[发明专利]固/液悬浮体处理设备及多相催化反应器

说明书

本发明涉及一种进行连续多相催化反应的反应器，特别是，虽然不是专门地，适用于用费托(Fischer-Tropsch)合成法，从甲醇重整产生的合成气体催化转变为烃类(碳氢化合物)燃料，这种设备也适用于其他反应系统，包括各种为生产石油化学制品的悬浮体(或称淤浆)反应，从合成气体生产氧化物的悬浮体反应以及脱氢反应等。另外，该设备同样可应用于固/液悬浮处理。

三相催化反应系统在很多化学过程中被采用，而且在石油化学工业中的应用更是与日俱增。所用的三相系统中有机械搅动的悬浮体反应器，环路气泡搅动塔式悬浮体反应器，这些反应器应用散布在液体中的催化剂颗粒，所以在大多数应用场合，液体必须从悬浮体中分离出来以分离液体产物，或是为了催化剂的再生目的。偶而在液体作为惰性媒质的场合，由于裂解或杂质形成的原因，液体也必须予以更换。

机械搅动式悬浮体反应器，由于较低的物质传递量和阻热作用，用于批量生产特别方便，这些特性也使在实验室中确定反应动力学时很适合。然而，这种类型的反应器有一系列缺点和局限性，在任何连续工作中要分离开催化剂颗粒都是十分困难的。

从工业化观点来说只有机械搅动式反应器大量地应用于从棉籽、黄豆、谷粒、葵花子等获得的双链油的氢化作用，使用一种镍催化剂，所得的产品包括人造黄油、松酥油脂、肥皂和油脂等。气泡搅动塔式悬浮体反应器的工作简单，因为不需要用机械运动部件，综合了低的散阻力和高的热传导效率的优点，这些反应器在很多工业过程中应用是很有吸引力的。然而，固—液的分离通常是在反应器外面的精细过滤和处理系统中进行，催化剂悬浮体要送入反应器再循环，有时是使用一种悬浮体泵实施的，从而，气泡搅动塔式悬浮体反应器连续工作时，很可能出现一系列问题。

由于世界上的石油资源在减少，使用天然气作能源变得更具有吸引力，同时使其品质提高为高品位的碳氢燃料的方法其重要性在增加。

因此，本发明的一个目的在于提供一种能连续进行多相催化反应的反应器，它不会产生先有技术中的缺点。

本发明更特定的目的在于提供一种适用于把天然气经过合成气转变为柴油燃料的反应器。

美国能源部最近发表的一篇报告述及在费—托(Fischer-Tropsch)悬浮体反应器系统中催化剂/石蜡分离的问题，报告结论说：

“在用于某些小规模或试验规模的浸入反应器悬浮体中的内部过滤器，由于运行困难，不能有成效地工作。一种以其器壁的一部分作为过滤器的反应器，在试验规模应用时可能适用，但作为商业上的反应器是不实用的。内部的过滤器会有堵塞的危险，就会引起过早的运行中断，对大批量生产的工厂是不允许有这种风险的”。

报告中多处述及浸入于反应悬浮体中的内部过滤器在一研究项目中被应用，然而，依靠压力差过滤液流在开始时能顺利流动，但很快过滤器会堵塞，因此报告结论说，连续操作是不实际的，因而在商业规模的生产场合，有必要使固/液的分离在反应器的外部进行。

本发明申请人已发现，与上述结论相反，可为费—托合成法提供一种连续反应系统，其中的固/液分离不必要在一个外部过滤装置中进行，此外，对商用规模的生产能够达到足够大的过滤流量。

按照本发明一个方面，提供了一种固/液悬浮体反应设备，用于在含细微颗粒催化剂的液体媒质的悬浮相中生成液态产物的反应，设备包括有：一个限定出容纳悬浮相以及在悬浮相上方气体空间的反应区的反应容器；把气体反应物和/或其他组分引入容器下部区域的悬浮相中的装置；一个用来从悬浮相中分离出液体产物的滤出区段，它包括一个壳体和一个与壳体一起限定滤出区的滤芯(过滤元件)，滤出区具有一滤液的出口；在滤出区与反应区内悬浮相上方，使用时由气体占据的那部分容积之间形成流体连通的装置；一通过滤芯建立平均压差的装置；在一实施例中，通过滤芯建立平均压差的 装置在其中一个实施例中，包括与滤出区的出口相连接的一个阀和一个控制单元。另一种变化形式是，滤芯在悬浮体区与悬浮体接触，而壳体至少部分地围绕反应容器。

该设备也可用于稍有不同的目的，诸如各种形式的处理场合，例如，离子交换，提纯，除去不需要的组分(微量杂质，斑渍)。