淤漿法中細粒管理的方法和系統的製作方法

2023-05-29 07:46:31 1

專利名稱：淤漿法中細粒管理的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於管理或控制三相淤漿反應器中細粒的量的方法和系統。更特別地，本發明涉及用於控制三相烴合成淤漿泡罩塔反應器中所含催化劑細粒的量的改進方法和系統。
背景技術：
三相淤漿方法，特別地在泡罩塔中進行的那些廣泛報告於科學文獻中，因此是本領域技術人員已知的。這種三相淤漿法的實例為通過費-託法製備烴。通常，費-託法通過使合成氣(氫氣和一氧化碳)料流與固體催化劑的液體懸浮液接觸而進行。氣相通常具有1 1至3 1的氏/0)摩爾比。分散液體主要為線性烴反應產物。將氣體通過氣體分布器供入「泡罩塔反應器」底部，這產生促使催化劑顆粒懸浮在液體中的小氣泡。當合成氣上升通過塔時，它主要轉化成在反應溫度和壓力條件下為液體的烴產物。形成的那些氣態產物上升到反應器頂部，從那裡將它們除去。由於需要保持反應器中的淤漿在恆定水平，將液體產物連續或間歇地從反應器中除去。然而，這樣做時，重要的是將分散的催化劑顆粒與待除去的液體分離以保持反應器中恆定的催化劑存量。通常，分離在位於淤漿床中的過濾區進行。過濾區通常包含圓柱形過濾介質，液體產物通過所述過濾介質從外部進入內部，在那裡將液體產物收集並從反應器中除去。在一些反應器設計中，在外部過濾區中過濾液體產物，並將分離的催化劑返回反應器中。與過濾器系統相關的問題之一是過濾器效率隨時間降低，這需要補救措施如反洗滌過濾介質、除去和清潔過濾器元件或置換它。過濾器效率降低主要是由於液體產物中存在稱為「細粒」的非常小的催化劑顆粒，其導致過濾器阻塞。反應器中催化劑細粒的存在是由於在反應器容器中存在的湍流流體動力學條件下隨時間過去發生的催化劑磨耗。因此， 需要將淤漿反應器中的催化劑細粒濃度保持在避免操作問題如過濾阻力提高的水平下。美國專利6，096，789公開了一種在費-託淤漿法中不使用過濾器，而使用旋液分離器將液體產物與固體催化劑分離的方法。在所公開的方法中，將液體產物淤漿順序地送入兩個旋液分離器中，將在各個旋液分離器中回收的固體催化劑返回費-託反應器中。據所知，旋液分離器使用離心力原理基於密度、大小或形狀分離固體顆粒和流體。 存在兩類旋液分離器，軸向和切向。兩類旋液分離器基於相同原理工作並類似地進行，它們之間的區別是將進料引入旋液分離器中的方式。切向旋液分離器具有圓形主室和用於將進料成切線地引入室中的入口。旋液分離器還包括稱為渦淋(vortex finder)的管，其由上透入主室。在一些設計中，圓錐向下延伸並在稱為頂點的開口處終止。在其它設計中，主室與在用於除去底流料流的開口中終止的直管部分連通。當將進料成切線地引入主室中時， 賦予進料漩渦運動，導致更密相作為底流料流向外和向下進行通過頂點或管開口，同時較小密相作為溢流料流向上移動通過渦淋。軸向旋液分離器具有圓形主室和用於通過賦予進料旋轉運動的一系列葉片將進料軸向地引入室中的入口。這些旋液分離器還包括稱為渦淋的管，其透入主室。與切向流旋液分離器一樣，軸向流旋液分離器也可由主室在圓錐或直管部分中終止，所述圓錐或直管部分在稱為頂點的開口處終止。當將進料引入主室中時，通過入口處的一系列葉片賦予進料渦流運動，導致更密相作為底流料流向外和向下進行通過頂點，同時較小密相移動進入主室中心處的渦淋並通過連接在渦淋上的導管除去。如上所述，美國專利6，096，789的方法使用兩個旋液分離器將固體催化劑與液體產物分離。然後將分離的固體催化劑返回費-託反應器中。因此，沒有嘗試將淤漿反應器中的催化劑細粒濃度控制在避免操作問題如過濾阻力提高的水平下。相反，本發明以通過使用特殊設計的旋液分離器控制淤漿反應器中的催化劑細粒濃度為目的。儘管旋液分離器在結構上簡單，但經驗已顯示出，當用於三相系統的處理中時，發生的渦流多相流充其量代表對具有任何合理置信度的數學模型的明顯挑戰。發明概述本發明提供一種用於控制三相淤漿泡罩塔反應器中細粒含量的方法和系統。所述方法包括將一部分淤漿引入旋液分離器中，所述旋液分離器適於除去在旋液分離器的底流中超過98重量％、優選約98. 5重量％或更多粗粒催化劑，並提供含催化劑細粒的溢流料流。包含粗粒催化劑的底流料流保留在反應器中的淤漿中，同時轉移含細粒的溢流料流以清除或進一步處理。在本發明一個實施方案中，所用旋液分離器具有用於除去底流料流的開口，所述開口的面積大於渦淋開口的面積。本發明各個實施方案描述於以下詳述中。附圖簡述

