一種漿態床反應設備及其應用方法

2023-10-04 01:07:19 5

專利名稱：一種漿態床反應設備及其應用方法
技術領域：
本發明涉及將固體微粒從液體中分離出來的設備和方法，更具體地 說，涉及一種用於漿態床反應系統中液體與固體顆粒連續分離的設備及其 應用方法。
背景技術：
費託(Fischer-Tropsch )合成是將合成氣經催化劑作用轉化為液態烴 的重要方法。近年來，隨著石油資源的日益短缺，天然氣資源與煤炭資源 成為替代石油的重要選擇，因而費託合成技術顯示出良好的應用前景。費 託合成反應器類型主要包括固定床反應器、流化床反應器與漿態床反應 器等三類。其中，漿態床反應器結構簡單，易於移熱，能夠在較低的溫度 下合成優質石蠟，合成的石蠟產品用途廣泛，附加值高。因此利用漿態床 反應器進行低溫費託合成成為一條重要的合成油生產路線。採用漿態床反應技術存在的問題主要為漿液中物質傳遞較慢，為了 消除內擴散的影響，增大催化劑與反應物的接觸面積，催化劑一般採用幾 十微米甚至更細的顆粒，因而使得反應產物與催化劑顆粒難於分離。如何有效地實現液固分離，成為使用漿態床反應過程的關鍵技術。目 前，在漿態床反應系統中實現固液分離較為通用的是沉降技術，其分離的 原理為在沉降裝置內，利用懸浮的固體顆粒的本身的重力使其下沉而與液 體產物分離。US 6068760、 WO 02/097007 A2均公開了採用沉降技術實現漿態床反 應液固分離的方法，將反應後的漿液引出反應器，通過一根沉降管後，漿 液進入沉降管進行沉降，上層清液排出作為產品，而下層含有大量催化劑 顆粒的稠漿返回反應器循環。EP 1405664 Al公開的分離方法是將引出反應器主體的漿液直接引入 沉降罐。沉降罐中設有擋板，且擋板高度高於沉降罐中液位高度，因此漿 液流過擋板與罐體底部的縫隙後，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器主體。利用單一的沉降技術實現較為完全的固液分離，得到固體含量極小的 液體產物則要求沉降裝置必須體積很大以保證足夠的沉降時間，這就造成了設備的大部分面積與空間被沉降裝置佔用，生產效率較低。此外粒徑越 小的催化劑，越有利於費託合成進行，而同時在反應過程中催化劑磨損會 產生粒徑極小的固體粉末，但是對於粒徑為幾微米或者粒徑更小的催化劑 顆粒沉降技術的分離效果不佳。CN 1433838A公開了 一種漿態床反應器中液體合成油與固體催化劑 的分離方法和設備，該方法將含催化劑顆粒的油漿引入一組分離單元，進 行沉降分離後，在沉降單元的底部施加強磁場以加速固液分離速度，但其 申請的分離設備處於反應器主體內，由於費託合成反應器直逕往往在5米 以上，反應器內很難產生均勻的磁場，且設備笨重，造價昂貴；同時無法 對產生磁化的催化劑進行消磁，造成磁化催化劑的團聚，進而使得反應器 不能正常操作；另外對於催化劑磨損產生的粒徑極小的非磁性粉末的分離， 該專利並未提出有效的分離方法。WO 94/16807公開了 一種在反應器內過濾漿液實現固液分離的方法， 但是一旦夂崔化劑顆粒堵塞過濾組件，則過濾組件的再生困難，因而不利於 大規模連續生產。因此必須採用更為有效的固液分離技術應用於費託合成 此類漿態床反應過程，實現催化劑顆粒與合成油產品的完全分離。發明內容本發明的目的是提供一種簡便有效地實現氣液固三相連續分離的漿 態床反應設備。本發明的另 一個目的是提供一種漿態床反應設備應用於漿態床反應 實現氣液固三相連續分離的方法。本發明提供的漿態床反應設備包括上升管反應器1和沉降管4，上升 管反應器1的下部為反應區14,上部為管徑擴大的沉降區2,沉降區2的 頂部設有排氣口 6，上升管反應器1的底部設有進料口 3和氣體分布器5， 管線7用於連接沉降區2和沉降管4，且開口位置處於在沉降管4的內部，
沉降管4下部為f茲分離區15，其下端通過4焦形噴口 10、回流管11與上升 管反應器l的下端相連通，沉降管4上部設置液體出料口 13。本發明提供的設備中，所述的上升管反應器1上部的沉降區2通過錐 形體與下部反應區14相連。其中沉降區2的高度為上升管反應器1總高的 0.1 ~ 0.5，沉降區2和反應區14的管徑比為1.1 ~ 10: 1，優選1.5-4: 1。本發明提供的設備中，還可以在所述的上升管反應器1上部的沉降區 2和沉降管4之間設置換熱器，可以是一個或多個，目的在於將反應過程 中生成的部分熱量移出上升管反應器1,並與換熱設備交換熱量，有利於 保持上升管反應器1內溫度穩定。本發明提供的設備中，所述的管線7在沉降管4內部的開口位置可以 處於沉降管4內的任何位置，優選開口處於沉降管4的底部。本發明提供的設備中，所述的磁分離區15外設置磁分離系統8。