中的水在反應條件下會引起催化劑的氧化，生成無法再生的難還原的鹽，此外，由于水蒸氣與輕質烴不能迅速離開漿態床反應器，達到氣液平衡時會占據大量分壓（可高達20%），引起合成氣的分壓降低，從而影響一氧化碳和氫氣在反應體系中的傳質速度，導致一氧化碳轉化率降低，水氣變換反應發生以及甲烷選擇性增加。

在上述研究基礎上，通過采用本發明的漿態床反應器，在催化劑不需改變的條件下，降低了二氧化碳和甲烷選擇性，并提高了催化劑的活性穩定性。

具體地說，與現有技術相比，本發明漿態床費托合成反應器，具有如下優點：

1、通過將漿態床費托合成反應器的氣液擴散段設置為錐形收縮段，并對錐形收縮段進行單獨的溫度控制，在不設置除沫器的條件下，很好的解決了除沫問題并能對液沫進行二次蒸發分離，提高了費托合成反應過程中氣相流出物的溫度，降低了輕質烴和水蒸氣的回流，加快了輕質烴和水蒸氣的擴散速度，使輕質烴和水蒸氣能夠快速離開反應器；