專利名稱：一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工設(shè)備裝置領(lǐng)域，具體涉及一種可以連續(xù)操作的三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
三相(氣—液—固)漿態(tài)床反應(yīng)器在化工過程中得到了廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)有的文獻和專利中多有報道。如中國專利99127184.X提供了一種氣液固三相循環(huán)式反應(yīng)器；中國專利99813677.8和97227653.X提供了一種射流式的三相反應(yīng)器；中國專利02117348.6敘述的為不涉及催化過程的噴動床反應(yīng)器，中國專利93236114.5和94241250.8為沉降式反應(yīng)器；中國專利94222395.0和97227653.X為機械攪拌釜式反應(yīng)器。
在中國專利98124535.8中提供了一種氣流鼓泡懸浮的三相反應(yīng)器，該反應(yīng)器由以下幾部分組成一個帶入口噴嘴的底部塔頭，一個或多個浸沒在合成段中的換熱段；一排排出懸浮液的出口噴嘴，一個排出未反應(yīng)氣體的出口噴嘴和一組橫向傾斜的隔膜以除塵除沫。
以上專利中所述反應(yīng)器若用于工業(yè)反應(yīng)過程，有以下問題循環(huán)式、射流式或噴動床式反應(yīng)器能耗較大，且易于造成催化劑的磨損(噴動床不適于催化反應(yīng)過程)；沉降式反應(yīng)器，適于間歇過程，一般更多用于廢水處理的過程，不宜作連續(xù)生產(chǎn)；機械攪拌釜式反應(yīng)器，由于能耗大對催化劑磨損高，常用作實驗室反應(yīng)器。
而對于中國專利98124535.8所述氣流鼓泡懸浮反應(yīng)器，存在的不足是氣體入口噴嘴設(shè)置在反應(yīng)器底部，氣體自下而上經(jīng)過氣體分布器，在出現(xiàn)故障斷氣時容易造成堵塞或逆流；固體懸浮液排出進行處理，如果需要將催化劑返回，需要較大的能耗和造成機械磨損。這些將不利于連續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過有效的結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以實現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)的工業(yè)操作。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器至少包括以下四部分部件入口氣體分布部件、換熱管部件、液固分離器部件、出口除塵除沫器部件。
所述的入口氣體分布部件為設(shè)置在反應(yīng)器底部的一組氣體分布管，該氣體分布管上開孔并配置噴嘴，該噴嘴在反應(yīng)器截面上均勻分布，且為向下或側(cè)向開口，噴嘴內(nèi)徑的大小應(yīng)確保氣體通過每個噴嘴時所產(chǎn)生的壓降在0.01MPa～0.1MPa之間。
所述的入口氣體分布部件的入口總管靠近反應(yīng)器處設(shè)置止逆閥；在止逆閥后設(shè)置一條高壓N2事故吹掃管線，該管線上也設(shè)置止逆閥。
所述的反應(yīng)器底部還可設(shè)置外盤管，進行放熱反應(yīng)時通入冷卻水以維持一定的溫度，若進行吸熱反應(yīng)時，則該盤管可通入蒸汽以維持反應(yīng)器的操作溫度。
所述的換熱管部件為一層或多層換熱管，換熱管可以采取兩種型式一種是螺旋盤管式的換熱管，是多圈與反應(yīng)器同心的盤管，換熱介質(zhì)在盤管內(nèi)自上而下螺旋式流動；另一種是迂回式多程換熱管，多根垂直的換熱管通過上下連接彎頭組合在一起，每組換熱管內(nèi)液體上下迂回流動，這種型式的換熱管在同一截面上可以設(shè)置多組換熱管。使用螺旋盤管式的換熱管，提供的換熱面積較小，但結(jié)構(gòu)簡單；使用迂回式多程換熱管，可充分利用反應(yīng)器的容積，換熱面積大，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
