氣泡塔型碳氫化合物合成反應器的製作方法

2023-05-22 06:13:06 1

專利名稱：氣泡塔型碳氫化合物合成反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，特別涉及通過將合成氣 吹入使固體的催化劑粒子懸浮在液體碳氫化合物而得到的漿液中進行費-託 合成反應的反應器。
本申請要求在2006年3月30日申請的日本專利申請第2006-95020號 的優先權，這裡援引其內容。
背景技術：
作為從以氫和一氧化碳為主成分的合成氣生成碳氫化合物和水的費-託 合成反應(以下，稱為"FT反應")的反應系統之一，有通過將合成氣吹 入使固體的催化劑粒子懸浮在液體碳氫化合物中的漿液中而進行FT反應 的氣泡塔型懸浮床(也稱為槳液床)FT反應系統。再有，通過FT反應合 成的碳氫化合物主要被用作燃料油或潤滑油的原料等。
在供於該氣泡塔型懸浮床FT反應系統的FT反應器(以下也有時簡稱 為"反應器")中，通過從反應器的下部以氣泡狀向使固體的催化劑粒子懸 浮在液體碳氫化合物中而得到的漿液中吹入合成氣，從而進行FT反應。此 時，在反應器的內部，由於上升的氣泡的氣體提升效果等成為液體(漿液) 被混合的狀態。可是，如果通過反應器的高度方向的整個區域的循環(以 下稱為"大循環")反應器內部的液體在整體上被良好地攪拌，則大量包含 通過FT反應生成的氣體碳氫化合物(主要由C, C4的輕質碳氫化合物構 成)的氣泡通過漿液的下降流形成的流體的混合(以下稱為"逆混合")向 反應器下部移動的傾向增強。其結果，在整個區域使反應器內部的反應速 度下降，有使原料即合成氣的反應轉化率降低的可能性。
為解決上述問題，在普通的氣泡塔型反應器中， 一直進行以下的方法 (例如，參照非專利文獻1)。 §卩，通過多孔板等在反應器的高度方向(垂 直方向)對反應器的內部空間進行分割，使反應器內的氣泡的流動接近沿 著反應器內自下向上的壓出流(稱為"活塞式流動"，沒有流體逆流的狀態)。由此，能夠抑制在反應器整體中的混合(大循環)。
非專利文獻l:柘植秀樹*海野肇共著，("泡"技術一使用、製作、排
除)，初版，株式會社工業調查會，2004年4月，p.75-81
但是，在氣泡塔型懸浮床FT反應系統中，相對於反應器的容積，有時 液體的流量非常小。在此種情況下，液體的實際的上升速度(塔內空塔速 度)接近零。因此，如果設置多孔板，則因多孔板的阻力，氣泡的上升受 阻，同吋伴隨氣泡的上升的漿液的上升速度降低，不能充分得到漿液的上 升速度。因此，催化劑粒子偏在於反應器的下部，或堆積在多孔板上，有 催化劑粒子的分散狀態變差的可能性。

發明內容
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於，在用於進行費-託合成 反應的氣泡塔(也稱為泡沫塔)型碳氫化合物合成反應器中，在抑制反應 器內的氣泡的逆混合的同時，在不妨礙漿液的上升流的情況下良好地保持 催化劑粒子的分散狀態。
本發明者等為解決上述問題進行了專心的研究，結果發現通過設置 遮蔽反應器的側壁側同時開放中央側的部件(例如擋板等)，在高度方向將 反應器的內部空間分割成多個區段，能夠抑制相鄰的區段間的氣泡的逆流， 同時可以在反應器的中央側確保氣泡及漿液的上升流，基於此發現，最終 完成了本發明。
艮口，本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器具備反應器主體，其 用於收容使固體的催化劑粒子懸浮在液體碳氫化合物中而得到的漿液；合
成氣供給部，其設置在所述反應器主體的下部，用於向所述漿液供給以氫 及一氧化碳為主成分的合成氣；擋板部件，其設在所述反應器主體內，用 於阻擋所述漿液的下降流。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述擋板部件也可以 遮蔽所述反應器主體的橫截面的一部分。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述擋板部件可以以 遮蔽所述反應器主體的靠近側壁的區域、且開放所述反應器主體的中央及 中央附近的區域的方式設置在所述反應器主體內。在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，可以在所述擋板部件 上形成有多個貫通孔。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述貫通孔的尺寸可 以是所述催化劑粒子能通過、且能抑制含有所述合成氣或由所述合成氣的 反應生成的氣體碳氫化合物的氣泡的通過的尺寸。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述貫通孔可以是所 述催化劑粒子的平均粒徑的10倍 100倍。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述貫通孔的至少一 部分可以形成為截面積隨著向下方延伸而減小的大致錐形。
