[发明专利]用于固/液/气反应的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及在三相浆态系统中实施化学反应的反应器，特别是适用于费-托反应的反应器。

背景技术

费-托工艺可用于将烃类原料转化为液态和/或固态烃。在第一步中，原料(例如天然气、伴生气、煤层甲烷、渣油(原油)馏分、生物质和/或煤)转化为氢气和一氧化碳的混合物(该混合物通常被称为合成气)。然后在第二步中该合成气通过合适催化剂在高温和高压下转化为从甲烷到包含高达200个碳原子或在特定情况下甚至更大的高分子量分子的链烷烃化合物。

已经开发了多种类型反应器系统用于实施费-托反应。例如费-托反应器系统包括：固定床反应器，特别是多管固定床反应器；流化床反应器，例如夹带流化床反应器和固定流化床反应器；和浆态床反应器，如三相浆态鼓泡塔和沸腾床反应器。

工业三相浆态反应器的典型设计为细长的反应器外壳。尝试增大反应器直径以提供更大的通量，但却使实现悬浮物中均匀的气体分布困难得多。在任何反应中，反应物转化为产物的速率和产品的规格都在很大程度上取决于组分混合物实现恰当的流体静力学平衡。反应器越大，混合特征就越关键。在低阻力和有利于气体外流的各点处，在反应器中移动的气体将更迅速地通过液体。因此流体静力学平衡被扰乱，气体的停留时间变得不均匀。这就导致了液体的起伏，并产生漩涡和返混。

在完全返混的反应器中，其目的是在反应器内每一点处反应物和产物和催化剂的组成均相同。但是，完全返混的系统由于气相和(特别是液相)的返混造成反应的动力学推动力降低，从而表现出单位反应器体积的产率相对较低。对给定反应器体积来说，对反应物实施更多控制(即向活塞流方向控制)将提高其产率。

在放大反应器尺寸和体积时应当考虑的另一个因素是气体朝液体中心运动的趋势和液体沿壁运动的趋势，这又降低了混合的均匀性，并造成漩涡的产生。

通过安装在顶端和底端开口并且有蜂窝状截面的垂直杆，可以避免不可控的液体起伏运动。它们可以安装在高出气体分布器足够高的高度，以使悬浮物可以自由流通，并且它们可以开口至反应器上部的共用气体腔室中。气体被单独引入各个杆，或者通过安装在反应器的锥形底部中心的气体喷射器引入。GE 958020公开了一种蜂窝状插件，而US 5384336和5520890提出了一种具有大的限定通道的多管反应器。

在US 2853369中描述了一种浆态反应器，其被蜂窝状结构分隔成相对较小的浆态区。在第2栏第30行中提到将浆态反应器的直径提高到大于20cm的尺寸会导致淤浆垂直旋转，而转化率降低。由于这一原因，将大的浆态区分隔成小的隔室。在第4栏第5行中，提到这些隔室会产生与小于20cm的各个杆相对应的情况。对于大型反应器，这将意味着较大和较重的内部结构。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的反应器。

因此，本发明提供了一种用于在三相浆态系统中实施化学反应的反应器，该反应器包括：

(a)具有稀相区和浆态区的反应容器，浆态区的直径为至少0.5m，适合地至少0.75m，优选大于1m，更优选大于2m，高度至少为5m，优选为至少10m；

(b)位于反应容器底部或其附近的气体入口装置；

(c)位于反应容器顶部或其附近的气体出口；

(d)在浆态区内的多个垂直管，所述管的直径为约1-20cm，总周长为约1000-4000cm/m²；和任选的

(e)液体出口装置。

已经发现在尺寸为直径至少0.5m和高度至少5m且没有任何结构设置将反应器或浆态区在大于50％的浆态区高度之上(例如大于80％的高度)分隔成两个或多个单独和独立的隔室的反应容器或浆态区中提供足够的垂直管，不仅能够抑制优选气体流动物流通过液体及在浆料中形成起伏运动的倾向，而且可以降低和可能防止气相和(特别是液相)在反应容器中大规模地返混。术语“垂直”对应于“与反应器的中心轴平行”。

优选地，每个垂直管的直径为约1-10cm，更优选为约2-5cm。

优选地，垂直管的总周长为约1300-3600cm/m²，更优选为约1600-3200cm/m²。