[发明专利]一种用于费托合成的浆态床反应器及反应系统

说明书

本发明涉及一种用于费托合成的浆态床反应器及反应系统，反应器包括反应器主体，设置在反应器主体底部的气体分布器，设置在反应器主体内的若干组移热装置及与移热装置配套的降液管，两组移热装置之间设有液固分离装置，设置在反应器顶部的气固洗涤分离装置，反应系统包括反应器及配套的过滤‑冲洗组件和洗涤组件。与现有技术相比，本发明可以工业规模生产费托合成产品，有效增加目标产品产率，降低催化剂损耗及其与产品的分离难度。

技术领域

本发明涉及费托合成反应器，尤其是涉及一种用于费托合成的浆态床反应器及反应系统。

背景技术

费托合成(Fischer–Tropsch Synthesis，简称FTS)是一种利用VIII族金属(如铁、钴)催化剂将合成气(一氧化碳与氢气)转化为费托产品(主要是烃类，还包括醇醛酸酮等)的催化反应。费托合成反应器是费托合成工艺的关键设备，目前主要有固定床和浆态床两种形式。传统的固定床反应器尽管工艺简单，但温度控制困难，催化剂易结碳，操作成本较高。浆态床反应器不仅克服了上述缺陷，而且其气液固三相的混合充分，传质传热效果优异，得到了广泛的重视和应用。

费托浆态床反应器的工业应用有相当久的历史，早在1953年德国 Rheinpreussen等公司建成了第一台半工业化示范装置，但由于当时国际能源需求从煤向石油转变，该装置没有继续工业放大。南非Sasol公司在借鉴德国浆态床反应器的基础上于20世纪80年代开始了浆态床费托反应器的开发，1990年在 Sasolburg建成75桶/天的中试装置，1996年建成直径5米、2500桶/天的工业反应器，成为了世界上第一个实现浆态床反应器工业化的公司。此外，美国Exoon、 Rentech、Syntroleum都进行了浆态床费托反应器的研究开发工作。

费托浆态床反应器及配套系统开发的核心是提供良好的反应环境和有效的产品-催化剂分离方法，其相关技术背景如下：

1.气体分布器：R.Schafer,等(Bubble size distributions in a bubblecolumn reactor under industrial conditions.Experimental Thermal and FluidScience,2002,26:595-604) 实验发现气体分布器形式对浆态床尤其是穿透高度以下的气泡分布有极大的影响，良好的气体分布效果对防止反应区底部超温和分布器堵塞有重要的意义。专利 CN1283349C公开了一种采用喷嘴和二次分布板的浆态床反应器，喷嘴出口有一个防止浆液倒流的球形装置，用以解决分布器堵塞和气体分布不均的问题。其主要问题是分布器结构较为复杂不易维护，且在系统停车时易发生喷嘴的堵塞。

2.假底：专利CN1233454C公开了一种带上升管的假底设计，该假底与气体分布器的距离较小，催化剂不易在反应器底部沉积，避免了因此导致的局部过热问题。其主要问题是假底开孔会影响假底的机械强度。

3.移热装置：Marretto和Krishna(Design and optimization of a multi-stagebubble column slurry reactor for Fischer-Tropsch.Catalysis Today,2001,66:241-248)提出了一种用于费托浆态床反应器的管式换热器，由两个增压室和连接在其上的套管管束组成，锅炉给水由套管中心向下流动，从外围的环形区向上返回。专利 CN100522335C公开了一种用于费托合成反应器的冷却管设备，该冷却器由多组管束组件和与之相连的集总管组成，每组管束组件由4或6根套管和与之相连的两个增压室构成，该设计能够简化冷却管的拆卸与重新安装。上述冷却器由于其结构特点，在反应器中的换热管布置密度较低，在催化剂浓度较高或紧急条件下其换热能力较为有限。