在本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器中，所述擋板部件可以以 所述反應器主體的中央側比側壁側低的方式傾斜。
根據本發明，在進行費-託合成反應的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器 中，能夠抑制氣泡在反應器內的逆混合，同時能夠在不妨礙漿液的上升流 的情況下，良好地保持催化劑粒子的分散狀態。因此，根據本發明，能夠 提高原料即合成氣的反應轉化率，同時能夠在反應器的內部空間的整個區 域高效地進行反應。


圖1是表示本發明的第1實施方式的FT反應器的整體構成的縱剖視圖。
圖2是表示圖1所示的FT反應器中具備的擋板的立體圖。 圖3是表示圖1所示的FT反應器中具備的擋板的變形例的立體圖。 圖4是表示形成於圖1、圖2所示的擋板上的貫通孔的剖視圖。 圖5是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔的變形例的剖視圖。 圖6是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔的變形例的剖視圖。 圖7是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔的變形例的剖視圖。 圖8是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔的變形例的剖視圖。 圖9是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔的變形例的剖視圖。 圖IO是表示圖1所示的FT反應器內部的槳液及氣泡的流動的說明圖。 圖11是表示圖2所示的擋板附近的漿液及氣泡的流動的說明圖。圖12是表示圖3所示的擋板附近的漿液及氣泡的流動的說明圖。 圖13是表示形成於圖2所示的擋板上的貫通孔附近的漿液及氣泡的流 動的說明圖。
圖14是表示本發明的第2實施方式的FT反應器的整體構成的縱剖視圖。
圖15是表示本發明的第3實施方式的FT反應器的整體構成的縱剖視圖。
圖16是表示以往的FT反應器的整體構成的縱剖視圖。 符號說明
100、 200、 300合成反應器，110、 210、 310反應器主體，120、 220、 320漿液，122液體碳氫化合物，124催化劑粒子，130氣泡，140、 240、 340分配器(合成氣供給部)，142、 242、 342合成氣噴射口， 150、 250、 350擋板(擋板部件)，152、 252、 352貫通孔，152a、 152b、 152c、 152d錐 形部，153直線部
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的優選的實施方式進行詳細說明。再有，在 本說明書及附圖中，對於具有實質上同一功能構成的構成要素付與同一符 號，並省略重複的說明。
(以往的氣泡塔型反應器的構成)
首先，基於圖16對以往的氣泡塔型反應器1的構成進行說明。再有， 圖16是表示以往的氣泡塔型反應器1的整體構成的垂直剖視圖。再有，在 以下的說明中，作為氣泡塔型反應器的例子，列舉對在液體中分散有固體 催化劑粒子的懸浮床式的反應器為例進行說明，但作為以往的氣泡塔型反 應器l，並不局限於所述懸浮床式的反應器，只要是通過反應生成氣體的氣 泡塔型反應器、或在原料氣中含有未參與反應的氣體成分的氣泡塔型反應 器就可以。例如，也可以是收容有不含固體催化劑的液體的氣泡塔型反應
器o
如圖16所示，以往的氣泡塔型反應器1主要具備反應器主體IO、作為原料氣供給部的一例的分配器40、和多孔板50。
反應器主體IO是大致圓筒形的金屬制容器，在其內部收容通過使固體 的催化劑粒子24懸浮在液體(例如液體碳氫化合物)22中而得到的漿液 20。此外，在反應器主體10的底部，設有用於向反應器主體10內導入漿 液20的漿液入口 11。在反應器主體10的側壁部上設有用於排出漿液20的 槳液排出口 12。在反應器主體10的塔頂部設有用於排出通過反應生成的氣 體或未反應的原料氣的氣體排出口 14。再有，設置漿液入口 11、漿液排出 口 12及氣體排出口 14的位置並不局限於上述的位置。
