專利名稱：一種漿態(tài)床反應(yīng)器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將固體樣t粒從液體中分離出來的i殳備和方法，更具體地i兌. 涉及一種用于漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器中液體與固體顆粒連續(xù)分離的設(shè)備及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
漿態(tài)床反應(yīng)器是一種常用的氣液(漿)接觸反應(yīng)設(shè)備，具有極高的儲液 量，對于反應(yīng)熱很大的催化反應(yīng)過程，使用漿態(tài)床反應(yīng)器可以有效地移走反 應(yīng)熱，實現(xiàn)反應(yīng)器的等溫操作，保證反應(yīng)器的正常運行，因此在當今的化工 過程中得到了廣泛應(yīng)用。而漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器是在裝態(tài)床鼓泡反應(yīng)器的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的 一種高效多相反應(yīng)器。漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器除了具有漿態(tài)床鼓泡 反應(yīng)器所具有的全部優(yōu)點外，還能夠使其內(nèi)部的流體做有規(guī)則的循環(huán)流動， 因而增強了反應(yīng)物之間的混合、擴散、傳熱和傳質(zhì)。
在漿態(tài)床反應(yīng)器中為了消除擴散的影響， 一般采用幾十微米甚至更細顆 粒的催化劑，但隨之也帶來了反應(yīng)產(chǎn)物與催化劑顆粒分離這一難題。如何有 效的實現(xiàn)液固分離，成為在使用漿態(tài)床反應(yīng)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。
漿態(tài)床反應(yīng)器催化劑漿液的液固分離一般在反應(yīng)器外進行，含有催化劑 的漿液必須使用特殊泵進行輸送，分離出來的催化劑仍需要以漿液形式送回 到反應(yīng)器中,，該過程易于造成催化劑顆粒的破損，因而對反應(yīng)器的長時間連 續(xù)操作帶來問題。
USP 6068760 、 WO 02/097007 A2均公開了采用沉降4支術(shù)在漿態(tài)床反應(yīng)器 內(nèi)實現(xiàn)液固分離的方法，將反應(yīng)后的漿液引出反應(yīng)器，通過一根沉降管后， 漿液進入沉降罐進行沉降，上層清液排出作為產(chǎn)品，而下層含有大量催化劑 顆粒的稠漿返回反應(yīng)器循環(huán)。
EP 1405664 Al公開的分離方法是將反應(yīng)后的漿液直接引入沉降罐，沉降 灌中設(shè)有擋板，且擋板高度高于沉降罐中液位高度，因此漿液流過擋板與罐 體底部的縫隙后，清液緩慢上升在沉降罐上方流出，而含有顆粒的濃漿在沉降罐底部的出口返回反應(yīng)器主體。
CN1433838A公開了在反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)置分離單元的方法，使得漿液實 現(xiàn)液固分離，并且提出在沉降單元的底部施加強磁場以加速液固分離速度。 但是利用單一的沉降技術(shù)實現(xiàn)完全的液固分離，得到固含量極小的液體產(chǎn)物 需要容積很大的沉降裝置，以保證足夠的沉降時間，這就造成了設(shè)備的大部 分面積與空間被沉降裝置占用，生產(chǎn)效率較低；此外催化劑粒徑越小，越有 利于反應(yīng)進行，同時在反應(yīng)過程中由于催化劑磨損會產(chǎn)生粒徑極小的固體粉 末，但是沉降技術(shù)對于粒徑為幾微米或者粒徑更小的催化劑顆粒的分離效果 不佳；由于費托合成反應(yīng)器直徑相當大，因而磁場裝置很難在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生 均勻的磁場，設(shè)備笨重，造價昂貴，且無法對產(chǎn)生磁化的催化劑進行消磁以 阻止磁化催化劑的團聚，影響反應(yīng)器的正常操作。
WO 94/16807公開了在反應(yīng)器內(nèi)使用過濾組件實現(xiàn)液固分離的方法，但 是一旦催化劑顆粒堵塞過濾組件，則過濾組件的再生困難，因而不適于大規(guī) 模連續(xù)生產(chǎn)。
CN1589957A公開了在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置一級分離單元，在反應(yīng)器外設(shè)置二 級分離單元來實現(xiàn)液固分離的方法，并且在反應(yīng)器外設(shè)置反沖單元以實現(xiàn)過 濾的連續(xù)操作，這樣不僅占用了反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)空間，還導致設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜， 操作繁復。