磁分 離系統8可以是在磁分離區15外壁上纏繞通電電磁線圈和/或設置永磁鐵 的方式實現。所述的磁分離區15下部設計錐形噴口 lO連接回流管ll，在 此，催化劑加速運動，返回上升管反應器l循環使用。磁分離區15後還可 以設置消磁區，使在磁分離區15磁化聚集的催化劑顆粒消磁，以M催化 劑顆粒；消磁區可以通過在回流管11外壁纏繞金屬線圈，定期通高頻交流 電流產生高頻交變磁場實現消磁功能。本發明提供的設備中，所述的沉降管4的底部設置催化劑進料口和催 化劑卸料口。催化劑進料口和催化劑卸料口用於在線置換催化劑，如投 入新鮮催化劑，卸去磨損、磁化或者失活的催化劑。本發明提供的設備中，所述的液體出料口 13還可以連接過濾系統。過 濾系統為一套以上獨立工作的包括過濾介質與反吹系統的過濾設備。本發明還提供了上述的漿態床反應設備的應用方法，反應後的漿液經 兩次沉降、磁分離、過濾操作後實現氣固液三相連續分離。具體步驟包括 反應物料由進料口 3進入設備，在上升管反應器1中與循環漿液混合，混 合後的漿液在上升管反應器1中反應，然後向上流動至沉降區2進行氣液 分離，氣體從頂部的排氣口 6排出，較粗的催化劑顆粒依靠重力沉降返回 到反應區14，而含有較細催化劑顆粒的漿液從沉降區2經管線7進入沉降
管4中再次沉降，沉降管4中下層稠密漿液中的催化劑顆粒^昔助》茲分離區 8外加磁場的作用，加速運動通過錐形噴口 10、回流管ll返回到上升管反應器l內循環使用；沉降管4中上層清液經液體出料口 13排出作為液體產口口 o本發明提供的方法中，所述的沉降管4中上層清液還可以經液體出料 口 13後再經過濾系統9過濾後作為液體產品。上層清液引入過濾系統9， 經過濾後，除去殘存的由於催化劑磨損產生的微量粒徑極小的固體粉末， 得到合格的液體產品。可以選用兩臺過濾設備交替過濾， 一臺過濾器過濾 催化劑粉末的同時，另一臺過濾器進行反吹再生。本發明中對過濾系統9中的過濾介質的材質沒有限制，可以使用燒結 金屬絲網微孔過濾材料、燒結金屬粉末微孔過濾材料、金屬微孔膜材料、 燒結金屬纖維微孔材料、微孔陶瓷材料、陶瓷膜材料或其它類型的過濾材 料。本發明提供的方法中，所述的催化劑為磁場下可被磁化的鐵基、鎳基、 鈷基催化劑。催化劑可以是負載型的，也可以是非晶態合金類的全金屬催 化劑。固體催化劑顆粒的粒徑優選在10 M m ~ 200 ji m範圍內。本發明提供的漿態床反應設備採用外循環方式實現反應後漿液的氣 固液三相連續分離，使得漿態床反應系統中的上升管反應器完全用於反應 過程，提高了反應器的空間利用率；同時採用兩次沉降、磁分離與過濾組 合的分離技術，使得分離部分的設備體積小、效率高並且節省空間。本發明提供的漿態床反應設備的應用方法使得反應後的漿液經兩次 沉降、磁分離、過濾操作後實現氣固液三相連續分離，可以實現固體催化 劑顆粒、液態產品和反應氣體的連續高效分離，連續出料。


附圖為本發明提供的設備的示意圖。其中1-上升管反應器；2-沉降區；3-進料口； 4-沉降管；5-氣體分布器；6-排氣口； 7-上升管反應器上端排液管線；8-磁分離系統；9-過濾系統；10-4偉形噴口； 11 -回流管；12-消石茲線圈；13 -管線；14 -反應區；15-^茲分離區。
具體實施方式
下面結合附圖具體說明本發明提供的漿態床環流反應器用於費託合成 過程中液體和固體顆粒的連續分離方法，但本發明並不因此而受到限制。如附圖所示合成氣反應物從上升管反應器1的底部進料口 3經氣體 分布器5進入反應器，與其中的漿液混合進入反應區14，在上升過程中與 漿液中的催化劑顆粒接觸反應生成液態烴，液態烴和未反應的氣體與催化 劑顆粒一起上升到反應器上部的沉降區2，由於沉降區2的截面積大於反 應器下部反應區14的截面積，在這裡漿液的流速降低，較大的催化劑顆粒 藉助重力沉降返回反應區14，漿液中的氣泡破裂，未反應的氣體與漿液分 離，從頂部的排氣口 6排出；而較細顆粒的催化劑則隨液體一起經管線7 進入沉降管4中，管線7開口於沉降管4的底部，在此，漿液再次沉降， 催化劑顆粒與液態烴分離，得到上層清液與下層稠密漿液；沉降管4下部 的稠密漿液中的催化劑顆粒的在磁分離裝置8提供的外加磁場的作用下， 定向加速通過錐形噴口 10進入回流管11,回流管11外壁纏繞消磁線圈， 定期通高頻交流電流產生高頻交變磁場實現消磁功能。經消磁後的催化劑 流入上升管反應器1的底部循環使用；沉降管4上部的上層清液經管線13 進入過濾系統9,經過濾除去其中粒徑極小的催化劑粉末，得到液態烴產口C Q下面的實施例對本發明提供的方法予以進一步地說明，但並不因此而 限制本發明。實施例反應器高為10m，反應區的管徑為300mm,沉降區的管徑為600mm, 沉降區高度為反應器總高的25%;反應原料為合成氣，其中體積百分含量 為氫氣為66%, —氧化碳為34%，體積空速為1200h";催化劑為 DEGUSSA公司生產的鈷基催化劑，牌號為B2112Z,催化劑平均粒徑80