在按上述構成的反應器主體10中，液體22與催化劑粒子24 —同被從 槳液排出口12排出，在分離了催化劑粒子24後， 一部分被排出到系統之 外(反應器主體10的外部)，剩餘部分與被分離的催化劑粒子24—同從漿 液入口 11返回到反應器主體10內。
這裡，從漿液入口 11返回到反應器主體10內的液體22的流量因各個 反應系統的不同而異。
此外，對於採用過濾器等而將通過反應生成的液體22和催化劑粒子24 向反應器主體10的外部排出的反應系統，也有將從漿液入口 11返回到反 應器主體10內的液體22的流量設定為零的情況。
分配器40被設置在反應器主體10的下部，用於向漿液20中供給原料 氣。在該分配器40的上部，設有多個原料氣噴射口 42。再有，對於原料氣 噴射口 42的設置數量及位置沒有特別限定。
從外部通過分配器40供給的原料氣從原料氣噴射口 42例如朝上方(圖 中用箭頭表示的方向)噴射。這樣，從分配器40吹入的原料氣變成氣泡30， 該原料氣在槳液20中從反應器主體10的高度方向(垂直方向)的下方往 上方流動時，溶解於液體22中，通過溶解的原料氣的成分與催化劑粒子24 接觸，進行規定的反應。
此外，通過如上所述地從反應器主體10的底部吹入原料氣，所吹入的 原料氣成為氣泡30，並在反應器主體10內上升，由此在反應器主體10內 部，主要在中央部(反應器主體10的中心軸附近)產生漿液20的上升流K， 同時在反應器主體10的側壁附近(圓周部附近)主要產生下降流J，並產 生漿液20以在反應器主體10的整個內部循環的方式流動(大循環)。其中，圖16中的箭頭K、 J表示主要產生在反應器主體10內的漿液20的流向， 該流動是隨時間變化的，通常不是向固定的方向以固定的速度流過固定的 部位。
如果通過這樣的大循環使反應器主體10內部的漿液20在整體上被良 好的攪拌，則原料氣的濃度降低了的氣泡30因逆混合向反應器主體10下 部移動的傾向增強。結果是，有使反應器主體10內部的反應速度在整體上 降低、使原料氣的反應轉化率降低的可能性。
為了解決這樣的問題，在以往的氣泡塔型反應器1中，在反應器主體 10內，作為部分地阻擋反應器主體10內的流動的阻擋部件，例如，設置多 孔板50。多孔板50是以在高度方向(垂直方向)將反應器主體10的內部 空間分割成多個的方式設置的大致圓盤狀的部件，其抑制原料氣的濃度降 低了的氣泡30向反應器主體10下部流動。在該多孔板50上設有多個貫通 孔52，氣泡30及漿液20可通過該貫通孔52。
而且，漿液20 (或不含催化劑粒子24的液體22)通常以從反應器主 體10的下方朝上方流動的方式、使漿液20 (或不含催化劑粒子24的液體 22)通過暫且向反應器主體IO的外部排出而得以循環。由此，可防止氣泡 30經由多孔板50等阻擋部件自上向下流動。
如此，通過設置多孔板50等阻擋部件，可使反應器主體10內的漿液 20的流動接近在反應器主體10內自下向上的壓出流(稱為"活塞式流動"， 沒有流體逆流的狀態)。從而，能夠抑制反應器主體10的內部的整體的混 合(大循環)。
可是，在氣泡塔型懸浮床式FT反應系統中，相對於反應器主體10的 容積，有時漿液20的流量非常小，在這種情況下，漿液20的實際的上升 速度接近零。因此，如果與以往的氣泡塔型反應器1同樣地設置多孔板50 的話，在氣泡30及槳液20通過多孔板50時，因多孔板50的阻力，氣泡 30的上升受阻，同時伴隨氣泡30的上升的槳液20的上升流K的速度下降， 不能充分得到漿液20的上升流K的速度。因此，如圖16所示，催化劑粒 子24向反應器主體10的下部偏在，或堆積在多孔板50上，有催化劑粒子 24的分散狀態變差的可能性。這樣，如果催化劑粒子24的分散狀態差，則 在催化劑粒子24的濃度低的區域反應速度下降，在反應器主體10內部的整個區域反應效率下降。
因而，在本發明的FT反應器中，設置將反應器主體10的側壁側遮蔽 並將中央側開放這樣的部件，以代替多孔板50。
以下，針對本發明的FT反應器，在例示具體的實施方式的同時進行詳 細的說明。
(第1實施方式)
首先，基於圖1對作為本發明的第1實施方式的氣泡塔型碳氫化合物 合成反應器的一例的氣泡塔型懸浮床FT合成反應器100 (以下簡稱為"FT 反應器100")的構成進行說明。圖1是表示本實施方式的FT反應器100 的整體構成的垂直剖視圖。
如圖l所示，本實施方式的FT反應器100主要具備反應器主體IIO、 作為本發明的合成氣供給部的一例的分配器140、和作為本發明的擋板部件 的一例的擋板150。
