專利名稱：平板型流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床反應(yīng)器的操作方法和一種流化床反應(yīng)器。
技術(shù)背景為了獲得規(guī)模經(jīng)濟的效益，將技術(shù)從試驗設(shè)備規(guī)模擴大到商業(yè)設(shè)備規(guī)模 時會遇到相當(dāng)大的風(fēng)險。流化床反應(yīng)器，例如三相料漿反應(yīng)器和兩相流化床 反應(yīng)器，通常展現(xiàn)出規(guī)模依賴的宏觀混合效應(yīng)，所以當(dāng)流化床反應(yīng)器擴大規(guī) 模時，就會產(chǎn)生前述風(fēng)險。所以，如果能夠找到一種能夠顯著降低與流化床 反應(yīng)器規(guī)?；嚓P(guān)的風(fēng)險的方法將會是一種進(jìn)步。并且，對于在反應(yīng)器中能 夠更容易地通過實驗?zāi)M或預(yù)測反應(yīng)器內(nèi)的混合模式的設(shè)計，其所具有的益 處是能夠限制通常不希望的回混的程度，從而潛在地使一種理想的栓塞流特 性(通常的高生產(chǎn)率和選擇率)和良好的混合特性(經(jīng)常為理想的固體分布 和平滑的溫度曲線所需要)的最佳組合成為可能。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種兩相流化床反應(yīng)器的操作方法，所述方法包4舌在較低高度將至少 一種氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料到垂直延伸的固體顆粒的流化 體中，該流化體容納于至少兩個安置在共用的反應(yīng)器殼體中的垂直延伸的豎 井中，每個豎井被分成多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是流體連通 的，并且流化體存在于至少其中部分所述通道中；當(dāng)所述氣態(tài)反應(yīng)物向上流過存在于所述豎井的至少部分通道中的流化 體時，使所述氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，從而形成氣態(tài)產(chǎn)物；使氣態(tài)產(chǎn)物和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物從所述流化體中釋放而進(jìn)入所述 流4b體上方的頂部空間；和從所述頂部空間排出氣態(tài)產(chǎn)物和未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物(如果存在的話)。 通常，所述排出的氣態(tài)產(chǎn)物和未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物中含有來自所述流化體的固體顆粒。所以該方法可包括從氣體中分離固體顆粒的步驟，例如通過旋風(fēng)分離器來分離。該方法還可包括將所分離出來的固體顆粒返還到流化體中的步驟。所述方法可包括通過加入或移除固體顆粒來保持所述流化體處于所希 望的高度，例如使用氣動方法。如果所述固體顆粒要被加入到流化體中，在 這樣的氣動方法中優(yōu)選使用廢氣來流態(tài)化所述固體顆粒。如下文所述，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種三相料漿反應(yīng)器的操作方法。所以， 在對本發(fā)明的進(jìn)一步描述中將用料漿體來替代流化體。然而，應(yīng)認(rèn)識到的是， 除非流化床反應(yīng)器領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚的了解其并不適用外，本發(fā)明關(guān)于 料漿體或料漿的陳述也適用于本發(fā)明關(guān)于固體顆粒的流化體的陳述。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種三相料漿反應(yīng)器的操作方法, 所述方法包括在較低高度處將至少 一種氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料到垂直延伸的懸浮在懸浮液 中的固體顆粒的料漿體中，所述料漿體容納于至少兩個安置在共用的反應(yīng)器 殼體中的垂直延伸的豎井中，每個豎井被分成多個垂直延伸的通道，其中至 少部分通道是料漿流體連通的，并且料漿體存在于至少部分所述通道中；當(dāng)所述氣態(tài)反應(yīng)物向上流過存在于所述豎井的至少部分通道中的料漿 體時，使所述氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，從而形成非氣態(tài)和/或氣態(tài)產(chǎn)物；使氣態(tài)產(chǎn)物(如果存在的話)，和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物從所述料漿 體中釋》丈而進(jìn)入所述料漿體上方的頂部空間；從所述頂部空間排出氣態(tài)產(chǎn)物(如果存在的話)和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反 應(yīng)物；和當(dāng)需要時，通過排出包括非氣態(tài)產(chǎn)物(如果存在的話)的懸浮液或加入 懸浮液來保持所述料漿體處于所需高度。
