[发明专利]用于精细催化剂固体的化学处理的薄层固定床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及用来实施磨碎固体(压出物、珠或粉末)的氧化或还 原化学反应的薄层固定床反应器，所述颗粒固体用作精炼或石油化学 过程中的催化剂或催化剂母体。

更具体地，本发明可应用至用氢还原用于以液相使用的钴基 Fischer-Tropsch合成催化剂。

Fischer-Tropsch合成催化剂通常由直径在30至100微米(在 本文的其它地方简写为μm)范围内的细固体微粒构成。

所述催化剂在合成之后通常为其氧化物的形式(Co₃O₄)。因此， 还原步骤应当在Fischer-Tropsch合成反应器中使用催化剂之前实 施。

该还原步骤使用还原气体实施，还原气体为纯氢气或稀释在惰性 气体中的氢气。

本发明涉及可在关于反应气体停留时间、压降及要处理的固体的 装卸的最佳条件下实施所述催化剂还原步骤的反应器

背景技术

用于催化剂制备及处理的反应器领域内的现有技术主要依赖于 要被处理的固体的粒度测定。通常，当要被处理的固体为毫米量度的 颗粒的形式时，反应器为固定床式或者有时候为移动床式。术语“移 动床”意味着以米/小时的量度缓慢流动的一床颗粒，在颗粒之间具 有比较有限的相对位移。

当颗粒的粒度测定达到百微米的量度时，通常使用流化床反应 器，即，使用从底部至顶部穿过床的流化流体使颗粒相对于彼此分离 并移动的反应器。

本领域技术人员熟知流化床可混合和传递热量，这使它们在进行 放热或吸热反应时具有特别的优势。相反，它们通常需要气-固分离 系统以及用于在床内再循环固体颗粒的任选系统，所述气-固分离系 统依赖于使用的流化率在复杂度上有所不同，并且位于床的下游。

给定要被处理的固体的粒度测定，在30至100微米的范围内， 现有技术由流化床反应器组成，反应气体还用作流化气体。

但是，流化床反应器并不非常适于使用氢气还原 Fischer-Tropsch合成催化剂。流化床反应器因其由于固体颗粒的运 动而具有的混合性和同质性而出名，其中固体颗粒平均地(在时间和 空间上)与相同的气相接触。

另外，在流化床的情况下，反应物被参与流化的惰性气体进行的 稀释很快受到最小固体颗粒的驱动速率的限制。

在使用氢气还原Fischer-Tropsch合成催化剂的情况下，必须考 虑另外一种现象：使用氢气进行的还原伴随有水的释放，该水在反应 流出物中的局部压力随着反应的进展而升高。但是，本领域技术人员 将会意识到，这种局部水压力对还原有抑制作用。

在这种情形下，以近似活塞状态运行的固定床反应器具有水蒸汽 浓度梯度，该水蒸汽浓度梯度在所有要被处理的固体层上从反应器的 入口向出口升高。因此，由于第初几层固体会经历比最后几层低得多 的局部水压力，所以它比流化床反应器更加适合。

另外，局部水压力可容易地保持在最大值以下，通过精确地计算 入口处反应混合物中的氢稀释度，在最后几层固体上达到所述最大 值。

另外，本发明的反应器力求产生在0.1m^-1到10m^-1范围内的 DP/z/Ps比，优选在0.5m^-1到5m^-1的范围内。

在以上表述中，DP表示穿过床的压降，“z”表示床的厚度，Ps 表示床出口处的压力。

高的DP/z/Ps比意味着气体在床出口处的速度相对于入口处的 速度增大，导致沿着床形成的水的排出更快，特别是在最后几层上尤 为如此。另一方面，必须限制该比值，以便不会导致过高的压降。

通过调节床出口处的压力(Ps)和床厚度(z)可获得最佳比， 该最佳比在0.1m^-1到10m^-1的范围内，优选在0.5m^-1到5m^-1的范围 内。

最后，流化床反应器在某些情形下可能在气体的良好分布方面存 在困难，除非使用引起大压降的分布系统。

在固定床的情况下，因为小的颗粒尺寸，迅速地达到穿过床的可 允许压降极限，因此要被处理的固体的层厚度就有了限制，也因此要 寻找具有较小压降的分布系统。