反應器主體110是大致圓筒形的金屬制的容器，其直徑為l 20m左右， 優選為2 10m左右。反應器主體10的高度為10 50m左右，優選為15 45m左右。在反應器主體10的內部收容使固體的催化劑粒子124懸浮在液 體碳氫化合物(FT反應的產物)122中而形成的槳液120。在反應器主體 110的底部設有用於向反應器主體110內導入漿液120的漿液入口 111。在 反應器主體110的側壁部設有用於排出漿液120的漿液排出口 112。在反應 器主體110的塔頂部設有用於排出通過FT反應生成的輕質碳氫化合物的氣 體或未反應的合成氣的氣體排出口 114。再有，設置漿液入口lll、漿液排 出口 112及氣體排出口 114的位置並不局限於上述的位置。
分配器140是本實施方式的反應氣體供給部的一例，被設在反應器主 體110的下部，用於向槳液120中供給以氫及一氧化碳為主成分的合成氣。 在該分配器140的上部設有多個合成氣噴射口 142。再有，對於合成氣噴射 口 142的設置數量及位置沒有特別限定。
從外部通過分配器140供給的合成氣從合成氣噴射口 142朝例如上方 (圖中用箭頭表示的方向)噴射。這樣，從分配器140吹入的合成氣變成 氣泡130，其在漿液120中從反應器主體110的高度方向(垂直方向)的下方往上方流動時，溶解於液體碳氫化合物122中，通過溶解的合成氣的成 分與催化劑粒子124接觸，由此進行液體碳氫化合物的合成反應(FT合成 反應)。
擋板150以下述方式設置在反應器主體110內部，gp，遮斷靠近反應 器主體110的側壁的區域，且開放反應器主體110的中央及中央附近的區 域。通過該擋板150，反應器主體110的內部空間在高度方向被分割成多個 區段。在本實施方式中，在反應器主體110內部設有2塊擋板150。從而將 反應器主體110的內部空間分割成3個區段。
詳細的情況在後面記述，象這樣，通過以遮斷靠近反應器主體110的 側壁的區域的方式設置擋板150，含有較多通過FT反應生成的輕質碳氫化 合物的氣泡130在自身存在的區段內循環，難以進入其它區段。由此，可 以抑制在各區段間進行逆流(逆混合)。此外，通過以開放反應器主體110 的中央及中央附近的區域的方式設置擋板150，也不會妨礙要沿著反應器主 體110的中央上升的漿液120的上升流。
這裡，擋板150的塊數或各區段的垂直方向的長度L可根據反應器主 體110的高度適宜設定。具體是，被擋板150分割的反應器主體110的各 區段的高度方向的長度L優選為反應器主體110的塔內直徑D的0.5 10 倍左右，更優選為1 5倍左右。
如果反應器主體110的各區段的高度方向的長度L與反應器主體110 的塔內直徑D的比值，即L/D超出上述範圍而過小，則在各區段內不能得 到充分的循環流，逆混合被過度地抑制。因此，有催化劑粒子124的分散 狀態變差，或因氣泡130的漏氣使得氣泡130的滯留時間縮短，原料即合 成氣的反應轉化率下降的可能性。另一方面，如果L/D超出上述範圍而過 大，則不能充分發揮通過擋板150來進行分割的效果，也就是說不能充分 發揮抑制逆混合的效果。
下面，基於圖2 圖9對本實施方式的擋板150的構成進行詳細的說明。 再有，圖2是表示本實施方式的擋板150的構成的立體圖，圖3是表示本 實施方式的變形例的擋板150，的構成的立體圖。此外，圖4 圖9分別是表 示本實施方式的貫通孔152的構成例的剖視圖。
如圖2所示，擋板150是在中央形成有開口部150a的大致圓盤狀的部件，通過用該擋板150在反應器主體110的側壁上不同的區域被遮斷，反 應器主體110的中央及中央附近的區域被開放。再有，本發明的擋板部件 如本實施方式的擋板150那樣，不局限於在大致圓盤狀的部件的中央形成 開口部150a，只要在反應器主體10的中央及中央附近設置開放的空間就可 以。例如，如圖3所示，也可以是以設在反應器主體10的側壁側上的2塊 大致半月圓狀的板為一組的擋板150'(換句話講，通過將大致圓盤狀的擋 板分割成三塊，除去中央的分割板，從而形成開放部150，a)。
這裡，上述擋板150 (或150'(以下省略))的開放的部分(在圖2的 例中，為開口部150a，在圖3的例中為開放部150'a)的面積Ac優選為反 應器主體10內部的水平截面的面積At的10 90%左右，更優選為35 65% 左右。
擋板150的開放的部分的面積Ac與反應器主體10內部的水平截面的 面積Ac的比值，即Ac/At如果超出上述範圍而過小，由於妨礙氣泡130和 漿液120的上升流，因此有不能充分得到催化劑粒子124的分散效果的可 能性。另一方面，如果Ac/At超出上述範圍而過大，則不能充分發揮利用 擋板150進行分割的效果，也就是說，不能充分發揮抑制逆混合的效果。
此外，在擋板150上設有多個貫通孔152 (或152'(以下省略))。對於 貫通孔152，為了容許液體碳氫化合物122及催化劑粒子124的通過，並且 抑制含有通過FT反應生成的輕質碳氫化合物的氣泡130的通過，以適當的 尺寸形成貫通孔152。通過按上述那樣設定貫通孔152的尺寸，能夠防止催 化劑粒子124堵塞貫通孔152。此外，能夠抑制氣泡130伴隨著漿液120的 下降流而自上向下地通過擋板150的貫通孔152、或抑制上升的氣泡130從 擋板150的下方往上方通過。
