專利名稱：一種合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種合成氣高效制備液體燃料的反應(yīng)裝置，特別涉及到一種利用煤、天然氣和生物質(zhì)等經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化所得合成氣為原料，在雙層催化劑作用下，高效制備低碳醇的裝置。
背景技術(shù)：
能源是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，清潔燃料的供給能力關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，是國(guó)家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。目前我國(guó)液體燃料(如汽油、柴油、LPG等)主要來(lái)自于石油，隨著石油資源的日益枯竭，液體燃料的供應(yīng)將面臨巨大的威脅。由煤、天然氣、生物質(zhì)等含碳資源經(jīng)氣化生產(chǎn)合成氣(CCHH2)，合成氣再催化轉(zhuǎn)化合成烴類、低碳混合醇等清潔燃料和其它化學(xué)品已成為國(guó)內(nèi)外能源化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是緩解我國(guó)石油資源短缺，實(shí)現(xiàn)含碳資源高效潔凈轉(zhuǎn)化最為現(xiàn)實(shí)可行的途徑之一。低碳混合醇(簡(jiǎn)稱低碳醇)是指由C1-C5醇構(gòu)成的液體混合物。低碳醇主要用途是作為潔凈汽油添加劑，這主要是因?yàn)榛旌洗贾泻幸欢康母呒?jí)醇(C2+醇)，對(duì)水的穩(wěn)定性好，溶劑化效果也相對(duì)比較好，而且可以明顯提高汽油辛烷值，增強(qiáng)其抗震性能，在這方面，低碳醇有望取代污染嚴(yán)重的甲基叔丁基醚(MTBE);其次，低碳醇具有燃燒充分、效率高且CO、NOx及烴類排放量少等優(yōu)點(diǎn)，可以替代石油單獨(dú)用作發(fā)動(dòng)機(jī)新一代低污染的清潔燃料，并且可以在不改變現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下使用。另外，低碳醇經(jīng)分離可得到乙、丙、丁、戊醇等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的醇類，還可作為L(zhǎng)PG代用品和通用化學(xué)溶劑等。由此可以看出，低碳醇中所含高級(jí)醇的量越大，其熱值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高，如何提高低碳醇中所含高級(jí)醇的產(chǎn)率和選擇性是合成氣制備液體燃料領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。CO加氫合成低碳醇(反應(yīng)式I)反應(yīng)過(guò)程通常伴隨著甲醇、烴類和CO2等副產(chǎn)物的生成，高選擇性和高活性并具有優(yōu)良穩(wěn)定性的催化劑的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是低碳醇合成技術(shù)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)適合該過(guò)程的催化劑進(jìn)行了廣泛的研究和探索，目前研究相對(duì)比較集中的催化劑體系主要有貴金屬Rh基催化劑、改性甲醇合成催化劑和改性F-T合成催化劑體系等。其中，貴金屬Rh基催化劑成本高，產(chǎn)物中含有大量烷烴，不適宜于工業(yè)化應(yīng)用。改性甲醇合成催化劑包括高溫(高壓)和低溫(低壓)兩類，改性低溫(低壓)Cu-Zn系甲醇催化劑反應(yīng)條件溫和，醇產(chǎn)率高，但選擇性較差，Cu活性組分易燒結(jié)，而且產(chǎn)物中甲醇含量高；改性高溫(高壓)Zn-Cr系甲醇催化劑主要產(chǎn)物為甲醇和支鏈異丁醇，反應(yīng)條件較為苛刻，但由于其較高的醇選擇性一直受到關(guān)注。