所述方法可包括使傳熱介質(zhì)經(jīng)過所述豎井的部分通道，含有所述傳熱介 質(zhì)的豎井中的通道是流體連通的。豎井的所述通道可以處于平行的平面上，并且交替含有所述料漿體和所 述傳熱介質(zhì)。所以所述通道可以是垂直延伸的管，所述豎井由分隔所述反應(yīng)器的垂直延伸 的側(cè)壁來限定。當(dāng)殼體為圓柱形時，從水平斷面看所述側(cè)壁形成所述殼體的 弦。與那些平滑的圓柱形管或平滑的側(cè)壁的傳熱表面相比，所述反應(yīng)器的傳 熱表面，例如那些管和/或側(cè)壁，可以可選擇地形成或構(gòu)造成可提高其傳熱 表面積或改善其傳熱系數(shù)的形狀。所述形成或構(gòu)造成的形狀可以包括使用波 紋、肋片或翅片管或平板，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它方法。豎井的通道之間的料漿流體連通優(yōu)選僅僅發(fā)生于這些通道的頂端和/或 底端。正如將要了解的，每個帶有其通道的豎井起到料漿鼓泡反應(yīng)器或三相料 漿反應(yīng)器的作用(或者在流化床反應(yīng)器的情況下，作為兩相流化床反應(yīng)器)。 試驗規(guī)模的單個豎井的設(shè)計和測試是切實可行的，那么商業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器可 包括多個所述豎井，從而實質(zhì)上降低了規(guī)?；娘L(fēng)險。雖然可以相信根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法具有，至少在理論上具有廣 泛的應(yīng)用，不過，可以想象的是，所述固體顆粒通常是將氣態(tài)反應(yīng)物催化生 成產(chǎn)物，即液態(tài)產(chǎn)物和/或氣態(tài)產(chǎn)物的催化劑顆粒。所述懸浮液通常用于液 態(tài)產(chǎn)物，但不必總是液態(tài)產(chǎn)物，從而伴隨著從料漿體中排出液相以保持所述 料漿體處于所希望的高度。進(jìn)一 步的，雖然也可以相信根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法理論上具有廣 泛的應(yīng)用，不過，可以想象的是，該方法在烴合成中有的特定應(yīng)用，其中， 所述氣態(tài)反應(yīng)物能夠在所述料漿體中進(jìn)行催化放熱反應(yīng)來形成液態(tài)烴產(chǎn)物 和/或氣態(tài)烴產(chǎn)物。具體而言，所述反應(yīng)或烴合成可為費希爾-托羅普施合成(Fischer-Tropsch synthesis),其中氣態(tài)反應(yīng)物的形式為主要包含一氧化碳 和氫氣的合成氣流，同時生成液態(tài)烴產(chǎn)物和氣態(tài)烴產(chǎn)物，并且所述傳熱介質(zhì) 為冷卻介質(zhì)，例如鍋爐給水。所述方法可以包括使料漿使用豎井中的一個或多個通道從所述料漿體 的較高高度處向下流到其較低高度處。這可以包括防止氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)入所述 豎井的一個或多個通道，例如，通過提供擋板，從而允許這些通道起到降液 管的作用，和/或可以包括對通道中的料漿進(jìn)行脫氣，例如通過在通道的上 端增加脫氣裝置。所述方法可包括將來自頂部空間的氣體冷卻為冷凝液態(tài)產(chǎn)物，例如液 態(tài)烴和反應(yīng)水，從所述氣體中分離所述液態(tài)產(chǎn)物以提供廢氣，并將至少部分 廢氣作為再循環(huán)氣流再循環(huán)到所述料漿體中。至少部分單獨的豎井可以各自具有氣態(tài)反應(yīng)物入口 。所述方法可包括將所述氣態(tài)反應(yīng)物或再循環(huán)氣體進(jìn)料到這些單獨的豎井中。所述氣態(tài)反應(yīng)物可 以獨立地從所述進(jìn)料口進(jìn)料到另 一個豎井，特別是另 一個處于同樣高度的豎 井。至少部分所述豎井可以各自具有沖牛漿或懸浮液的出口或入口 。所述方法 可包括通過從所述液體入口或出口加入或排出料漿或懸浮液來保持這些豎 井中的料漿體的高度。所述懸浮液或料漿體可以與另 一豎井無關(guān)地加入一個 豎井或從一個豎井排出，尤其當(dāng)另一豎井處于同樣高度時。至少部分豎井可以各自包括或限定濾過區(qū)來從所述反應(yīng)器中移除液相。 所述液相可以與另一豎井無關(guān)地從一個豎井排出。的上端在上部豎井的下端的下面。所述方法可包括使料漿從上部豎井中的 料漿體的較高高度處向下流到其較低高度處；該方法還可包括使料漿從下 部的豎井中的料漿體的較高高度處向下流到其較低高度處。所以本發(fā)明的方 法允許料漿在反應(yīng)器的所選擇的垂直延伸的區(qū)域中再分布或再循環(huán)，比起料 漿在整個反應(yīng)器高度內(nèi)再循環(huán)，這減少了對栓塞流行為的損害。同時，使用所述通道的結(jié)果是實現(xiàn)了所述反應(yīng)器的所希望的高縱橫比(長/徑比)的特 性。然而，如果需要的話，該方法可以包括允許料漿從上部豎井中的料漿體 的較高高度處向下流到下部豎井的料漿體的較低高度處，例如通過擁有作為 降液管的互相縱向?qū)?zhǔn)的通道，或縱向連^^流體連通的通道的方式。所述方法可包括在升高的高度將再循環(huán)氣體加入到所述料漿體中，從而 使所述再循環(huán)氣體僅僅經(jīng)過上部豎井而繞開下部豎井。所述方法可包括防止在相鄰的豎井之間，或處于同一高度的所有豎井 之間的料漿流體連通。作為替代方案，該方法還在所述豎井的上端和下端之 間的高度上允許相鄰的豎井之間的料漿連通，或者該方法可包括在所述豎井 的下端允許豎井間的料漿流體連通，特別是在下部豎井的下端之間連通。所 述方法也可包括允許在一個垂直區(qū)域內(nèi)的豎井之間的料漿流體連通，但是防 止在同樣的豎井間的不同垂直區(qū)域的料漿流體連通來防止宏觀混合模式的 建立。