一種內循環式漿態床反應器及其應用的製作方法

2023-09-13 15:36:45 1

專利名稱：一種內循環式漿態床反應器及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種漿態床反應器，更具體地說，是一種內循環式漿態床反應器，以及其在煤直接加氫液化工藝、油煤臨氫共煉工藝或費託合成工藝中的應用。
背景技術：
漿態床反應器主要應用於生物化工、汙水處理、醫藥化工、農副產品加工、精細化工、石油化工、煤化工、化工冶金等領域。由於反應器內可以存在各種氣體、液體以及微粒尺寸的固體，所以此類反應器設計和操作參數很多。根據反應機理的不同，漿態床的設計要求差異很大。有的漿態床在常溫常壓下操作，有的在常溫高壓下操作，有的在常壓加溫下操作，有的在加溫加壓下操作。在煤直接液化或油煤共煉工藝中，採用超細催化劑可以減少催化劑用量，從而提出了漿態床設計要求。反應特點要求反應器內漿液以較大的流速運動，從而增強熱、質傳遞作用。採用外循環方式時需要循環泵。這種循環泵操作在高壓、高溫狀態下，而且漿液中含有一定量的固體微粒，磨損現象無法避免，所以對循環泵的要求十分苛刻。內循環同樣可以提高床層中液體流動速率，但需要解決死角問題、氣體分配問題、內置氣升管設計等問題。申請號為20061008；3439. 0和200610089023. χ的專利分別公開了一種漿態床環流反應器和一種漿態床反應設備，兩者均採用外循環形式實現漿液循環流動。申請號為200710037008. 5的專利公開了一種帶內循環和外部換熱的漿態床反應裝置及其應用。其內循環是指反應器底部存在的氣體內循環，該反應器主要用於合成氣生產液體燃料。申請號為200720155903的中國專利公開一種新型內循環漿態床反應器，用於合成氣製取烴類、醇類、醚類、脂類等有機物。該反應器中心設置一上大下小的提升管，氣體和漿液從中向上流動。提升管管壁纏繞盤管，用於移取反應釋放熱量。但是這種反應器在用於煤直接液化或油煤漿臨氫轉化時會存在很多問題首先會遇到漿液短路問題，即入口漿液直接從底部出口流出，而不進入提升管；其次在工業化生產時，採用一個提升管，由於直徑大，很難保證氣體分布均勻；第三，氣泡在一個提升管內向上流動，如果床層較高，由於氣泡的聚散作用，會形成太多的大氣泡，大氣泡破裂時造成床層不穩定；第四，反應器底部設計沒有考慮固體顆粒沉降問題，如果用於煤液化反應操作，容易形成死角，引發結焦。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有內循環作用的漿態床反應器及其應用。本發明所提供的內循環式漿態床反應器，包括反應器筒體、頂部封頭、底部封頭、 進料口和出料口，在反應器筒體內設置1 160根內置筒體，內置筒體的直徑與反應器筒體的直徑比例為0. 05 0. 95，內置筒體的高度與反應器筒體的高度比為0. 1 1. 0，每根內置筒體下部設置有氣體分配器。所述反應器筒體內設置7 120根軸向平行的內置筒體，內置筒體的直徑與反應器筒體的直徑比例為0. 1 0. 7，內置筒體的高度與反應器筒體的高度比為0. 2 0. 6。用固定構件將所述內置筒體與反應器筒體固定在一起，該固定構件在滿足必要的力學要求的同時儘可能減少對漿液流通面積的影響。內置筒體在反應器筒體橫截面的布置可以是均勻的，也可以按照一定規則布置。同一反應器裡，所有內置筒體的上端可以在同一水平面，也可以不在同一水平面。所有內置筒體的下端可以在同一水平面，也可以不在同一水平面，優選不在同一水平面。在同一反應器裡，內置筒體可以是同樣高度，也可以選擇不同高度。在反應器的頂部封頭和/或上部側面設置1 2個出料口。氣體和漿液可從一個出料口排出，也可以分別從氣體出口和漿液出口排出。在一個優選的方案中，所述的底部封頭是橢圓封頭或球形封頭或圓錐體封頭，在底部封頭正中設置1個漿液原料進料口，在底部封頭其他部位設置1 3氣體進料口。當底部封頭是圓錐體封頭，圓錐體的錐角小於120°，優選15° 75°。在另一個優選的方案中，在底部封頭僅設置1 3氣體進料口，不設置漿液原料進料口。此漿態床反應器更適用於費託合成反應。氣體分配器置於內置筒體下部，高於內置筒體下端10 500mm，優選100 400mm。每根內置筒體配置一隻氣體分配器。每個內置筒體的氣體分配器的氣箱與總氣箱連通，總氣箱固定於反應器底部，並與反應器的氣體進料口連通。所述的氣體分配器由樹枝形狀的管子、圓環形狀的管子或二者的組合構成，樹枝形狀的管子和圓環形管子的內徑為5 200mm，優選5 100mm，進一步優選10 60mm。