圖1為用於本發明三相淤漿法的細粒管理系統的示意圖。圖2、3和4為用於系統中的旋液分離器的示意圖。圖5為本發明細粒管理系統的另一實施方案的示意圖。圖6和7為顯示具有不同幾何的旋液分離器的負載20重量％固體的淤漿的分離效率的圖。圖8和9為顯示具有不同幾何的旋液分離器的負載50重量％固體的淤漿的分離效率的圖。發明詳述本發明適用於在三相淤漿反應器中進行的化學反應。這種化學反應的具體實例為費-託合成法，為了方便，特別參考費-託烴合成法描述本發明。適當地，用於費-託合成法的反應器為包含用於含懸浮於液相中的催化劑的垂直容器的泡罩塔反應器，合成氣通過所述容器起泡。還適當地，反應器包括一個或多個氣體脫離垂直降液管，其幫助淤漿循環通過反應器。通常，反應器還含有包含一種或多種多孔過濾介質的過濾系統，所述過濾介質容許液體產物通過以除去。當然，任選過濾器系統可位於反應器的外部。在任一情況下，一般將濾液送入另外的加工和提升。如前所述，合成氣包含摩爾比為1 1至3 1、優選2.1 1的H2和CO。任何能在費-託反應中為活性的催化劑可用於本發明中。優選催化劑包含在合適無機載體材料上的有效量Co和Re、Ru、Fe、Ni、Th、&、Hf、U、Mg和La中一種或多種。在反應條件下為液體的那些線性烴反應產物包含在反應器中的淤漿液體。費-託反應在分別為約320-850° F、80_600psi 和 100-40，000V/hr/V 的溫度、壓力和氣時空速下進行，氣時空速表示為標準體積的合成氣混合物(0°C，Iatm)/小時/體積催化劑。為了方便，通過參考圖1所示切向旋液分離器描述方法和系統；然而，此處涉及的原理同樣適用於軸向旋液分離器，因此，本發明不限於切向旋液分離器。如圖1所示，細粒除去系統包含位於泡罩塔反應器容器10內的降液管9。降液管9包含具有氣體脫離頂杯 12的段11。旋液分離器14在其切向頂開口處經由導管15與降液管11的氣體脫離杯12 可操作地連通。如圖1所示，旋液分離器14具有用於除去溢流料流的頂部導管16和用於除去底流料流的底部導管17。任選，旋液分離器14可位於反應器10內，但優選，如圖1所示，它位於反應器10 的外部。還如圖1所示，導管17與容器10可操作地連通。如果需要，可如所示提供閥19和20以從杯12將脫氣淤漿計量加入通過旋液分離器14。在操作中，將例如含約0. 05重量％至約1. 00重量％催化劑細粒的負載細粒料流從氣體脫離杯12中取出並供入旋液分離器14中。基本上，從杯12中取出的速率為降液管水力學的函數。在任何情況下，將富含細粒的溢流料流從旋液分離器中除去以進一步濃縮並分離，同時將富含大催化劑的底流料流返回反應器10中。大催化劑意指直徑等於或為約10 μ m以上，例如約10-200 μ m,優選20-150 μ m的
催化劑顆粒。細粒意指直徑為約10 μ m以下，通常直徑為小於約1 μ m的固體顆粒。如圖1所示，當將淤漿從降液管中取出時，提供閥21用於控制。用於固體/液體分離的典型旋液分離器使用小於渦淋直徑的頂點直徑設計。這可產生大於底流料流的溢流料流流率，如果太多液體通過溢流除去，則旋液分離器錐形部分中的粗粒催化劑濃度可達到類似於沉降催化劑的濃度。在這些高濃度下，底流通過頂點的流率可降低或甚至停止。這迫使粗粒催化劑離開溢流，降低粗粒催化劑回收。如前所述，本發明一個方面為使用旋液分離器，所述旋液分離器適於在淤漿固體負載範圍內，例如旋液分離器進料料流中約11重量％ -約55重量％的固體負載範圍和至少0. 10重量％催化劑的細粒水平，優選約0. 40重量％催化劑或更多的細粒水平，除去旋液分離器底流料流中超過約98重量％、優選約98. 