微米；反應器反應溫度為260°C，壓力為1.8MPa;沉降管下部磁分離區磁 場強度為20千安培/米，消磁區採用150千赫茲的交變電流；過濾系統採 用平均孔徑0.5微米的陶瓷膜為過濾介質，採用本發明提供的方法進行反 應，產品中固體顆粒粒徑經檢測在1微米以下，在此粒徑範圍內的固體顆 粒含量為催化劑總量的0.1 % ,因此本發明提供的分離方法的固液分離效率 為99.9%。
權利要求
1、一種漿態床反應設備，其特徵在於該設備包括上升管反應器(1)和沉降管(4)，上升管反應器(1)的下部為反應區(14)，上部為管徑擴大的沉降區(2)，沉降區(2)的頂部設有排氣口(6)，上升管反應器(1)的底部設有進料口(3)和氣體分布器(5)，管線(7)用於連接沉降區(2)和沉降管(4)，且開口位置處於沉降管(4)的內部，沉降管(4)下部為磁分離區(15)，其下端通過錐形噴口(10)、回流管(11)與上升管反應器(1)的下端相連通，沉降管(4)上部設置液體出料口(13)。
2、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的上升管反應器(1)上 部的沉降區(2)與下部反應區(14)通過錐形體相連。
3、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的上升管反應器(1)上 部的沉降區(2)和下部反應區(14)的管徑比為1.1 ~ 10。
4、 按照權利要求3的設備，其特徵在於所述的管徑比為1.5~4。
5、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的上升管反應器(1)上 端和沉降管(4)之間設置換熱器。
6、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的管線(7 )在沉降管(4 ) 內部的開口處於沉降管的底部。
7、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的磁分離區(15 )外設置 磁分離系統(8)。
8、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的磁分離區(15)後設置 消/f茲區。
9、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的液體出料口 ( 13)連接 過濾系統(9)。
10、 按照權利要求1的設備，其特徵在於所述的沉降管(4)的底部設 置催化劑進料口和催化劑卸料口 。
11、 權利要求1的設備的應用方法，其特徵在於反應物料由進料口 (3) 進入設備，在上升管反應器(1 )中與循環漿液混合，混合後的漿液在上升 管(1)中反應，然後向上流動至沉降區(2)進行氣液分離，氣體從頂部 的排氣口 (6)排出，較粗的催化劑顆粒依靠重力沉降返回到反應區(14), 而含有較細催化劑顆粒的漿液從沉降區(2)經管線(7)進入沉降管(4) 中再次沉降，沉降管(4 )中下層稠密漿液中的催^^劑顆粒藉助》茲分離區(8 ) 外加磁場的作用，加速運動通過錐形噴口 (10)、回流管(ll)返回到上升管反應器(1)內循環使用；沉降管(4)中上層清液經液體出料口 (13) 排出作為液體產品。
12、 按照權利要求11的方法，其特徵在於將沉降管(4)中上層清液 經液體出料口 (13)後再經過濾系統(9)過濾後作為液體產品。
13、 按照權利要求11的方法，其特徵在於所述的催化劑為磁場下可被 磁化的鐵基、鎳基或鈷基催化劑。
全文摘要
一種漿態床反應設備及其應用方法，該設備包括上升管反應器1和沉降管4，上升管反應器1的下部為反應區14，上部為管徑擴大的沉降區2，沉降區2的頂部設有排氣口6，上升管1的底部設有進料口3和氣體分布器5，管線7用於連接沉降區2和沉降管4，且開口位置處於在沉降管4的內部，沉降管4下部為磁分離區15，其下端通過錐形噴口10、回流管11與上升管反應器1的下端相連通，沉降管4上部設置液體出料口13。採用本發明的設備和分離方法，提高了反應器的空間利用率；同時採用沉降、磁分離與過濾組合的分離技術，使得分離部分的設備體積小、效率高並且節省空間。
文檔編號B01J8/20GK101116803SQ20061008902
公開日2008年2月6日 申請日期2006年7月31日 優先權日2006年7月31日
發明者唐曉津, 孟祥堃, 張佔柱, 張曉昕, 王少兵 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