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種兩相流化床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器 包括反應(yīng)器殼體，其中安置有至少兩個垂直延伸的子反應(yīng)器，每個子反應(yīng)器 限定多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是流體連通的，并限定了流化 床區(qū)域，該流化床區(qū)域在使用中包含固體顆粒的流化體；氣體入口，在反應(yīng)器殼體上用于將氣態(tài)反應(yīng)物引入所述反應(yīng)器中；和氣體出口 ，在反應(yīng)器殼體上用于從一個或多個所述子反應(yīng)器之上的反應(yīng) 器殼體中的頂部空間中排出氣體。所述流化床反應(yīng)器可包括固體顆粒入口或出口 ，用于將固體顆粒加入所 述反應(yīng)器中或從所述反應(yīng)器中排出固體顆粒。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種三相料漿反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體，其中安置有至少兩個垂直延伸的子反應(yīng)器，每個子反應(yīng)器 限定多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是料漿流體連通的，并限定了 料漿區(qū)域，該料漿區(qū)域在使用中將含有懸浮于懸浮液中的固體顆粒的料漿； 氣體入口 ，在反應(yīng)器殼體上用于將氣態(tài)反應(yīng)物引入所述反應(yīng)器中； 氣體出口 ，在反應(yīng)器殼體上用于從一個或多個所述子反應(yīng)器之上的反應(yīng)器殼體中的頂部空間中排出氣體；和當(dāng)需要時的液體入口或液體出口 ，用來將料漿或懸浮液加入所述反應(yīng)器中或從所述反應(yīng)器中排出料漿或懸浮液。通常，所述料漿反應(yīng)器的至少部分子反應(yīng)器包括或限定用來從所述反應(yīng)器移除液相的濾過區(qū)。所述子反應(yīng)器可以包括多個垂直延伸的分隔壁，其間限定了所述垂直延伸的通道。子反應(yīng)器的一個或多個垂直延伸的側(cè)壁可以被一 個或多個相鄰的子反應(yīng)器的分隔壁所限定。通常，至少部分所述通道為傳熱介質(zhì)流通道，具有傳熱表面。 作為替代方案，所述子反應(yīng)器可包括多個垂直延伸的管，每個管限定一個通道。垂直延伸的擋板或側(cè)壁可以限定所述子反應(yīng)器的各側(cè)面。兩個相鄰的子反應(yīng)器可以共用 一個擋板或側(cè)壁。所述側(cè)壁可如前所述。 通常，所述管具有至少10cm的直徑。與那些平滑的圓柱形管或平滑的側(cè)壁的傳熱表面相比，所述反應(yīng)器的傳 熱表面，例如那些管和/或側(cè)壁的傳熱表面，可以可選4爭地形成或構(gòu)造成可 提高其傳熱表面積或改善其傳熱系數(shù)的形狀。所述形成或構(gòu)造成的形狀的方 案可以包括使用波紋、肋片或翅片管或平板，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知 的其它方法。當(dāng)所述子反應(yīng)器包括多個垂直延伸的其間限定了所述垂直延伸的通道 的分隔壁時，至少部分所述通道可以作為傳熱介質(zhì)流通道。當(dāng)所述子反應(yīng)器 包括多個垂直延伸的管時，在子反應(yīng)器的所述擋板或側(cè)壁之間限定了傳熱介 質(zhì)流空間，這樣所述傳熱介質(zhì)流區(qū)域圍繞所述管。通常，所述傳熱介質(zhì)流通道或所述傳熱介質(zhì)流區(qū)域是與傳熱介質(zhì)入口裝 置和傳熱介質(zhì)出口裝置流體連通的。所述傳熱介質(zhì)入口裝置和傳熱介質(zhì)出口
裝置可以供子反應(yīng)器中的所有傳熱介質(zhì)流通道使用。 一個子反應(yīng)器的所述傳 熱介質(zhì)入口或出口裝置可以分別與另一個子反應(yīng)器的所述傳熱介質(zhì)入口或 出口裝置流體連通。所述傳熱介質(zhì)流通道與限定料漿或流化床區(qū)的通道可間隔排列。所述反應(yīng)器可以包括布置于所述殼體的較低高度上的一個或多個子反 應(yīng)器，和布置于所述殼體的較高高度上的一個或多個子反應(yīng)器，使得上部的 子反應(yīng)器的通道下端在下部的子反應(yīng)器的通道上端之上。所述反應(yīng)器可包括在所述上部的子反應(yīng)器和下部的子反應(yīng)器之間的中 間區(qū)。所述中間區(qū)可以與上部子反應(yīng)器的料漿或流化床區(qū)的通道是流體連通 的，和與下部子反應(yīng)器的料漿或流化床區(qū)通道是流體連通的。所述氣體入口可以布置在所述子反應(yīng)器上的較低高度處以使氣態(tài)反應(yīng) 物直接進(jìn)料到至少部分所述子反應(yīng)器中。通常，所述氣體入口被布置在使所 述氣態(tài)反應(yīng)物直接進(jìn)料到每個下部子反應(yīng)器中的這些下部子反應(yīng)器上的較 低高度處。所述反應(yīng)器可包括循環(huán)氣入口 。所述循環(huán)氣入口可被布置以將循環(huán)氣直 接進(jìn)料到至少部分所述子反應(yīng)器中。所述循環(huán)氣入口可被布置以將循環(huán)氣直 接進(jìn)料到每個下部子反應(yīng)器和/或每個上部子反應(yīng)器中。當(dāng)被布置為將循環(huán) 氣直接進(jìn)料到所述上部子反應(yīng)器時，所述循環(huán)氣入口可被布置為將所述循環(huán) 氣進(jìn)料到所述中間區(qū)。子反應(yīng)器的 一個或多個通道可為降液管通道。降液管通道可以在其下端 帶有防進(jìn)氣裝置，例如擋板，和/或可以在其上端帶有脫氣裝置。上部子反 應(yīng)器中的降液管通道可以對準(zhǔn)下部子反應(yīng)器的降液管通道或與下部子反應(yīng) 器中降液管通道流體連通?；蛘?