所述的換熱管部件管內(nèi)所流動介質(zhì)根據(jù)需要可以是冷卻介質(zhì)，如鍋爐給水；也可以是加熱介質(zhì)，如蒸汽。流動介質(zhì)的選擇一般取決于反應(yīng)過程是吸熱還是放熱而定，對于某些特別的過程，如進行催化劑在線還原的過程，有可能出現(xiàn)吸熱或放熱的逆轉(zhuǎn)；或者是開車時考慮用蒸汽直接預(yù)熱的情況，盤管可以既走加熱介質(zhì)，又走冷卻介質(zhì)。但是，若迂回式多程換熱管內(nèi)走加熱介質(zhì)時，宜用高溫液體導(dǎo)熱介質(zhì)進行循環(huán)，不宜使用蒸汽，否則蒸汽凝液將難以排出。
所述的液固分離器部件為置于反應(yīng)器內(nèi)的一層或多層液固分離裝置(7)，該裝置可以將液體產(chǎn)品或需要置換的液體與固體顆粒進行分離；每層液固分離裝置包括一組或多組液固分離元件，每組液固分離元件又由一根或多根并列的液固分離元件組成，并列的液固分離元件通過上下兩個連通管件組合在一起，再連接到反應(yīng)器外的總管上；為了防止液固分離裝置的堵塞，設(shè)置了專門的反沖控制程序來定期進行液固分離元件的反沖清洗，同時，為了控制液位，通過反沖控制程序投用的液固分離元件數(shù)量是可調(diào)的，反沖介質(zhì)一般為液體，也可以采用氣體。
所述的出口除塵除沫器部分為設(shè)置于頂部一個折流板式的除塵除沫器，它與出口管相連，該除塵除沫器可以內(nèi)置在線沖洗裝置，用氮氣或反應(yīng)氣體進行沖洗。
所述的反應(yīng)器中部設(shè)置一個在線添加管口，可以往里添加新鮮催化劑漿液，也可以添加作為惰性介質(zhì)的液體；反應(yīng)器底部設(shè)置一個在線排放管口，用于排放催化劑漿液，與在線添加管的操作配合，以保持一定液位和保持漿液濃度的穩(wěn)定。
該反應(yīng)器所適用的固體粒度為1～250μm，催化劑在漿液中的重量濃度為5～50％，操作入口線速為0.1～0.5m/s，相應(yīng)的氣含率在20％～70％之間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能耗低，解決了堵塞或逆流問題，溫度和液位控制良好，實現(xiàn)了反應(yīng)器的平穩(wěn)連續(xù)操作。


圖1為一個合成氣生成液體燃料的工業(yè)試驗規(guī)模反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為整個反應(yīng)器系統(tǒng)的流程圖；圖3為反應(yīng)器換熱管部件的另外一種型式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面的實施例為合成氣生成液體燃料過程，即費托合成過程的一個工業(yè)試驗規(guī)模反應(yīng)器例子，現(xiàn)結(jié)合圖1～圖3進行實例說明。
費托合成反應(yīng)器是利用以氫氣和一氧化碳為主的合成氣，在催化劑的作用下和200～250℃、2.0～5.0MPa的操作條件下在漿態(tài)床中進行費托合成，生成一系列的烴類化合物。烴類化合物經(jīng)激冷、閃蒸、分離、過濾后獲得冷凝物和石蠟。其中石蠟既是作為反應(yīng)器內(nèi)的液體介質(zhì)，又是合成的重要產(chǎn)物，因此需要予以回收，但催化劑需要留在反應(yīng)器內(nèi)。
費托合成過程為強放熱過程，因此反應(yīng)器溫度需要控制良好。一方面需要足夠有效的換熱措施，另一方面需要反應(yīng)器內(nèi)流通的氣體分布均勻。
如圖1，該合成反應(yīng)器分為六段，包括兩層換熱管4和兩層液固分離裝置7，各段之間用法蘭予以連接。