US 2005/0027021公開了一種液固分離系統(tǒng)，通過在反應(yīng)器外設(shè)置豎直放 置的過濾元件來實現(xiàn)液固分離，起主要過濾作用的是沉積在過濾元件上的濾 餅，通過調(diào)節(jié)漿液流動速度來調(diào)節(jié)濾餅的厚度。但是由于元件所處空間大小 是設(shè)計確定了的，單純通過調(diào)節(jié)元件外部漿液流速來控制過濾速率使得調(diào)節(jié) 范圍非常有限，且細顆粒容易堵塞過濾介質(zhì)而沒有有效的反沖洗方法使過濾 過程難以實現(xiàn)連續(xù)化。
US 2005/0000861 />開了 一種可以;改置在反應(yīng)器內(nèi)部和/或外部的過濾元 件，這種元件分為粗濾區(qū)和細濾區(qū)，且二者同軸同徑豎直放置，上部粗濾區(qū) 將大顆粒的催化劑攔在過濾區(qū)外，再返回反應(yīng)器重新循環(huán)使用，而經(jīng)過粗濾 的濾液會直接進入設(shè)在粗濾區(qū)下面的細濾區(qū)進行進一步過濾分離。這種液固 分離方法需要借助外界動力，且沒有提供詳細的反沖洗方法，難以實現(xiàn)液固的連續(xù)有效分離。
由以上分析可知單純利用沉降方法需要占用較大的面積，甚至寶貴的反
應(yīng)空間；而利用過濾的方法難以實現(xiàn)連續(xù)操作，即使實現(xiàn)了連續(xù)操作也會由
于較高的固含量而降低了分離效率，還會使設(shè)備復雜，投資和操作費用增加。
本發(fā)明的目的是提供一種簡便有效地實現(xiàn)氣液固三相連續(xù)分離的漿態(tài)床 環(huán)流反應(yīng)器。
本發(fā)明的另 一個目的是提供一種用于漿態(tài)床反應(yīng)器的氣液固三相連續(xù)分 離的方法，使反應(yīng)液體產(chǎn)品可以連續(xù)排出。
本發(fā)明的目的之三是提供一種應(yīng)用漿態(tài)床進行費托合成生產(chǎn)液體烴或石 蠟的方法。
本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，包括上升管和至少一根下降管3，所述 的上升管由反應(yīng)區(qū)1和管徑擴大的沉降區(qū)2組成，沉降區(qū)2的頂部設(shè)有排氣 口 13,每根下降管3內(nèi)被過濾介質(zhì)4分成濾液區(qū)5和漿液區(qū)6，其中濾液區(qū)5 與液體出料口 IO連通，漿液區(qū)6的兩端與上升管1的兩端相連通，所述沉降 區(qū)2中具有大致沿豎直方向設(shè)置的擋板，其中所述擋板的上部邊緣距所述沉 降區(qū)的頂部的距離占所述沉降區(qū)總高度的1/10 ~ 9/10,沉降區(qū)內(nèi)在所述擋板上 部邊緣以上的部分為氣液分離區(qū)，而沉降區(qū)在該上部邊緣以下的部分則被所 述擋板分為擾流區(qū)20和穩(wěn)流區(qū)19,其中所述擾流區(qū)20緊鄰反應(yīng)區(qū)1并與反 應(yīng)區(qū)l直接連通，而所述穩(wěn)流區(qū)19的上部與所述擾流區(qū)直接連通，所述穩(wěn)流 區(qū)19底部經(jīng)開孔18或?qū)Я鞴?7與反應(yīng)區(qū)1直接連通，并且，所述下降管3 在所述穩(wěn)流區(qū)19的上部經(jīng)連接管16與所述上升管連通。并且所述連接管16 連接穩(wěn)流區(qū)位置的范圍為所述擋板上部邊緣與所述開孔18或?qū)Я鞴?7與擋 板連接位置的豎直距離的1/10到9/10范圍內(nèi)，優(yōu)選為1/3到2/3范圍內(nèi)。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，其中所述的擋板的形狀可以為平板、圓弧、圓筒、 截圓錐、漏斗形或其它合適的形狀，或者上述形狀的結(jié)合。而所述"大致沿 豎直方向設(shè)置"是指所述擋板至少有一部分是與豎直平面相切的，并且所述 擋板將所述沉降區(qū)的 一部分分成兩個或多個基本上水平分布的空間
發(fā)明內(nèi)容
上述反應(yīng)器中所述擋板的一種優(yōu)選的設(shè)置方式為所述擾流區(qū)20與穩(wěn)流 區(qū)19被圓筒狀擋板分開，并且所述擋板底部與所述上升管的內(nèi)壁相連接。所 述擾流區(qū)20位于所述圓筒狀擋板內(nèi)部，而所述穩(wěn)流區(qū)19環(huán)繞在所述擾流區(qū) 20的周圍，即為所述圓筒狀擋板與沉降區(qū)2外壁圍成的環(huán)形區(qū)域。所述穩(wěn)流 區(qū)19底部通過開孔18或?qū)Я鞴?7與反應(yīng)區(qū)l的下部相連通。其中所述圓筒 狀擋板底部的直徑可以與該檔板其它部分的直徑相同或不同，即，所述的"圓 筒狀"不僅包括標準的圓柱狀，也包括截圓錐狀，或者其它類似的形狀，或 者上述形狀的結(jié)合。
上述反應(yīng)器中所述擋板的另 一種優(yōu)選的設(shè)置方式為反應(yīng)器中所述擾流 區(qū)20與穩(wěn)流區(qū)19被錐形圓筒狀擋板分開，所述錐形圓筒狀擋板通過支架21 固定在所述上升管的內(nèi)壁上。所述穩(wěn)流區(qū)19位于所述錐形圓筒狀擋板內(nèi)部， 而所述擾流區(qū)20環(huán)繞在所述穩(wěn)流區(qū)的周圍，即為所述錐形圓筒狀擋板與沉降 區(qū)2外壁圍成的環(huán)形區(qū)域。所述穩(wěn)流區(qū)19通過錐形圓筒底部的導流管17與 反應(yīng)區(qū)1的下部相連通。這里所述的"錐形圓筒狀，，是指這樣一種形狀，其 通常可被認為是頂點向下的錐形，也即"漏斗形"與如上面所定義的"圓筒 狀"相結(jié)合的形狀，其中所述錐形部分的上邊緣與所述圓筒狀部分的下邊緣 是結(jié)合在一起的。當然，所述"錐形圓筒狀"也包括單純的"漏斗形"。這里 所述的"支架"是指能夠?qū)⑺鰮醢迮c上升管內(nèi)壁物理固定的裝置，并且其 在所述擋板與所述內(nèi)壁之間留出足夠的空隙從而使流體自由通過。