改性F-T合成催化劑主要包括Fe、Co或Ni改性低溫(低壓)甲醇合成催化劑及堿改性Mo基催化劑，其中有代表性的為Cu-Co催化劑和鑰系耐硫催化劑，Cu-Co催化劑以法國(guó)石油研究所(IFP)為代表，主要產(chǎn)物為直鏈正構(gòu)醇，反應(yīng)活性和C2+醇的選擇性較高，但總醇選擇性較低且產(chǎn)物中含水較多；鑰系耐硫催化劑由美國(guó)Dow化學(xué)公司開(kāi)發(fā)，操作條件相對(duì)溫和，產(chǎn)物主要為直鏈正構(gòu)醇，具有獨(dú)特的抗硫性，可避免耗資巨大的深度脫硫，降低經(jīng)濟(jì)成本，而且由于鑰硫催化劑高的變換反應(yīng)活性，產(chǎn)物水含量低，有利于產(chǎn)品的后續(xù)脫水。由此看來(lái)，不同的催化劑體系表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢(shì)和缺陷。催化劑研究的重點(diǎn)就在于探索不同活性中心的最佳匹配、構(gòu)效關(guān)系及合成低碳醇的選擇性規(guī)律等方面，從而提高低碳醇產(chǎn)物中的高級(jí)醇選擇性和產(chǎn)率等。美國(guó)專利US 20100088951公開(kāi)了一種新型催化劑Cu-Zn-K-Co (或Mn或Co-Μη) /Al2O3 (或SiO2或CNTs)，以煤、天然氣和生物質(zhì)等經(jīng)氣化重整所得合成氣為原料，可制備出熱值較甲醇和乙醇高，且與丁醇相當(dāng)?shù)挠杉状?、乙醇、丙醇、丁醇和烴類所構(gòu)成的混合液體燃料。國(guó)內(nèi)專利CN 102247852A公開(kāi)了一種Cu-Fe-Co基改性F-T合成催化劑，其中，Cu是合成甲醇的活性成分，有利于CO的非解離吸附，對(duì)合成醇有利；F_T組元Co或Fe組分有利于CO的解離吸附，促使單碳中間體CH/的形成，而高活性的單碳中間體相互結(jié)合，形成C-C鍵，實(shí)現(xiàn)碳鏈增長(zhǎng)，該類催化劑以Cu-Fe作為主活性組分，少量Co作為助活性組分用于調(diào)節(jié)Cu-Fe間的相互作用，表現(xiàn)出較高的高級(jí)醇選擇性，同時(shí)催化劑制備方法簡(jiǎn)單，成本低，性能穩(wěn)定，易于工業(yè)放大生產(chǎn)。nC0+2nH2 — CnH2n+10H+(n-l)H20(I)除催化劑外，通過(guò)選擇合適的工藝技術(shù)和反應(yīng)器，有效減少反應(yīng)副產(chǎn)物的生成，對(duì)于提高低碳醇的選擇性和產(chǎn)率也是至關(guān)重要的。美國(guó)專利US 20100088951公開(kāi)了一種利用逆水煤氣變換反應(yīng)(RWGS，反應(yīng)式2)與甲醇合成、甲醇合成乙醇以及乙醇合成丁醇等反·應(yīng)相結(jié)合，在Cu/水滑石催化劑和膜分離系統(tǒng)的作用下，避免了低碳醇合成過(guò)程中所有副反應(yīng)的發(fā)生。美國(guó)專利US 20090182176A1公開(kāi)了一種將生物質(zhì)和含烴原料經(jīng)部分氧化和/或氣化所得合成氣中間體分離后與生物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵所得醇中間體分離后共同進(jìn)行重整合成低碳醇的工藝技術(shù)，促進(jìn)了低碳醇選擇性的提高。傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器高級(jí)醇選擇性和產(chǎn)率均較低，難以滿足工業(yè)化需求。在雙層床反應(yīng)器中，上層低溫催化劑將合成氣盡可能多地轉(zhuǎn)化為甲醇，下層高溫催化劑則促進(jìn)碳鏈增長(zhǎng)，將上層反應(yīng)所得產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高級(jí)醇，從而使高級(jí)醇的產(chǎn)率和選擇性最大化。美國(guó)Lehigh大學(xué)的Beretta等人曾報(bào)道,在合成異丁醇過(guò)程中，使用Cs_Cu/Zn0/Cr2031 | Cs_Zn0/Cr203雙層床催化劑較單層床Cs_Cu/Zn0/Cr203催化劑具有更高的異丁醇產(chǎn)率。目前，雙層床反應(yīng)器的研究集中于支鏈醇的合成，但還未見(jiàn)相關(guān)專利報(bào)道。C02+H2 — CCHH2O(2)