5重量％或更多的粗粒催化劑。在本發明的具體實施方案中，用於控制三相淤漿塔中的細粒濃度的旋液分離器具有用於除去底流料流的末端開口，所述開口的面積大於渦淋開口的面積。這種合適的旋液分離器顯示於圖2中。如圖2所示，用於本發明中的旋液分離器14包含用於將細粒和粗粒的液體淤漿引入圓柱形主室沈中的切向入口 25。主室沈具有頂部27，軸向管或渦淋觀通過該頂部27 延伸至室沈中。從室沈下垂著在底部開口或頂點30處終止的圓錐部分四。渦淋觀用於除去含懸浮細粒的溢流料流，而頂點30用於除去含粗粒催化劑顆粒的底流料流。本發明還可使用軸向旋液分離器實現。顯示渦淋具有面積為Al的開口和頂點開口具有面積A2。在本發明中，A2與Al之比為大於1. 00，優選為大於約1. 56，例如至多約2. 25以便當淤漿含有高固體負載時有效地分離粗粒固體。事實上，具有必須面積比的旋液分離器適於在固體負載範圍為約11重量％ -約55重量％的淤漿固體負載下控制淤漿反應器細粒含量，特別優選在約40重量％ 以上的固體負載下，尤其是在約50重量％ -約55重量％的負載下使用。反過來參考圖1，圖2中的旋液分離器用於控制淤漿反應器10中的催化劑細粒的聚集。因此，淤漿反應器系統包括用於經由管15接收反應器淤漿的旋液分離器14。旋液分離器14適於提供含大於約98重量％和大於98. 5重量％粗粒催化劑的底流料流，理想地操作以提供從進料至底流或溢流大於約5psi，優選大於約lOpsi，至多約35psi的壓降。該底流料流經由管17返回反應器10中。來自旋液分離器14的溢流料流經由管16除去以清除或進一步處理，例如在該料流中將細粒與液體分離。有利地，如果有的話，則很少的粗粒催化劑含在溢流料流中，因此避免需要另外的加工步驟以除去粗粒催化劑。此外，反應器中催化劑細粒的濃度保持在可接收的低水平，從而容許主產物/催化劑分離系統的有效操作。在圖1實施方案中，主催化劑/產物分離系統顯示為位於反應器10中的過濾器管束32。過濾器管束32包含強制通風系統33，其具有連接和通向強制通風系統33的多個垂直布置的伸長空心過濾元件34。提供收集導管35以從反應器10中除去濾液。圖3闡述也適用於本發明中的切向流旋液分離器。在這種情況下，旋液分離器不具有圓錐部分。如所示，旋液分離器314具有切向入口 325和圓柱形主室326。主室3 具有頂部327，渦淋3 通過頂部327具有面積為Al的開口。室3 在用於除去底流料流的開口中的遠端終止，所示開口具有面積A2。圖4示意性地闡述用於本發明中的一類軸向流旋液分離器。如所示，旋液分離器 414具有用於將進料引入旋液分離器中的軸向入口 425。一系列葉片431位於主室426的入口端以賦予進料漩渦運動。渦淋4 位於主室426內。渦淋428中的開口具有面積Al， 主室似6在其遠端具有開口，所述開口具有用於除去底流料流的具有面積D2的開口。在圖5所示本發明可選擇和優選的實施方案中，含催化劑的淤淤漿流經由管15從容器10的頂部除去。除去的淤漿然後在脫氣容器50中脫氣，其中氣體經由頂部管51除去， 脫氣淤漿經由管52供入旋液分離器14中。如圖1實施例一樣，旋液分離器14具有用於除去溢流料流的頂部導管16和用於除去底流料流的底部導管17。提升器53與導管17和容器10連通，以通過將含氫氣體或惰性氣體經由管M注入提升器53中而使底部料流17返回容器10中。
實施例在以下實施例中，使用三種不同的切向旋流器幾何進行一系列固體分離。每個具有如圖2所示在頂點開口處終止的圓錐部分。頂點開口面積與渦淋開口面積之比分別為 0. 88、1. 56 和 2. 56。實施例1在該系列分離中，以20重量％固體負載將固體在液體中漿化。測試結果在圖5和 6中給出。