，上部子反應(yīng)器中的降液管通道可以與所述 上部子反應(yīng)器正下方的下部子反應(yīng)器中的降液管通道水平間隔或交錯排列。優(yōu)選地，每個子反應(yīng)器具有面對所述殼體或被所述殼體限定的垂直延伸 的側(cè)面。這提供了進(jìn)或出每個子反應(yīng)器的管道系統(tǒng)的配置的可能性。考慮到料漿或流化體的流體連通，所述殼體中處于特定高度的相鄰的子 反應(yīng)器可以是互相獨立的。然而，在本發(fā)明的一個實施方式中，相鄰子反應(yīng) 器間的料漿或流化體的流體連通被提供在所述下部子反應(yīng)器的下面，也就是 說，在所述反應(yīng)器的底部。同時，在本發(fā)明的一個實施方式中，相鄰的上部 子反應(yīng)器間的料漿或流化體的流體連通被提供在上部子反應(yīng)器下面，但在下 部子反應(yīng)器的上面。通常，這通過允許在相鄰的上部子反應(yīng)器間的料漿或流 化體在中間區(qū)中流動來實現(xiàn)。通常，當(dāng)處于同樣高度的子反應(yīng)器之間的料漿或流化體的流體連通被允 許時，與所述允許料漿或流化體流體連通的子反應(yīng)器對準(zhǔn)的，但是處于另一 個高度的子反應(yīng)器之間的料漿或流化體的流體連通則不被允許。通常，要防止在相鄰的上部子反應(yīng)器的上端間的料漿或流化體的流體 連通。因此，雖然所述上部子反應(yīng)器上的頂部空間為所述上部子反應(yīng)器所共 有，典型地，例如，依靠所述子反應(yīng)器延伸到每個上部子反應(yīng)器中料漿或流 化體的通常高度之上的頂部空間中的側(cè)壁來防止料漿或流化體從一個子反 應(yīng)器通道的上端流向另一個相鄰的子反應(yīng)器。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的三相料漿反應(yīng)器的正視截面示意圖；圖2顯示圖1的料漿反應(yīng)器的俯視截面圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的三相料漿反應(yīng)器的正視截面圖；和 圖4顯示圖3的料漿反應(yīng)器的俯視截面圖。
具體實施方式
參考附圖的圖1和圖2，附圖標(biāo)記10概括地表示根據(jù)本發(fā)明的三相料 漿相反應(yīng)器。所述反應(yīng)器10適于氣態(tài)反應(yīng)物以合成氣體的形式在含有產(chǎn)物 懸浮液和催化劑顆粒的料漿體或料漿床中進(jìn)行反應(yīng)的方法中的烴的合成。所述反應(yīng)器10包括安置有24個平行六面體的子反應(yīng)器14的反應(yīng)器殼 體12。所述子反應(yīng)器14分為每組12個，其中用附圖標(biāo)記16概括地表示的 一個組為下部子反應(yīng)器，而用附圖標(biāo)記18概括地表示的另一個組為上部子 反應(yīng)器。所述上部子反應(yīng)器與下部子反應(yīng)器縱向間隔，在所述上部子反應(yīng)器 18和下部子反應(yīng)器16之間留下中間區(qū)20。每個子反應(yīng)器14包括多個垂直延伸的金屬分隔壁或平板22,其間限定 了垂直延伸的通道24。所述子反應(yīng)器14還具有側(cè)壁26。如圖2中可清晰地 看到， 一些子反應(yīng)器14的側(cè)壁26由相鄰子反應(yīng)器的分隔壁22所限定，這 兩個相鄰的子反應(yīng)器14的分隔壁22相互垂直布置。雖然圖l和圖2中并未示出，但至少部分分隔壁或平板22可以形成或 構(gòu)造成可提高其傳熱表面面積或改善其傳熱系數(shù)的形狀。所述形成或構(gòu)造成 的形狀可以包括使用波紋、肋片或翅片平板，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知 的其它方法。所述反應(yīng)器IO也包括處于較低高度上的，在所述下部子反應(yīng)器16之下 的氣體入口 28，和處于較高高度上的氣體出口 30。所述氣體出口 30與殼體 12中在上部子反應(yīng)器18之上的頂部空間32是流體連通的。循環(huán)氣入口 34 導(dǎo)入中間區(qū)20，液體或料漿出口 36從下部子反應(yīng)器16之下導(dǎo)出。每個子反應(yīng)器14的通道24為交替排列的料漿通道和冷卻通道。換句話 說，在使用中，子反應(yīng)器14的通道24要么含有料漿，要么含有作為傳熱或 冷卻介質(zhì)的鍋爐給水，且所述料漿和鍋爐給水存在于間隔的通道中。因此每 個子反應(yīng)器14具有傳熱介質(zhì)入口裝置(未示出)和傳熱介質(zhì)出口裝置(未 示出)。使用中的所述子反應(yīng)器14的傳熱介質(zhì)入口裝置在其一端將鍋爐給 水引入到子反應(yīng)器14的所有冷卻通道中。所述傳熱介質(zhì)出口裝置在所述子 反應(yīng)器14的另一端從所有所述冷卻通道中排出所述鍋爐給水。流經(jīng)冷卻通 道的鍋爐給水的水流可以既可向上也可向下，也就是說，在使用中與氣態(tài)反所述料漿通道具有開口端。與所述料漿通道不同，冷卻通道具有封閉的 上端或下端，但是其末端的相互之間以及與傳熱介質(zhì)入口和出口裝置間是流 體連通的，令人想到板式換熱器的結(jié)構(gòu)。在圖1和2所示的本發(fā)明的實施方式中，下部子反應(yīng)器16的側(cè)壁26 向下延伸到殼體12，在那里它們與殼體12相接而密封。換句話說，在所述 下部子反應(yīng)器16的通道24的下面，下部子反應(yīng)器16不是流體連通的。所 以氣體入口 28單獨向每個下部子反應(yīng)器16進(jìn)氣。通常，氣態(tài)反應(yīng)物流控制 器(未示出)將被提供給每一個下部子反應(yīng)器16。同樣，布置液體出口 36 來單獨從每個下部子反應(yīng)器16下面排出液體。通常料漿體或料漿床高度控 制器(未示出)與每個上部子反應(yīng)器18相連，來控制液體或料漿從下部子 反應(yīng)器16中的排出。