专利名称：一种用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种淤浆床反应器，具体涉及一种气液相可连续进出油品的三相淤浆床反应器，同时也给应用于其他领域。
背景技术：
随着F-T合成、二甲醚以及醇醚燃料等生产装置的大型化，三相(气-液-固)淤浆床反应器得到了前所未有的发展。虽然有很多文献和专利提出了各种各样三相淤浆床反应器的型式，如《一种连续操作的气液固三相浆态床工业反应器》(授权公告号CN1233451C)、《三相化学反应器》(授权公告号CN1174799C)等，上述反应器都存在各式各样的问题。
归纳起来，目前的三相淤浆床反应器存在以下问题(1)机械搅拌釜式反应器存在明显的放大问题，只能用于实验室反应器；(2)循环式、射流式或喷动床式反应器由于流动方式的问题，对存在于液相中的催化剂活性不利，同时易于造成催化剂的磨损；(3)一般的气流鼓泡悬浮反应器，液固悬浮液排出反应器外处理，不仅造成催化剂回收困难，而且极易导致催化剂失活；(4)内置换热器与液固分离装置的气液固三相浆态床反应器，反应器内部构件复杂，制造费用高，操作难度大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种三相淤浆床反应器，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明提出的三相淤浆床反应器，包括具有圆柱状壳体的反应段；设置在所说的反应段上方与反应段相连通的具有圆柱状壳体的分离段；分离段的直径与反应段的直径之比为1.5～1.2∶1，高度之比为0.2～0.5∶1，其目的是为了确保反应后的气体部分有足够的空间与夹带的绝大部分催化剂颗粒与部分雾沫实现分离；设置在所说的反应段内的换热构件，换热构件的进口与出口设置在反应段的壳体上；设置在反应段下部的与气体入口相连通的气体分布器；设置在反应段或分离段的圆柱状壳体上的液相入口；设置在反应段圆柱状壳体上的液相产品出口，用于引出液相物质；设置在分离段顶部的气体出口。
本发明所说的三相淤浆床反应器，可以用于气-液-固三相的化学反应，其中的液相可以是惰性热载体，也可以是原料或反应产物，合成反应可以在温度120℃～400℃、压力1.0MPa～10.0Mpa下进行，反应可以是放热反应也可以是吸热反应，特别适合于像F-T合成、二甲醚等由气-液-固三相反应体系的合成气制液体燃料过程以及其他类似过程。
本发明的三相淤浆床反应器，容易保持催化剂的活性，催化剂的磨损小，催化剂可长期循环使用，不易导致催化剂失活，反应器内部构件简单，制造费用低，操作容易。
图1为本发明的三相淤浆床反应器结构示意图。
图2为气体分布器结构示意图。
具体实施例方式
参见图1，本发明提出的三相淤浆床反应器，包括具有圆柱状壳体的反应段8；设置在所说的反应段上方与反应段8相连通的具有圆柱状壳体的分离段2；分离段2的直径与反应段8的直径之比为1.5～1.2∶1，高度之比为0.2～0.5∶1，其目的是为了确保反应后的气体部分有足够的空间与夹带的绝大部分催化剂颗粒与部分雾沫实现分离；设置在所说的反应段8内的换热构件7，换热构件7的进口与出口设置在反应段的壳体上；设置在反应段8下部的与气体入口4相连通的气体分布器9；设置在反应段8或分离段2的圆柱状壳体上的液相入口6；设置在反应段8圆柱状壳体上的液相产品出口10；设置在分离段2顶部的气体出口1；参见图2，所说的气体分布器9包括与气体入口4相连通的气体入口管91、与气体入口管91相连通的设有小孔5的分布圆管3，分布圆管上3的小孔5的开孔率为1‰～10‰，方向朝下，与反应器轴向成40～50度夹角，小孔5的直径为0.5～1.5mm；三相淤浆床反应器能否工业应用最重要的因素就是选择合适的气体分布器，而合适的气体分布器的关键就是正确的开孔率、开孔直径和角度，本发明选取的开工率、开孔直径与角度经过长期的实验验证与工业示范装置实际运行的检验，证明安全可靠。
所说的换热构件7为变密度螺旋盘管，发明人发现，淤浆相沿轴向从下向上形成密度逐渐减小的趋势，下部催化剂密度大，同时下部气体反应物浓度大，因此反应在下部比较剧烈，放热反应形成较多的反应热，吸热反应需要较多的热量；而上部催化剂密度小，同时上部气体反应物浓度小，因此反应在下部比较平稳，放热反应形成较小的反应热，吸热反应需要较小的热量。针对上述现象，本发明采用变密度螺旋盘管式换热器，所说的换热器换热面积沿轴向从反应器上部到下部逐渐增大，按y＝(1.2～2.5)x比例，其中x为反应器沿轴向的当量长度，y为换热器沿轴向的当量换热密度；术语“当量长度”指的是从换热器顶部为1个计量单位，从换热器顶部向下的长度与该计量长度的比值，当量换热密度＝从换热器顶部的换热面积为1个计量单位，从换热器顶部向下的换热面积与该计量单位的比值。
进一步，反应段8圆柱状壳体至上而下设有多个液相产品出口10，因为如果可能有多个液相产品，则不同的液相产品具有不同的密度，需要在三相反应器不同的部位出料；进一步，在液相产品出口10处设有孔径小于催化剂的丝网，以阻挡催化剂流出；进一步，在分离段2顶部设置除沫器，用于除去大部分液相介质。
实施例1采用图1的三相淤浆床反应器和图2的气体分布器。
其中反应器反应部分直径为1.45米，高度为22米，分离部分直径为1.8米，高度为6米，气体分布器开孔率为8‰，开孔方向朝下与反应器轴向成45度角，小孔直径为1.0mm，y＝1.2x，其中x为反应器沿轴向的当量长度，y为换热器沿轴向的当量换热密度；以合成气为原料，一步法年产3万吨醇醚燃料，该反应器平均气含率为0.189，催化剂质量12.38吨，惰性液相热载体质量为23吨。合成气中，CO含量为28％，H2为68％，CO2为3％(体积)，在温度为250℃，压力为5.0Mpa时，CO转化率为0.6667，二甲醚年产量为27626.67吨，甲醇年产量为3746.59吨。