圖5顯示各個旋液分離器的溢流細粒除去效率。可以看出，所有旋液分離器幾何可以以類似的效率從系統中除去細粒。圖6顯示各個旋液分離器的底流粗粒固體保持效率。圖6說明用頂點面積大於渦淋面積的旋液分離器實現較高的粗粒保持效率。數據還說明在大於約5psi的壓降下操作旋液分離器對於實現高粗粒固體回收率而言是理想的。實施例2進行類似於實施例1的一系列分離，不同之處在於淤漿具有50重量％的固體負載。如在圖7中可以看出，所有旋液分離器幾何以類似的效率從系統中除去細粒。然而，圖 8顯示當在大於約IOpsi的壓降下操作時，僅頂點面積大於渦淋面積的旋液分離器能實現約98重量％的粗粒催化劑回收率。
權利要求
1.一種用於控制淤漿中催化劑細粒含量的三相淤漿泡罩塔反應器系統，其包括包含具有在液體中的固體催化劑顆粒的淤漿的反應器，用於接收一部分淤漿以在其中分離成含催化劑細粒的溢流料流和含粗粒催化劑的底流料流的旋液分離器，所述旋液分離器適於回收超過98重量％在旋液分離器中接收的底流料流中的粗粒催化劑並用於使粗粒催化劑返回淤漿中；和用於除去旋液分離器溢流料流的裝置，由此控制淤漿中的催化劑細粒含量。
2.根據權利要求1的系統，其中所述旋液分離器適於回收大於約98.5重量％的粗粒催化劑。
3.根據權利要求2的系統，其中所述旋液分離器具有底流除去開口和渦淋開口，且其中底流開口面積大於渦淋開口面積。
4.根據權利要求3的系統，其中所述底流開口面積與渦淋面積之比為大於1.00。
5.根據權利要求4的系統，其中所述比為大於約1.5。
6.根據權利要求5的系統，其包括用於將液體產物與控制細粒含量的淤漿分離的過濾器裝置。
7.根據權利要求6的系統，其中所述旋液分離器位於淤漿反應器的外部。
8.根據權利要求7的系統，其中所述旋液分離器位於淤漿反應器內。
9.根據權利要求6的系統，其中所述過濾器裝置位於淤漿反應器中。
10.一種費-託烴合成方法，其中使合成氣在含懸浮在液體產物中的催化劑顆粒的淤漿泡罩塔反應器中反應，且其中通過過濾器裝置將液體產物與催化劑顆粒分離，所述過濾器裝置定期地被細催化劑顆粒堵塞，其中改進包括通過將淤漿料流在足以提供大於約5psi 的壓降的條件下引入旋液分離器中以提供催化劑細粒溢流料流和含粗粒催化劑的底流料流而控制反應器淤漿中的催化劑細粒含量，所述旋液分離器適於在底流料流中回收在旋液分離器中引入料流中的大於98重量％粗粒催化劑並用於使粗粒催化劑返回淤漿中，由此控制淤漿中的催化劑細粒含量，從而使過濾器裝置的堵塞最小化。
11.根據權利要求10的改進方法，其中所述淤漿包含約11重量％-約55重量％的催化劑負載，且其中底流開口面積與渦淋開口面積之比為大於約1.00。
12.根據權利要求11的改進方法，其中所述底流開口面積與渦淋開口面積之比為約 1. 5-約2. 5，且催化劑負載為約50重量％ -約55重量％。
13.—種控制淤漿泡罩塔反應器中催化劑細粒含量的方法，其中所述淤漿含高固體負載，所述方法包括將一部分反應器淤漿給料通過旋液分離器以提供催化劑細粒溢流料流和粗粒催化劑底流料流，所述給料在足以提供由進料至底流料流的壓降為大於約IOpsi的條件下進行， 且所述旋液分離器適於回收在底流料流中大於98重量％的粗粒催化劑；將底流料流返回到反應器中的淤漿中；使溢流料流進入不同於淤漿反應器的點，由此控制淤漿反應器中的細粒含量。
14.根據權利要求14的方法，其中所述旋液分離器具有面積為A2、用於除去底流料流的開口，所述面積A2大於用於除去溢流料流的開口的面積Al。
15.根據權利要求15的方法，其中A2與Al之比為大於約1.5。
全文摘要
提供一種用於控制三相淤漿泡罩塔反應器中細粒的量的方法和系統。該方法包括將一部分淤漿引入旋液分離器中，所述旋液分離器適於回收旋液分離器底流料流中超過98重量％的粗粒催化劑和提供含催化劑細粒的溢流料流。使底流料流返回淤漿塔中，同時轉移含細粒的溢流料流以清除或進一步處理。通過提供底流料流開口大於溢流料流開口的旋液分離器，將含高固體負載細粒的淤漿與粗粒固體分離，由此有效地控制淤漿塔中的細粒含量。
文檔編號C10G2/00GK102316968SQ200980156765
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月18日 優先權日2008年12月18日
發明者J·L·索託 申請人:埃克森美孚研究工程公司