[发明专利]浆态床反应器

说明书

技术领域

本发明属于化工设备装置领域，本申请的某些实施方式具体涉及一种内循环的鼓泡式三相浆态床反应器。

背景技术

浆态床反应器由于结构简单、易于制造和放大、以及操作维护费用低等优点，在化工生产中如氧化过程、费托合成、生物发酵、废水处理等方面应用广泛。各种浆态床反应器设计在文献和专利中多有报道。如中国专利CN1137769C描述了一种包括提升管、下降管、气体分布器和搅拌器的浆态床合成反应装置；中国专利CN1233451C描述了一种连续操作的气液固三相浆态床工业反应器；中国专利申请CN1593740A描述了一种由变径内套、防堵喷嘴、二次分布板等组成的高效浆态床反应器；中国专利CN100443155C描述了一种分离效率高、结构简单的浆态床环流反应器；中国专利CN100512941C则公布一种带气体内循环的浆态床反应装置；中国专利CN101396647B描述了一种用于费托合成的气-液-固三相悬浮床反应器；中国专利CN201052457Y描述了一种新型的内循环浆态床反应器，利用换热管组成提升管，实现浆液的内循环；中国专利CN101417220B和CN101480595B则分别通过布设多层水平网格型阻尼内构件和带针型翅片的列管束，各描述了一种改善带列管的浆态床反应器；中国专利申请CN102188938A通过设置一组循环杯，描述了一种浆液内循环的费托合成浆态床反应器；中国专利CN102416307A描述了包括多个内置筒体的内循环式浆态床反应器；国际申请WO1994015160描述了一种强化气液分离的内循环浆态床反应器。

现有技术中的一些浆态床反应器主要利用机械搅拌、气体分布器和再分布器以及环流反应器的下降管来加强气/液/固的混合和相间传质。一般采用的气体分布器和环流反应器中的下降管被发现对加强混合及相间传质的效果有限。而且，环流反应器等利用密度差所形成的内循环方式被发现浆液速度较低，从而导致操作气速不能过高，以避免在某些情况下气液相对速度过大导致不利的返混。而机械搅拌由于例如轴封问题等被认为不适用于较高压力情况。

由于在浆态床反应器的某些实施方式中，气体以气泡形式分散在浆液中，气泡与浆液在上升过程中基本同时进行气液传质和化学反应。其相间传质效率被认为对反应过程起至关重要的影响（王钰等，化学反应工程与工艺，23（6），499-504，2007）。同时，操作气速过低，也被认为直接限制了反应器的时空产率。因此，如何在减少返混的同时，提高浆态床中的相间混合和分散效果，促进传质过程，提高催化剂利用率，是实现高效浆态床反应器的关键。因此需要研发一种能够满足上述需求的浆态床反应器。

本发明开发了一种新颖的反应器，其与CN201052457Y记载的反应器同样属于采用浆液内循环的环流反应器，并利用中心筒体作为反应区及导流筒。但本发明通过文丘里效应及沉降管，强化了混合及传质过程，提高反应效率。同时，利用周边沉降管及低压虹吸作用，促进浆液内循环，减少返混，提高了反应器的时空产率。

另外，CN201052457Y中记载的反应器的导流筒由换热盘管组成，易受换热量的限制。本发明的反应区筒体及沉降管与换热管束分开，增加反应器的可操作性。

发明内容

本发明提供了一种新颖的高效浆态床反应器，该浆态床反应器的某些实施方式通过改良下部进气组件，强化混合及传质过程，或促进反应过程，或提高反应器效率，同时克服现有技术存在的上述不利缺陷。

本发明的第一个方面提供了一种浆态床反应器，所述反应器包括反应器壳体1以及设置在所述反应器壳体1之内或之上的以下部件：下部进气组件、反应区筒体6、沉降管5和上部出口14，所述反应区筒体6的上部、所述沉降管5的上部开口至反应器壳体内的同一腔室而与其流体连通，所述上部出口14用于导出该腔室中的气体物质，其特征在于，所述下部进气组件是文丘里装置，所述下部进气组件的出口流体连通所述反应区筒体的下部，并且所述沉降管5的下部流体连通至所述下部进气组件的侧面，所述反应器壳体内允许浆液依次经过所述反应区筒体6、沉降管5、下部进气组件、反应区筒体6形成一个循环回路。在本发明的一个实施方式中，所述反应器还包括液相出口8，所述液相出口8用于导出反应器壳体内腔室中的液体物质。所述下部进气组件包括：依次连接的进气管15、收缩口21、喉管16。所述下部进气组件通过所述喉管16或者收缩口21与所述沉降管5连接并流体连通。