一種適用于費(fèi)托合成介質(zhì)循環(huán)工藝的反應(yīng)器及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于費(fèi)托合成介質(zhì)循環(huán)工藝的反應(yīng)器及應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]費(fèi)托合成是將合成氣轉(zhuǎn)化成為高級烴的化學(xué)過程，是非石油含碳資源高效轉(zhuǎn)化利用最重要的途徑之一。費(fèi)托合成反應(yīng)催化劑在固定床列管式反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)有效移走，容易形成熱點(diǎn)，造成局部床層反應(yīng)過熱，甚至造成床層飛溫和催化劑高溫?zé)Y(jié)，影響了整床層的利用，進(jìn)而影響了費(fèi)托合成產(chǎn)能的提高。
[0003]為解決這個(gè)問題，黃希文[燃料處理技術(shù)，2003年，83卷，81-99頁]采用超臨界噴淋正己烷工藝進(jìn)行費(fèi)托合成反應(yīng)，對反應(yīng)器床層進(jìn)行了有效的控溫。NoritatsuTsubaki(Product control in Fischer - Tropsch synthesis,Fuel ProcessingTechnology 622000173 - 186)在固定床反應(yīng)器中循環(huán)超臨界流體和端稀經(jīng)，介質(zhì)循環(huán)使得傳質(zhì)傳熱增強(qiáng)，活性位及時(shí)暴露，并與端烯烴發(fā)生鏈增長反應(yīng)，增強(qiáng)了產(chǎn)物選擇性。H.E.Benson[費(fèi)托合成介質(zhì)循環(huán)過程的發(fā)展，568號公告，美國政府印刷局，華盛頓，1957]將介質(zhì)循環(huán)費(fèi)托合成工藝用于產(chǎn)能大、溫控難度大的膨脹床上反應(yīng)器上，同樣取得了良好的床溫控制效果。CN 101275080 B、CN 101928194A、CN 103773415A等專利都公開了費(fèi)托合成介質(zhì)循環(huán)的工藝，其中各有其優(yōu)勢和側(cè)重點(diǎn)。
[0004]介質(zhì)循環(huán)工藝用于費(fèi)托合成反應(yīng)能增強(qiáng)傳質(zhì)傳熱，能大大提高產(chǎn)能、提高端烯烴和重質(zhì)烴選擇性、降低甲烷選擇性，并能有效控制床層溫度，但是目前公開的專利沒有介紹專門用于介質(zhì)循環(huán)工藝的費(fèi)托合成反應(yīng)器，都是針對膨脹床反應(yīng)器或者膨脹床反應(yīng)器的改造，或者直接在固定床反應(yīng)器中與氣體同時(shí)進(jìn)行介質(zhì)循環(huán)?，F(xiàn)有反應(yīng)器用于介質(zhì)循環(huán)工藝存在床層壓降大、壓力不均、傳質(zhì)傳熱不均勻等缺點(diǎn)，進(jìn)行放大時(shí)這些缺點(diǎn)尤為明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有問題，本發(fā)明目的是提供一種床層壓降小、壓力均勻、傳質(zhì)傳熱均勻的用于介質(zhì)循環(huán)工藝的費(fèi)托合成反應(yīng)器及其應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的反應(yīng)器，它包括塔體，進(jìn)氣口，出料口，上磁球?qū)雍拖麓徘驅(qū)?，上封頭和下封頭，其特征在于塔體上下分別連接上封頭和下封頭，上封頭頂端有進(jìn)氣口，下封頭底端有出料口，塔體內(nèi)的上部有上磁球?qū)?，下部有下磁球?qū)樱谏洗徘驅(qū)又?，且位于上封頭內(nèi)有噴淋板，上磁球?qū)雍拖麓徘驅(qū)又g是列管式床、氣冷激式菱形床或膨脹床。
[0007]所述噴淋板由內(nèi)環(huán)噴淋板，中環(huán)噴淋板和外環(huán)噴淋板組成，內(nèi)環(huán)噴淋板，中環(huán)噴淋和外環(huán)噴淋板在上封頭內(nèi)呈階梯分布，內(nèi)環(huán)噴淋板的圓周處有第一外壁，中環(huán)噴淋板的圓周處有第二外壁，中環(huán)噴淋板上有第一內(nèi)壁，外環(huán)噴淋板上第二內(nèi)壁，第一外壁與第一內(nèi)壁直徑相等，并密封連接，第二外壁與第二內(nèi)壁直徑相等，并密封連接，外環(huán)噴淋板外徑與塔體內(nèi)徑相同，第一外壁連接內(nèi)環(huán)噴淋板進(jìn)液口，第二外壁連接中環(huán)噴淋板進(jìn)液口，外環(huán)噴淋板與中環(huán)噴淋板之間的上封頭連接外環(huán)噴淋板進(jìn)液口。