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)如何提高合成氣制備液體燃料如低碳醇中所含高級(jí)醇的產(chǎn)率和選擇性這一關(guān)鍵問(wèn)題，提供一種利用煤、天然氣和生物質(zhì)等經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化所得合成氣為原料，在雙層催化劑作用下，高效制備低碳醇的裝置。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案一種合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置，包括有一高溫電爐，以及置于該高溫電爐內(nèi)的雙層床反應(yīng)器，該雙層床反應(yīng)器頂部設(shè)有原料氣進(jìn)口和套管，底部設(shè)有尾氣出口和支撐管，所述套管內(nèi)插入一熱電偶，并使用與該熱電偶相連的溫度控制器調(diào)節(jié)催化劑的還原溫度或低碳醇合成的反應(yīng)溫度，所述支撐管用于支撐所述雙層床反應(yīng)器內(nèi)部中間位置處設(shè)置的催化劑床層，該催化劑床層由上至下依次為甲醇或高級(jí)醇催化劑顆粒床層、石棉支撐床層、高級(jí)醇或逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑顆粒床層和石棉支撐床層，其中所述甲醇催化劑和高級(jí)醇催化劑組合體系、高級(jí)醇催化劑和逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑組合體系中的催化劑可相互更換裝填床層，催化劑上下床層高度分別為X、y，通過(guò)改變X、y可獲得不同組成的低碳醇；包括有與所述原料氣進(jìn)口相連，用于提供還原氣的H2進(jìn)口、提供反應(yīng)原料的合成氣進(jìn)口和對(duì)所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢漏所用的N2進(jìn)口，以及分別用于調(diào)節(jié)H2、合成氣和N2流量的氣體質(zhì)量流量控制器和配套的氣體流量顯示儀；還包括有與所述尾氣出口相連，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離的冷阱，獲得的液體產(chǎn)物經(jīng)所述冷阱底部設(shè)置的針型閥收集，余下的氣體產(chǎn)物經(jīng)由測(cè)定氣體產(chǎn)物壓力的壓力表、控制所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)壓力的背壓閥、測(cè)定氣體產(chǎn)物流量的流量計(jì)進(jìn)入尾氣循環(huán)氣路或尾氣排空出口 ；所述尾氣循環(huán)氣路經(jīng)由用于控制催化劑還原后氣體產(chǎn)物或低碳醇合成反應(yīng)后氣體產(chǎn)物倒流的單向閥和壓力表連接至氣體壓縮機(jī)，氣體產(chǎn)物經(jīng)所述氣體壓縮機(jī)增壓后經(jīng)由壓力表和單向閥分別進(jìn)入所述還原氣H2進(jìn)口或所述反應(yīng)原料合成氣進(jìn)口 ；所述尾氣循環(huán)氣路同時(shí)設(shè)置有在線氣相色譜儀，用于在線分析催化劑還原后氣體產(chǎn)物或低碳醇合成反應(yīng)后氣體產(chǎn)物的組成，以此來(lái)確定所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)中需要補(bǔ)充的H2或合成氣的含量。合成氣高效制備低碳醇的工藝流程分為檢漏、還原、反應(yīng)三步首先，為了保證整個(gè)裝置的連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，同時(shí)，確保系統(tǒng)中氧氣含量較低，打開(kāi)N2進(jìn)口充入N2,通過(guò)所述背壓閥調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力至反應(yīng)階段所需壓力，保持恒定，并使用肥皂泡對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氣路連接處進(jìn)行檢漏，然后打開(kāi)尾氣排空出口，將含有氧氣的檢漏尾氣排入大氣中；檢漏完成后，打開(kāi)H2進(jìn)口充