在本發(fā)明提供的上述反應(yīng)器中，從反應(yīng)區(qū)1流入的漿液經(jīng)過所述擾流區(qū) 20進入所述沉降區(qū)2。在此完成氣液(漿)分離，氣體從頂部的排氣口 13排 出反應(yīng)器。較粗的顆粒在擾流區(qū)20依靠重力沉降可以直接返回到反應(yīng)區(qū)1中， 或者在隨漿體流入穩(wěn)流區(qū)19后，依靠重力沉降富集于穩(wěn)流區(qū)19的底部，然 后含有較多顆粒的漿液可以經(jīng)管壁開孔18或?qū)Я鞴?7返回到反應(yīng)區(qū)1中， 優(yōu)選通過導流管17回到反應(yīng)區(qū)的下部。典型地，在正常操作時，攜帶大量氣 泡的漿液從反應(yīng)區(qū)1上升到其上部的擾流區(qū)20,液面基本上和擋板上邊沿齊 平，擋板另一邊，穩(wěn)流區(qū)19的液面和擋板上沿齊平或者稍低于擋板上邊沿， 漿液由擾流區(qū)20向穩(wěn)流區(qū)19溢流的過程中，大部分氣泡由于流動趨于平緩 脫離漿液進入上部的氣液分離區(qū)，由于氣液分離區(qū)空間的擴大會使氣體的速度降低，減少了氣泡中夾帶的液滴。穩(wěn)流區(qū)中漿液流速的變緩使得其中的固
體顆粒沉降到穩(wěn)流區(qū)19底部，富集了固體顆粒的漿液會在穩(wěn)流區(qū)19底部經(jīng) 過開口 18或?qū)Я鞴?7返回反應(yīng)區(qū)繼續(xù)參與反應(yīng)。而排除了氣泡和較大的固 體顆粒的漿液會通過下降管16進入過濾部分進行固液分離。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，沉降區(qū)2和上升管下部反應(yīng)區(qū)1的管徑比為1: 1.1 ~ 10.0,優(yōu)選1: 1.2-3.0。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，所述的下降管3中濾液區(qū)5與液體出料口 10連 通，液體出料口 IO可以經(jīng)閥9連接用于沖洗過濾元件的反沖洗系統(tǒng)，其中優(yōu) 選液體出料口位于濾液區(qū)的下端；同時連接下降管3和上升管下端的管線7 上可以設(shè)置有固體放料口 ll和固體加料口 12。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，上升管下部為反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)1,上升管上部的 沉降區(qū)2和下降管3為反應(yīng)器的分離區(qū)。其中，反應(yīng)器包含至少一根下降管3。 當下降管3為多根時，多根下降管可以通過切換使至少一根處于工作狀態(tài)。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，所述的過濾介質(zhì)可以采用內(nèi)部過濾管的形式， 當采用內(nèi)部過濾管的形式時，沉降區(qū)2經(jīng)管線16與下降管3的連通方式可以 是和內(nèi)部過濾管相通(如圖1所示)，也可以和下降管3的外管相通(如圖4 所示)，當與內(nèi)部過濾管相通時，外管上連接液體出料口 10,在下降管3中， 液體由內(nèi)向外沿徑向通過內(nèi)部過濾管的管壁，并最終作為產(chǎn)品經(jīng)管線引出； 同時外管上部經(jīng)管線8與沉降區(qū)2頂部氣體富集區(qū)相連通，以保持壓力平衡， 防止氣體在下降管中聚集。當上升管與下降管3的外管相通時，過濾管上連 接液體出料口 10,在下降管3中，液體由外向內(nèi)沿徑向通過內(nèi)部過濾管的管 壁，并最終作為產(chǎn)品經(jīng)管線引出。
每根下降管3的外管內(nèi)部包含至少一根過濾管。當一根下降管3內(nèi)部包 含多根過濾管時可以將至少兩根過濾管并聯(lián)在一個集液盤上形成一個過濾 單元來使用，如圖5、圖6所示，圖5為多根過濾管并聯(lián)在集液盤上的過濾單 元的俯視圖，圖6為多根過濾管并聯(lián)在集液盤上的過濾單元的側(cè)視圖；也可 以采用多個過濾單元組合的形式。采用過濾單元和過濾單元組合的形式可以 有效地節(jié)省空間，提高過濾效率。
