用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用

《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》專利涉及F-T合成過程中使用的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器和其配套系統(tǒng)，尤其涉及反應(yīng)器構(gòu)造與尺寸設(shè)計(jì)、氣體分布器和換熱器的布局與設(shè)計(jì)、蠟與催化劑的過濾系統(tǒng)、反應(yīng)器內(nèi)部的導(dǎo)流裝置以及反應(yīng)器頂部的霧沫消除裝置；以及所述的反應(yīng)器在規(guī)?；M(fèi)-托合成生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。

F-T合成過程是指將合成氣（CO H2）轉(zhuǎn)化為烴類和少量有機(jī)含氧化合物（甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等）的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，在合成氣轉(zhuǎn)化成為上述化合物的化學(xué)反應(yīng)過程中需要在催化劑的作用下、并在適合的溫度和壓力下進(jìn)行，于此同時(shí)反應(yīng)過程還伴隨大量的反應(yīng)熱的釋放。與傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器技術(shù)相比，采用氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度的有效控制和反應(yīng)熱的有效移出，同時(shí)在催化劑的產(chǎn)能方面得到強(qiáng)化，有利于實(shí)現(xiàn)單系列的大型化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的流化床反應(yīng)器技術(shù)相比，催化劑的反應(yīng)環(huán)境得到改善，有利于降低催化劑的損失，同時(shí)有利于選擇性地合成重質(zhì)餾分產(chǎn)物，進(jìn)而有利于提高中間餾份油特別是柴油的選擇性。

德國科學(xué)家FransFischer等在上世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)F-T反應(yīng)后不久，用于該反應(yīng)的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器就已開始進(jìn)行研究開發(fā)。早期由于對(duì)該反應(yīng)過程的認(rèn)識(shí)及技術(shù)條件的局限性，開發(fā)的F-T合成三相反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)室得到了驗(yàn)證，但進(jìn)一步放大則是不合適的，主要存在的問題是：

1、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不比傳統(tǒng)固定床反應(yīng)結(jié)果好；

2、三相懸浮床需要更大的反應(yīng)器容積；

3、反應(yīng)器需要耐酸；

4、為了形成充分的攪拌，需要大的循環(huán)量，能耗高；

5、反應(yīng)產(chǎn)物移出反應(yīng)器較為困難。

在1940-1950年代，德國的一些研究機(jī)構(gòu)以及美國礦業(yè)局等在三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器方面進(jìn)行了大量的放大開發(fā)工作，驗(yàn)證了采用這種合成氣通過懸浮在液相石蠟中的催化劑床層發(fā)生F-T合成反應(yīng)過程放大的基本規(guī)律、特別是在較低溫度（180-250℃）下F-T的重質(zhì)產(chǎn)物可以充當(dāng)液相介質(zhì)的可能性，由于對(duì)三相懸浮床系統(tǒng)在基本流體力學(xué)和F-T工藝基礎(chǔ)問題方面認(rèn)識(shí)的局限性，早期的技術(shù)開發(fā)采用很低的空塔氣速，致使反應(yīng)器的處理能力不適用于規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。

除了F-T合成反應(yīng)本身的工藝技術(shù)約束之外，在F-T合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器開發(fā)方面起到重要作用的是對(duì)該類反應(yīng)器操作狀態(tài)下的流體流動(dòng)模式和諸如空塔氣速、三相鼓泡反應(yīng)器內(nèi)徑的有效關(guān)聯(lián)研究結(jié)果，1980年代后期到1990年代，一些研究結(jié)果事實(shí)上已經(jīng)指明了滿足工業(yè)化反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)的中間試驗(yàn)裝置的最小尺度，也使開發(fā)者認(rèn)識(shí)到過低的反應(yīng)器高度和過低的入塔氣速對(duì)工業(yè)化裝置的開發(fā)缺乏工程指導(dǎo)意義。1990年代，南非Sasol公司建設(shè)并運(yùn)行了內(nèi)徑為1米的中間放大試驗(yàn)和內(nèi)徑為5米的工業(yè)規(guī)模的三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器，南非Sasol公司的上述開發(fā)基本實(shí)現(xiàn)了這類反應(yīng)器在工業(yè)中應(yīng)用的目標(biāo)。

用于F-T合成的三相懸浮床反應(yīng)器技術(shù)的開發(fā)主要基于早期的三相床中可以進(jìn)行F-T合成反應(yīng)的基本概念驗(yàn)證，圍繞強(qiáng)化操作以及實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行方面的有效的技術(shù)展開的，有關(guān)技術(shù)發(fā)展的背景主要有如下幾個(gè)方面：

1、氣體分布問題：氣-液-固三相F-T合成反應(yīng)器的氣體分布器的研發(fā)與反應(yīng)器本體的開發(fā)緊密相關(guān)，學(xué)術(shù)界所關(guān)注的主要是如何使氣體分布均勻，并盡量產(chǎn)生小氣泡，忽略了在高度湍流條件下大型反應(yīng)器的氣體分布器對(duì)氣體的分布只對(duì)該分布器上方有限空間起作用，整個(gè)床層是靠湍流和內(nèi)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)再混合-分布這一基本事實(shí)。在實(shí)際反應(yīng)器應(yīng)用中，氣體分布器的作用除了將反應(yīng)器入口氣體均勻分布在反應(yīng)器底部的截面上的作用以外，在很大程度上要求在反應(yīng)底部的催化劑通過氣體分布器噴射出的氣體的攪動(dòng)而不發(fā)生沉積，氣體分布器不會(huì)因?yàn)榕既坏臐{液進(jìn)入而造成堵塞，這方面的問題在公開的資料中沒有得到考慮，例如：USP5905094涉及了一種氣體分布器，該分布器采用了在反應(yīng)器封頭上方設(shè)計(jì)的隔板上加工一系列口徑向上放大的開孔，這種設(shè)計(jì)主要的問題是開孔加工難度較大、同時(shí)對(duì)隔板的強(qiáng)度問題沒有明確的設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)方法，同時(shí)當(dāng)反應(yīng)器入口氣體偶然停止時(shí)，催化劑顆粒在上述孔中形成堆積，系統(tǒng)再啟動(dòng)將遇到困難，部分孔可能不會(huì)開通而引起反應(yīng)器內(nèi)氣體分布不均勻等等，為此該技術(shù)的實(shí)施需要有一系列的配套手段，以保證反應(yīng)器在各種情況下不發(fā)生對(duì)運(yùn)行的破壞性后果，但還沒有有關(guān)這方面需要配套的工藝措施的公開資料；涉及了一種總體結(jié)構(gòu)在工程設(shè)計(jì)手冊(cè)上可以查到的較為簡(jiǎn)單的氣體分布器設(shè)計(jì)方案，氣體的導(dǎo)入分布也是依靠在反應(yīng)器封頭上方設(shè)置隔板的方式實(shí)現(xiàn)的，氣體通過連接在一次分布管件上向下的小型噴嘴噴射進(jìn)入隔板上方的三相反應(yīng)區(qū)，這種設(shè)計(jì)的主要的問題是噴嘴加工仍然較為復(fù)雜，同時(shí)噴嘴的堵塞風(fēng)險(xiǎn)仍然很大，并且沒有相應(yīng)防止堵塞措施的公開資料。

2、換熱系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)：F-T合成過程是一個(gè)典型的能源形式的轉(zhuǎn)化過程，從能量轉(zhuǎn)化角度，轉(zhuǎn)化的合成氣一方面形成烴類產(chǎn)物，同時(shí)會(huì)有輸入反應(yīng)器能量的15-25％轉(zhuǎn)化成反應(yīng)熱，為此在F-T合成中進(jìn)行有效的換熱設(shè)計(jì)以保證，

（1）實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器床層的有效溫度控制；

（2）實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的有效移出；

（3）在啟動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)熱量的供入。在大型懸浮床反應(yīng)器中，換熱器的分布原則的最基本工藝要求是對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)分布有利，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)熱的有效移出。F-T合成的懸浮床反應(yīng)器的換熱構(gòu)件沒有系統(tǒng)可實(shí)施的設(shè)計(jì)方案，例如USP6201031B1專利中示意的采用多重U型管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，以及專利CN1233451C提及的螺旋盤管式或迂回式多程換熱管以及有些專利提及列管式結(jié)構(gòu)等均存在反應(yīng)器中布置困難的問題，換熱器件結(jié)構(gòu)和布置不當(dāng)將引起一系列問題，其一是對(duì)流場(chǎng)形成不均勻干擾，其二是容易形成局部空間的過度阻塞不利于漿液循環(huán)，其三是換熱面積布置受到限制進(jìn)而影響反應(yīng)熱回收效率，其他的問題諸如結(jié)構(gòu)震動(dòng)問題、應(yīng)力集中問題等均沒有形成系統(tǒng)的方案。

3、液體石蠟產(chǎn)品和催化劑的有效分離：F-T合成中的重質(zhì)產(chǎn)物在反應(yīng)條件下處于液態(tài)，并在三相懸浮床中會(huì)不斷積累，必須將其在線地移出反應(yīng)器外。由于該重質(zhì)液態(tài)石蠟與F-T合成催化劑以漿態(tài)的形式存在，為此實(shí)現(xiàn)這種操作的主要手段是需要進(jìn)行液固的連續(xù)分離。由于F-T合成反應(yīng)所用催化劑粒度一般為：30-200微米之間占有90％以上，適宜于采用過濾方法實(shí)現(xiàn)液-固分離。液-固的過濾分離問題是一個(gè)十分傳統(tǒng)的工程問題，在標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)工程手冊(cè)和出版物中均可找到作為標(biāo)準(zhǔn)單元操作的各種過濾分離技術(shù)，其中，適合于三相懸浮床（漿態(tài)床）反應(yīng)器中催化劑分離的技術(shù)是管式壓濾（燭型設(shè)計(jì)或列管式設(shè)計(jì)）。與傳統(tǒng)過濾器相比，反應(yīng)器自然地作為壓濾的高壓端容器，多孔過濾管件外表面用來承載濾餅、并通過處在湍流狀態(tài)下三相流體的沖刷和采取反吹清洗等措施達(dá)到濾餅進(jìn)入三相床繼續(xù)發(fā)揮正常的催化作用。在公開的專利中，如USP6462098B1針對(duì)特定的F-T合成催化劑和反應(yīng)器體系對(duì)過濾器的工藝原理進(jìn)行了驗(yàn)證，所采用的過濾裝置類似于燭型結(jié)構(gòu)，下部安裝引出管，用于將分離后的重質(zhì)蠟導(dǎo)出反應(yīng)器外，同時(shí)也可以實(shí)施反吹清洗操作；報(bào)道了一套自動(dòng)過濾裝置，采用列管式結(jié)構(gòu)，配有上下引出管件，上部用于反吹，下部用于將過濾液導(dǎo)出，這種過濾設(shè)施可以設(shè)置到5層。在上述過濾裝置的技術(shù)資料中，沒有提及這種過濾裝置在反應(yīng)器中集成時(shí)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足如下合成反應(yīng)器中重要的工藝要求：