入H2，采用所述溫度控制器、氣體質(zhì)量流量控制器和背壓閥分別·調(diào)節(jié)催化劑還原過(guò)程中所需的溫度、空速和壓力，對(duì)裝填于所述雙層床反應(yīng)器中的催化劑組合體系進(jìn)行還原，還原過(guò)程中產(chǎn)生的H2尾氣進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，通過(guò)單向閥循環(huán)進(jìn)入所述還原氣H2進(jìn)口，并采用所述在線氣相色譜儀在線監(jiān)測(cè)催化劑還原后氣體產(chǎn)物的組成，以確定由H2進(jìn)口需要補(bǔ)充的H2含量；催化劑還原一段時(shí)間后，使用所述溫度控制器調(diào)節(jié)雙層床反應(yīng)器溫度至100°C以下，打開(kāi)合成氣進(jìn)口充入反應(yīng)原料氣，采用所述溫度控制器、氣體質(zhì)量流量控制器和背壓閥分別調(diào)節(jié)低碳醇合成過(guò)程中所需的溫度、空速和壓力等反應(yīng)條件，所述雙層催化劑在這些條件下進(jìn)行合成氣制取低碳醇反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)所述反應(yīng)器底部設(shè)置的尾氣出口排出，通過(guò)所述冷阱進(jìn)行氣液分離，所得液體產(chǎn)物待反應(yīng)結(jié)束后收集，并使用離線氣相色譜儀進(jìn)行分析，所得氣體產(chǎn)物通過(guò)所述流量計(jì)檢測(cè)流量后經(jīng)所述氣體壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，通過(guò)單向閥循環(huán)進(jìn)入所述反應(yīng)原料合成氣進(jìn)口，并采用所述在線氣相色譜儀在線監(jiān)測(cè)低碳醇合成反應(yīng)后氣體產(chǎn)物的組成，以確定由反應(yīng)原料合成氣進(jìn)口需要補(bǔ)充的反應(yīng)原料合成氣的含量。本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型合成氣高效制備液體燃料的反應(yīng)裝置，利用煤、天然氣和生物質(zhì)等經(jīng)氣化所得合成氣為原料，通過(guò)利用雙層催化劑中兩種不同催化劑的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行低碳醇合成，促進(jìn)低碳醇合成過(guò)程中副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，有效提高低碳醇中所含高級(jí)醇的產(chǎn)率和選擇性，該系統(tǒng)可推廣至合成氣制備液體燃料的商業(yè)化運(yùn)行，還可利用到各種組合催化劑體系促進(jìn)的化工反應(yīng)中；本實(shí)用新型合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置，在傳統(tǒng)的催化劑還原或反應(yīng)化工單元基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化集成，將催化劑還原后的H2尾氣或低碳醇合成反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物進(jìn)行循環(huán)利用，在不降低催化劑還原效果或低碳醇合成效果的情況下，節(jié)省H2和合成氣，有效提高了合成氣制備低碳醇反應(yīng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)減少了反應(yīng)尾氣對(duì)環(huán)境的污染。
圖I為本實(shí)用新型合成氣高效制備液體燃料的反應(yīng)裝置示意圖；圖2為本實(shí)用新型合成氣高效制備液體燃料的反應(yīng)裝置中雙層床反應(yīng)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說(shuō)明1、H2進(jìn)口 ；2、合成氣進(jìn)口 ；3、N2進(jìn)口 ；4、氣體質(zhì)量流量控制器；5、氣體流量顯示儀；6、雙層 床反應(yīng)器；61、原料氣進(jìn)口 ；62、尾氣出口 ；63、套管；64、支撐管；65、熱電偶；66、甲醇催化劑或高級(jí)醇催化劑顆粒床層；67、高級(jí)醇催化劑或逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑顆粒床層；68、石棉支撐床層；7、高溫電爐；8、溫度控制器；9、冷阱；10、針型閥；