當采用多個過濾單元組合的形式時，過濾單元在外管內(nèi)的組合分布有以下幾種形式沿軸向豎直放置多個過濾單元(附圖7);或沿徑向平行分布多 個過濾單元(附圖8);或沿軸向放置多組以徑向形式平行分布的多個過濾單 元(附圖9)。每個過濾單元可以設(shè)置獨立的反沖洗系統(tǒng)，也可以將各過濾單 元通過管線連接共用 一套反沖洗系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，所述的固體放料口 ll和固體加料口 12用于更靈 活地處理催化劑。當反應(yīng)器中的催化劑顆粒由于失活或磨損變細而需要更換 時，可通過固體放料口 ll排出，也可以通過固體加料口 12補充新鮮催化劑。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器中，對過濾介質(zhì)4的材質(zhì)沒有限制，可以使用燒結(jié)金 屬絲網(wǎng)微孔過濾材料、燒結(jié)金屬粉末微孔過濾材料、金屬微孔膜材料、燒結(jié) 金屬纖維微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料或其它類型的過濾材料。過 濾介質(zhì)的孔徑范圍可以由具體使用的催化劑顆粒的種類、反應(yīng)器的規(guī)模以及 所進行的反應(yīng)類型而發(fā)生變化，例如可是在微濾、超濾、納濾等過濾范圍之 內(nèi)。
本發(fā)明提供的反應(yīng)器的應(yīng)用方法，原料由進料口 14進入反應(yīng)器，和上升 管反應(yīng)區(qū)l中的漿液混合，混合后的漿液在反應(yīng)區(qū)1中反應(yīng)，同時向上流動， 從反應(yīng)區(qū)1上端管口首先流至沉降區(qū)2的擾流區(qū)20,再由擾流區(qū)20溢流至穩(wěn) 流區(qū)19，在所述擾流區(qū)20、穩(wěn)流區(qū)19和上部的氣液分離區(qū)進4亍氣液分離， 氣體從頂部的排氣口 13排出反應(yīng)器，較粗的顆粒依靠重力沉降，由所述的擾 流區(qū)20直接返回到反應(yīng)區(qū)1中，或者沉降到穩(wěn)流區(qū)19底部，再經(jīng)由開孔18 或?qū)Я鞴?7回到反應(yīng)區(qū)1中，含有較細顆粒的漿液從穩(wěn)流區(qū)19上部經(jīng)連接 斜管16進入下降管3中；漿液主體在漿液區(qū)6內(nèi)沿軸向向下流動，而其中一 部分液體在過濾介質(zhì)4兩側(cè)壓差的推動下通過過濾介質(zhì)4進入濾液區(qū)5，并最 終作為產(chǎn)品引出，固體催化劑顆粒則隨漿液主體繼續(xù)向下流動通過管線7返 回到上升管1中繼續(xù)參與反應(yīng)。
本發(fā)明提供的方法中，導流管17將富集了催化劑顆粒的漿液引入反應(yīng)區(qū) 的下部，其內(nèi)部的高密度與反應(yīng)區(qū)1中由于含有大量氣泡而具有的較低密度 形成密度差而形成新的內(nèi)環(huán)流形式。這種內(nèi)環(huán)流形式會使床層內(nèi)的催化劑隨 漿液的自然環(huán)流而分布的更加均勻。另外，設(shè)置導流管降低了下降管的流通 循環(huán)量，改善了下降管內(nèi)的過濾效果。本發(fā)明提供的方法中，進入反應(yīng)器的氣體在上升管下部反應(yīng)區(qū)1內(nèi)的表觀
氣速為0.01 ~ 1.0米/秒，優(yōu)選0.04 ~ 0.5米/秒。其中表觀氣速指氣流的在上升 管1內(nèi)的空管氣速，控制氣速在此范圍內(nèi)可以使?jié){液攪動、混合均勻，并提 供漿液在上升管和下降管3之間循環(huán)流動的推動力，維持反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)壓力。 反應(yīng)器內(nèi)部相對較高的壓力和下降管3的濾液區(qū)5內(nèi)較低的壓力形成過濾介 質(zhì)4兩側(cè)的壓差，推動分離出氣體后的漿液穿過過濾介質(zhì)4,實現(xiàn)固液分離。
本發(fā)明提供的方法中，隨反應(yīng)進行，過濾介質(zhì)4兩側(cè)的壓差隨著濾餅的增 厚而上升，當壓差高于第一設(shè)定值時，反沖洗系統(tǒng)開始工作，此時液體出料 口后閥門15關(guān)閉，液體出料口 10經(jīng)閥9和反沖管線連通，反沖洗介質(zhì)在外 加的反向壓差推動下反向沖洗過濾介質(zhì)4，隨濾餅的脫除反向壓差不斷降低， 當?shù)陀诘诙O(shè)定值時，沖洗過程結(jié)束，此時液體出料口 10后閥9關(guān)閉，系統(tǒng) 恢復到正常操作狀態(tài)。
其中開始啟動反沖洗系統(tǒng)的壓差第一設(shè)定值為0.1 1.0Mpa,關(guān)閉反沖時 的壓差第二設(shè)定值為0.05~0.8Mpa，根據(jù)不同的過濾材料其過濾壓差范圍也 不一樣，不同的材料對應(yīng)不同的反沖洗壓力。對同一個濾芯和設(shè)備，第一設(shè) 定值必定大于第二設(shè)定值，對于正常操作的過濾過程，兩側(cè)壓差范圍為0.05 ~ l.OMPa。所述反沖洗過程的開啟和結(jié)束可以自動也可以手動進行。
其中所述的反沖洗介質(zhì)可以是氣體，也可以是液體，優(yōu)選產(chǎn)品清液或反應(yīng) 尾氣，更優(yōu)選產(chǎn)品清液。
本發(fā)明提供的方法中，在不影響反應(yīng)進程的情況下，可以有選擇地將較細 的催化劑顆粒由所述的固體放料口 ll移出，并經(jīng)固體加料口 12補充部分新 鮮催化劑。
本發(fā)明提供的方法在費托合成生產(chǎn)液體烴或石蠟中的應(yīng)用，其特征在于原 料為合成氣，催化劑的活性組分含有Fe和/或Co，上升管反應(yīng)區(qū)1內(nèi)的操作 條件為溫度為200~300°C、優(yōu)選230 280。C,壓力為1.0 5.5Mpa、優(yōu)選 1.7 3.5Mpa,相對于催化劑質(zhì)量的原料空速為l.O-S.ONlg^h-1,優(yōu)選2.0 -5.0 Nl g-1 h人