（1）過濾裝置的結(jié)構(gòu)對(duì)流體力學(xué)條件的影響進(jìn)而對(duì)過濾環(huán)境的影響；

（2）由于過濾裝置的固定和引出導(dǎo)管等對(duì)流場(chǎng)的干擾，有可能使得過濾裝置部分過濾介質(zhì)暴露在持久的大氣泡中從而使得過濾失效問題如何避免；

（3）過濾組件的組合結(jié)構(gòu)如何對(duì)過濾器組各過濾原件實(shí)現(xiàn)流體力學(xué)的均勻分配；

（4）如何有機(jī)地集成反應(yīng)器中的過濾分離構(gòu)件和換熱構(gòu)件，以避免過濾區(qū)域較弱的移熱功能而使過濾區(qū)域、特別是濾餅上的催化劑處在過高溫度、加速整個(gè)反應(yīng)床層催化劑的失效問題。

4、三相反應(yīng)器中的液-固強(qiáng)化混合問題：對(duì)F-T合成反應(yīng)器，由于換熱器、過濾分離裝置等內(nèi)構(gòu)件在整個(gè)反應(yīng)器空間中的結(jié)構(gòu)沒有完整的設(shè)計(jì)方案，因此，公開資料中對(duì)流體力學(xué)特性強(qiáng)化手段的有效性是不同的。沿反應(yīng)器軸向往往會(huì)分段設(shè)置不同的內(nèi)構(gòu)件，這些內(nèi)構(gòu)件的合理設(shè)置會(huì)使一些流體力學(xué)特性得到強(qiáng)化，避如氣泡尺度分布會(huì)更有利于合成反應(yīng)的有效進(jìn)行，沿反應(yīng)器截面徑向的流體力學(xué)分布特性得到改善等等。但是，這些內(nèi)構(gòu)件的存在使流場(chǎng)在反應(yīng)器軸向存在很多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)因素，在一段內(nèi)構(gòu)件的主體部分流場(chǎng)結(jié)構(gòu)具有均勻性，在兩端附近往往會(huì)有流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的蛻變問題，造成在三相反應(yīng)區(qū)內(nèi)的局部循環(huán)，影響諸如催化劑在整個(gè)床層分布的均勻性、以及換熱和分離原件的有效性。專利USP5382748、USPRE37229E、USP6201031B1報(bào)道的有關(guān)設(shè)置垂直下降管能夠增強(qiáng)反應(yīng)器軸向的漿液循環(huán)，有利于催化劑顆粒在反應(yīng)器軸向的均勻分布，驗(yàn)證了三相流體化反應(yīng)器通用原理的正確性，資料中沒有考慮反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)和下降管布置以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系，不具備優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求。

5、反應(yīng)器出口的霧沫夾帶導(dǎo)致冷凝產(chǎn)物固含量偏高的問題：在過去的研究中，反應(yīng)器頂部的設(shè)計(jì)上沒有合理的方案，這可能造成的問題是反應(yīng)系統(tǒng)的氣相流股中液相和催化劑夾帶過多，后續(xù)冷凝的重質(zhì)油中固含量偏高，影響產(chǎn)品加工技術(shù)的有效實(shí)現(xiàn)，造成了產(chǎn)品二次凈化的難度，特別是在反應(yīng)器氣-液界面偶然發(fā)生過多的泡沫甚至液泛時(shí)，還沒有系統(tǒng)解決夾帶問題的設(shè)計(jì)方案，USP6265452B1報(bào)道了在反應(yīng)器氣相空間設(shè)置多塊類似于精餾塔板的構(gòu)件來解決固體夾帶以及抽出部分冷凝物的方案，造成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，同時(shí)這些塔板能否在固體夾帶情況下正常操作沒有得到驗(yàn)證，特別是夾帶的固體將使溢流堰等構(gòu)件失效，一旦發(fā)生液泛事故（系統(tǒng)突然失壓大于0.1兆帕將會(huì)發(fā)生），后果將更加嚴(yán)重。

《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》發(fā)明考慮到三相懸浮床操作時(shí)的流體力學(xué)特性以及所使用的F-T合成催化劑的特點(diǎn)，提出采用湍流操作狀態(tài)，同時(shí)反應(yīng)器的合理適用高度在30米以上，工業(yè)可操作的反應(yīng)器內(nèi)徑在0.28米以上，同時(shí)考慮到解決液-固分離、換熱和反應(yīng)器的溫度控制、氣體分布以及消除皂沫效應(yīng)和控制反應(yīng)器出口氣體流股中霧沫夾帶等一系列技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配套裝置的優(yōu)化布局，從而發(fā)明了適用于F-T合成的三相懸浮床反應(yīng)器及其相關(guān)的配套裝置。

該發(fā)明的特點(diǎn)是：

（1）采用高度湍流的操作條件，可以使三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器突破氣體處理量的制約，增加其產(chǎn)能，這種突破是基于配套該發(fā)明的催化劑（見中國專利：CN1128667C、CN1159098C、CN1245255C、CN1260007C、CN1199730C、CN1270822C，以及依上述專利而后續(xù)改進(jìn)的F-T合成催化劑），催化劑優(yōu)良的轉(zhuǎn)化能力使得實(shí)現(xiàn)上限氣體處理量（合成回路90-96％的合成氣轉(zhuǎn)化率）有了保障，同時(shí)催化劑在三相懸浮床漿液中的重量濃度最大不超過35％（采用上述催化劑一般在10-25％），這是確定反應(yīng)器口徑-生產(chǎn)規(guī)模的基本約束條件；

（2）入口氣體分布器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)以及配套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣體分布、漿液有效流化、和防止任何情況下分布器的堵塞。

（3）靈活的換熱-溫度控制系統(tǒng)可保障漿態(tài)床反應(yīng)器中進(jìn)行充分有效的F-T合成反應(yīng)；

（4）結(jié)合反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)的、分布在一層的高效液-固分離系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有效的固-液分離，濾出的F-T重質(zhì)產(chǎn)物中固含量小于100ppm、一般在5ppm以下的情況下，濾餅中的催化劑仍然處于高活性狀態(tài)、被清洗并回到三相床層繼續(xù)實(shí)施催化作用；

（5）三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)采用強(qiáng)化的催化劑分布和有效的霧沫分離等措施。上述特點(diǎn)保證了該發(fā)明的F-T合成反應(yīng)器在可靠完成F-T合成各種工藝技術(shù)功能的同時(shí)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和操作、降低了反應(yīng)器的造價(jià)和操作成本。

該發(fā)明的三相懸浮床（也稱“漿態(tài)床”）F-T合成（Fischer-Tropsch合成，簡(jiǎn)稱F-T合成）反應(yīng)器及其配套系統(tǒng)，在工藝和工程上進(jìn)行了嚴(yán)密的優(yōu)化，方案在中試規(guī)模反應(yīng)器、和冷態(tài)大型試驗(yàn)裝置中進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證、結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)（CFD）研究，形成了完善的反應(yīng)器及其配套系統(tǒng)方案，反應(yīng)器和配套系統(tǒng)的優(yōu)化配置保證反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的基本目標(biāo)。

圖1是《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》大型三相懸浮床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和工藝原理示意圖。

圖2是直接導(dǎo)入型氣體分布器在反應(yīng)器底部的連接結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。

圖3是直接導(dǎo)入型氣體分布器在反應(yīng)器底部截面的布置圖。

圖4是直接導(dǎo)入型氣體分布器在反應(yīng)器底部截面的布置圖，

圖3和4給出了該反應(yīng)器有4組氣體分布器的情況。

圖5是直接導(dǎo)入型氣體分布器的氣體分布管和其上的氣體噴射孔結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6是隔板分布型氣體分布器在反應(yīng)器底部的結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。

圖7是隔板分布型氣體分布器在反應(yīng)器底部截面的布置圖。

圖8是下部換熱器結(jié)構(gòu)示意圖，其中各換熱管合并后連接于總管。

圖9是下部換熱器結(jié)構(gòu)示意圖，其中各換熱管分別連接于總管。

圖10是上部換熱器結(jié)構(gòu)示意圖，其中各換熱管合并后連接于總管。

圖11是上部換熱器結(jié)構(gòu)示意圖，其中各換熱管分別連接于總管。

圖12是反應(yīng)器內(nèi)部換熱區(qū)的截面示意圖（U形管結(jié)構(gòu)）。

圖13是套管結(jié)構(gòu)的換熱元件。

圖14是反應(yīng)器內(nèi)部換熱區(qū)的截面示意圖（套管結(jié)構(gòu)）。

圖15是反應(yīng)器中過濾空間的分布圖。

圖16是48根過濾管件組成的過濾器組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17是12根過濾管件組成的過濾器組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖18是反應(yīng)器內(nèi)過濾器組的俯瞰示意圖。

圖19是過濾器組在反應(yīng)器截面上的排布示意圖。

圖20是導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖21是二次回流冷凝分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖22是過濾-清洗系統(tǒng)的工藝流程示意圖。

圖23是預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)的工藝流程示意圖。

圖24是導(dǎo)管式氣體分布器的返流漿液清理流程的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖25是隔板式氣體分布器的返流漿液清理流程的結(jié)構(gòu)示意圖。

2020年7月14日，《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》獲得第二十一屆中國專利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。 2100433B

用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用操作內(nèi)容

下面結(jié)合附圖對(duì)《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》的三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器及其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的說明，但它們不以任何方式限制該發(fā)明。

