[发明专利]一种浆态鼓泡床磁感反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种浆态鼓泡床磁感反应器，特别是涉及一种用于费托合成反应、可大大减少费托合成反应催化剂颗粒磨蚀的三相浆态鼓泡床磁感反应器。

背景技术

费托合成反应是指合成气(H₂+CO)在催化剂作用下、在一定温度和压力下转化成烃和其他化学品的反应。近年来，由于石油资源日趋紧张和原油价格的持续攀升，费托合成受到世界各国研究者的广泛关注。通常，费托合成生成烃的反应可用以下反应式表示：

mCO+(2m+1)H₂→C_mH_2m+2+mH₂O    (1)

mCO+2mH₂→C_mH_2m+mH₂O          (2)

2mCO+(m+1)H₂→C_mH_2m+2+mCO₂    (3)

费托合成反应通常是在费托合成反应器中进行，这样的反应器包括固定床反应器和浆态鼓泡床反应器(SBCR)。由于固定床反应器比浆态鼓泡床反应器昂贵，并且因费托合成反应是放热反应而难以控制反应温度。所以浆态鼓泡床反应器比固定床反应器具备优势。

毫无疑问，浆态鼓泡床反应器具有其它反应器不具有的众多优点，其吸引了人们越来越多的关注。浆态鼓泡床反应器(SBCR)作为一种气-液-固多相反应器，具有结构简单、持液量大、温度梯度小、热容量大、传热性能好、温度易控制、固体颗粒易处理、操作成本低等优点。

但浆态鼓泡床反应器中催化剂磨蚀非常严重，导致液体产物中含有相当比例的催化剂细粉或粉尘，这样的细粉或粉尘相当难以从液体产物中分离出来，这无疑增大了费托合成工业化的复杂程度和运行成本。而且破碎的催化剂颗粒经常导致后续过滤装置被迫停运，从而使得整个系统的运行周期被大大缩短。

事实上，浆态鼓泡床反应器中，气-液-固三相反应物流形成的流体运动非常复杂，其包括大气泡、小气泡、和浆液(液体和催化剂颗粒)的运动，不同组分在不同区域表现出不同的流体力学特征，例如平流、涡流、和湍流。同时在反应器内部有众多由金属材料制作的冷却管和冷却壁，催化剂固态颗粒在这样的流体环境中经过碰撞和摩擦，磨蚀速度非常快，往往经过一段时间，其粒径就由开始几十微米至数百微米下降到几微米甚至更小。

另一方面，利用磁场形成的磁力进行多相物流的混合、分离、过滤、甚至稳流的应用越来越多。例如，US3219318公开了一种流体搅拌的装置，其中在流体中分布有许多非球形永磁部件，而在流体周围设置强度变化和方向交替的磁场，使上述非球形永磁部件在流体中出现旋转和平移的运动，从而达到搅拌流体的目的。

US2010/0113622公开了一种从固体中分离液体的系统，所述系统包括：包括固定容器的固定单元，固定容器含有磁性材料床和用于在所述容器中产生磁力的磁体，其中固定容器又进一步含有包括液体和含金属的粒子的流体在所述容器中的入口和出口。当包括液体和磁性固体颗粒的流体流经上述固定容器时，磁性材料床除去流体中大部分固体颗粒。上述系统可用于从固态催化剂颗粒中分离液体，特别是可用于催化剂包括磁性固体颗粒的多相催化剂反应器，例如用于费托合成反应器中液态产物含有的残留催化剂颗粒的清除或过滤。

US4296080公开了一种去除流体中杂质粒子的流化床工艺，其中流化床为移动可控的粒子捕捉床，其包含磁性颗粒，流化床被流体物流伸展和托起，根据流化床的压差可控地移动流化床，其中对流化床的至少一部分区域施加主要磁分量在所说外力场方向上的磁场，磁场强度要足以抑制流化床中出现固态返混和流体分流，但小于削弱流化床流体特性的数值。当含有磁性杂质粒子的流体经过上述粒子捕捉床，大部分杂质粒子被捕捉而除去。

US Re.31186公开了一种烃转化流化床工艺，其中流化床包括磁性和可流化的复合颗粒，其对烃转化具有催化活性，并含有2-40体积％铁或铁磁材料，沿重力方向对上述流化床施加恒定和基本均匀的磁场，以使复合颗粒具有沿重力方向的磁力，使包括气化烃入料的流化气态介质以下列气体表观速度向上通过所述流化床，气体表观速度大于不施加磁场时流化床所要求气体表观速度常规最小值至少10％，但小于施加磁场时在0.1-1秒时间间隔内导致穿过所述流化床的压力差出现随时间而变化的波动所要求的气体表观速度。上述流化床可使其中各物流的流化状态处于稳定和均质状态，特别是可消除流化床内大气泡的产生。