11、液體產(chǎn)物出口 ；12、背壓閥；13、流量計(jì)；14、氣體壓縮機(jī)；15、在線氣相色譜儀；16、尾氣循環(huán)氣路；17、尾氣排空出口 ；18、單向閥；19、壓力表。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例如圖I和圖2所示，本實(shí)施例提供了由煤、天然氣或生物質(zhì)等經(jīng)氣化所得合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置，包括有雙層床反應(yīng)器6，該雙層床反應(yīng)器6內(nèi)徑為8_，置于高溫電爐7內(nèi)，雙層床反應(yīng)器6頂部設(shè)有原料氣進(jìn)口 61和套管63，底部設(shè)有尾氣出口 62和支撐管64,套管63內(nèi)插入一熱電偶65,并由與熱電偶65相連的溫度控制器8調(diào)節(jié)雙層床反應(yīng)器6的催化劑還原溫度或低碳醇合成反應(yīng)溫度，支撐管64用于支撐雙層床反應(yīng)器6內(nèi)部中間位置處設(shè)置的催化劑床層，該催化劑床層由上至下依次為甲醇催化劑顆粒床層66、石棉支撐床層68、高級(jí)醇催化劑顆粒床層67和石棉支撐床層68,甲醇催化劑床層66的裝填高度X為40mm，高級(jí)醇催化劑床層67的裝填高度y為160mm ;包括有與原料氣進(jìn)口 61相連的H2進(jìn)口 I、合成氣進(jìn)口 2和N2進(jìn)口 3，以及分別用于調(diào)節(jié)H2、合成氣和N2流量的氣體質(zhì)量流量控制器4和配套的氣體流量顯示儀5 ;與尾氣出口 62相連的管路上設(shè)置冷阱9，液體產(chǎn)物經(jīng)冷阱9底部設(shè)置的針型閥10和液體產(chǎn)物出口 11進(jìn)行收集，氣體產(chǎn)物經(jīng)壓力表19、背壓閥12和流量計(jì)13進(jìn)入尾氣循環(huán)氣路16或尾氣排空出口 17 ;尾氣循環(huán)氣路16配備有為氣體產(chǎn)物提供動(dòng)力使其能循環(huán)利用的氣體壓縮機(jī)14，催化劑還原后氣體產(chǎn)物或低碳醇合成反應(yīng)后氣體產(chǎn)物經(jīng)由用于控制倒流的單向閥18和用于測(cè)定氣體壓縮機(jī)14進(jìn)口壓力的壓力表19連接至氣體壓縮機(jī)14進(jìn)行增壓后分別進(jìn)入H2進(jìn)口 I或合成氣進(jìn)口 2 ;尾氣循環(huán)氣路16同時(shí)設(shè)置有在線氣相色譜儀，用于在線監(jiān)測(cè)催化劑還原后氣體產(chǎn)物或低碳醇合成反應(yīng)后氣體產(chǎn)物的組成，以此來(lái)確定所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)中需要補(bǔ)充的H2或合成氣的含量。在整個(gè)反應(yīng)裝置系統(tǒng)的檢漏過(guò)程中，首先打開(kāi)N2進(jìn)口 3，使用背壓閥12調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)壓力為6. 5MPa，用肥皂泡對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氣路連接處，尤其是雙層床反應(yīng)器與氣路的連接處進(jìn)行檢漏，檢漏完成后，打開(kāi)尾氣排空出口 17，將含有氧氣的檢漏尾氣排入大氣中；在對(duì)雙層催化劑進(jìn)行還原過(guò)程中，首先打開(kāi)H2進(jìn)口 I，H2由原料氣進(jìn)口 61充入反應(yīng)器中，并由尾氣出口 