一种适用于费托合成介质循环工艺的反应器及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于费托合成介质循环工艺的反应器及应用。
技术背景
[0002]费托合成是将合成气转化成为高级烃的化学过程，是非石油含碳资源高效转化利用最重要的途径之一。费托合成反应催化剂在固定床列管式反应器反应时，产生的热量无法及时有效移走，容易形成热点，造成局部床层反应过热，甚至造成床层飞温和催化剂高温烧结，影响了整床层的利用，进而影响了费托合成产能的提高。
[0003]为解决这个问题，黄希文[燃料处理技术，2003年，83卷，81-99页]采用超临界喷淋正己烷工艺进行费托合成反应，对反应器床层进行了有效的控温。NoritatsuTsubaki(Product control in Fischer - Tropsch synthesis,Fuel ProcessingTechnology 622000173 - 186)在固定床反应器中循环超临界流体和端稀经，介质循环使得传质传热增强，活性位及时暴露，并与端烯烃发生链增长反应，增强了产物选择性。H.E.Benson[费托合成介质循环过程的发展，568号公告，美国政府印刷局，华盛顿，1957]将介质循环费托合成工艺用于产能大、温控难度大的膨胀床上反应器上，同样取得了良好的床温控制效果。CN 101275080 B、CN 101928194A、CN 103773415A等专利都公开了费托合成介质循环的工艺，其中各有其优势和侧重点。
[0004]介质循环工艺用于费托合成反应能增强传质传热，能大大提高产能、提高端烯烃和重质烃选择性、降低甲烷选择性，并能有效控制床层温度，但是目前公开的专利没有介绍专门用于介质循环工艺的费托合成反应器，都是针对膨胀床反应器或者膨胀床反应器的改造，或者直接在固定床反应器中与气体同时进行介质循环。现有反应器用于介质循环工艺存在床层压降大、压力不均、传质传热不均匀等缺点，进行放大时这些缺点尤为明显。
【发明内容】
[0005]针对现有问题，本发明目的是提供一种床层压降小、压力均匀、传质传热均匀的用于介质循环工艺的费托合成反应器及其应用。
[0006]本发明的反应器，它包括塔体，进气口，出料口，上磁球层和下磁球层，上封头和下封头，其特征在于塔体上下分别连接上封头和下封头，上封头顶端有进气口，下封头底端有出料口，塔体内的上部有上磁球层，下部有下磁球层，在上磁球层之上，且位于上封头内有喷淋板，上磁球层和下磁球层之间是列管式床、气冷激式菱形床或膨胀床。
[0007]所述喷淋板由内环喷淋板，中环喷淋板和外环喷淋板组成，内环喷淋板，中环喷淋和外环喷淋板在上封头内呈阶梯分布，内环喷淋板的圆周处有第一外壁，中环喷淋板的圆周处有第二外壁，中环喷淋板上有第一内壁，外环喷淋板上第二内壁，第一外壁与第一内壁直径相等，并密封连接，第二外壁与第二内壁直径相等，并密封连接，外环喷淋板外径与塔体内径相同，第一外壁连接内环喷淋板进液口，第二外壁连接中环喷淋板进液口，外环喷淋板与中环喷淋板之间的上封头连接外环喷淋板进液口。
[0008]所述内环喷淋板、中环喷淋板、外环喷淋板均开有喷淋孔，喷淋孔总喷淋面积与塔体内部横截面积相同，内环喷淋板上喷淋孔的面积之和与内环喷淋板面积的比为0.2-0.5:I，中环喷淋板上喷淋孔的面积之和与内环喷淋板面积的比为0.2-0.5:1，外环喷淋板上喷淋孔的面积之和与内环喷淋板面积的比为0.2-0.5:1，喷淋孔的孔径为0.5-5.0_。
[0009]所述反应器由顶端进气口进气，由喷淋板进液；循环介质、反应产物及未反应的气体由底端出料口排出、收集、分离。
[0010]本发明反应器的应用包括如下步骤:
[0011](I)新鲜合成气与循环气汇合后从顶端进气口进入反应器，在催化剂作用下，反应于170-250°c，2.0-5.0MPa，500_3000h、Η/C摩尔比=0.5-3.0的工况下进行，循环气与新鲜合成气之体积比为1.0-4.0:1，驰放气与新鲜合成气之体积比为0.1-0.2:1 ；
[0012](2)所有反应产物，包括循环介质和未反应完的气体，经由反应器的出料口排出，经过油气水分离器分离出去反应产生的合成水，其余产物通过精馏塔精馏切割分离，分别得到轻质组分、中间馏和重质组分；剩余一部分不凝气体作为驰放气排出界外，另一部分不凝气体作为循环气重新进入反应器；
[0013](3)轻质组分或中间馏分或重质组分作为循环介质，轻质组分经过液体栗，由内环喷淋板进液口进入外环喷淋板，中间馏分经过换热器换热，由液体栗从中环喷淋板进液口进入中环喷淋板，重质组分经过换热器换热，由液体栗从外环喷淋板进液口进入外环喷淋板，然后喷淋进入相应区域进行反应。
