[发明专利]一种调变费托合成产物分布的反应器及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种调变费托合成产物分布的反应器，具体的说，涉及一种具有由同心环式催化剂层组成多层转子和换热段的旋转填充床催化反应器，属于超重力反应器技术领域。

技术背景

以天然气、沥青、煤、生物质等各种含碳氢的原料生产出合成气(CO，CO₂和H₂的混合气体)，再以合成气为原料通过费托合成生产液态烃类，是一条很好的石油替代技术。费托合成(Fischer-Tropsch process)，又称F-T合成，是以合成气为原料在催化剂和适当条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料工艺过程。费托合成反应已有80余年历史，现在拥有较大规模费托合成生产能力的有Sasol，PetroSA，Shell和Oryx公司等。近年来，随着石油资源的逐渐耗竭以及世界范围内对新能源和资源需求的不断攀升，通过费托合成反应制备液体燃料或高附加值化学品的途径已经获得广泛认可。

已报道的费托合成反应器有多种形式，包括固定床、流化床和浆态床等。采用固定床反应器进行费托反应在半个世纪之前就已经实现了工业化，但反应热的移除和催化剂的失活问题尤为突出。由于费托合成反应是强放热反应，如果反应热没有及时移走，催化剂就容易出现局部热点，导致催化剂的失活和长链烷烃产品的选择性降低，严重情况下可出现反应器的瞬间飞温现象，装置不得不停车检修。采用浆态床反应器是解决费托合成反应移热问题的有效手段之一，尤其是对大型的装置来说更是如此，但是浆态床反应器的使用也带来新的问题。在浆态床反应器中，细小的催化剂颗粒与液体烃类产品混合在一起，它们的有效分离难度实际上并不亚于其他面临的技术难题，这是该类反应器面临的最主要问题。另外，人们对浆态床中的三相流体力学行为所知甚少，这也给浆态床反应器的放大带来一定的困难。

于1976年发展起来的超重力技术，其核心为超重力旋转填充床。填充床内部为一个装满填料的高速旋转转子，其离心加速度为重力加速度的数十至上千倍。超重力旋转床利用离心力场来模拟超重力场，其核心在于对传递过程和微观混合过程的极大强化。随着超重力技术的迅速发展，超重力技术已经在油田注水脱氧、超微颗粒制备、聚合物脱挥、二氧化碳捕集、精馏等领域(详见中国专利92102061、95105344.2、200710120712.7、200810103231等)得到了应用。但是现有的超重力旋转填充床在进行费托合成时，还是不能精确的控制反应条件，如反应热不能进一步移除，会使反应条件不均匀、不精确，不能很好地调控产物的分布；反应物在催化剂中的时间长，影响催化活性等。

发明内容

本发明提供了一种用于调变费托合成产物分布的新型结构旋转填充床催化反应器及应用方法，可以解决反应放热问题，从而精确控制条件，可以很好地调控反应产物的分布。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种用于调变费托合成产物分布的超重力旋转填充床催化反应器，包括密闭的反应器壳体、固定有催化剂床层的转子、转轴、端盖、反应物的进口、产物的出口，其特征在于，催化反应器转子中布置有多层同心环式催化剂床层，催化剂层和端盖之间密封，每两层催化剂床层间分布有同心环式的层间换热段，可及时移出反应热；间隔有层间换热段的两层催化剂床层是相通的，反应物是连续通过多个催化剂床层，从而使每层催化剂都能接触到反应物料，反应物的进口位于转子的中心，壳体上开有产物出口，转子外缘设有叶片，用于将未反应的气体物料及产物输送到气体出口管，避免返回催化剂层。层间换热段为相间隔的多个套管(图1中的41)或热管围绕转子中心组成的同心圆环，端盖上设有换热介质进口和出口装置，从而实现换热介质对套管或热管的温控。

上述催化剂床层分2层或多层固定在转子上，每两层环热层间均有层间换热段，换热段沿转子的径向同心分布；热管的外表面垂直于轴向布置有换热翅片(见图4的43)，套管亦优选带翅片的套管(见图3的42)。

同心环式催化剂床层为固定在转子上的包覆有催化剂颗粒的同心环式丝网层或者固载有催化剂活性组分的同心环整体结构式填料。

热管或套管的制备材料为：钢，蒙耐合金，英科耐尔合金，铝、钛、镍、铜、黄铜或任意前述金属的合金，高分子材料，陶瓷，玻璃，包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料，石英，硅，上述物质中的一种、两种或几种的组合。

转子的制备材料为：钢、蒙耐合金、英科耐尔合金、铝、钛、镍、铜、黄铜、或任意前述金属的合金；高分子材料、陶瓷、玻璃、包含高分子材料和玻璃纤维的复合材料、石英、硅、或其两种或多种的结合。