[发明专利]一种由多级反应单元合成烃类的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由氢气和一氧化碳合成液体烃的方法，更具体地说，是一种有多级反应单元的费托合成液态烃的方法。

背景技术

随着世界经济的发展，对成品油的需求量迅速增加，而石油资源储量和开采量却逐步降低和劣质化，需求与储量之间的矛盾日益突出，同时国际国内环保法规的要求越来越高，因此通过新方法获取优质的液态成品油燃料是当前中国乃至全球面临的重大问题。通过费-托(F-T)合成反应可以大规模地制取洁净燃料(特别是高品质的柴油)和其它高附加值化学品。而费托合成的原料合成气（H₂和CO）来源广泛，可以由煤炭、天然气、生物质经过气化得到，正因为如此，这条技术路径受到极大关注。而采用列管式固定床反应器进行费托合成具有操作简单，形式灵活多样的特点，被许多研究机构作为首先研发的技术。但固定床传质速度较低、传热性能不好，容易导致反应器超温，这是制约其发展的重要因素。

针对上述问题，现有技术借鉴换热器进行了较多强化换热器传热的研究，主要通过提高介质流速、采用横流、增加流体的扰动和混合等方法，得到了不同程度的强化传热效果。CN1736574A公开了一种无热点列管式固定床反应器。其技术特点式反应器列管中的每只管采用套管结构，内管两端封闭，在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层，冷却介质同时流过内管管程和反应器壳程。该发明在无需增加列管数量的条件下，可大幅度增加列管式固定床反应的换热面积，同时缩短传热路径。CN101085930A提出了一种新型的固定床反应器，它由两组首尾相串连的固定床组成，与传统固定床反应器不同之处在于每组固定床包括反应器、加热器、套管、换热器和三相分离器，原料气从反应器底部引入，冷却介质在反应器下部吸热上部放热，这种方案可以有效解决反应放热的导出和温度分布梯度过大等问题。但这些发明都需要对固定床反应器进行了较大改动，反应器的设计和制造会增加困难，反应器空间利用率也有所下降。

另外，也可以从工艺方面进行改进从而达到优化固定床的目的，CN1662476A提出了一种多段固定床反应器合成烃的方法，每一段反应器均加入冷却流体介质用来吸收反应产生的热量，冷却流体介质可以循环使用。这种液体再循环的方式可以明显改善固定床传热，减少反应热点提高反应性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种由氢气和一氧化碳在催化剂作用下合成液体烃的方法，该方法既可以解决现有反应器温度梯度大的问题，又可以控制反应放热量，有利于减缓催化剂失活速率，增加装置运转时间。

本发明提供的方法是：采用多级反应单元串连的形式，含有氢气和一氧化碳的原料气进入第一级反应单元在催化剂作用下发生费托合成反应，将生成的烃类和水经过分离后的气体进入下一级反应单元进行反应，每级反应单元中包括一个或多个并联的列管式固定床反应器、至少一个三相分离器和至少一个冷却介质系统。所述列管式固定床反应器的反应管分别由反应器上管板和反应器下管板固定排列在反应器筒体内，所述的反应管的内表面光滑，外表面具有凹槽。

所述的反应管为碳素结构钢或奥氏体不锈钢，内表面光滑，外表面经过冷、热机械加工形成有一定规律的螺旋型凹槽。催化剂装填在反应管内，冷却介质流过反应器壳程，即与反应管的外表面接触，将反应产生的热量带出反应器，折流板按照一定间距分布在反应器中间。

所述反应管外表面凹槽的特征参数为：每米有200～2000个槽，槽深0.5～1.5mm，槽宽0.2～1.0mm，螺旋升角为3～5°。优选，每米有300～800个槽，槽深1.0～1.2mm，槽宽0.5～0.8mm。凹槽截面可以为T形、矩形、梯形、三角形、锯齿形，当凹槽截面为非矩形形状时，所述的槽宽是指槽的平均宽度。

所述反应管的上下两端具有200～500mm的光管部分。反应器上下管板与反应管的上下两端的光管部分连接。

所述的列管式固定床反应器中排列有100～10000根反应管。每根反应管的内直径为20～60mm，优选内直径为25～50mm，长度为4～15m，优选为6～12m。所述的反应管的管壁厚度为1～8mm。催化剂均匀装填在每根反应管中，催化剂粒度（直径）为0.5～5mm，优选为1～3mm，催化剂的形状可以是柱状、球状、空心球、环状、马鞍状、三叶型条、四叶型条等。

所述的列管式反应器壳体由反应器上封头、反应器筒体、反应器下封头组成，反应器上封头上设置反应器进料口和进料分布器，反应器下封头上设置反应器出料口，在反应器筒体的上部设置冷却介质出口，在反应器筒体的下部设置冷却介质入口。