由附圖的圖l可見，在中間區(qū)20中，利用上部或下部子反應(yīng)器16、 18 的側(cè)壁26在中間區(qū)20中形成屏障，使下部子反應(yīng)器16間或上部子反應(yīng)器 18間也沒有水平的料漿流體連通。然而，下部子反應(yīng)器16與直接在其上面 的上部子反應(yīng)器18間是料漿流體連通的。換句話說，作為下部子反應(yīng)器的 一個子反應(yīng)器14和與其縱向?qū)?zhǔn)的一個上部子反應(yīng)器14是流體連通的。所述上部子反應(yīng)器18的側(cè)壁26向上延伸進(jìn)入頂部空間32,以向上突 出至超過附圖標(biāo)記38所示的平均料漿高度。所以，在上端，上部子反應(yīng)器 18也不是水平的料漿流體連通的，雖然它們共用了公共的頂部空間32。如圖l所示，循環(huán)氣入口 34向每個上部子反應(yīng)器18單獨引入循環(huán)氣。 如果需要的話，可以為每個上部子反應(yīng)器18提供循環(huán)氣流控制器。圖1中 的循環(huán)氣入口的布置僅僅是示意性的。在實踐中，由于每個子反應(yīng)器14通 常具有至少一個面對殼體12的側(cè)壁26 ,所以易于為每個上部子反應(yīng)器18 提供一個延伸穿過殼體12的單獨的循環(huán)氣入口。同樣，對于液體出口 36和 氣體入口 28,由于每個下部子反應(yīng)器16也具有至少一個面對殼體12的側(cè) 壁26，因此如果不想通過殼體12的底部進(jìn)入，這些管道裝置可以通過圓柱 形殼體12進(jìn)入。上部子反應(yīng)器18和下部子反應(yīng)器16的至少部分料漿通道24設(shè)定為行 使降液管通道的功能。這些通道在其下端具有防氣泡裝置，例如擋板(未示
出)，和/或在其上端具有脫氣裝置(未示出)。上部子反應(yīng)器16中的降液 管通道可以位于下部子反應(yīng)器16的降液管通道的正上方或與其對準(zhǔn)。如果 需要，這兩個降液管通道也可以物理連接，以使得它們處于互相的直接流體 連通中。或者，上部子反應(yīng)器18中的降液管通道可以與下部子反應(yīng)器16的 降液管通道水平間隔或交錯排列。反應(yīng)器10適用于許多需要三相料漿反應(yīng)器和需要傳熱到所述料漿或從 所述料漿帶走熱量的工藝方法。然而，在此僅僅描述一種應(yīng)用，即烴的合成。在使用中，主要含有一氧化碳和氫氣的新鮮合成氣體作為氣態(tài)反應(yīng)物， 通過氣體入口 28被進(jìn)料到所述反應(yīng)器IO的底部。所述合成氣體被單獨進(jìn)料 到每個下部子反應(yīng)器16中，并通常通過每個下部子反應(yīng)器16中的分布器系 統(tǒng)(未示出)而均勻分布。同時，循環(huán)氣流(通常為冷卻的)，通常包括氫 氣、 一氧化碳、甲烷和二氧化碳，通過循環(huán)氣入口 34回到反應(yīng)器10。所有 的循環(huán)氣流可以通過循環(huán)氣入口 34進(jìn)料到上部子反應(yīng)器18，或者，如果需 要的話，部分循環(huán)氣流可以如管線34.1所示進(jìn)入氣體入口 28而回到反應(yīng)器 10的底部。與新鮮的合成氣體相同，所述循環(huán)氣被單獨進(jìn)料到上部子反應(yīng)器18中， 并通常通過每個上部子反應(yīng)器18中的分布器系統(tǒng)(未示出)均勻分布到上 部子反應(yīng)器18中。所以通過使用循環(huán)氣入口 34，可允許部分循環(huán)氣繞開位 于下部子反應(yīng)器16中的料漿。在這種方式中，可以減少在反應(yīng)器10中滯留 的總氣體量，從而大大提高所述反應(yīng)器的容量。所述包含新鮮的合成氣體和任何循環(huán)氣的氣態(tài)反應(yīng)物，向上流過料漿體 40,該料漿體占據(jù)上部和下部子反應(yīng)器18、 16的料漿通道，并從反應(yīng)器IO 底部延伸到高度38。所述料漿體40包括懸浮于液態(tài)產(chǎn)物中的費希爾-托羅普 施催化劑顆粒，通常為鐵基或鈷基催化劑。所述料漿體40被控制為具有料 漿高度38，在上部子反應(yīng)器18的料漿通道24的上端開口之上，但在延伸 入頂部空間32內(nèi)的上部子反應(yīng)器18的側(cè)壁26的上端之下。當(dāng)所述合成氣鼓泡通過所述料漿體40時，其中的氣態(tài)反應(yīng)物通過催化 放熱反應(yīng)形成液態(tài)產(chǎn)物，該液態(tài)產(chǎn)物從而形成料漿體40的一部分。含有液 態(tài)產(chǎn)物的液相或料漿不時或持續(xù)不斷地通過液體出口 36被排出，從而每個 上部子反應(yīng)器18中的料漿高度38被單獨控制。所述催化劑顆粒從所述液態(tài) 產(chǎn)物中用合適的內(nèi)部或外部分離系統(tǒng)分離出來，例如使用過濾器(未示出)。 如果所述分離系統(tǒng)位于反應(yīng)器IO外部，那么還會提供一個將分離出來的催 化劑顆粒返還到反應(yīng)器10中的附加系統(tǒng)(未示出)。循環(huán)氣和新鮮的合成進(jìn)料氣以足以攪起并懸浮反應(yīng)器10中所有的催化 劑顆粒而不會使這些顆粒沉淀的速率被引入反應(yīng)器10中。所述氣流速率取 決于所述料漿的濃度、催化劑的密度、懸浮介質(zhì)的密度和粘度，以及使用的 特定顆粒大小。合適的氣流速率包括，例如，從約5cm/s到約50cm/s的范 圍。然而，已在鼓泡塔中檢測到高達(dá)約85cm/s的氣體速度。采用較高速度 的缺點在于它導(dǎo)致反應(yīng)器中更多的氣體滯留，而留給所述含催化劑的料漿 的空間相對更小。不過，無論選擇什么氣流速率，都應(yīng)該使之足以避免子反 應(yīng)器14中的顆粒沉淀和凝聚。