62導(dǎo)出，經(jīng)冷阱9進(jìn)入背壓閥12，使用背壓閥12調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)壓力為1.5MPa，使用氣體質(zhì)量流量控制器4調(diào)節(jié)氣體流量顯示儀5所顯示的H2流量使反應(yīng)裝置內(nèi)的體積空速達(dá)到UOOtr1,然后打開(kāi)氣體壓縮機(jī)14，使系統(tǒng)中氣體循環(huán)起來(lái)，待氣流穩(wěn)定后，開(kāi)啟溫度控制器8，調(diào)節(jié)雙層床反應(yīng)器6的催化劑還原溫度為400°C，隨著催化劑還原的進(jìn)行，由在線氣相色譜檢測(cè)儀15在線監(jiān)測(cè)催化劑還原后尾氣的組成，以確定由H2進(jìn)口 I所需補(bǔ)充的H2含量；催化劑還原一段時(shí)間后，使用溫度控制器8調(diào)節(jié)雙層床反應(yīng)器6的溫度至100°C以下，打開(kāi)合成氣進(jìn)口 2將合成氣由原料氣進(jìn)口 61充入反應(yīng)器中，采用溫度控制器8、氣體質(zhì)量流量控制器4和背壓閥12調(diào)節(jié)低碳醇合成的溫度、空速和壓力分別為280-3401^28001^和6. 5MPa，在這些條件下進(jìn)行合成氣制取低碳醇反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)尾氣出口 62排出，通過(guò)冷阱9進(jìn)行氣液分離，所得液體產(chǎn)物待反應(yīng)結(jié)束后收集，并使用離線氣相色譜儀進(jìn)行分析，所得氣體產(chǎn)物通過(guò)流量計(jì)13測(cè)定流量后經(jīng)氣體壓縮機(jī)14進(jìn)行增壓，通過(guò)單向閥18循環(huán)進(jìn)入合成氣進(jìn)口 2，隨著低碳醇合成反應(yīng)的進(jìn)行，采用在線氣相色譜儀15在線監(jiān)測(cè)反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物組成，確定由合成氣進(jìn)口 2所需補(bǔ)充的合成氣含量。本實(shí)施例中所用甲醇催化劑為已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的CuZnAl甲醇合成催化劑，所用高級(jí)醇催化劑為專利CN 102247852A公開(kāi)的一種Cu-Fe-Co基改性F-T合成催化劑。所用合成氣為生物質(zhì)快速熱解所得生物油經(jīng)氣化反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣，其平均組成為V(H2) V(CO) V (CO2) V (CH4) V(N2) = 51. 3 29. 4 4. 9 5. I 9.3，·其中H2/C0 = I. 74，合成氣制取低碳醇反應(yīng)8h，所得結(jié)果如下表
反應(yīng)溫度醇時(shí)空收率C2+醇選擇性醇分布wt%
°Cg (kg-h)1%甲醇乙醇丙醇丁醇戊醇C5+醇
280321.432.967.114.78.6 5.63.4 0.6
300279.654.845.228.911.7 7.15.8 1.3
320196.167.332.732.514.2 9.49.3 1.9
340170.376.623.435.116.8 10.510.1 4.1進(jìn)一步的，本實(shí)施例中雙層床反應(yīng)器6的內(nèi)徑可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)；甲醇催化劑顆粒床層66裝填的甲醇催化劑可更換為高級(jí)醇催化劑，相應(yīng)地，高級(jí)醇催化劑顆粒床層67裝填的高級(jí)醇催化劑更換為逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑，且床層高度x、y均在20-160mm范圍內(nèi)可調(diào)，以獲得不同組成的低碳醇。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的于實(shí)驗(yàn)室階段的具體實(shí)施方式