該發(fā)明的三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和催化劑特性設(shè)計(jì)的漿態(tài)床反應(yīng)器和其配套系統(tǒng)，圖-1是三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器一種組裝結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示該反應(yīng)器和其配套系統(tǒng)（圖22-25）包括：（1）大型F-T合成反應(yīng)器本體1，（2）反應(yīng)器內(nèi)底部用于分布?xì)怏w和防止催化劑在反應(yīng)器底部沉積的氣體分布器2，和防止該分布器堵塞的器外配套系統(tǒng)（圖24、25）；（3）反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置的用于換熱的下部3，和可選的上部4換熱器或者必要的用于過濾區(qū)移熱的輔助換熱器，（4）反應(yīng)器內(nèi)中上部在兩段換熱構(gòu)件之間設(shè)置的液固分離系統(tǒng)5，和其引出反應(yīng)器后的配套穩(wěn)壓排液以及清洗系統(tǒng)（圖22），（5）設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)部的用于克服由于分段內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)形成的器內(nèi)局部循環(huán)、加大液體循環(huán)量、促進(jìn)催化劑均勻分布并能耦合兩段換熱器負(fù)荷的導(dǎo)流裝置6；（6）反應(yīng)器內(nèi)上部氣體導(dǎo)出空間中與上部換熱構(gòu)件耦合的回流分離構(gòu)件7，以及設(shè)置于反應(yīng)器外氣體流股出口處的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)（圖23）。

如圖-1所示的是三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器一種組裝結(jié)構(gòu)。在實(shí)施F-T合成反應(yīng)時(shí)，按工藝設(shè)計(jì)組成的合成氣（CO H2）8通過反應(yīng)氣體導(dǎo)入管進(jìn)入設(shè)置在反應(yīng)器底部的氣體分布器2，經(jīng)過該分布器的氣體噴射孔形成對(duì)底部封頭表面的較強(qiáng)沖刷，并反彈形成均勻分布于反應(yīng)器整個(gè)截面的向上的以鼓泡方式的氣流16，經(jīng)過換熱器3、4以及分離裝置5等內(nèi)構(gòu)件的二次分布，在整個(gè)反應(yīng)器氣-液-固懸浮床層中形成攪拌湍流的流場(chǎng)，完成傳質(zhì)、F-T合成反應(yīng)和傳熱，生成包括重質(zhì)蠟在內(nèi)的烴類產(chǎn)物，同時(shí)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱。在上部換熱器4的中上部，包括未反應(yīng)的合成氣以及反應(yīng)生成的氣相產(chǎn)物的氣體流股通過反應(yīng)器中的氣-液界面17處離開氣-液-固懸浮床層，進(jìn)入反應(yīng)器上部的氣相空間。并在通過上部換熱器4的頂部集總管形成的擋板結(jié)構(gòu)（12-13）時(shí)對(duì)霧沫夾帶進(jìn)行初步分離。初步分離霧沫夾帶的該氣流股繼續(xù)向反應(yīng)器出口方向流動(dòng)，并在設(shè)置于反應(yīng)器頂部出口附近的回流分離構(gòu)件處通過該構(gòu)件的側(cè)面冷凝管束組成的環(huán)形側(cè)面進(jìn)入連通于反應(yīng)器頂部出口的分離構(gòu)件7，在通過該構(gòu)件的環(huán)形側(cè)面過程中，氣流被冷卻、形成較高沸點(diǎn)組分的部分冷凝，并在氣流與管束的碰撞過程中夾帶的液沫和冷凝產(chǎn)生的液體在冷卻管束上形成向下流動(dòng)的液膜，實(shí)現(xiàn)出口氣流中霧沫的有效分離，分離霧沫和冷凝液體后的氣體流股9經(jīng)過反應(yīng)器頂部出口導(dǎo)出反應(yīng)器。在F-T合成反應(yīng)過程中，除了產(chǎn)生上述隨氣體流股帶出反應(yīng)器外的產(chǎn)物外，重質(zhì)產(chǎn)物將在反應(yīng)器中積累，使液位17上升，為了穩(wěn)定三相懸浮床的液位，必須將懸浮液體中的F-T產(chǎn)物導(dǎo)出反應(yīng)器外，同時(shí)又不希望懸浮在三相床中的固體催化劑離開反應(yīng)器；該發(fā)明在兩段主換熱器的設(shè)計(jì)方案中，在下部和上部換熱器之間設(shè)置了多組固-液分離過濾器5，液體通過該過濾器組的多孔過濾表面被導(dǎo)出反應(yīng)器外10，用調(diào)節(jié)過濾量實(shí)現(xiàn)對(duì)液位17的控制。過濾器在程序控制下可以停止過濾并進(jìn)行必要的清洗，清洗流體11可以是清潔的熱氣體或熱液體。該發(fā)明采用在兩段換熱器3、4和反應(yīng)器頂部回流冷凝分離構(gòu)件7的換熱管束中通入加壓循環(huán)熱水12、14實(shí)現(xiàn)移熱，在管束中所產(chǎn)生的蒸汽13、15引出反應(yīng)器外進(jìn)入蒸汽包。

根據(jù)反應(yīng)器的口徑，該發(fā)明的氣體分布器2（圖-1）可以分成一組或多組，圖-2、圖-3和圖-4分別示出了直接導(dǎo)入型氣體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖。所述的分布器在反應(yīng)器橫截面上形成扇形依據(jù)反應(yīng)器底部封頭形成的內(nèi)表面形狀分布在反應(yīng)器底部整個(gè)橢球或球面上，每組分布器通過多組氣體導(dǎo)管18分別連接于其進(jìn)氣總管19。圖-3所示的分布器由多組管件20組成，這些分布管件首先連接于其總管21（圖-4），并通過多組氣體導(dǎo)管18與進(jìn)氣管19連接，如圖-3、圖-4所示。為均勻的分配進(jìn)氣，在該氣體分布器上分布著面向反應(yīng)器底部封頭內(nèi)表面的、用于氣體分布的開孔（氣體噴射孔）22，如圖-5所示。所述的氣體噴射孔開孔的大小和數(shù)量由氣體通過開孔的氣速確定，為了確保氣體分布和形成有效的對(duì)反應(yīng)器底部?jī)?nèi)表面的氣流沖刷以避免催化劑在反應(yīng)器底部的沉積，氣體通過開孔的流速一般大于25米/秒，但為了限制氣體分布器引起的阻力降，該發(fā)明限制該氣體流速小于100米/秒，一般取30-90米/秒，此時(shí)氣體分布器的阻力降為0.03-0.25兆帕，另外該發(fā)明的氣體噴射孔徑優(yōu)化為1.5-5.0毫米，過大的開孔容易在反應(yīng)器操作波動(dòng)或開停車中造成催化劑進(jìn)入管件內(nèi)并沉積形成局部或全部堵塞，過小的孔徑會(huì)造成加工方面的復(fù)雜性。

該發(fā)明大型三相懸浮床反應(yīng)器的氣體分布器的另外一種設(shè)計(jì)方案是采用隔板分布型氣體分布器，該氣體分布器在反應(yīng)器底部的連接結(jié)構(gòu)及截面分布的示意圖分別如圖67所示，其中隔板23將反應(yīng)器底部封頭與上部反應(yīng)床層分隔開來，利用隔板進(jìn)行氣體的一次分布進(jìn)入在隔板上部安裝的氣體分布器20，上述隔板可以是合理設(shè)計(jì)的平面隔板或者按受壓情況設(shè)計(jì)的一個(gè)橢球封頭。對(duì)平面隔板結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方案見圖-6和圖-7。

在本設(shè)計(jì)方案中，進(jìn)入反應(yīng)器入口導(dǎo)管19的氣體向下進(jìn)入反應(yīng)器底部被隔板23分隔出的空間，然后通過與隔板上部的氣體分布元件20連通的導(dǎo)管24進(jìn)入氣體分布器元件，通過在分布元件的側(cè)下噴射孔進(jìn)入反應(yīng)器的三相反應(yīng)床層。對(duì)于大型反應(yīng)器，對(duì)平面隔板應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)處理，梁26和立柱25是用于加強(qiáng)隔板的重要結(jié)構(gòu)部件。大型隔板在消除熱應(yīng)力方面采用有關(guān)機(jī)械規(guī)范設(shè)計(jì)。

關(guān)于該發(fā)明反應(yīng)器的換熱系統(tǒng)，各部分的換熱器結(jié)構(gòu)如圖8-14所示。

如圖1所示，該發(fā)明在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的換熱內(nèi)件可以是一段或兩段主換熱器3、4，換熱器的設(shè)置主要是根據(jù)反應(yīng)器中進(jìn)行F-T合成反應(yīng)（包括水煤氣變換反應(yīng)）所產(chǎn)生的反應(yīng)熱效應(yīng)和反應(yīng)器的操作條件設(shè)計(jì)的，換熱管內(nèi)采用強(qiáng)制循環(huán)的帶壓沸騰水（生產(chǎn)蒸汽）作為換熱介質(zhì)，反應(yīng)熱以副產(chǎn)水蒸氣的方式間接移出反應(yīng)器的氣-液-固懸浮床層。當(dāng)采用一段主換熱器時(shí)，反應(yīng)區(qū)應(yīng)主要限制在換熱器分布的區(qū)域，并可加設(shè)小型換熱構(gòu)件組，起到對(duì)液-固過濾裝置所占空間的溫度調(diào)節(jié)的作用，或在氣-液界面附近上方加設(shè)同時(shí)起氣-液（固）分離作用的換熱構(gòu)件。

在換熱元件的結(jié)構(gòu)方面（參見圖-8，圖-9，圖-10，圖-11），考慮了換熱器設(shè)計(jì)的基本工藝約束，包括管內(nèi)流速（水 蒸汽兩相）、換熱管內(nèi)的壓力（產(chǎn)生飽和蒸氣的壓力和溫度）、反應(yīng)器床層溫度、反應(yīng)器空間被換熱管所占比例的大小等。