更具體地講，在貫通孔152的截面是大致圓形的情況下，貫通孔152 的直徑優選是催化劑粒子124的平均粒徑的10 100倍，更優選是30 50 倍。此外，作為本實施方式的催化劑粒子124，優選平均粒徑為10 1000 um，更優選為20 500um。如果是100um左右，則是進一步優選的。 例如，在作為催化劑粒子124使用平均粒徑為lOOum左右的催化劑粒子的 情況下，貫通孔152的直徑優選為1 10mm左右，更優選為3 5mm左右。 將貫通孔152的直徑規定為催化劑粒子124的平均粒徑的IO倍以上，是由於為了要堆積在擋板150上的催化劑粒子124能夠不堵塞貫通孔152且自 上向下地通過擋板150，從而必須使貫通孔的直徑比催化劑粒子的直徑大得 多。此外，將貫通孔152的直徑規定為催化劑粒子124的平均粒徑的100 倍以下，是因為如果貫通孔152的直徑過大，則通過貫通孔152的槳液120 的流速提高，氣泡130 (尺寸為數mm 數cm)與漿液120 —起通過貫通 孔152的可能性增大。此外，是因為上升的氣泡130通過貫通孔152的可 能性增大。再有，所謂貫通孔152的直徑是指，在貫通孔152的直徑不固 定時，例如，在如後述那樣在貫通孔152上設置錐形部等的情況下，是貫 通孔152中的最窄的部分的特徵長度(例如，如果貫通孔152的截面是圓 形則是直徑，如果截面是正方形則是一邊的長度)。
此外，貫通孔152的開口面積的合計Ah與貫通孔152的開孔率e即擋 板150的面積Ap (中央的開口部150a的面積除外)的比例(e=Ah/Ap)， 優選為1 50%，更優選為5 25%。將開孔率e設定在1%以上(優選為 5%以上)，是因為需要得到通過擋板150的足夠量的漿液120的下降流。但 是，如果為了提高開孔率e而過於增大貫通孔152的直徑，如上所述，由 於氣泡130通過貫通孔152的可能性增大，因此不優選。此外，如果為了 提高開孔率e而增加貫通孔152的數量，則在設置後述的錐形部時，不能 確保足夠尺寸的擋板150上表面的面積，因此不優選。從這樣的觀點考慮， 開孔率f需要在50%以下(優選25%以下)。再有，對於該開孔率e的計算 中所用的貫通孔152的開口面積，在貫通孔152的直徑不固定的情況下， 例如，如後述在貫通孔152中設置錐形部等的情況下，指的是貫通孔152 中的最窄的部分的截面積。
關於貫通孔152，例如，如圖4所示，也可以以貫通孔152的截面積(開 口面積)為恆定的方式形成。此外，如圖5所示，也可以在貫通孔152的 至少一部上例如在擋板150上表面側，設置截面積隨著向下方的延伸而減 小的錐形部152a。
作為該錐形部的形狀，並不局限於圖5所示的形狀，只要是截面積隨 著向下方的延伸而減小的形狀，可以採用任意的形狀。例如，如圖6 圖8 所示，可以採用在錐形部152b的上方設置了截面積恆定的直線部153 (垂 直方向的長度R)的形狀(圖6)、錐形部152c的垂直截面為曲線的形狀(圖7)、錐形部152d為由多段構成的階梯狀的形狀(圖8)等。
象這樣，在貫通孔152的至少一部分上設置錐形部(152a、 152b、 152c 及152d等)，由此能夠使擋板150的上表面的平坦的部分的面積最小化， 從而能夠將催化劑粒子124在擋板150的上表面堆積的程度抑制在最小限 度。此外，通過設置錐形部，增大貫通孔152的擋板150上表面側的截面 積，能夠減小通過貫通孔152的漿液120在擋板150上表面的流速。從而， 能夠進一步提高抑制氣泡130與漿液120 —起通過貫通孔152的效果。
再有，貫通孔152的(水平)截面的形狀如圖2、圖3等所示能夠形成 大致圓形，但也不局限於大致圓形的形狀，也可以是其它形狀(例如，大 致正方形狀等)。
此外，擋板150的上表面側的截面積A,(以下稱為"上表面截面積A，") 與貫通孔152的擋板150的下表面側的截面積A。(以下稱為"下表面截面 積A。")的比率a (二A,/A。)可以規定為l《a《100。
作為其理由，是為了提高錐形部152a等上的氣泡130的分離效果(抑 制氣泡130與漿液120—起通過貫通孔152的效果)，優選a較大。這是因 為，通過增大(x，能夠使通過貫通孔152的漿液120的流速進一步減小。
具體是，可從以下幾方面確定cx的數值範圍。也就是說，在下表面截 面積Ao和上表面截面積A^目等時(如圖4所示，在不設錐形部時)，由於 a=l，因此需要將a設定在1以上。再有，也可以01l。另一方面，a的上限 依開孔率e的下限而定，在￡=1% (下限值)時，a的最大值為OFlOO，因 此優選設定為a《100。