本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器可以實現(xiàn)固體催化劑顆粒、液態(tài)產(chǎn)品和反應(yīng)氣體的連續(xù)高效分離，氣液固三相連續(xù)出料；將沉降區(qū)分隔為擾流區(qū)和準 靜態(tài)沉降區(qū)減小了由反應(yīng)區(qū)上升的氣流對沉降區(qū)內(nèi)沉降顆粒的擾動，從而提 高了沉降區(qū)的分離效率，減小了下降管過濾的負荷，從而提高了整個反應(yīng)器 的處理量和分離效率，并且延長了反沖洗周期。本發(fā)明的反應(yīng)器及其應(yīng)用方 法適用于氣液固三相反應(yīng)并需要從漿液中分離出液體產(chǎn)品的化學反應(yīng)過程， 如采用懸浮床或漿態(tài)床反應(yīng)器的烴油加氫、脫氫過程以及費托合成過程。


圖1為穩(wěn)流區(qū)下部經(jīng)開孔與反應(yīng)區(qū)連通的環(huán)流反應(yīng)器示意圖2為穩(wěn)流區(qū)下部經(jīng)導流管與反應(yīng)區(qū)連通的示意圖3為由錐形圓筒將沉降區(qū)分隔為穩(wěn)流區(qū)和擾流區(qū)的示意圖4為沉降區(qū)經(jīng)管線與下降管的外管相通的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器示意圖5為多根內(nèi)管以集液盤并聯(lián)為過濾單元的俯視示意圖6為多根內(nèi)管以集液盤并聯(lián)為過濾單元的側(cè)^L示意圖7為多個過濾單元沿下降管軸向排布的示意圖8為多個過濾單元沿下降管徑向排布的示意圖9為多個過濾單元在下降管中沿徑向和軸向排布的示意圖IO為實施例1所采用的環(huán)流反應(yīng)器示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器用于費托合成過 程中液體和固體顆粒的連續(xù)分離方法，但本發(fā)明并不因此而受到限制。
如附圖2所示環(huán)流反應(yīng)器的上升管下部為漿態(tài)床反應(yīng)區(qū)1，反應(yīng)物合 成氣從上升管的下部進料口 14進入反應(yīng)器，和上升管反應(yīng)區(qū)1中的漿液混合， 混合，與漿液中催化劑顆粒接觸，在上升過程中完成化學反應(yīng)，產(chǎn)物和多余 的反應(yīng)物與催化劑一起上升到反應(yīng)器上部，從反應(yīng)區(qū)1上端管口首先流至沉 降區(qū)2的擾流區(qū)20,再由擾流區(qū)20溢流至穩(wěn)流區(qū)19，漿液流速降低，在所 述擾流區(qū)20、穩(wěn)流區(qū)19和上部的氣液分離區(qū)進行氣液分離，氣體從頂部的排 氣口 13排出反應(yīng)器，較粗的顆粒依靠重力沉降，由所述的擾流區(qū)20直接返回到反應(yīng)區(qū)1中，或者沉降到穩(wěn)流區(qū)19底部，再經(jīng)由開孔18或?qū)Я鞴?7回 到反應(yīng)區(qū)1中，含有較細顆粒的漿液從穩(wěn)流區(qū)2上部經(jīng)連接斜管16進入下降 管3中；漿液主體在漿液區(qū)6內(nèi)沿軸向向下流動，而其中一部分液體在過濾 介質(zhì)4兩側(cè)壓差的推動下通過過濾介質(zhì)4進入濾液區(qū)5，并最終作為產(chǎn)品引出， 固體催化劑顆粒則隨漿液主體繼續(xù)向下流動通過管線7返回到上升管1中繼 續(xù)參與反應(yīng)。
固體顆粒則被阻滯在過濾管內(nèi)壁上，由于液體流動的沖刷作用，過濾管 內(nèi)壁上的部分濾餅不斷脫落并隨漿液向下流動返回到上升管反應(yīng)區(qū)1中，部 分不易脫落的濾餅會滯留在過濾管的內(nèi)壁上，隨著濾餅的不斷增厚，內(nèi)外管 之間的壓差上升，當壓差高于第一設(shè)定值0.1 ~ 1.0 Mpa時，反沖洗系統(tǒng)開始 工作。此時位于液體放料口 IO后的閥15關(guān)閉，閥9打開，在外加反向壓差 的推動下，反沖洗介質(zhì)引入外管5中并徑向由外向內(nèi)通過過濾管，附著在過 濾管內(nèi)壁上的濾餅被反沖到漿液中，并隨著漿液向下流動返回上升管。當內(nèi) 外管的壓差低于第二設(shè)定值0.05~0.8Mpa時，沖洗過程結(jié)束，此時反沖洗介 質(zhì)引入管上的閥門9關(guān)閉，液體放料口后的閥門15和連通管上的閥門8打開， 系統(tǒng)恢復到正常操作狀態(tài)。
附圖3所示的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器的具體實施方式
和如附圖2所示的反應(yīng)器 的實施方式基本相同，不同的是在上升管內(nèi)，錐形圓筒與沉降區(qū)2外壁圍 成的環(huán)形區(qū)域為擾流區(qū)20，在這里，較粗的顆粒依靠重力沉降可以直接返回 到反應(yīng)區(qū)1中，另外，錐形圓筒內(nèi)的區(qū)域為穩(wěn)流區(qū)19,富集了更多較粗顆粒 的漿液經(jīng)穩(wěn)流區(qū)19底部、導流管17直接返回到反應(yīng)區(qū)1下部。