該發(fā)明的換熱器的換熱管件可采用U型管或套管結(jié)構(gòu)。

U型管結(jié)構(gòu)（參見圖-8，圖-9，圖-10，圖-11）簡(jiǎn)化了在反應(yīng)器截面上充分均勻分布換熱管時(shí)帶來的分配和集總管件（29，30）設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。U型管合并后（圖-8，圖-10）/或分別（圖-9，圖-11）連接到入口分布管（對(duì)下降換熱管28，可以采用單管）或出口集總管（對(duì)上升換熱管27）上。集總管29，30通過過渡導(dǎo)管連接到與反應(yīng)器外部水-蒸汽系統(tǒng)連通的引入（31）和引出（32）導(dǎo)管。在運(yùn)行過程中，來自循環(huán)水泵的熱水由引入導(dǎo)管31進(jìn)入、經(jīng)過過渡管件分別進(jìn)入各組熱水總管29、由此分布并進(jìn)入換熱管束28向下流動(dòng)被加熱和部分蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，下流到底部后經(jīng)過U型彎頭進(jìn)入上升管束27向上流動(dòng)至蒸汽-熱水集總管30、然后經(jīng)過過渡管后至蒸汽-熱水導(dǎo)出管32通向反應(yīng)器的器壁接管導(dǎo)出到反應(yīng)器外的蒸汽-熱水系統(tǒng)。

圖-10和圖-11所示的上部換熱器的集總管29、30被排布在反應(yīng)器的同一截面上，形成該截面上小的自由空間，這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一塊塔板形成對(duì)上升的氣相流股的氣-液分離，而換熱器構(gòu)件具有造成對(duì)氣體流股的冷卻作用，使得氣流股產(chǎn)生部分冷凝，增加液體的聚集，強(qiáng)化分離效果。另外，如上設(shè)置的換熱器在反應(yīng)器截面上形成均勻分布的排列（圖-12），有利于反應(yīng)器中上升氣泡的分散，起到強(qiáng)化混合、傳質(zhì)和傳熱的作用。

套管結(jié)構(gòu)（圖-13、14）更利于換熱原件在反應(yīng)器界面上的均勻分布并在流體力學(xué)方面有利于實(shí)現(xiàn)下降管熱水少產(chǎn)生蒸發(fā)的工藝要求（下降管產(chǎn)生太多蒸汽會(huì)引起系統(tǒng)的震動(dòng)）。

套管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)見圖-13，其主要特征是：（1）換熱元件由處在中心處的套管33和以等邊三角形分布（見38）在其周圍的3支上升管34組成；（2）套管中內(nèi)管是下降管，內(nèi)管與外管間的環(huán)隙與上升管34具有同樣功能，來自套管式結(jié)構(gòu)的集總管29，30的內(nèi)管的熱水向下流經(jīng)此下降管，上升的汽液介質(zhì)經(jīng)過該3支上升管和33的環(huán)隙進(jìn)入集總套管29，30的內(nèi)外管間環(huán)隙，中心套管環(huán)隙內(nèi)設(shè)置用于保證環(huán)隙間距均勻的固定在內(nèi)管表面的彈性支撐結(jié)構(gòu)（見35、37）；（3）集總管的內(nèi)管連接來自反應(yīng)器外的熱水循環(huán)泵或蒸汽包的下降管，外管（環(huán)隙）連接與反應(yīng)器外部的蒸汽包上升管；（4）多組上述換熱元件連接在一根集總套管上形成一組換熱組件，多組換熱組件排列形成換熱管件在反應(yīng)器空間上的均勻分布（見圖-14）。

關(guān)于該發(fā)明反應(yīng)器的液-固過濾系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖15-19所示。

如圖1和圖15所示，該發(fā)明在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了多組液-固過濾分離構(gòu)件5。每組過濾構(gòu)件的集總管通過過渡管件（圖-15）39、40穿過反應(yīng)器壁與反應(yīng)器外部設(shè)備連通。

每組過濾構(gòu)件由多根過濾元件組成的過濾管束41、42、43和必要的支撐盲管47構(gòu)成，過濾管分組通過過渡管件44、45集總實(shí)現(xiàn)上部和下部的分別連通，最終一組由48根過濾管件組成的過濾器在上部和下部分別匯總到集總管件46后引出反應(yīng)器（圖-15、圖-16）。同樣，由12根過濾管件組成的過濾器組的結(jié)構(gòu)見圖-17。圖-18給出典型過濾組件（分別為12根過濾管和48根過濾管）的俯瞰示意圖。這種結(jié)構(gòu)使得過濾構(gòu)件組含有的過濾管數(shù)目以3、6、12、24、48、96、152任意變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)每一根過濾管件從集總管角度看，該發(fā)明的結(jié)構(gòu)在流體阻力分配方面嚴(yán)格均勻。實(shí)踐證明，該發(fā)明的結(jié)構(gòu)避免了過濾元件之間濾餅的架橋，非常有利于濾餅的徹底清除。對(duì)兩段主換熱器的設(shè)計(jì)，下部換熱管束（例如圖-8或圖-9所示的結(jié)構(gòu)）完全處在氣-液-固三相反應(yīng)區(qū)。上部換熱器（圖-1，圖-10或圖-11）部分處在三相區(qū)，部分處在氣相區(qū)。處在氣相區(qū)的設(shè)置充分考慮了反應(yīng)器上部空間形成部分冷凝的環(huán)境，同時(shí)上部換熱器的集總管件設(shè)計(jì)為一個(gè)在反應(yīng)器截面上占有較大（70-90％）面積的排列，該排列可以采用連接于集總管件上的擋板構(gòu)件，起消除離開反應(yīng)區(qū)的氣流股中的霧沫夾帶的一級(jí)分離作用，在反應(yīng)器上部的換熱器分布在氣相空間的面積以使氣相流股在反應(yīng)器的出口溫度與反應(yīng)床層溫度差值保持在一定值（2-6℃）確定，這一溫差可以在實(shí)際操作中通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器的液位高度來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。換熱器的換熱管束形成在反應(yīng)器整個(gè)換熱空間中的均勻分布（圖-12）。對(duì)兩段換熱方案，該發(fā)明的換熱空間考慮了兩段之間的耦合，這是通過設(shè)置在反應(yīng)空間上可以強(qiáng)化兩段換熱空間的液體循環(huán)的垂直分布在反應(yīng)器壁附近的導(dǎo)流管6（見圖-1）實(shí)現(xiàn)的。在整個(gè)反應(yīng)器中，下部換熱器是最為重要的移熱裝置，在典型的工業(yè)化反應(yīng)器中，攪拌湍流操作條件下，約55-75％的反應(yīng)熱是由下部換熱器移出的。為此，該發(fā)明對(duì)下部換熱器的換熱面積進(jìn)行了充分優(yōu)化，目標(biāo)是在反應(yīng)器中布置較大的換熱面積的同時(shí)，考慮上部和下部換熱器的熱耦合，設(shè)置在換熱區(qū)的液-固相導(dǎo)流管6（圖-1）的作用之一就是實(shí)現(xiàn)這種熱耦合的重要措施，由于導(dǎo)流管6強(qiáng)化了液-固懸浮相的循環(huán)，使得上下部換熱器的負(fù)荷差別減小，同時(shí)增加了反應(yīng)器操作的彈性。上部換熱器所在的空間由于需要布置液-固分離裝置而使得可設(shè)置的換熱面積比下部換熱器小，這在結(jié)構(gòu)約束方面自然實(shí)現(xiàn)了F-T合成反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)熱在整個(gè)反應(yīng)區(qū)分布的特點(diǎn)，而該發(fā)明強(qiáng)化換熱耦合的設(shè)計(jì)使得本反應(yīng)器在溫度控制方面有非常大的靈活性，特別是在這種情況下，兩段換熱器移出反應(yīng)熱產(chǎn)生的蒸汽（對(duì)該發(fā)明所針對(duì)的系列F-T合成催化劑，產(chǎn)生蒸汽到過濾元件是各種適合在三相懸浮床F-T合成環(huán)境下并可以反吹清洗的過濾管），根據(jù)催化劑顆粒在反應(yīng)運(yùn)行過程中的尺度分布，要求其過濾元件的孔徑小于90％以上催化劑分布的顆粒尺度，一般選擇商用的孔徑在10-30微米的燒結(jié)/纏繞金屬絲網(wǎng)或粉末燒結(jié)多孔金屬、多孔陶瓷作為過濾元件的過濾介質(zhì)。上述過濾構(gòu)件分別與器外導(dǎo)管連接。在反應(yīng)器外每一組過濾構(gòu)件的引出導(dǎo)管上分別連接一個(gè)手動(dòng)切斷閥和一個(gè)自動(dòng)切斷閥，手動(dòng)切斷閥用于特殊維護(hù)時(shí)使用，自動(dòng)切斷閥受特殊的過濾程序通過DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，這樣的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了對(duì)每一組過濾構(gòu)件實(shí)施單獨(dú)的控制，此后各組的引出導(dǎo)管匯總于總管，下端引出總管與反應(yīng)器外的受液罐和穩(wěn)壓系統(tǒng)連通，作為濾出蠟的通路。構(gòu)件上端的總管與清洗系統(tǒng)連通，作為過濾構(gòu)件反洗的通路，在過濾操作中可以采用衡壓過濾或程序增壓過濾。過濾構(gòu)件定期實(shí)施清洗。

根據(jù)中間試驗(yàn)結(jié)果，在三相懸浮床操作條件下，過濾區(qū)需要冷卻以保證溫度與換熱區(qū)相同，為此，上部換熱器的設(shè)置使得在過濾環(huán)型區(qū)圍繞的中心空間布置了換熱管件。這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)起到在過濾區(qū)的氣體流通和分布，保證三相流動(dòng)對(duì)過濾元件的有效沖刷，提高過濾效率。同時(shí)根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，這樣的過濾空間在大型反應(yīng)器中足夠分布實(shí)際運(yùn)行過濾器面積的3-5倍的過濾器組，考慮到過濾器較易損毀，設(shè)計(jì)中考慮了過濾面積適當(dāng)?shù)母辉Ａ亢驮诜磻?yīng)器結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)方便維護(hù)的問題。在設(shè)計(jì)一段主換熱器的情況下，過濾器區(qū)域的移熱需要單獨(dú)考慮小型換熱器構(gòu)件組依據(jù)過濾器的排布進(jìn)行合理配置。