此外，作為錐形部，在採用具有圖9所示的垂直截面為直線狀的傾斜 面的錐形部152a的情況下，該傾斜面的角度(開口角度)e相對於貫通孔 152的中心軸優選為30 60°左右。關於開口角度0，為了使催化劑粒子 124在貫通孔152內流暢地流下，需要減小開口角度e (傾斜變陡)。但是， 如果開口角度e過小，則為了確保所需的上表面截面積Ap需要加厚擋板
150的厚度。另一方面，如果開口角度e過大，則與不設置錐形部時實質上
沒有變化。從此觀點考慮，優選將開口角度0規定為30 60。左右。此外，對於貫通孔152的排列沒有特別限定，但優選大致均等地排列 整個擋板150。而且，為了減小擋板150的平坦部的面積，優選三角狀排列 貫通孔152。這樣，通過三角狀排列貫通孔152，能夠抑制催化劑粒子124 在擋板150上的堆積。
以上，基於圖1 圖9對本實施方式的FT反應器100的構成進行了詳 細說明。下面，基於圖10 圖13，通過示出反應器主體110內部的漿液120 及氣泡130的流動對該FT反應器100的功能及作用進行說明。再有，圖 10是表示本實施方式的反應器主體110整個內部的漿液120及氣泡130的 流動的說明圖。圖11及圖12是表示本實施方式的擋板150 (或150，)附近 的漿液120及氣泡130的流動的說明圖。圖13是表示本實施方式的貫通孔 152附近的漿液120及氣泡130的流動的說明圖。但是，圖10 圖13中的 箭頭表示主要產生在反應器主體110內的流動的方向，該流動隨時間而變 化，通常不是向固定的方向以固定的速度流過固定的部位。
首先，基於圖10 圖12對反應器主體110整個內部及擋板150(或150，) 附近的漿液120及氣泡130的流動進行說明。如圖IO所示，通過分配器140 的合成氣噴射口 142從反應器主體110的底部吹入的合成氣成為氣泡130 而在反應器主體110內上升。由此，在反應器主體110內部，主要在中央 部(反應器主體110的中央及中心附近)產生漿液120的上升流A，同時 反應器主體110的側壁附近主要在產生下降流。
可是，在本實施方式中，由於設有擋板150，因此不像以往那樣產生氣 泡130與漿液120 —同在反應器主體110的整個內部循環這樣的流動(大 循環)。也就是說，由於擋板150以遮斷靠近反應器主體110的側壁的區域 的方式設置，因此含有較多通過FT反應生成的輕質碳氫化合物的氣泡130， 如圖10及圖11的箭頭B所示，在擋板150的上表面側及下表面側其流動 被阻擋，只在被擋板150分割的區段內循環，因此能夠抑制氣泡130在各 區段間逆流(逆混合)。所以，能夠抑制含有較多輕質碳氫化合物的氣泡130 在反應器主體IIO整個內部循環，因而能夠提高合成氣的反應轉化率。
另一方面，在本實施方式中，由於擋板150以使反應器主體110的中 央及中央附近的區域開放的方式設置，因此與以往不同，如圖10及圖11 所示，也不會妨礙反應器主體110的中央部的漿液120及氣泡130的上升流A。所以，能夠抑制催化劑粒子124向反應器主體110的下部偏在，從 而良好地保持催化劑粒子124的分散狀態。
另外，在本實施方式中，由於在擋板150上設有多個貫通孔152，因此 含有液體碳氫化合物122及催化劑粒子124的漿液按圖10的箭頭C所示的 那樣，通過貫通孔152朝反應器主體110的下方流下。所以，通過使將要 堆積在擋板150上的催化劑粒子124通過貫通孔152從擋板150的上方向 下方流下，能夠防止催化劑粒子124在擋板150上的堆積。此外，通過設 置貫通孔152，確保通過擋板150的漿液120的下降流C，能夠進一步促進 擋板150的開口部150a上的漿液120及氣泡130的上升流A。這樣，通過 防止催化劑粒子124在擋板150上的堆積，同時促進通過擋板150的漿液 120的上升流A，能夠更加良好地保持催化劑粒子124的分散狀態。
再有，以上說明的內容在採用了圖12所示的本實施方式的變形例的擋 板150'的情況中也相同。
接著，基於圖13對貫通孔152的功能及作用進行更詳細的說明。如圖 13所示，含有較多通過FT反應生成的輕質碳氫化合物氣體的氣泡130按 箭頭B所示的那樣，其流動被擋板150阻擋，通過擋板150在相鄰的區段 間的移動被抑制。此外，催化劑粒子124按箭頭C1所示的那樣與漿液120 的下降流一起朝向貫通孔152，按箭頭C2所示的那樣，通過貫通孔152向 反應器主體110的下方流動。