[0014]如上所述，循环介质按照各组分的馏程切割分离，轻质组分主要为C5?C 10，其馏程为70°C至180°C，中间馏分主要为Cn?C2。，其馏程为181°C至360°C，重质组分主要为C2I以上，其馈程为360°C以上。
[0015]如上所述，循环介质轻质组分、中间馏分和重质组分为单独控制，可以选择其中一种作为循环介质进入相应喷淋区域，也可以选择其中两种的组合作为循环介质分别进入相应喷淋区域，也可以同时选择三种作为循环介质分别进入相应喷淋区域。
[0016]如上所述，循环介质轻质组分、中间馏分和重质组分的进液量可以有相应的液体栗单独控制，循环介质之和与合成气的重量比为1-10:1。
[0017]如上所述，中间馏分和重质组分经过预热进入反应器，预热温度分别单独控制，预热温度范围为100-200 °C。
[0018]如上所述，循环介质轻质组分、中间馏分和重质组分还可以由界外油替换进入反应器。
[0019]如上所述，适用于本发明工艺的催化剂是钴基催化剂，包括Co-Mn/ZrO^f化剂，其催化剂原子比为Co:Zr:Si = 100:5-15:250-350 (具体制备方法见CN 101920202A)；或Co-Ru/A1203催化剂，其催化剂原子比为Co:Ru:A1 = 100:1~2:400-600 (具体制备方法见专利CN 102962077A);或Co-Pt-Al2O3催化剂，其催化剂原子比为为Co:Pt:Si = 100:0.1-1.0:300-600 (具体制备方法见 CN 102909033A);或 Co-N1-Re-Zr02/Si0jf 化剂，其催化剂原子比为 Co:Ni:Re:Zr:Si = 100:20-50:0.5-2:50-100:50-100 (具体制备方法见专利 CN 101524644A)。
[0020]如上所述，适用于本发明工艺的催化剂是铁基基催化剂，包括Fe/Mn/Ca/K催化剂，催化剂的原子比为10Fe:30-70Mn:5_15Ca:2_8K(具体制备方法见CN 1463793);或Fe/Ce/Cu/K/Si 催化剂，催化剂的原子比为 Fe:Ce:Cu:K:Si02= 100: (0.3 ?5): (I ?10):(I?8): (5?40)(具体制备方法见CN 1583259);或Fe/Cu/K/Si催化剂，催化剂的原子比为 10Fe:10-30Cu:1_3K:5_20Si (具体制备方法见 CN 101811047A);或 Fe/Cu/K/Li 催化剂，催化剂的原子比为 Fe:Cu:K:Li:Si02= 100: 0.1-15: 0.1-10: 0.05-10: 2-50(具体制备方法见 CN 102380390A)。
[0021]本发明的优点如下:
[0022]1、本发明提供的配有若干喷淋单元的反应器，使得费托合成介质循环工艺更加细化、单元可控，能有效控制床层温度，防止飞温，增加了操作的稳定性；
[0023]2、本发明能提高端烯烃和重质烃选择性、降低甲烷选择性，提高C5+收率；
[0024]3、本发明使得床层压降均匀、增强了传质传热，能克服放大效应，进而能大大提高产能。
【附图说明】
[0025]图1是本发明反应器应用工艺流程图；
[0026]图2是本发明反应器中的喷淋板结构正视图示意图；
[0027]图3是本发明反应器中的喷淋板结构俯视图示意图；
[0028]图4是本发明实施例1、3列管式反应器结构示意图；
[0029]图5是本发明实施例2、4膨胀床反应器结构示意图。
[0030]如图所示，1-塔体，2-进气□，3-出料口，4-上磁球层，5-下磁球层，6-内环喷淋板，7-中环喷淋板，8-外环喷淋板，9-内环喷淋板进液口，10-中环喷淋板进液口，11-外环喷淋板进液口，12-喷淋孔，13-新鲜气，14-循环气，15-驰放气，16-油气水分离器，17-合成水，18-精馏塔，19-轻质馏分，20-中间馏分，21-重质馏分，22-轻质馏分液体栗，23-中间馏分液体栗，24-重质馏分液体栗，25-重质馏分预热器，26-中间馏分预热器，27-界外油，28是上封头，29是下封头，30-第一外壁，31-第二外壁，32-第一内壁，33-第二内壁。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施案例对本发明反应器及工艺应用进行进一步说明，以使本领域研究人员更好理解本发明反应器及工艺并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0032]实施例1:
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