對(duì)于在一組中的過濾元件安排，根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，過濾管束的管外表面的最小間距應(yīng)在20-50毫米之間，過小的間距會(huì)造成過濾管之間形成濾餅架橋、難以靠反清洗和沖刷清理干凈，使過濾表面部分失效，影響過濾負(fù)荷的提高；另外，在過濾元件上部連接較長(zhǎng)的過渡管（密實(shí)-非過濾區(qū)）41（圖-16，圖-17），以避免由于上部集總管的遮擋引起的局部富氣泡區(qū)（氣含率大于70％）處在過濾表面上，引起液體排出量減少，本設(shè)計(jì)要求與上部集總管連接的過渡管41的長(zhǎng)度大于300毫米，過濾管過濾面長(zhǎng)度為1000-3000毫米。一組過濾器依靠上下的集總管和連接管組成的多邊形結(jié)構(gòu)與中心的支撐盲管47連接，形成一個(gè)剛性整體，增加了過濾器的整體剛性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)過濾元件的有效保護(hù)。

上述過濾器在大型反應(yīng)器中的排布可以根據(jù)反應(yīng)器的尺度和過濾器的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖-19給出30組過濾器在大型反應(yīng)器中的排布。在過濾器組之間的間隙可以設(shè)置輔助換熱構(gòu)件，用于對(duì)過濾區(qū)形成有效的溫度控制。

如圖1所示，該發(fā)明在反應(yīng)器氣-液-固三相區(qū)設(shè)置了多組液（固）導(dǎo)流管6，且所述的導(dǎo)流管件固定在反應(yīng)器的壁面上，其作用是：（1）形成強(qiáng)化的液-固相循環(huán)，改善催化劑在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的分布（增加上部反應(yīng)區(qū)內(nèi)催化劑的含量）；（2）實(shí)現(xiàn)沿反應(yīng)器軸向傳熱耦合，增加兩段換熱器移熱操作的彈性。

該導(dǎo)流管件的設(shè)計(jì)原則是：（1）合理的導(dǎo)流管內(nèi)徑確保反應(yīng)器的液-固相的大量循環(huán)；（2）導(dǎo)流管的循環(huán)可以有效地形成催化劑在反應(yīng)器軸向分布的改善；（3）導(dǎo)流管的軸向位置考慮兩段換熱器之間的有效循環(huán)；（4）導(dǎo)流管從下部換熱器向反應(yīng)器底部的絕熱空間供應(yīng)大量的液體以實(shí)現(xiàn)下部換熱器對(duì)反應(yīng)器入口處的移熱作用。

該導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)見圖-20。導(dǎo)流管的上端入口是一個(gè)擴(kuò)大的受液口48，下降管是一根在反應(yīng)器內(nèi)部垂直的直管，下端出口是面向反應(yīng)器軸心的側(cè)孔49。導(dǎo)流管的口徑是按照設(shè)計(jì)循環(huán)量確定的，受液口48的口徑一般要求大于導(dǎo)流管口徑1.5～5倍。一段導(dǎo)流管的長(zhǎng)度應(yīng)大于5000毫米，以保證較大的液-固下落量。[0138]為了解決反應(yīng)器出口的霧沫夾帶導(dǎo)致冷凝產(chǎn)物固含量偏高的問題，在該發(fā)明的反應(yīng)器上部氣相區(qū)設(shè)置了一個(gè)固定于反應(yīng)器出口管下部的器內(nèi)冷凝分離器7（見圖1），以實(shí)現(xiàn)二次除沫分離。

在反應(yīng)器上部氣相區(qū)，當(dāng)反應(yīng)器換熱系統(tǒng)為兩段時(shí)，分離系統(tǒng)設(shè)置是將上部換熱器和霧沫分離結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，在上部換熱器的氣相換熱區(qū)形成部分冷凝并在換熱器的最上端形成一塊塔板，造成回流分離效應(yīng)，此后氣流經(jīng)過一個(gè)固定于反應(yīng)器的出口管50（參見圖-21）下部的器內(nèi)冷凝分離器7，實(shí)現(xiàn)二次除沫分離，其具體結(jié)構(gòu)見圖-21：處于反應(yīng)器氣相空間的氣體必須通過一個(gè)由多層排布換熱管52圍成的桶狀側(cè)面的縫隙（見圖-21），氣流通過被冷卻-冷凝并與換熱管束52發(fā)生碰撞，達(dá)到增大液滴粒度并在換熱管表面上形成下降的液膜，進(jìn)而捕獲霧沫、特別是催化劑細(xì)粒子的目的。捕獲的液體和催化劑粒子沿?fù)Q熱管束下降到受液器54，經(jīng)過導(dǎo)流管55流到二次換熱器的上部（或三相空間中），在導(dǎo)流管下部設(shè)置一個(gè)擋流機(jī)構(gòu)（可以是滑閥58），以避免上升氣流短路引起分離效果的降低?？蛇x地，可以在該冷凝器換熱管束的內(nèi)外設(shè)置桶狀擋板59、60以強(qiáng)化冷凝和霧沫捕集效果。頂部冷凝分離器的冷卻介質(zhì)是與反應(yīng)器主換熱器的熱水-蒸汽系統(tǒng)結(jié)合起來的，但熱水循環(huán)泵單獨(dú)配置，來自熱水泵的熱水經(jīng)過與反應(yīng)器外部連通的導(dǎo)管53進(jìn)入到下部集箱57，熱水經(jīng)過換熱管束52部分蒸發(fā)，形成的汽-液混合介質(zhì)匯總到上部集箱56，然后由導(dǎo)管51導(dǎo)出反應(yīng)器到外部的蒸汽包。該發(fā)明的塔頂冷凝分離技術(shù)與已有技術(shù)相比，采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了回流分離，實(shí)踐證明可以確保氣體流股的一次冷凝液中固體催化劑含量降低到小于2ppm，使得F-T合成高溫冷凝分離液相產(chǎn)物對(duì)后續(xù)加氫催化劑的污染接近徹底消除。

為將該發(fā)明的反應(yīng)器有效應(yīng)用于F-T合成流程，該發(fā)明的反應(yīng)器還配備了如下的器外配套的關(guān)鍵流程系統(tǒng)：（1）為反應(yīng)器內(nèi)過濾分離器的有效運(yùn)行設(shè)置的器外濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)；（2）與反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的液固分離系統(tǒng)配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的清洗系統(tǒng)；（3）將反應(yīng)器內(nèi)上部氣體導(dǎo)出的、與上部換熱構(gòu)件耦合的回流分離構(gòu)件，例如設(shè)置于反應(yīng)器出口的換熱預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)等；和（4）為反應(yīng)器底部的氣體分布器設(shè)置的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)。

圖-22示出了上述濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)和過濾-清洗系統(tǒng)的工藝流程示意圖。具體地說，在F-T合成過程中，反應(yīng)器內(nèi)的三相床層的液位維持在一定范圍作為前提條件，設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)的多組過濾裝置5按適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行液體蠟和催化劑的分離。在過濾過程中，切斷閥61處于開啟狀態(tài)，切斷閥82處于關(guān)閉狀態(tài)，三相床層的固體催化劑被阻擋在反應(yīng)器內(nèi)，在施加在過濾原件外表面與內(nèi)表面的壓差作用下，F(xiàn)-T液體蠟和部分夾帶的氣體通過過濾裝置進(jìn)入到過濾元件的管內(nèi)，該液體F-T蠟和夾帶氣體經(jīng)過導(dǎo)出管和設(shè)置的切斷閥（自動(dòng)和手動(dòng)各一個(gè)）61進(jìn)入到液體蠟接受罐62，并在62中完成氣-液分離，液體停留在該接受罐的下部，氣體經(jīng)過導(dǎo)管64進(jìn)入氣體壓力緩沖罐63。液蠟接受罐62中液體F-T石蠟（初級(jí)過濾蠟）在該罐中保持一定的液位，并經(jīng)過液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)68減壓通過管線67送到下游進(jìn)一步處理。在氣體壓力緩沖罐63中，來自62的夾帶-解吸氣體進(jìn)一步分離少量夾帶液體后，經(jīng)過精密壓力控制系統(tǒng)69減壓后進(jìn)入管線65排出本單元，該氣體壓力緩沖罐內(nèi)的積液由自動(dòng)控制系統(tǒng)83適時(shí)排出、并并入管線67。穩(wěn)壓罐63壓力的穩(wěn)定控制是靠從外界以恒定流量66引入的合成氣和壓力控制系統(tǒng)69聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)過濾裝置實(shí)施一段時(shí)間的過濾操作后，過濾器外表面積累的固體濾餅需要被清除，此時(shí)，關(guān)閉61，停止過濾，按過濾系統(tǒng)控制程序安排清洗。過濾裝置的清洗系統(tǒng)主要由氣體清洗和液體清洗兩種方式。氣體清洗系統(tǒng)由氣體壓縮機(jī)71、氣體加熱器72和帶有加熱保溫功能的氣體緩沖罐73等主要設(shè)備組成。來自F-T合成的干凈合成氣70經(jīng)過71加壓和72加熱（與反應(yīng)器溫度相同）后，進(jìn)入帶有加熱保溫功能的氣體緩沖罐73，該緩沖罐在壓力控制系統(tǒng)75的控制下處在設(shè)定的清洗壓力。液體清洗系統(tǒng)主要由熱油泵78和帶有加熱保溫功能的清洗液體計(jì)量罐84等主要設(shè)備組成。計(jì)量罐84總處在儲(chǔ)液備用狀態(tài)。補(bǔ)充的熱油77優(yōu)先采用在下游加氫以后沸點(diǎn)大于300℃小于380℃的F-T餾分油。計(jì)量罐與氣體清洗系統(tǒng)的氣體緩沖罐通過帶有自動(dòng)切斷閥85的管線連接，以便在清洗時(shí)保證計(jì)量罐有足夠的壓力將液體壓入反應(yīng)器內(nèi)的過濾裝置。