這裡，如果比較氣泡130的流動B的速度和催化劑粒子124 (及液體 碳氫化合物122)的流動Cl的速度，由於流動B的速度比流動Cl的速度 快得多，因此與漿液120相比，比重小的氣泡130幾乎不與漿液120等的 流動Cl 一起通過貫通孔152。而且，如果在貫通孔152上設置錐形部152a， 則能夠進一步減小通過貫通孔152的上表面的漿液120的流動Cl的速度， 由此，能夠進一步提高抑制氣泡130與漿液120 —起通過貫通孔152的效 果。
通過上述構成，氣泡130能夠在各區段內循環，漿液120能夠通過擋 板150在反應器主體110整體中循環。
(第2實施方式)接著，基於圖14對本發明的第2實施方式的作為氣泡塔型碳氫化合物 合成反應器的一例的氣泡塔型懸浮床FT合成反應器200 (以下簡稱為"FT 反應器200")的構成進行說明。再有，圖14是表示本實施方式的FT反應 器200的整體構成的垂直剖視圖。
如圖14所示，本實施方式的FT反應器200主要具備反應器主體210、 作為本實施方式的合成氣供給部的一例的分配器240、和作為本實施方式的 擋板部件的一例的擋板250。
在反應器主體210中收納漿液220。在反應器主體210的底部設有用 於向反應器主體210內導入漿液220的漿液入口 211。在反應器主體210的 側壁部上設有用於排出漿液220的槳液排出口 212。在反應器主體210的塔 頂部設有氣體排出口 214，該氣體排出口 214用於排出通過FT反應生成的 輕質碳氫化合物的氣體或未反應的合成氣。
分配器240是本實施方式的反應氣體供給部的一例，被設在反應器主 體210的下部，向漿液220中供給以氫及一氧化碳為主成分的合成氣。在 該分配器240的上部設有多個合成氣噴射口 242。
擋板250以下述方式被設置在在反應器主體210內部，gp，將靠近反 應器主體210的側壁的區域遮斷，將反應器主體210的中央及中央附近的 區域開放。通過該擋板250，將反應器主體210的內部在高度方向分割成多 個區段。此外，在擋板250上設有多個貫通孔252。
對於本實施方式的FT反應器200，通過具有上述構成，在反應器主體 10的內部，從分配器240供給的合成氣及漿液220的上升流D能夠通過設 在擋板250的中央的開放部而上升。此外，含有較多通過FT反應生成的輕 質碳氫化合物的氣泡難以通過擋板250而流入其它區段，在其自身存在的 區段內產生循環流E。而且，漿液220通過貫通孔252產生下降流F。但是， 圖14中的箭頭表示在反應器主體210內主要產生的流動的方向，該流動是 隨時間變化的，通常不是向固定的方向以固定的速度流過固定的部位。
這裡，在本實施方式的FT反應器200中，與上述第l實施方式的情況 不同，擋板250以其中央比靠近反應器主體110的側壁的邊緣低的方式、 即朝反應器主體110的中央向下傾斜地設置。這樣，除了設置貫通孔252 以外，通過使擋板250朝下傾斜，能夠進一步提高防止催化劑粒子在擋板250上堆積的效果。
再有，上述以外的FT反應器200的構成及作用由於與上述的第1實施 方式的FT反應器100的情況相同，因此省略詳細說明。
(第3實施方式)
接著，基於圖15對本發明的第3實施方式的作為氣泡塔型碳氫化合物 合成反應器的一例的氣泡塔型懸浮床FT合成反應器300 (以下簡稱為"FT 反應器300")的構成進行說明。再有，圖15是表示本實施方式的FT反應 器300的整體構成的垂直剖視圖。
如圖15所示，本實施方式的FT反應器300主要具備反應器主體310、 作為本實施方式的合成氣供給部的一例的分配器340、和作為本實施方式的 擋板部件的一例的擋板350。
在反應器主體310中收納漿液320。在反應器主體310的底部設有用 於向反應器主體310內導入漿液320的漿液入口 311 。在反應器主體310的 側壁部設有用於排出槳液320的漿液排出口 312。在反應器主體310的塔頂 部設有氣體排出口 314，該氣體排出口 314用於排出通過FT反應生成的輕 質碳氫化合物的氣體或未反應的合成氣。
分配器340是本實施方式的反應氣供給部的一例，被設在反應器主體 310的下部，用於向漿液320中供給以氫及一氧化碳為主成分的合成氣。 在該分配器340的上部設有多個合成氣噴射口 342。
擋板350在反應器主體310內部以將反應器主體310的橫截面的一部 分遮斷的方式被設置。通過該擋板350，將反應器主體310的內部在高度方 向分割成多個區段。此外，在擋板350上設有多個貫通孔352。具體是，在 本實施方式的FT反應器300中，與上述的第1及第2實施方式的情況不同， 擋板350在反應器主體310內部的兩側相互不同地被設置，在各區段的邊 界通過擋板350反應器主體310內部的橫截面的一側被開放，另一側被遮 蔽。
