[发明专利]一种多段式固定床反应器及费托合成反应系统

说明书

本发明提供了一种多段式固定床反应器及费托合成反应系统，反应器包括：上封头，上封头上设置有原料气进口；下封头；上封头和下封头之间设置若干段依次连接的反应器床层；反应器床层顶部和底部分别设置有第一隔板和第三隔板，第一隔板和第三隔板之间设置有第二隔板，第二隔板将反应器床层分隔为冷却水蒸发移热腔室和原料气体移热腔室；冷却水蒸发移热腔室底端设置有与冷却水蒸发移热腔室内部连通的循环冷水进口，顶端设置有与冷却水蒸发移热腔室内部连通的热汽水出口；原料气体移热腔室底端设置有与原料气体移热腔室内部连通的冷却循环气进口。该方案解决现有技术中反应器内温度不稳定，容易造成热点、飞温、催化剂结碳及堵塞床层的问题。

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，尤指一种多段式固定床反应器及费托合成反应系统。

背景技术

由煤炭制取液体燃料的煤间接液化(CTL)技术是当前C1化工的重要发展方向。煤炭间接液化合成油品具有清洁、环保、燃烧性能优异等优点，是化石液体燃料的直接替代品。煤炭间接液化技术在生产油品的同时还可副产大量化工产品，可延长产品产业链，增强市场适应性，成为当前洁净煤技术的发展热点。煤炭间接液化是以煤或天然气为原料制取的氢气和一氧化碳在催化剂的作用下经过费托合成反应来获取汽油、柴油、石蜡、轻质烃及石油类化工产品有效途径。费托合成技术始创于20世纪20年代，在1923年由德国科学家F.Fischer和H.Tropsch发明了利用合成气(H₂+CO)和铁催化剂，在15MPa、400℃的反应条件下制取液态烃的技术，被称为费托合成法。

由于费托合成反应为强放热反应，反应过程对温度及其的敏感。费托合成反应器是费托合成工艺装置的核心设备，费托合成反应器按其结构及操作方式的不同，可分为固定床反应器、鼓泡浆态床反应器、及固定或循环流化床反应器，其中固定床反应器最为常用，具有结构简单、操作方便、催化剂的机械磨损小和使用寿命长等特点。已有的固定床反应器最长用的是列管式结构，催化剂装填在列管内部，管外采用冷却介质进行换热。但对于放热量较大的费托合成反应，管内存在轴向和径向的温度分布，容易形成热点、飞温、催化剂结碳及堵塞床层现象。因此，需要一种能够稳定反应温度，解决移热、换热问题的反应器。

发明内容

本发明的目的是提供一种多段式固定床反应器及费托合成反应系统，解决现有技术中反应器内温度不稳定，容易造成热点、飞温、催化剂结碳及堵塞床层的问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种多段式固定床反应器，包括：

上封头，所述上封头上设置有原料气进口；

下封头，所述下封头的底部设置有第一液体出口；

所述上封头和所述下封头之间设置有若干段依次连接的反应器床层；

所述反应器床层的顶部和底部分别设置有第一隔板和第三隔板，所述第一隔板和所述第三隔板之间设置有第二隔板，所述第二隔板将所述反应器床层的内部分隔为上方的冷却水蒸发移热腔室和下方的原料气体移热腔室；

所述冷却水蒸发移热腔室的底端设置有与所述冷却水蒸发移热腔室内部连通的循环冷水进口，所述冷却水蒸发移热腔室的顶端设置有与所述冷却水蒸发移热腔室内部连通的热汽水出口；

所述原料气体移热腔室的底端设置有与所述原料气体移热腔室内部连通的冷却循环气进口。

通过在上封头和下封头之间设置若干段依次连接的反应器床层，反应器床层的顶部和底部分别设置第一隔板和第三隔板，第一隔板和第三隔板之间设置有第二隔板，第二隔板能够将反应器床层的内部分隔为上方的冷却水蒸发移热腔室和下方的原料气体移热腔室，使得反应器内温度更稳定，避免造成热点、飞温、催化剂结碳及堵塞床层等现象。

具体的，每段反应器床层的高度按照一定的比例进行设置，优化的床层高度比例为1：(1～8.5)，即反应器的床层高度按该优化的比例从上到下依次设置。