下面的實施例對本發(fā)明提供的方法予以進一 步地說明，但并不因此而限制 本發(fā)明。
對比例1
對比例1說明沉降區(qū)內(nèi)未設(shè)置擋板的環(huán)流反應(yīng)器的分離效果。 采用如圖IO所示的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，上升管沉降區(qū)和反應(yīng)區(qū)得管徑比 為1.5: 1,在下降管中所采用的濾管為燒結(jié)多孔金屬濾管，該濾管外徑50mm, 長IOOO mm，平均孔徑lpm 。所采用的催化劑的粒徑范圍為1 ~ 100pm，原 料為合成氣，下降管內(nèi)外管間的壓差大于0.5MPa時。反沖洗系統(tǒng)開始運行，用泵將產(chǎn)品清液引入外管，并通過過濾管壁進入內(nèi)管，將濾餅沖洗到漿液中， 并隨著漿液向下流動返回上升管。這個過程持續(xù)幾秒鐘，當內(nèi)外管間的壓差
低于0.1MPa時，反沖洗系統(tǒng)關(guān)閉，漿態(tài)床反應(yīng)器恢復到正常操作狀態(tài)。在此 過程中，由管線10引出的清液流量為60L/h,反沖洗周期為48小時，液態(tài) 產(chǎn)品中固體顆粒的含量小于5昭/ml,顆粒的最大直徑為2)am。分離效率在 99%以上。
其中分離效率由下式計算 ti= (Sm-Sf) /Sm
其中Sm=原料(過濾前漿液)中的固含量；Sf=產(chǎn)品(濾液區(qū)引 出的清液)中的固含量。
實施例1 3說明沉降區(qū)2內(nèi)具有擋板，將沉降區(qū)分隔為擾流區(qū)、穩(wěn)流區(qū)
和氣液分離區(qū)的環(huán)流反應(yīng)器的分離效果。
實施例1
采用如附圖1所示的反應(yīng)器，所述擾流區(qū)20與穩(wěn)流區(qū)19被圓筒狀擋板 分開，所述穩(wěn)流區(qū)19底部通過擋板底部開孔與反應(yīng)區(qū)連通。其中，反應(yīng)區(qū)尺 寸為070x3200mm;沉降區(qū)擴大段管徑為150mm，高為1000mm;圓筒狀擋 板尺寸為070 x700mm,擋板底部開有6個012的孔；下降管外管尺寸為 070 x 2000mm,內(nèi)過濾管材質(zhì)為金屬^t孔膜，該濾管尺寸為030 x 1800mm, 平均孔徑1.0|im。
催化劑的組成為:含有20.3重量°/。的Co203， 76.1重量％的Si02, 3.6重 量％的MgO。制備方法是將含有Co (N03) 3和Mg (N03) 2的溶液浸漬Si02 微球載體，靜置24小時，然后12(TC干燥，并于400。C焙燒6小時得到粒徑 范圍為1 100nm的催化劑。
催化劑裝載量為15% (體積百分含量)。原料為合成氣(H2: CO的摩爾 比為2: 1)，相對于催化劑質(zhì)量的空速為2.0 NLg"h人在壓力為3.0MPa、溫 度為200 220。C的條件下與催化劑接觸反應(yīng)。當下降管內(nèi)外管間的壓差大于 0.5MPa時，反沖洗系統(tǒng)開始運行，用泵將產(chǎn)品清液引入外管，并通過過濾管 壁進入內(nèi)管，將濾餅沖洗到漿液中，并隨著漿液向下流動返回上升管。這個 過程持續(xù)幾秒鐘，當內(nèi)外管間的壓差低于0.1MPa時，反沖洗系統(tǒng)關(guān)閉，漿態(tài) 床反應(yīng)器恢復到正常操作狀態(tài)。清液經(jīng)分餾處理后，產(chǎn)品分布為含有6.3重量％的干氣，3.6重量％的液化氣，13.4重量％的石腦油，30.7重量％的柴油， 46重量％的硬蠟。
在此過程中，由管線10引出的清液流量為1.7L/h，反沖洗周期為120 小時，合成氣中CO單程轉(zhuǎn)化率為92.4%。液態(tài)產(chǎn)品中固體顆粒的含量小于 3|ig/ml,顆粒的最大直徑為lpm。分離效率為99.5%。
實施例2
釆用如附圖2所示的反應(yīng)器，所述擾流區(qū)20與穩(wěn)流區(qū)19被圓筒狀擋 板分開，所述穩(wěn)流區(qū)19底部通過導流管17與反應(yīng)區(qū)下部連通。其中，反應(yīng) 區(qū)尺寸為0280 x 3600mm;沉降區(qū)擴大段管徑為450mm，高為1000mm;圓 筒狀擋板尺寸為0280 x 700mm,導流管共6根，尺寸分別為012 x 3000mm 和012xl5OOmm，交錯排列；下降管外管尺寸為0280 x 2000mm，內(nèi)過濾管 材質(zhì)為金屬微孔膜，平均孔徑為0.2|im，如圖6所示7根并聯(lián)，每根的尺寸為 030 x腦Omm。
反應(yīng)器中預先引入含有固體顆粒的漿液160升，漿液中顆粒粒徑范圍 為1 ~ 100(im,將空氣引入反應(yīng)器后的表觀氣速為0.06米/秒。由管線10引出 的清液從底部返回反應(yīng)器。當下降管內(nèi)外管間的壓差大于0.5MPa時，反沖洗 系統(tǒng)開始運行，用泵將產(chǎn)品清液引入外管，并通過過濾管壁進入內(nèi)管，將濾 餅沖洗到漿液中，并隨著漿液向下流動返回上升管。這個過程持續(xù)幾秒鐘， 當內(nèi)外管間的壓差低于0.1MPa時，反沖洗系統(tǒng)關(guān)閉，漿態(tài)床反應(yīng)器恢復到正 常操作狀態(tài)。
在此過程中，由管線10引出的清液流量為210L/h,反沖洗周期為100 小時，液態(tài)產(chǎn)品中固體顆粒的含量小于5嗎/ml，顆粒的最大直徑為l(im。分 離效率為99.9% 。