樹枝形狀的管子和/或圓環形狀的管子上分布一定數量出氣小孔，小孔內徑為0. 5 90mm， 優選0. 5 60mm，進一步優選1. 0 30mm。所述的小孔可以向上開，也可以向下開，還可以上、下混合開。一種上述任意一個漿態床反應器的應用，所述漿態床反應器用於煤直接加氫液化工藝、油煤臨氫共煉工藝或費託合成工藝中。漿液進料由漿液原料進料口進入漿態床反應器，氣體由氣體進料口引入，經總氣箱後進入各氣體分配器，在反應器底部，漿液原料與循環漿液混合後從內置筒體下端進入， 與氣體分配器出來的氣體一起向上流動，從內置筒體出來的氣體繼續向上運動，並由頂部出料口排出反應器，大部分漿液夾帶少量氣泡在內置筒體的外側向下流動，形成內循環，剩餘部分漿液向上流動，經漿液槽聚集後經出料口流出反應器。所述漿態床反應器內形成了內循環，使漿液流動速度增加，其內循環的推動力便是內置筒體內、外的靜壓差。總氣體進料流量與漿液進料流量的體積比為5 2000Nm3/m3，優選200 1200Nm3/
3m 。所述漿液進料中挾帶氣體，其氣液比為0. 5 600Nm3/m3。漿態床反應器用於煤直接加氫液化工藝或油煤臨氫共煉工藝時，反應壓力為 3. 0 30MPa，反應溫度為300 510°C範圍，漿液停留時間為5 100分鐘，優選10 70 分鐘。所述反應器可以單獨使用，也可以組合使用。在有煤粉參與的反應過程中，優選多個反應器串聯使用。本發明提供的漿態床反應器，特點是漿液在反應器內不斷循環流動，無需漿液外
4循環，不需要外循環泵。此外，內置筒體採用合適的數量和直徑比，所以不存在漿液短路問題和床層不穩定問題。該反應器增強了裝置的易操作性能，從而可延長操作周期，降低操作費用。所述內循環漿態床反應器應用於漿液停留時間較長的反應過程，如煤直接加氫液化工藝或油煤臨氫共處理工藝過程。


圖1是本發明提供的內循環漿態床反應器結構示意圖。圖2是本發明提供的內循環漿態床反應器運行情況示意圖。圖3是內置筒體布置示意圖。圖4是氣體分配器結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的方法予以進一步地說明，但並不因此而限制本發明。如圖1所示，本發明提供的內循環漿態床反應器包括反應器筒體1、頂部封頭2和底部封頭3，在頂部封頭2的中心處設置氣體出料口 4，反應器上部設置漿液槽5，並與反應器上部側面的漿液出料口 6連通。在底部封頭3正中設置漿液原料進料口 7，在底部封頭其他部位設置氣體進料口 8。反應器筒體1內設置1 160根內置筒體9，每根內置筒體1下部設置有氣體分配器10。每個內置筒體的氣體分配器10的氣箱經管線11與總氣箱12連通，總氣箱12固定於反應器底部，並經管線13與反應器的氣體進料口 8連通。如圖2所示，本發明提供的內循環漿態床反應器操作運行狀況是這樣的在一定壓力和一定溫度下，氣體從氣體進料口 8進入反應器，漿液挾帶少量氣體從反應器底部的漿液原料進料口 7進入。在反應器底部，進料漿液與循環漿液混合後從內置筒體9下端進入，與氣體分配器出來的氣體一起向上流動。由於氣速和液速都比較高，傳質、傳熱作用增強。從內置筒體出來的氣體繼續向上運動，直到從反應器頂部氣體出料口 4排出反應器。大部分漿液夾帶少量氣泡向下流動，形成內循環。其餘部分漿液向上流動，在上端的漿液槽聚集並由漿液出料口 6流出反應器。圖3是在反應器筒體1內設置了 12個內置筒體9的布置示意圖，在反應器截面均勻布置。圖4是氣體分配器結構示意圖，由樹枝形狀的管子和圓環形狀的管子組合構成。下面通過實施例對本發明的內循環式漿態床反應器及其應用予以進一步地說明， 但並不因此而限制本發明。實施例1採用本發明的內循環式漿態床反應器進行煤直接加氫液化反應。其中，反應器筒體內徑1. 5米，高度25米。內置筒體內徑0. 35米，高9. 3米，內置筒體數量10根，在反應器截面均勻布置。內置筒體下端設置氣體分配器，氣體分配器管子的內徑為20mm，管子上的小氣孔直徑為5mm，數量150個。選用一種次煙煤作為原料，其性質見表1。將煤樣磨細到平均粒徑為60 μ m，在 105°C溫度、高純氮氣的保護下乾燥30分鐘。選用以稠環芳烴為主要組分的溶劑油，經加氫處理後與煤粉配成油煤漿，漿液中固含量45%。在製漿過程中加入鐵催化劑，活性組分含量