，并非用以限制本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置，其特征在于包括有一高溫電爐(7)，以及置于該高溫電爐(7 )內(nèi)的雙層床反應(yīng)器(6 )，該雙層床反應(yīng)器(6 )頂部設(shè)有原料氣進(jìn)口( 61)和套管(63)，底部設(shè)有尾氣出口(62)和支撐管(64)，所述套管(63)內(nèi)插入一熱電偶(65)，并與溫度控制器(8 )相連接，所述支撐管(64 )用于支撐所述雙層床反應(yīng)器(6 )內(nèi)部中間位置處設(shè)置的催化劑床層，該催化劑床層由上至下依次為甲醇催化劑或高級(jí)醇催化劑顆粒床層(66 )、石棉支撐床層(68 )、高級(jí)醇催化劑或逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑顆粒床層(67 )和石棉支撐床層(68)，所述甲醇催化劑或高級(jí)醇催化劑顆粒床層(66)和高級(jí)醇催化劑或逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑顆粒床層(67)中的催化劑可相互更換裝填床層，床層高度分別為X、I ; 還包括有與所述原料氣進(jìn)口(61)相連，用于提供還原氣的H2進(jìn)口(I)、提供反應(yīng)原料的合成氣進(jìn)口(2)和對(duì)所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢漏所用的N2進(jìn)口(3)，以及分別用于調(diào)節(jié)H2、合成氣和N2流量的氣體質(zhì)量流量控制器(4)和配套的氣體流量顯示儀(5)； 還包括有與所述尾氣出口( 62 )相連，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離的冷阱(9 )，冷阱(9 )底 部設(shè)置有針型閥(10)，冷阱(9)氣體出口管路上分別設(shè)有壓力表(19)、控制所述反應(yīng)裝置整個(gè)系統(tǒng)壓力的背壓閥(12)和測(cè)定氣體產(chǎn)物流量的流量計(jì)(13)進(jìn)入尾氣循環(huán)氣路(16)，同時(shí)在尾氣循環(huán)氣路(16)上設(shè)置有尾氣排空出口( 17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成氣高效制備低碳醇的反應(yīng)裝置，其特征在于所述尾氣循環(huán)氣路(16)經(jīng)由用于控制還原后氣體產(chǎn)物或反應(yīng)后氣體產(chǎn)物倒流的單向閥(18)和壓力表(19)連接至氣體壓縮機(jī)(14)，氣體產(chǎn)物經(jīng)所述氣體壓縮機(jī)(14)增壓后經(jīng)由所述壓力表(19)和單向閥(18)分別進(jìn)入所述還原氣H2進(jìn)口(I)或所述反應(yīng)原料合成氣進(jìn)口(2);所述尾氣循環(huán)氣路(16 )上同時(shí)設(shè)置有在線氣相色譜儀(15)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用煤、天然氣和生物質(zhì)等經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化所得合成氣為原料，在雙層催化劑作用下，高效制備液體燃料如低碳醇的裝置，包括有雙層床反應(yīng)器，該反應(yīng)器內(nèi)裝填甲醇催化劑與高級(jí)醇催化劑或高級(jí)醇催化劑與逆水煤氣變換反應(yīng)催化劑的組合體系，氫氣或合成氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行催化劑還原或低碳醇合成，所得尾氣經(jīng)冷阱氣液分離，液體產(chǎn)物收集后由離線氣相色譜儀分析，氣體產(chǎn)物經(jīng)氣體壓縮機(jī)增壓后，經(jīng)由壓力表和單向閥分別進(jìn)入氫氣進(jìn)口或合成氣進(jìn)口循環(huán)參與催化劑還原或低碳醇合成，由在線氣相色譜儀監(jiān)測(cè)進(jìn)入反應(yīng)器中的循環(huán)氣體產(chǎn)物組成。本實(shí)用新型有效提高了合成氣制備低碳醇中高級(jí)醇的產(chǎn)率和選擇性，以及整個(gè)反應(yīng)裝置系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)C07C31/125GK202754918SQ20122018818
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者陳新德, 陳勇, 郭海軍, 熊蓮, 李尚貴, 張海榮, 謝羽娜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所