實施例3
采用如附圖3所示的反應(yīng)器，所述擾流區(qū)20與穩(wěn)流區(qū)19被錐形圓筒 狀擋板分開，所述錐形圓筒狀擋板通過支架21固定在所述上升管內(nèi)壁上，所 述穩(wěn)流區(qū)19底部通過導流管17與反應(yīng)區(qū)下部連通。其中，反應(yīng)區(qū)尺寸為0280 x 3600mm;沉降區(qū)擴大^史管徑為450mm,高為1500mm;帶有導流管的漏斗 狀擋板大口尺寸為015Ox 750mm,導流管尺寸為040 x 2800mm;下降管外
15管尺寸為0100 x 1200mm,內(nèi)過濾管材質(zhì)為金屬微孔膜，平均孔徑為ljmi， 如圖6所示7根并聯(lián)，每根的尺寸為030 x 1000mm。
反應(yīng)器中預先引入含有固體顆粒的漿液160升，漿液中顆粒粒徑范圍 為l~100nm，氣相為，將空氣從進料口 14引入反應(yīng)器，在反應(yīng)區(qū)的表觀氣 速為0.08米/秒，由管線10引出的清液從底部返回到反應(yīng)器。當下降管內(nèi)外 管間的壓差大于0.5MPa時，反沖洗系統(tǒng)開始運行，用泵將產(chǎn)品清液引入外管， 并通過過濾管壁進入內(nèi)管，將濾餅沖洗到漿液中，并隨著漿液向下流動返回 上升管。這個過程持續(xù)幾秒鐘，當內(nèi)外管間的壓差低于0.1MPa時，反沖洗系 統(tǒng)關(guān)閉，漿態(tài)床反應(yīng)器恢復到正常操作狀態(tài)。
在此過程中，由管線10引出的清液流量為250L/h,反沖洗周期為100 小時，液態(tài)產(chǎn)品中固體顆粒的含量小于5(ig/ml，顆粒的最大直徑為lpm。分 離效率為99.9%。
權(quán)利要求
1、一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，包括上升管和至少一根下降管(3)，其特征在于上升管由反應(yīng)區(qū)(1)和管徑擴大的沉降區(qū)(2)組成，沉降區(qū)(2)的頂部設(shè)有排氣口(13)，每根下降管(3)內(nèi)被過濾介質(zhì)(4)分成濾液區(qū)(5)和漿液區(qū)(6)，其中濾液區(qū)(5)與液體出料口(10)連通，漿液區(qū)(6)的兩端分別與上升管(1)的兩端相連通，所述沉降區(qū)(2)內(nèi)具有大致沿豎直方向設(shè)置的擋板，其中所述擋板的上部邊緣距所述沉降區(qū)的頂部的距離占所述沉降區(qū)總高度的1/10～9/10，沉降區(qū)內(nèi)在所述擋板上部邊緣以上的部分為氣液分離區(qū)，而沉降區(qū)在該上部邊緣以下的部分則被所述擋板分為擾流區(qū)(20)和穩(wěn)流區(qū)(19)，所述擾流區(qū)(20)緊鄰反應(yīng)區(qū)(1)并與反應(yīng)區(qū)(1)直接連通，而所述穩(wěn)流區(qū)(19)的上部與所述擾流區(qū)直接連通，所述穩(wěn)流區(qū)(19)底部經(jīng)開孔(18)或?qū)Я鞴?17)與反應(yīng)區(qū)(1)直接連通，并且所述下降管(3)在所述穩(wěn)流區(qū)(19)的上部經(jīng)連接管(16)與所述上升管連通，并且所述連接管(16)連接穩(wěn)流區(qū)(19)位置在所述擋板上部邊緣與所述開孔(18)或?qū)Я鞴?17)與擋板連接位置的豎直距離的1/10到9/10范圍。
2、 按照權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于所述擾流區(qū)(20)與所述穩(wěn)流區(qū) (19)被圓筒狀擋板分開，并且所述擋板底部與所述上升管的內(nèi)壁相連接，所述擾流區(qū)(20)位于所述圓筒狀擋板內(nèi)部，所述穩(wěn)流區(qū)環(huán)繞在所述圓筒狀 擋板外部，所述穩(wěn)流區(qū)(19)底部通過導流管(17)穿過圓筒壁與反應(yīng)區(qū)(1 ) 底部直接連通。
3、 按照權(quán)利要求2的反應(yīng)器，其特征在于所述圓筒狀擋板底部的直徑與該 擋板其他部分的直徑相同或不同。
4、 按照權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于所述擾流區(qū)(20)與所述穩(wěn)流區(qū) (19)被錐形圓筒狀擋板分開，所述錐形圓筒狀擋板通過支架(21)固定在所述上升管的內(nèi)壁上，所述穩(wěn)流區(qū)(19)位于所述錐形圓筒狀擋板內(nèi)部，而 所述擾流區(qū)(20)位于漏斗狀擋板外部，所述穩(wěn)流區(qū)(19)通過漏斗狀擋板 底部的導流管(17)與反應(yīng)區(qū)(1)的下部直接連通。
5、 按照權(quán)利要求l、 2、 3或4的反應(yīng)器，其特征在于上升管下部反應(yīng)區(qū) (1)和上部沉降區(qū)(2)的管徑比為1: 1.1 ~ 10。
6、 按照權(quán)利要求l、 2、 3或4的反應(yīng)器，其特征在于所述的液體出料口 (10)經(jīng)閥(9)連接反沖洗系統(tǒng)。
7、 按照權(quán)利要求1、 2、 3或4的反應(yīng)器，其特征在于連接下降管(3 )和 上升管(1)下端的管線(7)上設(shè)置有固體放料口 (11)和固體加料口 (12)。