[0008]所述內(nèi)環(huán)噴淋板、中環(huán)噴淋板、外環(huán)噴淋板均開有噴淋孔，噴淋孔總噴淋面積與塔體內(nèi)部橫截面積相同，內(nèi)環(huán)噴淋板上噴淋孔的面積之和與內(nèi)環(huán)噴淋板面積的比為0.2-0.5:I，中環(huán)噴淋板上噴淋孔的面積之和與內(nèi)環(huán)噴淋板面積的比為0.2-0.5:1，外環(huán)噴淋板上噴淋孔的面積之和與內(nèi)環(huán)噴淋板面積的比為0.2-0.5:1，噴淋孔的孔徑為0.5-5.0_。
[0009]所述反應(yīng)器由頂端進(jìn)氣口進(jìn)氣，由噴淋板進(jìn)液；循環(huán)介質(zhì)、反應(yīng)產(chǎn)物及未反應(yīng)的氣體由底端出料口排出、收集、分離。
[0010]本發(fā)明反應(yīng)器的應(yīng)用包括如下步驟:
[0011](I)新鮮合成氣與循環(huán)氣匯合后從頂端進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑作用下，反應(yīng)于170-250°c，2.0-5.0MPa，500_3000h、Η/C摩爾比=0.5-3.0的工況下進(jìn)行，循環(huán)氣與新鮮合成氣之體積比為1.0-4.0:1，馳放氣與新鮮合成氣之體積比為0.1-0.2:1 ；
[0012](2)所有反應(yīng)產(chǎn)物，包括循環(huán)介質(zhì)和未反應(yīng)完的氣體，經(jīng)由反應(yīng)器的出料口排出，經(jīng)過油氣水分離器分離出去反應(yīng)產(chǎn)生的合成水，其余產(chǎn)物通過精餾塔精餾切割分離，分別得到輕質(zhì)組分、中間餾和重質(zhì)組分；剩余一部分不凝氣體作為馳放氣排出界外，另一部分不凝氣體作為循環(huán)氣重新進(jìn)入反應(yīng)器；
[0013](3)輕質(zhì)組分或中間餾分或重質(zhì)組分作為循環(huán)介質(zhì)，輕質(zhì)組分經(jīng)過液體栗，由內(nèi)環(huán)噴淋板進(jìn)液口進(jìn)入外環(huán)噴淋板，中間餾分經(jīng)過換熱器換熱，由液體栗從中環(huán)噴淋板進(jìn)液口進(jìn)入中環(huán)噴淋板，重質(zhì)組分經(jīng)過換熱器換熱，由液體栗從外環(huán)噴淋板進(jìn)液口進(jìn)入外環(huán)噴淋板，然后噴淋進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)。
[0014]如上所述，循環(huán)介質(zhì)按照各組分的餾程切割分離，輕質(zhì)組分主要為C5?C 10，其餾程為70°C至180°C，中間餾分主要為Cn?C2。，其餾程為181°C至360°C，重質(zhì)組分主要為C2I以上，其饋程為360°C以上。
[0015]如上所述，循環(huán)介質(zhì)輕質(zhì)組分、中間餾分和重質(zhì)組分為單獨(dú)控制，可以選擇其中一種作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入相應(yīng)噴淋區(qū)域，也可以選擇其中兩種的組合作為循環(huán)介質(zhì)分別進(jìn)入相應(yīng)噴淋區(qū)域，也可以同時(shí)選擇三種作為循環(huán)介質(zhì)分別進(jìn)入相應(yīng)噴淋區(qū)域。
[0016]如上所述，循環(huán)介質(zhì)輕質(zhì)組分、中間餾分和重質(zhì)組分的進(jìn)液量可以有相應(yīng)的液體栗單獨(dú)控制，循環(huán)介質(zhì)之和與合成氣的重量比為1-10:1。
[0017]如上所述，中間餾分和重質(zhì)組分經(jīng)過預(yù)熱進(jìn)入反應(yīng)器，預(yù)熱溫度分別單獨(dú)控制，預(yù)熱溫度范圍為100-200 °C。
[0018]如上所述，循環(huán)介質(zhì)輕質(zhì)組分、中間餾分和重質(zhì)組分還可以由界外油替換進(jìn)入反應(yīng)器。