對(duì)停止過濾的過濾器組在實(shí)施清洗時(shí)，自動(dòng)閥門61關(guān)閉，自動(dòng)閥門82開啟；采用氣體反吹清洗時(shí)，80、85關(guān)閉，開啟81實(shí)施反吹清洗。采用液體清洗時(shí)，關(guān)閉81，開啟80和85實(shí)施液體清洗。圖-23示出了為該發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)計(jì)的器外預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)。在該發(fā)明反應(yīng)器頂部導(dǎo)出的F-T合成混合氣體流股86進(jìn)入主要的熱交換流程之前，可選擇地進(jìn)入設(shè)置于反應(yīng)器外的換熱預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于分離出口氣體流股中的液-固夾帶物，使下游冷凝產(chǎn)品不受催化劑夾帶的污染。其特征在于：對(duì)三相反應(yīng)器的出口氣流股86利用一個(gè)小型換熱器（或小型余熱鍋爐）87降溫（5-10℃），冷凝出少部分重油，再經(jīng)過一個(gè)氣-液分離器89，將從反應(yīng)器中夾帶和冷凝下的液體分離出該氣體流股，保證進(jìn)入下游的氣體流股90夾帶液-固物不會(huì)對(duì)合成重油產(chǎn)品造成催化劑污染，保證從氣流股冷凝下的主要合成油品的質(zhì)量，為進(jìn)一步加工提供基礎(chǔ)。在正常操作過程中，89與一個(gè)小型受液罐92連通，分離出的污染重油通過開啟的自動(dòng)切斷閥91進(jìn)入該受液罐保存，自動(dòng)閥93關(guān)閉。當(dāng)受液罐92液位處于高限時(shí)，控制系統(tǒng)關(guān)閉自動(dòng)切斷閥91，開啟切斷閥94對(duì)92充壓，同時(shí)開啟93將受液罐中的污染重質(zhì)油壓入反應(yīng)器，可選地，這部分重質(zhì)油也可以通過管線送到下游污染重質(zhì)油處理系統(tǒng)實(shí)施凈化。小型換熱器87的冷流股95、96可以是主換熱流程對(duì)應(yīng)的進(jìn)入反應(yīng)器預(yù)熱前的合成氣流股。設(shè)置本系統(tǒng)的情況下，可以取消反應(yīng)器頂部的冷凝回流裝置7。

為克服可能發(fā)生漿液返流并在分布器中積累的問題，該發(fā)明采取了相應(yīng)的工藝措施，以清理該積累漿液，保證分布器在任何情況下不被堵塞。圖-24和圖-25所示的設(shè)備及流程說明了所采取的技術(shù)措施。圖24和25分別是氣體分布器為直接導(dǎo)入型和隔板分布型的情況。對(duì)于直接導(dǎo)入型的氣體分布器，返流漿液的清理流程如圖24所示：該發(fā)明在分布管集總管21的最低部設(shè)置連通管98引出反應(yīng)器外后與一個(gè)受液容器97通過一個(gè)球形切斷閥99連通，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，99常開，這樣，任何返到分布器中的漿液將及時(shí)導(dǎo)入受液容器97，保證分布器不被堵塞。在必要時(shí)，99可以使該受液容器與反應(yīng)器隔離，以便清理漿液。該返流漿液可以從97通過管線101導(dǎo)入到催化劑還原處理單元。97中的積液情況可以由液位控制系統(tǒng)100調(diào)節(jié)和控制。對(duì)隔板式分布器，返流漿液的清理流程如圖25所示。在此情況下是一種簡(jiǎn)化處理方式，即是將底部封頭空間作為受液容器，所配置的是一套積液液位指示和控制系統(tǒng)；當(dāng)積液達(dá)到一定水平時(shí)，通過自動(dòng)控制或手動(dòng)控制放出積液。

用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用實(shí)施案例

實(shí)施例1

以下為按照該發(fā)明的技術(shù)方案用小型反應(yīng)器進(jìn)行中間試驗(yàn)的結(jié)果。

所述的小型反應(yīng)器具有以上所述反應(yīng)器內(nèi)和器外的各種功能構(gòu)件，其中所述的換熱裝置為兩個(gè)主換熱器；所述的氣體分布器為直接導(dǎo)入型；所述反應(yīng)器底部的氣體分布器設(shè)置的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)為上述反應(yīng)器內(nèi)的設(shè)計(jì)方案。

中間試驗(yàn)的小型反應(yīng)器設(shè)計(jì)內(nèi)徑為349毫米，高度為34米；所使用的催化劑為實(shí)施例1所公開的低溫漿態(tài)床F-T合成催化劑。最大處理合成氣量為500標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)（氫氣 一氧化碳含量為98.8％），合成回路轉(zhuǎn)化率為94-96％，可液化產(chǎn)物89千克/小時(shí)。在線過濾蠟產(chǎn)物催化劑含量0.5-4ppm。重質(zhì)冷凝產(chǎn)物催化劑含量＜2ppm，輕質(zhì)產(chǎn)物催化劑含量＜0.5ppm。

實(shí)施例2

以下為按照該發(fā)明的技術(shù)方案用中型反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。

所述的反應(yīng)器具有以上所述反應(yīng)器內(nèi)和器外的各種功能構(gòu)件，其中所述的換熱裝置為兩個(gè)主換熱器；所述的氣體分布器為直接導(dǎo)入型；所述反應(yīng)器底部的氣體分布器設(shè)置的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)為上述反應(yīng)器外的設(shè)計(jì)方案。

所述工業(yè)示范型的中型F-T合成反應(yīng)器內(nèi)徑為5.3米，高度為45米。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了該發(fā)明的上述各種功能構(gòu)件。所使用的催化劑為實(shí)施例1所公開的低溫漿態(tài)床F-T合成催化劑。最大處理合成氣量為140000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)（氫氣 一氧化碳含量為98.6％）。合成回路轉(zhuǎn)化率94-96％，最大可液化產(chǎn)物產(chǎn)能為25噸/h，設(shè)計(jì)處理合成氣量為125000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)（氫氣 一氧化碳含量為98.6％），設(shè)計(jì)合成回路轉(zhuǎn)化率94％，設(shè)計(jì)可液化產(chǎn)物22噸/小時(shí)。該反應(yīng)器各部件采取保守設(shè)計(jì)原則，預(yù)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)將達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。

以上已詳細(xì)描述了《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》的實(shí)施方案，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然可以做很多改進(jìn)和變化而不會(huì)背離該發(fā)明的基本精神。所有這些變化和改進(jìn)都在該發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用專利目的

《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》是提供一種適合于大型F-T合成過程的反應(yīng)器系統(tǒng)，以及使用所屬反應(yīng)器進(jìn)行F-T合成的方法。

用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用技術(shù)方案

《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》發(fā)明的反應(yīng)器系統(tǒng)包括適用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其配套系統(tǒng)，是一種用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，該反應(yīng)器用于合成氣（CO H2）的費(fèi)-托合成反應(yīng)，所述反應(yīng)是在費(fèi)-托合成催化劑存在下，采用低溫漿態(tài)床工藝或高溫漿態(tài)床工藝合成費(fèi)托合成油，該反應(yīng)器主要包括：

1、垂直方向的直桶體高度為25-45米的反應(yīng)器本體；

2、設(shè)置在反應(yīng)器底部的直接導(dǎo)入型或隔板分布型氣體分布器；

3、設(shè)置在反應(yīng)區(qū)下部的主換熱器和可以選擇配置的跨越三相反應(yīng)區(qū)與氣相區(qū)上部的主換熱器，以及在分離器區(qū)域上部設(shè)置的輔助換熱器；

4、多組固體催化劑-液體重質(zhì)產(chǎn)物分離器；

5、用于改善催化劑沿反應(yīng)器軸向分布的一組或多組導(dǎo)流管；

6、設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)頂部的霧沫分離裝置；

7、與上述設(shè)備配套的系統(tǒng)，包括設(shè)置于反應(yīng)器底部用于處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)；和任選地設(shè)置于反應(yīng)器上部出口處的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)。

該發(fā)明反應(yīng)器的反應(yīng)器本體是根據(jù)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模、所使用催化劑的特點(diǎn)以及操作工藝約束條件確定尺寸的一個(gè)圓柱筒體，該筒體的內(nèi)徑主要依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模要求，在設(shè)計(jì)工藝條件下的氣體通量所確定，主要的約束條件為：

（1）反應(yīng)器內(nèi)氣體通過氣-液-固懸浮床形成氣-液-固鼓泡攪拌湍流狀態(tài)，造成充分的氣-液-固傳遞環(huán)境，強(qiáng)化反應(yīng)過程中氣-液-固傳質(zhì)和傳熱過程，一般要求氣體的表觀氣速大于0.20米/秒；

（2）大的氣速有利于增加反應(yīng)器的生產(chǎn)負(fù)荷；

（3）反應(yīng)器的生產(chǎn)負(fù)荷還應(yīng)滿足傳熱條件的限制，生產(chǎn)負(fù)荷越大，傳熱負(fù)荷越大，會(huì)造成反應(yīng)器內(nèi)傳熱面積設(shè)置增加從而增加反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性或造成副產(chǎn)蒸汽壓力等級(jí)的降低；

（4）在有效的強(qiáng)化操作條件下，氣速的上限還會(huì)受到反應(yīng)器內(nèi)部上端出口處不形成過多的液固夾帶為宜，該發(fā)明要求入塔表觀氣速Uin小于0.50米/秒；

（5）過高的氣速和過大的傳熱面積也將造成催化劑的物理磨損加劇。在上述約束條件下，大型的F-T合成反應(yīng)器的表觀入塔氣速Uin一般為0.3-0.5米/秒。反應(yīng)器筒體內(nèi)徑可以由下式確定：

其中Din是反應(yīng)器筒體內(nèi)徑（米）；G°是在反應(yīng)溫度和壓力下，反應(yīng)器底部入口處的氣體表觀體積流量（立方米/秒），一般由單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)規(guī)模確定；Uin是入塔表觀氣速（米/秒）；As是在反應(yīng)器中的換熱器等內(nèi)構(gòu)件在反應(yīng)器某一截面上所占的面積（平方米）；π＝3.1415926。

該發(fā)明用于F-T合成的三相懸浮床反應(yīng)器本體在垂直方向的直桶體高度為25-45米，優(yōu)先選擇在28-40米范圍，適合的最大表觀氣速（反應(yīng)溫度和壓力下，以反應(yīng)器底部截面為基礎(chǔ)）為0.50米/秒，優(yōu)選表觀氣速在0.35-0.45米/秒范圍內(nèi)，適用的反應(yīng)器內(nèi)徑在2-15米范圍，優(yōu)選的內(nèi)徑在4-12米范圍。