一些料漿持續(xù)向下流過降液管通道，從而實現(xiàn)料漿體40中的催化劑顆 粒的再分布，并促進(jìn)整個料漿體40中的均勻熱量再分布。正如可以了解的， 根據(jù)上部子反應(yīng)器18及其相關(guān)的下部子反應(yīng)器16的降液管通道的布置，可 在反應(yīng)器IO所選擇的垂直延伸區(qū)域進(jìn)行料漿再分布。操作每個子反應(yīng)器！4，這樣其中的料漿床40處于不均勻或攪拌-紊流的 流動狀態(tài)，并且該料漿床40包含稀釋相和稠密相，所述稀釋相由快速上升 的實質(zhì)上以栓塞流的方式通過料漿體40的氣態(tài)反應(yīng)物和氣態(tài)產(chǎn)物的較大氣 泡組成；所述稠密相含有液態(tài)產(chǎn)物、固體催化劑顆粒和夾帶的氣態(tài)反應(yīng)物和 氣態(tài)產(chǎn)物的較小氣泡。由于每個子反應(yīng)器14具有大大超過殼體12的長徑比 的高長徑比，通過子反應(yīng)器14的應(yīng)用，促進(jìn)了整個反應(yīng)器10的栓塞流行為。料漿體40存在于每個子反應(yīng)器14中的間隔的或開口的通道24中。鍋 爐給水作為冷卻介質(zhì)在剩余的末端封閉的通道24中循環(huán)，來帶走所述放熱 反應(yīng)的熱量。正如可以了解的，所述分隔壁22
供了大的傳熱表面面積。諸如C2o和更低的餾分的輕質(zhì)烴產(chǎn)物通過氣體出口 30從反應(yīng)器10中排 出，并轉(zhuǎn)送到分離單元(未示出)。通常，分離單元包含一系列冷卻器和氣 液分離器，并可進(jìn)一步包括更多的冷卻器和分離器，還可包括低溫單元，以從C2。和更低的烴餾分中去除氫氣、 一氧化碳、曱烷和二氧化碳。還可采用 其它分離技術(shù)，例如，膜單元、壓力回轉(zhuǎn)吸收單元和/或用于選擇性地去除 二氧化碳的單元。包括氮氣、 一氧化碳和其他氣體的分離氣體被壓縮機(未 示出)壓縮且再循環(huán)，以提供再循環(huán)氣流。冷凝的液態(tài)烴和反應(yīng)水從分離單 元(未示出)中排出以進(jìn)行進(jìn)一步加工。應(yīng)認(rèn)識到的是，雖然反應(yīng)器IO如所說明的允許再循環(huán)氣返回反應(yīng)器10, 但不必在所有實施方式中使用再循環(huán)氣流在如圖1和2所示的本發(fā)明的實施方式中，在同樣高度的子反應(yīng)器14 間不是料漿流體連通的。然而，很容易改變所述反應(yīng)器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來得到在 反應(yīng)器10內(nèi)，在選擇高度上的橫向或水平的料漿流體連通。那么，例如， 通過去除或改變下部子反應(yīng)器16的側(cè)壁26向下延伸到下部子反應(yīng)器16之 下的部分，就可允許下部子反應(yīng)器16之間在反應(yīng)器IO底部料漿流體連通。 以類似的方式，下部子反應(yīng)器16之間或上部子反應(yīng)器18之間的料漿流體連 通也能在中間區(qū)20中建立。參考附圖的圖3和4 ，根據(jù)本發(fā)明的另 一 個三相料漿反應(yīng)器的實施方式， 所述三相料漿反應(yīng)器由附圖標(biāo)記IOO概括性地表示。反應(yīng)器IOO體現(xiàn)了與反 應(yīng)器10同樣的概念，從而包括許多相同的或類似的部分或特征。除非另外 指出，這些部分或特征在圖3和4中用與圖1和2相同的附圖標(biāo)記表示。如圖4中可清楚地看到，在反應(yīng)器100中，每個子反應(yīng)器的側(cè)壁26限 定了殼體12的弦。代替反應(yīng)器10的分隔壁22那樣的分隔壁，反應(yīng)器100 在每個子反應(yīng)器14中具有多個垂直延伸的，布置于上部和下部管平板104 之間的管102。傳熱介質(zhì)流區(qū)域(鍋爐給水流區(qū)域)106被限定于所述側(cè)壁 26之間并圍繞著所述管102。
反應(yīng)器100以與反應(yīng)器IO相似的方式運行，管102中是所述料漿體40。 在圖3和4所示的實施方式中，與反應(yīng)器10的情況一樣，在相鄰的下部子 反應(yīng)器16之間，在反應(yīng)器100的底部，或者相鄰的上部子反應(yīng)器18之間， 在上部子反應(yīng)器18之上的頂部空間32中，不允許料漿流體連通。然而，在 中間區(qū)20中，相鄰的子反應(yīng)器14之間的料漿流體連通則被允許。雖然未在圖3和4中示出，至少部分管102可以形成或構(gòu)造成可提高其 傳熱表面面積或改善其傳熱系數(shù)的形狀。所述形成或構(gòu)造成的形狀可包括使 用波紋、肋片或翅片管，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的其它方法。在使用中，鍋爐給水在鍋爐給水流區(qū)域106中循環(huán)，通常在較低高度上 進(jìn)入每個子反應(yīng)器14，從較高高度上出來。與反應(yīng)器10 —樣，由于每個子反應(yīng)器14具有由殼體12限定的側(cè)壁， 所以反應(yīng)器IOO的每個子反應(yīng)器14能夠容易地具有管線裝置。可以相信的是正如說明的，反應(yīng)器10和100是充分降低從試驗設(shè)備規(guī) 模到商業(yè)設(shè)備規(guī)模的規(guī)模化的風(fēng)險的設(shè)計，顯示了降低的規(guī)模依賴的宏觀混 合效應(yīng)。還可以相信的是，這些反應(yīng)器設(shè)計能夠更容易從試驗?zāi)M或預(yù)測， 使所希望的反應(yīng)物和產(chǎn)物的栓塞流特性和良好混合特性更好的結(jié)合?？稍谠?驗規(guī)模進(jìn)行單個子反應(yīng)器的設(shè)計和測試，規(guī)?；髢H僅需要增加子反應(yīng)器。 