[发明专利]合成气一步法制芳烃的多级流化床反应器及反应循环系统

说明书

本发明提供了用于合成气一步法制芳烃的多级流化床反应器和反应循环系统，包括：流化床反应器本体、至少一个具有圆锥形结构壳体的内构件、管式与板式耦合分布器、第一换热器以及旋风分离器；其中，至少一个具有圆锥形结构壳体的内构件，固定于流化床反应器本体的腔室内，圆锥形结构壳体的锥端封闭且向上，与锥端相对应的的底端设置有开口，以将流化床反应器本体的腔室划分成上下至少两个反应区；管式与板式耦合分布器，设置于流化床反应器本体的腔室底部，且位于圆锥形结构壳体的底面的投影区域内；第一换热器，分别设置于内构件的上方和下方；旋风分离器设置于流化床反应器本体的顶部。本发明实施例提供的方案能够抑制节涌。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及用于合成气一步法制芳烃的多级流化床反应器及反应循环系统。

背景技术

几十年来，基于原油炼制的石化工业为人类提供了必须的液体燃料(汽油和柴油)以及基础化学品(低碳烯烃与芳烃)。然而，我国原油对外依存度在2018年已经超过70％，能源安全问题凸显，且我国“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了我国在未来30到50年依旧以煤为主的能源结构不会发生根本性的改变。因此，以煤为碳源的转化获得液体燃料或化学品是我国煤化工研究的核心。相比煤直接转化，经过合成气(CO+H₂)的转化路径在技术实现上更为可行。相比获得大宗液体燃料(汽油或柴油)，鉴于我国炼油能力的过剩以及合成气化工中高成本的分离循环能耗，基于合成气高选择性的获得高附加值化学品(如芳烃)既符合我国化工未来的发展方向又是现阶段最为经济可行的路径。合成气一步法制芳烃的特点是：反应压力高、空速低；反应过程强放热且减分子；反应转化率不高但选择性要求高。

流化床反应器是一种常见的多相反应器形式，由于其优异的催化剂颗粒流动性能以及高效的传热传质能力，尤其适用于合成气一步法制烯烃与芳烃等过程。然而，对于合成气转化过程的空速较低，为保持气固流化床内高效的传递能力，流化气速一定的情况下，只能通过在流化床反应器内填充大量催化剂获得低空速的反应条件。此时，高长径比的流化床反应器易产生“节涌”问题，即在主反应区形成扁平气泡，气泡迅速长大沿径向长大最后与反应器直径相近。节涌会导致气固接触效率大幅下降，传递能力降低，流化床内震动加剧，破坏流化床反应器长周期稳定运行。另一方面，气固流化床反应器由于颗粒相的存在，其与气相的滑移会造成返混，反应器的停留时间分布变宽，使得芳构化不完全和过烷基化会同时存在，难以精准控制目标芳烃的生成。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于合成气一步法制芳烃的多级流化床反应器及反应循环系统。该多级流化床反应器能够有效地抑制高长径比流化床反应器内节涌的形成，进而获得更宽的合成气转化稳定操作区域；除此之外，可建立多级反应器形式，级内增强合成气与催化剂颗粒的混合、级间抑制气固返混，进而增大合成气转化推动力和目标芳烃选择性。

第一方面，本发明实施例提供一种用于合成气一步法制芳烃的多级流化床反应器，包括：流化床反应器本体、至少一个具有圆锥形结构壳体的内构件、管式与板式耦合分布器、第一换热器以及旋风分离器；其中，

所述至少一个具有圆锥形结构壳体的内构件，固定于所述流化床反应器本体的腔室内，所述圆锥形结构壳体的锥端封闭且向上，与所述锥端相对应的的底端设置有开口，以将所述流化床反应器本体的腔室划分成上下至少两个反应区；

所述管式与板式耦合分布器，设置于所述流化床反应器本体的腔室底部，且位于所述圆锥形结构壳体的底面的投影区域内；

所述第一换热器，分别设置于所述内构件的上方和下方；

所述旋风分离器设置于所述流化床反应器本体的顶部。

优选地，

所述内构件的个数：

其中，S表征内构件的个数；T表征芳烃产量，单位为吨/年。

优选地，