該發(fā)明三相懸浮床反應(yīng)器的反應(yīng)器高度、最大表觀氣速和反應(yīng)器內(nèi)徑可根據(jù)用于懸浮床的系列F-T合成催化劑的轉(zhuǎn)化能力和反應(yīng)器內(nèi)部的流體力學(xué)行為來確定的，三者之間有相互制約和適應(yīng)的關(guān)系，在優(yōu)先選擇的條件范圍內(nèi)，該反應(yīng)器產(chǎn)能以C3 烴產(chǎn)量計(jì)為，內(nèi)徑5米時(shí)產(chǎn)能為16-25噸/小時(shí)，內(nèi)徑8米時(shí)產(chǎn)能為45-70噸/小時(shí)，內(nèi)徑10米時(shí)產(chǎn)能為70-100噸/小時(shí)，內(nèi)徑為12米時(shí)產(chǎn)能為90-140噸/小時(shí)。

在該發(fā)明反應(yīng)器的下部設(shè)置有氣體分布器，該氣體分布器可選用兩種設(shè)計(jì)方案：直接導(dǎo)入型或隔板分布型。

所述的直接導(dǎo)入型氣體分布器設(shè)置于反應(yīng)器底部封頭的表面，由多組環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，其向下的側(cè)面與反應(yīng)器本體的底部封頭的內(nèi)表面上方保持10-200毫米的距離，優(yōu)選的，所述氣體分布器用于分布?xì)怏w的元件向下側(cè)面與反應(yīng)器本體所屬的底部封頭的內(nèi)表面上方保持10-200毫米，優(yōu)選30-150毫米的距離；該氣體分布器在每個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)上帶有向側(cè)下方開設(shè)的氣體噴射孔的管件，氣體噴射孔徑在1.0-8.0毫米范圍，優(yōu)選所述氣體噴射孔的孔徑為1.5-5毫米；該噴射孔可使氣體以20-100米/秒的氣速?zèng)_刷反應(yīng)器底部封頭內(nèi)表面，優(yōu)選的，所述氣體分布器向側(cè)下方開設(shè)的氣體噴射孔的孔徑為1.5-5毫米；所述氣體噴射孔可使氣體以30-90米/秒的氣速?zèng)_刷反應(yīng)器底部封頭的內(nèi)表面；同時(shí)在每個(gè)環(huán)形元件之間設(shè)置有與封頭內(nèi)表面連接有平行于反應(yīng)器軸向的環(huán)形導(dǎo)流擋板，高度為10-300毫米，以保證最終上升氣流垂直向上流動(dòng)；在一個(gè)圓或扇形區(qū)域的所有上述元件集總后，通過多根導(dǎo)管與該區(qū)域的導(dǎo)入反應(yīng)的進(jìn)氣管連通，形成一組氣體分布器。

進(jìn)一步地，所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器可包括1-8組所述的氣體分布器，并在反應(yīng)器整個(gè)底部形成均勻分布的氣體分布構(gòu)件。在一個(gè)圓或扇形區(qū)域的所有元件集總后，通過多根導(dǎo)管與該區(qū)域的導(dǎo)入反應(yīng)的進(jìn)氣管連通，形成一組氣體分布器。同樣的1-8組氣體分布器形成反應(yīng)器整個(gè)底部均勻分布的氣體分布構(gòu)件，為此，大型反應(yīng)器的氣體入口導(dǎo)管等分成1-8路實(shí)現(xiàn)對(duì)各組分布元件的氣體導(dǎo)入。氣體分布器的低端設(shè)置向下連出反應(yīng)器外部連通于設(shè)置在反應(yīng)外部的一個(gè)小型容器，用于清除進(jìn)入分布器的液體和催化劑顆粒，消除氣體分布器堵塞的問題。

該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，所述的氣體分布器可以是隔板分布型的氣體分布器，該分布器的特征在于：在底部封頭上部的反應(yīng)器截面設(shè)置隔板，將反應(yīng)器底部封頭隔出一個(gè)自由空間，在隔板上側(cè)的平面上布置分布管件，分布管件通過向下的過渡管與隔板緊密連接、并穿過隔板與該自由空間連通，反應(yīng)器的氣體入口位于隔板下部與該自由空間連通，進(jìn)入該自由空間的入口氣體導(dǎo)管向下對(duì)準(zhǔn)封頭中心內(nèi)表面。漏入隔板型分布器的液體和催化劑顆粒直接進(jìn)入下部自由空間，通過設(shè)在反應(yīng)器封頭最底部的連通管件導(dǎo)出反應(yīng)器外，從而保證在任何情況下氣體分布器不發(fā)生堵塞問題。

如前所述，反應(yīng)器中經(jīng)常發(fā)生漿液返流并在分布器中積累的問題，《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》采取了相應(yīng)的措施以清理該積累漿液，保證分布器在任何情況下不被堵塞。

為克服反應(yīng)器中可能發(fā)生的漿液返流并在分布器中積累，即漿液沉積的問題，該發(fā)明采取了相應(yīng)的工藝措施，對(duì)該積累漿液進(jìn)行清理，以保證分布器在任何情況下不被堵塞。為此，在該發(fā)明反應(yīng)器底部的氣體分布器設(shè)置了處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征是將氣體分布器的最低點(diǎn)與一個(gè)較大空間連通，該空間設(shè)置液位檢測(cè)設(shè)施，并能有效實(shí)施將沉積漿液導(dǎo)出反應(yīng)器。另外，也可以將所述較大空間設(shè)置于反應(yīng)器外。

具體的，為反應(yīng)器設(shè)置的用于處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)包括：在分布管集總管的最低部設(shè)置連通管引出反應(yīng)器外后使之與受液容器連通，并由液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制?；蛘?，將底部封頭空間作為受液容器，并配置一套積液液位指示和控制系統(tǒng)，以便在積液達(dá)到一定水平時(shí)，通過自動(dòng)控制或手動(dòng)控制放出積液。

對(duì)于不同類型的反應(yīng)器而言，例如不論是直接導(dǎo)入型，還是隔板式的氣體分布器，可以對(duì)上述消除漿液積累的裝置任意地進(jìn)行選擇。

在該發(fā)明在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的換熱內(nèi)件可以是一段或兩段主換熱器。換熱器的設(shè)置主要是根據(jù)反應(yīng)器中進(jìn)行F-T合成反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱效應(yīng)和反應(yīng)器的操作條件設(shè)計(jì)的，換熱管內(nèi)采用強(qiáng)制循環(huán)的帶壓沸騰水（生產(chǎn)蒸汽）作為換熱介質(zhì)，反應(yīng)熱以副產(chǎn)水蒸氣的方式間接移出反應(yīng)器的氣-液-固懸浮床層。當(dāng)采用一段主換熱器時(shí)，反應(yīng)區(qū)應(yīng)主要限制在換熱器分布的區(qū)域，并可加設(shè)小型換熱構(gòu)件組，起到對(duì)液-固過濾分離裝置所占空間的溫度調(diào)節(jié)的作用，或在氣-液界面附近上方加設(shè)同時(shí)起氣-液（固）分離作用的換熱構(gòu)件。

在換熱元件的結(jié)構(gòu)方面，首先考慮換熱器設(shè)計(jì)的基本工藝約束，包括工藝對(duì)換熱面積的要求、換熱管內(nèi)流速（水 蒸汽兩相）、換熱管內(nèi)的壓力（產(chǎn)生飽和蒸氣的壓力和溫度）、反應(yīng)器床層溫度、反應(yīng)器空間被換熱管所占比例的大小等。

在該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，所述的反應(yīng)器可設(shè)置一段主換熱器，也可以采用兩段主換熱器。在采用兩段主換熱器時(shí)，上部的主換熱器設(shè)置在液體蠟-催化劑過濾分離區(qū)域上部。設(shè)置于反應(yīng)器下部的主換熱器的底端在氣體分布器上方0.1-3米處，優(yōu)選所述下部主換熱器的底端在氣體分布器上方0.3-2.5米處。

當(dāng)采用兩段主換熱器時(shí)，上部換熱器設(shè)置在液體蠟-催化劑過濾分離區(qū)域上部。在過濾分離構(gòu)件之間的較大空間上，考慮設(shè)置換熱元件，在兩段主換熱設(shè)計(jì)方案中，這可以與上部換熱器結(jié)合起來考慮；在一段主換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，過濾區(qū)設(shè)置幾組小型換熱組件作為輔助換熱器，以保證過濾區(qū)域的溫度控制。

在該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，所述換熱器可采用常規(guī)的換熱元件，例如U型管換熱元件，或是采用中心套管（內(nèi)管為下降管，環(huán)隙為上升管）外加上升管的換熱元件。

根據(jù)本領(lǐng)域的常識(shí)，在該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，要實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模的換熱，必須采用多組換熱組件，該換熱組件由所述的多組換熱元件通過一組集總管件組成，在換熱組件的集總管兩端設(shè)置支撐元件，支撐元件安裝在反應(yīng)器壁的支撐構(gòu)件上，形成懸掛結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上避免應(yīng)力集中問題，多組換熱組件形成一段換熱器。用于移出反應(yīng)熱的冷卻介質(zhì)是熱水-蒸汽。該發(fā)明強(qiáng)調(diào)換熱器的有效設(shè)計(jì)以最大限度地回收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。

在該發(fā)明的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，還包括用于分離固體催化劑和液體重質(zhì)蠟產(chǎn)物，并移出所述的重質(zhì)蠟產(chǎn)物的液-固過濾分離裝置。所述的液-固過濾分離裝置用于分離固體催化劑和液體重質(zhì)蠟產(chǎn)物，并移出所述的重質(zhì)蠟產(chǎn)物；所述的過濾分離裝置垂直布置在反應(yīng)器中上部，在只有一個(gè)主換熱器時(shí)，該過濾分離裝置在主換熱器上方；在有兩段主換熱器的情況下，該過濾分離裝置設(shè)置于兩段主換熱器之間；

每組過濾分離裝置由多根過濾管件，優(yōu)選由12～60根過濾管件組成過濾管束，每根過濾管的兩端通過過渡連通導(dǎo)管按流體均勻分配原則與集總管連接引出反應(yīng)器外，下端導(dǎo)出管和外部排蠟-穩(wěn)壓系統(tǒng)連接，用于移出過濾出的蠟液；上端導(dǎo)出管和清洗系統(tǒng)連接，用于過濾管的在線清洗；