8、 權(quán)利要求1 ~5的反應(yīng)器的應(yīng)用方法，其特征在于原料由進料口 ( 14) 進入反應(yīng)器，和上升管反應(yīng)區(qū)(1 )中的漿液混合，混合后的漿液在反應(yīng)區(qū)(1 ) 中反應(yīng)，同時向上流動，從反應(yīng)區(qū)(1)上端管口首先流至沉降區(qū)(2)的擾 流區(qū)(20)，再由擾流區(qū)(20)溢流至穩(wěn)流區(qū)(19)，在所述擾流區(qū)(20)、穩(wěn) 流區(qū)(19)和上部的氣液分離區(qū)進行氣液分離，氣體從頂部的排氣口 (13) 排出反應(yīng)器，較粗的顆粒依靠重力沉降，由所述的擾流區(qū)(20)直接返回到 反應(yīng)區(qū)(1)中，或者沉降到穩(wěn)流區(qū)(19)底部，再經(jīng)由開孔(18)或?qū)Я鞴?17)回到反應(yīng)區(qū)(1)中，含有較細顆粒的漿液從穩(wěn)流區(qū)(19)上部經(jīng)連接 斜管(16)進入下降管(3)中；漿液主體在漿液區(qū)(6)內(nèi)沿軸向向下流動， 而其中一部分液體在過濾介質(zhì)(4)兩側(cè)壓差的推動下通過過濾介質(zhì)(4)進 入濾液區(qū)(5)，并最終作為產(chǎn)品引出，固體顆粒則隨漿液主體繼續(xù)向下流動 通過管線(7)返回到上升管(1)中繼續(xù)參與反應(yīng)。
9、 按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于氣體進料在上升管反應(yīng)區(qū)(1)中 的表觀氣速為0.01 ~ 1.0米/秒。
10、 按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述的表觀氣速為0.04-0.5米/秒。
11、 按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于當過濾介質(zhì)層兩側(cè)壓差高于第一 設(shè)定值時，反沖洗系統(tǒng)開始工作，此時濾液區(qū)(5)的上端和沉降區(qū)(2)的 連通切斷，液體出料口 (IO)和反沖管線連通，反沖洗介質(zhì)反向沖洗過濾介 質(zhì)(4)，當壓差低于第二設(shè)定值時，沖洗過程結(jié)束，此時液體出料口和反沖 洗管線斷開，系統(tǒng)恢復到正常操作狀態(tài)。
12、 按照權(quán)利要求11的方法，其特征在于所述第一設(shè)定值的范圍為0.1 ~ l.OMpa，所述的第二設(shè)定值的范圍為0.05~0.8Mpa。
13、 按照權(quán)利要求11的方法，其特征在于所述的反沖洗介質(zhì)為氣體或液體。
14、 按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述的反沖洗介質(zhì)為產(chǎn)品清液或 反應(yīng)尾氣。
15、 按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述的反沖洗介質(zhì)為產(chǎn)品清液。
16、 權(quán)利要求9的方法在費托合成生產(chǎn)液體烴或石蠟中的應(yīng)用，其特征在 于原料為合成氣，催化劑的活性組分含有Fe和/或Co，上升管反應(yīng)區(qū)(1)內(nèi) 的操作條件為溫度為200 ~ 300°C ,壓力為1.0-5.5Mpa,相對于催化劑質(zhì)量 原料空速為1.0 8.0Nlg" h人
全文摘要
一種漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器，包括上升管和至少一根下降管3，上升管由反應(yīng)區(qū)1和管徑擴大的沉降區(qū)2組成，沉降區(qū)2的頂部設(shè)有排氣口13，每根下降管3內(nèi)被過濾介質(zhì)4分成濾液區(qū)5和漿液區(qū)6，其中濾液區(qū)5與液體出料口10連通，漿液區(qū)6的兩端與上升管1的兩端相連通，將沉降區(qū)2分隔為穩(wěn)流區(qū)19和擾流區(qū)20，其中，穩(wěn)流區(qū)19的上部經(jīng)管線16和下降管3連通，穩(wěn)流區(qū)19底部經(jīng)開孔18或?qū)Я鞴?7與反應(yīng)區(qū)1直接連通，本發(fā)明提供的漿態(tài)床環(huán)流反應(yīng)器可以實現(xiàn)固體催化劑顆粒、液態(tài)產(chǎn)品和反應(yīng)氣體的連續(xù)高效分離，氣液固三相連續(xù)出料，將沉降區(qū)分隔為擾流區(qū)和穩(wěn)流區(qū)減小了由反應(yīng)區(qū)上升的漿液對沉降區(qū)內(nèi)沉降顆粒的擾動，提高了沉降區(qū)的分離效率，減小了下降管過濾的負荷，從而提高了整個反應(yīng)器的處理量和分離效率，并且延長了反沖洗周期。
文檔編號B01J8/22GK101314120SQ200710099848
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者侯栓弟, 唐曉津, 孟慶功, 張占柱, 毛俊義, 王少兵, 胡立峰 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院