其中，1為入口氣體分布管，2為氣體分布管上的噴嘴，3為漿液在線排放口，4為換熱管，5為換熱介質(zhì)進口，6為換熱介質(zhì)出口，7為液固分離裝置，8為反沖入口，9為過濾出口，10為漿液在線加入口，11為除塵除沫器，12為氣相出口。
合成氣從氣體入口分布管1進入，在分布管1上進行分配，噴嘴2向下開口，所設(shè)計噴嘴內(nèi)徑的大小保證了氣體通過分布管1噴嘴的壓降不低于0.05MPa，從而使氣體能夠均勻的進入漿態(tài)床內(nèi)。
從氣體入口分布部件往上是第一層換熱管4，該換熱管型式為螺旋盤管，對于放熱的費托合成反應(yīng)，盤管內(nèi)走鍋爐給水，通過鍋爐給水來將床層冷卻。但是，在裝置開車時，盤管內(nèi)也可以通入蒸汽來對漿液進行預(yù)熱。
第一層換熱管4往上，是第一層液固分離裝置7，由6組過濾元件組成，每組過濾元件為一根管式過濾元件。每個管式過濾元件上部管口為反沖液體入口8，下部管口為過濾后液體出口9，過濾出口9/反沖入口8在反應(yīng)器外配備閥門，由另外專門的過濾/反沖程序來予以控制，確保反應(yīng)器的液位維持在一定水平。
第一層液固分離裝置7往上依次是第二層換熱盤管4和第二層液固分離裝置7，其結(jié)構(gòu)配置作用與第一層是相同的。
在反應(yīng)器第二層換熱管4下端設(shè)置一個催化劑漿液在線加入口10，根據(jù)需要，將新鮮催化劑漿液加入。此過程需配合底部的催化劑漿液在線排放口3的漿液排放來進行，以保持一定液位和保證催化劑濃度的穩(wěn)定。由于催化劑是在另外的還原反應(yīng)器內(nèi)進行還原，可以適時的進行在線更新，保證了平均活性的穩(wěn)定。
正常操作時液面處于第二層液固分離裝置7往上一些的位置，再往上是一段氣液分離空間，夾帶著液體和少量固體的氣體通過此段空間進入頂部的折流板式除塵除沫器11，夾帶液沫的氣體與折流板撞擊，將絕大部分液滴和固體捕獲下來，氣體由氣相出口12排出。除塵除沫器內(nèi)置在線沖洗裝置，通過沖洗管口13用高壓氮氣對除塵除沫器定期沖洗。該除塵除沫器11可以將大于8微米以上的液滴100％去除而不出現(xiàn)堵塞，壓降小于0.005MPa。
此反應(yīng)器中的催化劑平均粒度為50μm，漿液重量濃度為45％。該套裝置運行半年期間，氣體分布狀況良好，溫度控制平穩(wěn)，液固分離裝置未出現(xiàn)堵塞，平均活性穩(wěn)定，在240℃，3.0MPa，入口線速為0.45m/s的合成條件下，H2和CO的總轉(zhuǎn)化率始終維持在80～90％的水平。
圖2為本實施例的反應(yīng)器系統(tǒng)圖，其中14、16為止逆閥，防止了氣體逆流 15為高壓氮氣事故管線，用于處理合成氣中斷或壓力不穩(wěn)時分布管噴嘴堵塞的情形。
圖3是換熱管的另外一種型式的例子，為迂回式的多程換熱管4′。該換熱部件由四根垂直的換熱管通過上下連接彎頭17組合在一起，液體在每組換熱管內(nèi)上下迂回流動。其中管口5′為介質(zhì)進口，管口6′為介質(zhì)出口。此型式換熱管在另外一套工業(yè)試驗裝置中使用，雖然增加了加工成本但實現(xiàn)更佳的溫度控制效果。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器至少包括以下四部分部件入口氣體分布部件、換熱管部件、液固分離器部件、出口除塵除沫器部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的入口氣體分布部件為設(shè)置在反應(yīng)器底部的一組氣體分布管(1)，該氣體分布管(1)上開孔并配置噴嘴(2)，該噴嘴(2)在反應(yīng)器截面上均勻分布，且為向下或側(cè)向開口，噴嘴(2)內(nèi)徑的大小應(yīng)確保氣體通過分布管每個噴嘴所產(chǎn)生的壓降在0.01MPa～0.1MPa之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的入口氣體分布部件的入口總管靠近反應(yīng)器處設(shè)置止逆閥(14)；在止逆閥后設(shè)置一條高壓N2事故吹掃管線(15)，該管線(15)上也設(shè)置止逆閥(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器底部還可設(shè)置外盤管，進行放熱反應(yīng)時通入冷卻水以維持一定的溫度，若進行吸熱反應(yīng)時，則該盤管可通入蒸汽以維持反應(yīng)器的操作溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的換熱管部件為一層或多層換熱管，換熱管可以采取兩種型式一種是螺旋盤管式的換熱管(4)，是多圈與反應(yīng)器同心的盤管，換熱介質(zhì)在盤管內(nèi)自上而下螺旋式流動；另一種是迂回式多程換熱管(4′)，多根垂直的換熱管通過上下連接彎頭組合在一起，每組換熱管內(nèi)液體上下迂回流動，這種型式的換熱管在同一截面上可以設(shè)置多組換熱管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的換熱管部件內(nèi)所流動介質(zhì)可以是冷卻介質(zhì)，也可以是加熱介質(zhì)；對于迂回式多程換熱管，加熱介質(zhì)使用高溫液體導(dǎo)熱介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的液固分離器部件為置于反應(yīng)器內(nèi)的一層或多層液固分離裝置(7)，該裝置可以將液體產(chǎn)品或需要置換的液體與固體顆粒進行分離；每層液固分離裝置包括一組或多組液固分離元件，每組液固分離元件又由一根或多根并列的液固分離元件組成，并列的液固分離元件通過上下兩個連通管件組合在一起，再連接到反應(yīng)器外的總管上；為了防止液固分離裝置的堵塞，設(shè)置了專門的反沖控制程序來定期進行液固分離元件的反沖清洗，同時，為了控制液位，通過反沖控制程序投用的液固分離元件數(shù)量是可調(diào)的，反沖介質(zhì)一般為液體，也可以采用氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的出口除塵除沫器部分為設(shè)置于頂部一個折流板式的除塵除沫器(11)，它與出口管相連，該除塵除沫器(11)可以內(nèi)置在線沖洗裝置，用氮氣或反應(yīng)氣體進行沖洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)器中部設(shè)置一個在線添加管口(10)，可以往里添加新鮮催化劑漿液，也可以添加作為惰性介質(zhì)的液體；反應(yīng)器底部設(shè)置一個在線排放管口(3)，用于排放催化劑漿液，與在線添加管的操作配合，以保持一定液位和保持漿液濃度的穩(wěn)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器所適用的固體粒度為1～250μm，催化劑在漿液中的重量濃度為5～50％，操作入口線速為0.1～0.5m/s，相應(yīng)的氣含率在20％～70％之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括由入口氣體分布管組成的進行氣體均布的入口氣體分布部件，一層或多層對床層進行加熱/冷卻的換熱管部件，一層或多層可以自動清洗的液固分離器部件，除去液沫和固體夾帶的出口除塵除沫器部件；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能耗低，解決了堵塞或逆流問題，溫度和液位控制良好，實現(xiàn)了反應(yīng)器的平穩(wěn)連續(xù)操作。
文檔編號B01J8/20GK1600412SQ03151109
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者朱繼承, 耿加懷, 王信, 韓暉 申請人:上海兗礦能源科技研發(fā)有限公司