所舉例說明的反應(yīng)器設(shè)計還提供了高傳熱表面面積和共用的設(shè)施，例如可用 的子反應(yīng)器上的過濾結(jié)構(gòu)。這些設(shè)計還允許垂直放置的降液管在作用于整個 反應(yīng)器高度的降液管的栓塞流特性上降低有害作用。與申請人已注意到的現(xiàn) 有技術(shù)中反應(yīng)器的設(shè)計相比，催化劑也在更大程度上被垂直隔離。這有利于 使用，特別是對于鐵催化劑，使更少的催化劑暴露于具有對催化劑活性有負(fù) 面影響的高水分壓的反應(yīng)器的區(qū)域中，從而提高反應(yīng)器的產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種兩相流化床反應(yīng)器的操作方法，所述方法包括在較低高度處將至少一種氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料到垂直延伸的固體顆粒的流化體中，所述流化體容納于至少兩個安置在共用的反應(yīng)器殼體中的垂直延伸的豎井中，每個豎井被分成多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是流體連通的，并且所述流化體存在于至少部分所述通道中；當(dāng)所述氣態(tài)反應(yīng)物向上流過存在于所述豎井的至少部分通道中的流化體時，使所述氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，從而形成氣態(tài)產(chǎn)物；使氣態(tài)產(chǎn)物和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物從所述流化體中釋放而進(jìn)入所述流化體上方的頂部空間；和從所述頂部空間排出氣態(tài)產(chǎn)物和可能存在的未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物。
2. —種三相料漿反應(yīng)器的操作方法，所述方法包括 在較低高度將至少一種氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料到垂直延伸的懸浮在懸浮液中的固體顆粒的料漿體中，所述料漿體容納于至少兩個安置在共用的反應(yīng)器殼體中的 垂直延伸的豎井中，每個豎井被分成多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道當(dāng)所述氣態(tài)反應(yīng)物向上經(jīng)過存在于所述豎井的至少部分通道中的料漿體 時，使所述氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，從而形成非氣態(tài)和/或氣態(tài)產(chǎn)物；使氣態(tài)產(chǎn)物，如果存在的話，和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物從所述料漿體中釋 ;故而進(jìn)入所述料漿體上方的頂部空間；從所述頂部空間排出氣態(tài)產(chǎn)物，如果存在的話，和Z或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物；和如果需要，通過排出包括可能存在的非氣態(tài)產(chǎn)物的料漿或懸浮液，或通過 加入料漿或懸浮液來保持所述料漿體處于所需高度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中豎井的所述通道在平行的平面間， 并且傳熱介質(zhì)經(jīng)過所述豎井的部分通道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述通道是垂直延伸的管，所述 豎井由分隔所述反應(yīng)器的垂直延伸的側(cè)壁來限定，其中豎井的所述通道凈皮傳熱 介質(zhì)所圍繞。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項中所述的方法，其中含有流化體或料漿 體的豎井中的通道間的料漿流體連通僅僅發(fā)生于這些通道的頂端和/或底端。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項中所述的方法，其中所述固體顆粒是用 于催化所述氣態(tài)反應(yīng)物反應(yīng)生成產(chǎn)物的催化劑顆粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述反應(yīng)是費希爾-托羅普施烴合成反應(yīng)。
8. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項中所述的方法，其中至少部分單獨的豎 井的每一個都具有氣態(tài)反應(yīng)物入口 ，所述方法包括與另一豎井的進(jìn)料無關(guān)地將 所述氣態(tài)反應(yīng)物或循環(huán)氣進(jìn)料到所述單獨的豎井中。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項中所述的方法，其中至少兩個垂直延伸 的豎井是縱向間隔的，其中下部豎井的上端在上部豎井下端的下面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述反應(yīng)器為三相料漿反應(yīng)器，所 述方法包括使料漿從上部豎井料漿體的較高高度處向下流到所述上部豎井的較 低高度處，和/或使料漿從下部豎井中料漿體的較高高度處向下流到所述下部豎 井的較低高度處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的方法，包括將循環(huán)氣在升高的高度上進(jìn)料 到所述反應(yīng)器中，^吏所述循環(huán)氣僅僅經(jīng)過上部豎井，而繞開下部豎井。