[0019]如上所述，適用于本發(fā)明工藝的催化劑是鈷基催化劑，包括Co-Mn/ZrO^f化劑，其催化劑原子比為Co:Zr:Si = 100:5-15:250-350 (具體制備方法見CN 101920202A)；或Co-Ru/A1203催化劑，其催化劑原子比為Co:Ru:A1 = 100:1~2:400-600 (具體制備方法見專利CN 102962077A);或Co-Pt-Al2O3催化劑，其催化劑原子比為為Co:Pt:Si = 100:0.1-1.0:300-600 (具體制備方法見 CN 102909033A);或 Co-N1-Re-Zr02/Si0jf 化劑，其催化劑原子比為 Co:Ni:Re:Zr:Si = 100:20-50:0.5-2:50-100:50-100 (具體制備方法見專利 CN 101524644A)。
[0020]如上所述，適用于本發(fā)明工藝的催化劑是鐵基基催化劑，包括Fe/Mn/Ca/K催化劑，催化劑的原子比為10Fe:30-70Mn:5_15Ca:2_8K(具體制備方法見CN 1463793);或Fe/Ce/Cu/K/Si 催化劑，催化劑的原子比為 Fe:Ce:Cu:K:Si02= 100: (0.3 ?5): (I ?10):(I?8): (5?40)(具體制備方法見CN 1583259);或Fe/Cu/K/Si催化劑，催化劑的原子比為 10Fe:10-30Cu:1_3K:5_20Si (具體制備方法見 CN 101811047A);或 Fe/Cu/K/Li 催化劑，催化劑的原子比為 Fe:Cu:K:Li:Si02= 100: 0.1-15: 0.1-10: 0.05-10: 2-50(具體制備方法見 CN 102380390A)。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0022]1、本發(fā)明提供的配有若干噴淋單元的反應(yīng)器，使得費(fèi)托合成介質(zhì)循環(huán)工藝更加細(xì)化、單元可控，能有效控制床層溫度，防止飛溫，增加了操作的穩(wěn)定性；
[0023]2、本發(fā)明能提高端烯烴和重質(zhì)烴選擇性、降低甲烷選擇性，提高C5+收率；
[0024]3、本發(fā)明使得床層壓降均勻、增強(qiáng)了傳質(zhì)傳熱，能克服放大效應(yīng)，進(jìn)而能大大提高產(chǎn)能。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明反應(yīng)器應(yīng)用工藝流程圖；
[0026]圖2是本發(fā)明反應(yīng)器中的噴淋板結(jié)構(gòu)正視圖示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明反應(yīng)器中的噴淋板結(jié)構(gòu)俯視圖示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1、3列管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2、4膨脹床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]如圖所示，1-塔體，2-進(jìn)氣□，3-出料口，4-上磁球?qū)樱?-下磁球?qū)樱?-內(nèi)環(huán)噴淋板，7-中環(huán)噴淋板，8-外環(huán)噴淋板，9-內(nèi)環(huán)噴淋板進(jìn)液口，10-中環(huán)噴淋板進(jìn)液口，11-外環(huán)噴淋板進(jìn)液口，12-噴淋孔，13-新鮮氣，14-循環(huán)氣，15-馳放氣，16-油氣水分離器，17-合成水，18-精餾塔，19-輕質(zhì)餾分，20-中間餾分，21-重質(zhì)餾分，22-輕質(zhì)餾分液體栗，23-中間餾分液體栗，24-重質(zhì)餾分液體栗，25-重質(zhì)餾分預(yù)熱器，26-中間餾分預(yù)熱器，27-界外油，28是上封頭，29是下封頭，30-第一外壁，31-第二外壁，32-第一內(nèi)壁，33-第二內(nèi)壁。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例對本發(fā)明反應(yīng)器及工藝應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域研究人員更好理解本發(fā)明反應(yīng)器及工藝并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0032]實(shí)施例1:
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