[发明专利]一种浆态床费托合成反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种浆态床费托合成反应器。 

背景技术

　　费托合成是指合成气（CO+H₂）在催化剂上催化合成烃类液体燃料的反应。随着石油资源的日益枯竭，以费托合成反应制备液体燃料更加受到了世界各国的重视。 

用于F-T合成的反应器先后有固定床、循环流化床、固定流化床和浆态床。固定床反应器有热点、堵塞和生产能力低等缺点，循环流化床的流化过程难于控制，催化剂利用率低磨损严重，而且生产能力仍然偏低。固定流化床是循环流化床的改进形式，不仅结构简单容易操作、也解决了催化剂利用率低和磨损的问题，生产能力大大提高。天然气液化的发展促进了浆态床反应器的发展，特别是近几年，浆态床费托合成技术得到大力发展。 

CN200810225473.6公开了一种浆态床合成反应器，该反应器包括反应段、反应器入口、反应器出口和设置在浆态床上部的扩径段，所述扩径段包括沉降段、洗涤段和除沫段。CN03151109.0公开了一种可以连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，该反应器包括由入口气体分布管组成的进行气体均布的入口气体分布部件，一层或多层对床层进行加热/ 冷却的换热管部件，一层或多层可以自动清洗的液固分离器部件，除去液沫和固体夹带的出口除尘除沫器部件。 

浆态床费托合成反应过程中，生成二氧化碳的反应需要消耗一氧化碳、生成甲烷的反应消耗氢气量大，产品价值低，它们均是非目的产物，因此降低费托合成过程中的甲烷及二氧化碳选择性是本领域追求的目标之一。另外催化剂的活性稳定性是决定催化剂更新速率的重要因素，对费托合成过程的操作费用具有明显的影响。浆态床费托合成反应过程中，甲烷及二氧化碳选择性和催化剂活性稳定性一方面取决于催化剂的自身性能，另一方面也受反应过程中的各种因素影响。上述现有浆态床费托合成过程及反应设备中，没有从反应过程优化操作过程，以提高催化剂活性稳定性和降低二氧化碳的选择性以及甲烷选择性。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种浆态床费托合成反应器，该反应器不仅除沫效果好，而且能够提高一氧化碳的转化率及费托合成催化剂的稳定性，降低甲烷选择性。 

一种浆态床费托合成反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器下部的反应段和反应器上部的气液扩散段，所述反应器上部的气液扩散段内安装有可加热的除沫器。 

本发明中所述的可加热的除沫器由直筒段和锥形扩散段构成，具有供加热介质流通的夹层结构。 

本发明中所述锥形扩散段的底部外边缘和反应器上部气液扩散段的内壁有一定的间隔，一般为扩散段内径的1/10-1/15。锥形扩散段的锥线和反应器轴线的夹角一般为45~60度。 

本发明中除沫器夹层的厚度、进口及出口的具体尺寸和位置均可以由本领域设计人员根据所使用的催化剂尺寸、反应器处理量、反应条件及除沫效果、加热介质情况等要求通过计算或者简单的试验予以确定。例如当选用过热蒸汽进行加热时，加热介质的入口一般在除沫器的上部、出口在除沫器的下部，当选用液体加热介质时，加热介质的入口一般在除沫器的下部部、出口在除沫器的上部。 

本发明所述的反应器下部反应段的内径可以和反应器上部气液扩散段的内径相同，也可以小于小于反应器上部气液扩散段的内径，此时可以根据需要设置扩大连接段。 

所述反应段的下端设有气体分布器、侧壁上设有液蜡排放口，反应段内设有冷却盘管。 所述反应段下端的气体分布器为一组气体分布管，该气体分布管上开孔并配置喷嘴，该喷嘴在反应器截面上均匀分布，且为向下或侧向开口，喷嘴内径的大小应确保气体通过每个喷嘴时所产生的压降在0.01MPa-0.1MPa之间。所述冷却盘管流出的蒸汽可加热后流入除沫器的夹层中。所述冷却盘管流出的蒸汽可以直接或经加热后作为除沫器夹层的加热介质。 

经研究发现，现有技术中采用的浆态床反应器，由于浆态相热熔大，以及气泡的剧烈运动使反应热容易传给冷却盘管，使浆态相接近等温，但是浆态床反应器的上部气相空间却存在温度梯度，特别是在低温费托合成反应过程中，会造成部分水蒸气液化回流，使得浆相中存在大量的液态水，浆相中的水在反应条件下会引起催化剂的氧化，生成无法再生的难还原的盐，此外，由于水蒸气与轻质烃不能迅速离开浆态床反应器，达到气液平衡时会占据大量分压（可高达20%），引起合成气的分压降低，从而影响一氧化碳和氢气在反应体系中的传质速度，导致一氧化碳转化率降低，水气变换反应发生以及甲烷选择性增加。