對於本實施方式的FT反應器300，通過具有上述構成，在反應器主體 310內部，從分配器340供給的合成氣及漿液320的上升流G能夠沿著沒 被擋板350遮蔽的開放部上升。此外，含有較多通過FT反應生成的輕質碳氫化合物的氣泡由於擋板350而難以流入其它區段，在其自身存在的區段 內產生循環流H。而且，漿液320通過貫通孔252產生下降流I。但是，圖 15中的箭頭表示在反應器主體310內主要產生的流動的方向，該流動是隨 時間變化的，通常不是向固定的方向以固定的速度流過固定的部位。
這樣，通過相互不同地設置擋板350，能夠防止上升流G集中分布於 反應器主體310內的一側，且能夠防止漿液320在另一側滯留，或防止眾 液320的混合狀態發生惡化。
再有，上述以外的FT反應器300的構成及作用由於與上述的第1實施 方式的FT反應器100的情況相同，因此省略詳細說明。
以上，參照附圖對本發明的優選的實施方式進行了說明，當然本發明 並受上述例子的限定。顯然，本領域技術人員能在權利要求書所記載的範 圍內想到各種變更例或修正例，這些當然也要理解為屬於本發明的技術範 圍。
例如，在上述的實施方式中，對擋板部件為板狀的擋板150、 250、 350 的情況進行了說明，但擋板部件並不局限於板狀，只要是遮蔽反應器主體 的側壁側、而且中央側開放，就可以設定成任意的形狀。
本發明涉及氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其具備反應器主體， 其用於收容使固體的催化劑粒子懸浮在液體碳氫化合物中而得到的槳液； 合成氣供給部，其設在所述反應器主體的下部，用於向所述漿液供給以氫 及一氧化碳為主成分的合成氣；和擋板部件，其設在反應器主體內，用於 阻擋所述漿液的下降流。
根據本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，能夠提高原料即合成 氣的反應轉化率，同時能夠在反應器的內部空間的整個區域高效地進行反 應。
權利要求
1、一種氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其具備反應器主體，其用於收容使固體的催化劑粒子懸浮在液體碳氫化合物中而得到的漿液；合成氣供給部，其設在所述反應器主體的下部，用於向所述漿液供給以氫及一氧化碳為主成分的合成氣；擋板部件，其設在所述反應器主體內，用於阻擋所述漿液的下降流。
2、 根據權利要求1所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述擋板部件遮蔽所述反應器主體的橫截面的一部分。
3、 根據權利要求1所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述擋板部件以遮蔽所述反應器主體的靠近側壁的區域、且開放所述反應器 主體的中央及中央附近的區域的方式設置在所述反應器主體內。
4、 根據權利要求1所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，在 所述擋板部件上形成有多個貫通孔。
5、 根據權利要求4所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述貫通孔的尺寸為所述催化劑粒子能通過、且能抑制含有所述合成氣或由 所述合成氣的反應生成的氣體碳氫化合物的氣泡的通過的尺寸。
6、 根據權利要求4所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述貫通孔為所述催化劑粒子的平均粒徑的10倍 100倍。
7、 根據權利要求4所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述貫通孔的至少一部分形成為截面積隨著向下方延伸而減小的大致錐形。
8、 根據權利要求1所述的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器，其中，所 述擋板部件以所述反應器主體的中央側比側壁側低的方式傾斜。
全文摘要
本發明的氣泡塔型碳氫化合物合成反應器(100)具備用於收容使固體的催化劑粒子(124)懸浮在液體碳氫化合物(122)中而得到的漿液(120)的反應器主體(110)、和設在反應器主體(110)的下部且向漿液(120)供給以氫及一氧化碳為主成分的合成氣的分配器(140)。在反應器主體(110)內，以遮蔽反應器主體(110)的側壁側、且開放中央側的方式設有擋板(150)。
文檔編號B01J8/22GK101432394SQ200780015670
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月29日 優先權日2006年3月30日
發明者加藤讓, 大澤靖之, 大西康博, 山田榮一, 若村修 申請人:新日鐵工程技術株式會社