催化剂采用商用的Cu-Zn-Al甲醇合成催化剂XNC-98(西南化工研究设计院生产)和CM-3-1分子筛甲醇脱水催化剂(西南化工研究设计院生产)；惰性液相热载体为医用液体石蜡油。
实施例2采用图1的三相淤浆床反应器和图2的气体分布器。
其中反应器反应部分直径为3.25米，高度为23米，分离部分直径为3.9米，高度为7米，气体分布器开孔率为8‰，开孔方向朝下与反应器轴向成45度角，小孔直径为1mm，y＝2.5x，其中x为反应器沿轴向的当量长度，y为换热器沿轴向的当量换热密度；以合成气为原料，一步法年产30万吨醇醚燃料，该反应器平均气含率为0.189，催化剂质量120吨，惰性液相热载体质量为230吨。合成气中CO含量为28％，H2为68％，CO2为3％(体积)，在温度为250℃，压力为5.0Mpa时，CO转化率为0.67，二甲醚年产量为280000吨，甲醇年产量为36000吨。
催化剂采用商用的Cu-Zn-Al甲醇合成催化剂XNC-98(西南化工研究设计院生产)和CM-3-1分子筛甲醇脱水催化剂(西南化工研究设计院生产)；惰性液相热载体为医用液体石蜡油。
实施例3采用图1的三相淤浆床反应器和图2的气体分布器。
其中反应器反应部分直径为1.45米，高度为22米，分离部分直径为1.8米，高度为6米，气体分布器开孔率为8‰，开孔方向朝下与反应器轴向成50度角，小孔直径为1mm，y＝2.0x，其中x为反应器沿轴向的当量长度，y为换热器沿轴向的当量换热密度；以合成气为原料，F-T合成年产3万吨重质烃燃料，合成气中H2/CO为2.0，在温度为220℃，压力为2.5Mpa时，CO转化率达84.88％，烃、CH4和CO2的选择性分别为99.63％、5.47％和0.37％，重质烃的选择性为88.16％。
催化剂采用自制的F-T合成催化剂，制备方法如下催化剂采用初润浸渍法制备，根据载体的吸水量滴加已知浓度的Zr(NO3)4·5H2O水溶液，浸渍、干燥、焙烧，然后浸渍Co(NO3)2·6H2O和RuCl3的混合水溶液，得到ZrO2改性Co-Ru/γ-Al2O3催化剂(以下简称催化剂)其中各组分的质量分数为15.15％Co0.38％Ru8.71％ZrO2/γ-Al2O3；惰性液相热载体为液相油品。
权利要求
1.一种用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，包括具有圆柱状壳体的反应段(8)；设置在所说的反应段上方与反应段(8)相连通的具有圆柱状壳体的分离段(2)，分离段(2)的直径与反应段(8)的直径之比为1.5～1.2∶1，高度之比为0.2～0.5∶1；设置在所说的反应段(8)内的换热构件(7)，换热构件(7)的进口与出口设置在反应段的壳体上；设置在反应段(8)下部的与气体入口(4)相连通的气体分布器(9)；设置在反应段(8)或分离段(2)的圆柱状壳体上的液相入口(6)；设置在反应段(8)圆柱状壳体上的液相产品出口(10)；设置在分离段2顶部的气体出口(1)。
2.根据权利要求1所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，所说的气体分布器(9)包括与气体入口(4)相连通的气体入口管(91)、与气体入口管(91)相连通的设有小孔(5)的分布圆管(3)，分布圆管上(3)的小孔(5)的开孔率为1‰～10‰，方向朝下，与反应器轴向成40～50度夹角，小孔(5)的直径为0.5～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，所说的换热构件(7)为变密度螺旋盘管。
4.根据权利要求3所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，所说的变密度螺旋盘管的换热面积沿轴向从反应器上部到下部逐渐增大，按y＝(1.2～2.5)x比例，其中x为反应器沿轴向的当量长度，y为换热器沿轴向的当量换热密度。
5.根据权利要求1所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，反应段(8)圆柱状壳体至上而下设有多个液相产品出口(10)。
6.根据权利要求5所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，在液相产品出口(10)处设有孔径小于催化剂的丝网。
7.根据权利要求1所述的用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，其特征在于，分离段(2)顶部设置除沫器。
全文摘要
本发明公开了一种用于由合成气制液体燃料的三相淤浆床反应器，包括具有圆柱状壳体的反应段，设置在所说的反应段上方与反应段相连通的具有圆柱状壳体的分离段，分离段的直径与反应段的直径之比为1.5～1.2∶1，高度之比为0.2～0.5∶1，设置在所说的反应段内的换热构件，设置在反应段下部的与气体入口相连通的气体分布器设置在反应段或分离段的圆柱状壳体上的液相入口，设置在反应段圆柱状壳体上的液相产品出口，设置在分离段顶部的气体出口。本发明的三相淤浆床反应器，容易保持催化剂的活性，催化剂的磨损小，催化剂可长期循环使用，不易导致催化剂失活，反应器内部构件简单，制造费用低，操作容易。
文档编号C10G5/00GK101020839SQ200710037960
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者应卫勇, 李涛, 张海涛, 曹发海, 房鼎业 申请人:华东理工大学