12. —種兩相流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體，安置有至少兩個垂直延伸的子反應(yīng)器，每個子反應(yīng)器限定多 個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是流體連通的，并限定了流化床區(qū)，所 述流化床區(qū)在使用中包含固體顆粒的流化體；氣體入口，在反應(yīng)器殼體上用于將氣態(tài)反應(yīng)物引入所述反應(yīng)器中；和 氣體出口 ，在反應(yīng)器殼體上用于從一個或多個所述子反應(yīng)器之上的反應(yīng)器 殼體中的頂部空間中排出氣體。
13. —種三相料漿反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體，安置有至少兩個垂直延伸的子反應(yīng)器，每個子反應(yīng)器限定多 個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是料漿流體連通的，并限定了料漿區(qū)， 所述料漿區(qū)在使用中含有懸浮于懸浮液中的固體顆粒的料漿；氣體入口 ，在反應(yīng)器殼體上用于將氣態(tài)反應(yīng)物引入所述反應(yīng)器中；氣體出口 ，在反應(yīng)器殼體上用于從一個或多個所述子反應(yīng)器之上的反應(yīng)器 殼體中的頂部空間中排出氣體；和當(dāng)需要時，液體入口或液體出口，用來將料漿或懸浮液加入所述反應(yīng)器或 從所述反應(yīng)器中排出料漿或懸浮液。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的反應(yīng)器，其中至少部分子反應(yīng)器包括多 個垂直延伸的分隔壁，所述分隔壁之間限定了所述垂直延伸的通道。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的反應(yīng)器，其中至少部分所述通道為傳熱介質(zhì)流 通道。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的反應(yīng)器，其中所述子反應(yīng)器包括多個垂 直延伸的管，每個管限定一個通道，垂直延伸的擋板或側(cè)壁限定了所述子反應(yīng) 器的各側(cè)面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述反應(yīng)器，其中傳熱介質(zhì)流區(qū)域被限定在子反應(yīng)器 的所述擋板或側(cè)壁之間，這樣所述傳熱介質(zhì)流區(qū)域圍繞所述管。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12~ 17中的任意一項所述的反應(yīng)器，包括一個或多個布 置在所述殼體的較低高度上的子反應(yīng)器，和一個或多個布置在所述殼體的較高 高度上的子反應(yīng)器，使上部子反應(yīng)器的通道下端在下部子反應(yīng)器的通道上端之 上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的反應(yīng)器，在所述上部子反應(yīng)器和下部子反應(yīng)器 之間包括中間區(qū)，所述中間區(qū)與上部子反應(yīng)器的料漿或流化床區(qū)的通道以及與 下部子反應(yīng)器的料漿或流化床區(qū)的通道是流體連通的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12 19中任意一項中所述的反應(yīng)器，其中所述氣體入口 布置在所述子反應(yīng)器的較低高度上，以將氣態(tài)反應(yīng)物直接進(jìn)料到至少部分所述 子反應(yīng)器中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12-20中任意一項中所述的反應(yīng)器，其中每個子反應(yīng)器 具有面對所述殼體的或被所述殼體限定的垂直延伸的側(cè)面。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12~21中任意一項中所述的反應(yīng)器，其中在相鄰子反應(yīng) 器的上端之間或至少相鄰的可能存在的上部子反應(yīng)器的上端之間的料漿或流化 體的流體連通被防止。
全文摘要
一種三相料漿反應(yīng)器的操作方法，包括在較低高度處將至少一種氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)料到垂直延伸的懸浮在懸浮液中的固體顆粒的料漿體中，所述料漿體容納于至少兩個安置在共用的反應(yīng)器殼體中的垂直延伸的豎井中，每個豎井被分成多個垂直延伸的通道，其中至少部分通道是料漿流體連通的，并且料漿體存在于至少部分所述通道中。隨著所述氣態(tài)反應(yīng)物向上經(jīng)過存在于所述豎井的至少部分通道中的料漿體，使所述氣態(tài)反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)，從而形成非氣態(tài)和/或氣態(tài)產(chǎn)物。使氣態(tài)產(chǎn)物，如果存在的話，和/或未反應(yīng)的氣態(tài)反應(yīng)物從所述料漿體中釋放而進(jìn)入所述料漿體上方的頂部空間。
文檔編號B01J8/22GK101155631SQ200680011931
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者安德烈·彼得·斯坦恩伯格, 德克·威勒姆·佛萊德瑞克·布里曼, 貝爾特霍德·貝倫德·布萊曼 申請人:南非煤油氣科技(私人)有限公司