用純度為99%的氫氣作為原料氣體，氣、液體積比為810Nm3/m3。煤漿經預熱後泵入反應器，流量為45m3/h。在反應器壓力18MPa、溫度450°C操作條件下進行反應。採集物流數據的同時，對氣體、漿液採樣分析。結果表明，乾燥無灰基煤的轉化率達到75%，汽、柴油餾分總收率為43%。實施例2採用和實施例1相同的漿態床反應器進行油煤臨氫共煉，其他條件和煤原料與實施例1相同，只是將以稠環芳烴為主要組分的溶劑油改換為初餾點310°C的重質石油(密度 l.Ollg/cm3)，與煤粉製成油煤漿。結果表明，乾燥無灰基煤的轉化率達到63%，汽、柴油餾分總收率為52%。表 權利要求
1.一種內循環式漿態床反應器，包括反應器筒體、頂部封頭、底部封頭、進料口和出料口，其特徵在於，在反應器筒體內設置1 160根內置筒體，內置筒體的直徑與反應器筒體的直徑比例為0. 05 0. 95，內置筒體的高度與反應器筒體的高度比為0. 1 1. 0，每根內置筒體下部設置有氣體分配器。
2.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，所述反應器筒體內設置7 120 根軸向平行的內置筒體，內置筒體的直徑與反應器筒體的直徑比例為0. 1 0. 7，內置筒體的高度與反應器筒體的高度比為0. 2 0. 6。
3.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，在反應器的頂部封頭和/或上部側面設置1 2個出料口。
4.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，所述的底部封頭是橢圓封頭或球形封頭或圓錐體封頭，在底部封頭正中設置1個漿液原料進料口，在底部封頭其他部位設置1 3氣體進料口。
5.按照權利要求4所述的漿態床反應器，其特徵在於，所述底部封頭是圓錐體封頭，圓錐體的錐角小於120°。
6.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，在底部封頭設置1 3氣體進料□。
7.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，所述的氣體分配器由樹枝形狀的管子、圓環形狀的管子或二者的組合構成，樹枝形狀的管子和圓環形管子的內徑為5 200mm。
8.按照權利要求7所述的漿態床反應器，其特徵在於，所述樹枝形狀的管子和/或圓環形狀的管子上分布出氣小孔，小孔內徑為0. 5 90mm。
9.按照權利要求1所述的漿態床反應器，其特徵在於，每個內置筒體的氣體分配器的氣箱與總氣箱連通，總氣箱固定於反應器底部，並與反應器的氣體進料口連通。
10.一種權利要求1-9任意一個漿態床反應器的應用，其特徵在於，所述漿態床反應器用於煤直接加氫液化工藝、油煤臨氫共煉工藝或費託合成工藝中。
11.按照權利要求10所述的方法，其特徵在於，漿液進料由漿液原料進料口進入漿態床反應器，氣體由氣體進料口引入，經總氣箱後進入各氣體分配器，在反應器底部，漿液原料與循環漿液混合後從內置筒體下端進入，與氣體分配器出來的氣體一起向上流動，從內置筒體出來的氣體繼續向上運動，並由頂部出料口排出反應器，大部分漿液夾帶少量氣泡在內置筒體的外側向下流動，形成內循環，剩餘部分漿液向上流動，經漿液槽聚集後經出料口流出反應器。
12.按照權利要求11所述的方法，其特徵在於，總氣體進料流量與漿液進料流量的體積比為 500 2000Nm7m3。
13.按照權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述漿液進料中挾帶氣體，其氣液比為 0. 5 600Nm3/m3。
14.按照權利要求10所述的方法，所述漿態床反應器用於煤直接加氫液化工藝或油煤臨氫共煉工藝時，反應壓力為3. 0 30MPa，反應溫度為300 510°C範圍，漿液停留時間為 5 100分鐘。
全文摘要
一種內循環式漿態床反應器及其應用。在反應器筒體內設置1～160根內置筒體，內置筒體的高度與反應器筒體的高度比為0.1～1.0，每根內置筒體下部設置有氣體分配器。漿液在反應器內不斷循環流動，無需漿液外循環，不需要外循環泵。此外，內置筒體採用合適的數量和直徑比，所以不存在漿液短路問題和床層不穩定問題。所述漿態床反應器用於煤直接加氫液化工藝、油煤臨氫共煉工藝或費託合成工藝中。
文檔編號C10G1/08GK102416307SQ201110074590
公開日2012年4月18日 申請日期2011年3月24日 優先權日2010年9月27日
發明者吳治國, 朱丙田, 王衛平, 王蘊, 申海平, 韓江華 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