[發(fā)明專利]一種由多級反應單元合成烴類的方法

有效

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• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103965939A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 徐潤;胡志海;聶紅;吳昊;李猛;田鵬程
• 申請（專利權(quán)）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石油化工科學研究院
• 主分類號: C10G2/00
• 分類號: C10G2/00;B01J8/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種由氫氣和一氧化碳合成液體烴的方法，更具體地說，是一種有多級反應單元的費托合成液態(tài)烴的方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，對成品油的需求量迅速增加，而石油資源儲量和開采量卻逐步降低和劣質(zhì)化，需求與儲量之間的矛盾日益突出，同時國際國內(nèi)環(huán)保法規(guī)的要求越來越高，因此通過新方法獲取優(yōu)質(zhì)的液態(tài)成品油燃料是當前中國乃至全球面臨的重大問題。通過費-托(F-T)合成反應可以大規(guī)模地制取潔凈燃料(特別是高品質(zhì)的柴油)和其它高附加值化學品。而費托合成的原料合成氣（H₂和CO）來源廣泛，可以由煤炭、天然氣、生物質(zhì)經(jīng)過氣化得到，正因為如此，這條技術(shù)路徑受到極大關(guān)注。而采用列管式固定床反應器進行費托合成具有操作簡單，形式靈活多樣的特點，被許多研究機構(gòu)作為首先研發(fā)的技術(shù)。但固定床傳質(zhì)速度較低、傳熱性能不好，容易導致反應器超溫，這是制約其發(fā)展的重要因素。

針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)借鑒換熱器進行了較多強化換熱器傳熱的研究，主要通過提高介質(zhì)流速、采用橫流、增加流體的擾動和混合等方法，得到了不同程度的強化傳熱效果。CN1736574A公開了一種無熱點列管式固定床反應器。其技術(shù)特點式反應器列管中的每只管采用套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管兩端封閉，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，冷卻介質(zhì)同時流過內(nèi)管管程和反應器殼程。該發(fā)明在無需增加列管數(shù)量的條件下，可大幅度增加列管式固定床反應的換熱面積，同時縮短傳熱路徑。CN101085930A提出了一種新型的固定床反應器，它由兩組首尾相串連的固定床組成，與傳統(tǒng)固定床反應器不同之處在于每組固定床包括反應器、加熱器、套管、換熱器和三相分離器，原料氣從反應器底部引入，冷卻介質(zhì)在反應器下部吸熱上部放熱，這種方案可以有效解決反應放熱的導出和溫度分布梯度過大等問題。但這些發(fā)明都需要對固定床反應器進行了較大改動，反應器的設計和制造會增加困難，反應器空間利用率也有所下降。

另外，也可以從工藝方面進行改進從而達到優(yōu)化固定床的目的，CN1662476A提出了一種多段固定床反應器合成烴的方法，每一段反應器均加入冷卻流體介質(zhì)用來吸收反應產(chǎn)生的熱量，冷卻流體介質(zhì)可以循環(huán)使用。這種液體再循環(huán)的方式可以明顯改善固定床傳熱，減少反應熱點提高反應性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種由氫氣和一氧化碳在催化劑作用下合成液體烴的方法，該方法既可以解決現(xiàn)有反應器溫度梯度大的問題，又可以控制反應放熱量，有利于減緩催化劑失活速率，增加裝置運轉(zhuǎn)時間。

本發(fā)明提供的方法是：采用多級反應單元串連的形式，含有氫氣和一氧化碳的原料氣進入第一級反應單元在催化劑作用下發(fā)生費托合成反應，將生成的烴類和水經(jīng)過分離后的氣體進入下一級反應單元進行反應，每級反應單元中包括一個或多個并聯(lián)的列管式固定床反應器、至少一個三相分離器和至少一個冷卻介質(zhì)系統(tǒng)。所述列管式固定床反應器的反應管分別由反應器上管板和反應器下管板固定排列在反應器筒體內(nèi)，所述的反應管的內(nèi)表面光滑，外表面具有凹槽。

所述的反應管為碳素結(jié)構(gòu)鋼或奧氏體不銹鋼，內(nèi)表面光滑，外表面經(jīng)過冷、熱機械加工形成有一定規(guī)律的螺旋型凹槽。催化劑裝填在反應管內(nèi)，冷卻介質(zhì)流過反應器殼程，即與反應管的外表面接觸，將反應產(chǎn)生的熱量帶出反應器，折流板按照一定間距分布在反應器中間。

所述反應管外表面凹槽的特征參數(shù)為：每米有200～2000個槽，槽深0.5～1.5mm，槽寬0.2～1.0mm，螺旋升角為3～5°。優(yōu)選，每米有300～800個槽，槽深1.0～1.2mm，槽寬0.5～0.8mm。凹槽截面可以為T形、矩形、梯形、三角形、鋸齒形，當凹槽截面為非矩形形狀時，所述的槽寬是指槽的平均寬度。

所述反應管的上下兩端具有200～500mm的光管部分。反應器上下管板與反應管的上下兩端的光管部分連接。

所述的列管式固定床反應器中排列有100～10000根反應管。每根反應管的內(nèi)直徑為20～60mm，優(yōu)選內(nèi)直徑為25～50mm，長度為4～15m，優(yōu)選為6～12m。所述的反應管的管壁厚度為1～8mm。催化劑均勻裝填在每根反應管中，催化劑粒度（直徑）為0.5～5mm，優(yōu)選為1～3mm，催化劑的形狀可以是柱狀、球狀、空心球、環(huán)狀、馬鞍狀、三葉型條、四葉型條等。

所述的列管式反應器殼體由反應器上封頭、反應器筒體、反應器下封頭組成，反應器上封頭上設置反應器進料口和進料分布器，反應器下封頭上設置反應器出料口，在反應器筒體的上部設置冷卻介質(zhì)出口，在反應器筒體的下部設置冷卻介質(zhì)入口。