和所述過濾管件可以是各種金屬過濾管，優(yōu)選可反吹清洗的金屬過濾管，該過濾管的流體通過孔徑為1-50微米，過濾部分長(zhǎng)度為0.3-3.0米；通過上述過濾裝置分離后可使液蠟產(chǎn)物中的催化劑含量降至100ppm以下。

過濾元件是各種可以反吹清洗的金屬或陶瓷過濾管，根據(jù)催化劑顆粒在反應(yīng)運(yùn)行過程中的尺度分布，要求其過濾元件的孔徑小于90％以上催化劑分布的顆粒尺度，一般選擇商用的孔徑在1-50微米的燒結(jié)/纏繞金屬絲網(wǎng)或粉末燒結(jié)多孔金屬、多孔陶瓷作為過濾元件的過濾介質(zhì)。

優(yōu)選的，在該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，所述的液-固過濾分離裝置優(yōu)選安排在靠近反應(yīng)器壁的環(huán)形區(qū)域。

優(yōu)選的，每組過濾分離裝置由12～60根過濾管件組成過濾管束，更優(yōu)選的由20-50根過濾管件組成。過濾管件的過濾部分長(zhǎng)度為0.3-3.0米，優(yōu)先選擇長(zhǎng)度為0.5-2.5米的范圍；所述的過濾管件可采用商用1～50微米孔徑的金屬過濾管件，優(yōu)先選擇孔徑10-30微米的過濾管件。

過濾裝置的上端導(dǎo)出管用于過濾管的在線清洗，采用氣體或干凈的液體作為清洗介質(zhì)，下端導(dǎo)管用于移出過濾出的蠟液。過濾器區(qū)還可選地設(shè)置有垂直管束組成的假件，用于保持過濾器周圍的高度湍流狀態(tài)，以提高過濾效率，該發(fā)明的過濾裝置可以保證穩(wěn)定連續(xù)地使F-T重質(zhì)產(chǎn)物，即液蠟產(chǎn)物中的催化劑含量降至100ppm以下，優(yōu)選方案濾出的F-T重質(zhì)產(chǎn)物中固含量小于50ppm，更優(yōu)選小于5ppm。

由于濾餅中的催化劑仍然處于高活性狀態(tài)，因此可將其清洗并使之回到三相床層繼續(xù)實(shí)施催化作用。

在所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，所述的過濾分離裝置垂直布置在反應(yīng)器中上部，在下部換熱器上方或兩段換熱器之間，優(yōu)選將所述的液-固過濾分離裝置安排在靠近反應(yīng)器壁的環(huán)形區(qū)域。

該過濾裝置所用的過濾元件是各種可以反吹清洗的金屬或陶瓷過濾管，根據(jù)催化劑顆粒在反應(yīng)運(yùn)行過程中的尺度分布，要求其過濾元件的孔徑小于90％以上催化劑分布的顆粒尺度，一般選擇商用的孔徑在10-30微米的燒結(jié)/纏繞金屬絲網(wǎng)或粉末燒結(jié)多孔金屬、多孔陶瓷作為過濾元件的過濾介質(zhì)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在三相床操作條件下，過濾區(qū)需要冷卻以保證溫度與換熱區(qū)相同，為此，上部換熱器的設(shè)置使得在過濾環(huán)型區(qū)圍繞的中心空間布置了換熱管件。這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)起到在過濾區(qū)的氣體流通和分布，保證三相流動(dòng)對(duì)過濾元件的有效沖刷，提高過濾效率。同時(shí)根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，這樣的過濾空間在大型反應(yīng)器中足夠分布實(shí)際運(yùn)行過濾器面積的3-5倍的過濾器組，考慮到過濾器較易損毀，設(shè)計(jì)中考慮了過濾面積適當(dāng)?shù)母辉Ａ亢驮诜磻?yīng)器結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)方便維護(hù)的問題。在設(shè)計(jì)一段主換熱器的情況下，過濾器區(qū)域的移熱需要單獨(dú)考慮小型換熱器構(gòu)件組依據(jù)過濾器的排布進(jìn)行合理配置。

對(duì)于在一組中的過濾元件的安排，根據(jù)中間試驗(yàn)的結(jié)果，過濾管束的管外表面的最小間距應(yīng)在20-50毫米之間，過小的間距會(huì)造成過濾管之間形成濾餅架橋、難以靠反清洗和沖刷清理干凈，使過濾表面部分失效，影響過濾負(fù)荷的提高。

為確保催化劑和重質(zhì)產(chǎn)物蠟過濾分離的需求，還可在該發(fā)明反應(yīng)器外設(shè)置與上述內(nèi)部液固分離系統(tǒng)配套使用的外部設(shè)施。這些設(shè)施包括為反應(yīng)器內(nèi)過濾分離器有效運(yùn)行而設(shè)置的器外濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)，和與反應(yīng)器內(nèi)過濾分離器配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的清洗系統(tǒng)。反應(yīng)器內(nèi)的過濾分離裝置通過集總管與反應(yīng)器外的排蠟-穩(wěn)壓系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)連接，所述過濾分離裝置的下端導(dǎo)出管和外部排蠟-穩(wěn)壓系統(tǒng)連接，用于移出過濾出的蠟液；上端導(dǎo)出管和清洗系統(tǒng)連接，用于過濾管的在線清洗。

將所述反應(yīng)器內(nèi)、外的所述設(shè)施同時(shí)使用可使催化劑和蠟的過濾分離達(dá)到非常好的效果，例如使濾出的F-T重質(zhì)產(chǎn)物中固含量小于5ppm，并可使過濾出來的催化劑得到有效利用。

為了加大液體循環(huán)量、促進(jìn)催化劑均勻分布，在該發(fā)明的反應(yīng)器中設(shè)置一組或多組液體導(dǎo)流管來增強(qiáng)整個(gè)三相床層的漿液的循環(huán)量，避免由于較高的反應(yīng)床層和內(nèi)構(gòu)件在反應(yīng)器中分段布置帶來的局部循環(huán)，改善三相懸浮床反應(yīng)器中催化劑的軸向分布，同時(shí)導(dǎo)流管在兩段換熱器之間還起到熱交換作用，有利于強(qiáng)化整個(gè)反應(yīng)器傳熱，保證下部換熱器與反應(yīng)器底部封頭之間無換熱器的空間內(nèi)的熱交換，避免底部入口附近空間的過熱或飛溫。

所述的導(dǎo)流裝置不僅可以加大液體循環(huán)量、促進(jìn)催化劑均勻分布，而且可以克服由于分段內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)形成的器內(nèi)局部循環(huán)，并能耦合兩段換熱器負(fù)荷。所述的導(dǎo)流裝置可以有一組或多組，設(shè)置在反應(yīng)器三相懸浮床層內(nèi)靠近反應(yīng)器壁面的位置，用于兩段換熱器熱耦合并用來加大懸浮液循環(huán)量以達(dá)到改善催化劑沿反應(yīng)器軸向分布的目的。

該導(dǎo)流管件的設(shè)計(jì)原則是：（1）合理的導(dǎo)流管內(nèi)徑確保反應(yīng)器的液-固相的大量循環(huán)；（2）導(dǎo)流管的循環(huán)可以有效地形成催化劑在反應(yīng)器軸向分布的改善；（3）導(dǎo)流管的軸向位置考慮兩段換熱器之間的有效循環(huán)；（4）導(dǎo)流管從下部換熱器向反應(yīng)器底部的絕熱空間供應(yīng)大量的液體以實(shí)現(xiàn)下部換熱器對(duì)反應(yīng)器入口處的移熱作用。

為提高氣、液、固三相的分離效率，特別是為了降低冷凝產(chǎn)物中催化劑的含量，在該發(fā)明的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器上部還設(shè)置了霧沫分離裝置。所述的霧沫分離裝置包括設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)上部氣相區(qū)的一級(jí)霧沫分離裝置，和設(shè)置在反應(yīng)器出口導(dǎo)管處的二級(jí)霧沫分離裝置。

具體地，反應(yīng)器內(nèi)上部設(shè)置的一級(jí)霧沫分離裝置是在反應(yīng)器上部氣相區(qū)，在上部換熱器的上端，利用集總管的排布形成回流冷凝擋板結(jié)構(gòu)，結(jié)合換熱器對(duì)氣流股的冷凝作用，對(duì)氣流夾帶的含有固體催化劑的霧沫進(jìn)行一次分離；在反應(yīng)器出口導(dǎo)管處設(shè)置有二級(jí)霧沫分離裝置，其結(jié)構(gòu)為在反應(yīng)器出口導(dǎo)管處連接了一個(gè)筒狀冷凝器，該冷凝器由1-8層緊密排列的換熱管圍成一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，下方設(shè)有錐形收集器，當(dāng)攜帶霧沫的氣體流股經(jīng)過換熱管束的縫隙冷凝碰撞后，霧沫粒度長(zhǎng)大并在換熱管壁面被捕獲，然后形成的液膜流入底部的錐形收集器，最后通過設(shè)置在錐底的回流導(dǎo)管向下流至上部換熱器頂部的集總管組成的一次分離擋板上方，在此形成較大的液體回流使分離效果增強(qiáng)。

通過采用上述霧沫分離裝置，可大大提高分離效率，可使在反應(yīng)器外的較重的一次冷凝產(chǎn)物中的催化劑含量達(dá)到2ppm以下，為F-T合成產(chǎn)物的進(jìn)一步加工利用提供保障。

為進(jìn)一步提高氣、液、固三相的分離效率，降低冷凝產(chǎn)物中催化劑的含量，該發(fā)明的反應(yīng)器還任選地設(shè)置了在反應(yīng)器外部的相應(yīng)配套裝置，即設(shè)置于反應(yīng)器上部出口處的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)。

關(guān)于上述預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)，作為該發(fā)明反應(yīng)器的外部配套設(shè)施，該系統(tǒng)設(shè)置于該反應(yīng)器出口處，該系統(tǒng)主要包括預(yù)冷凝器、氣-液分離器、小型液體接受容器和配套的閥門；通過該系統(tǒng)的氣流可降溫5-10℃，其下游的冷凝產(chǎn)物中固含量可小于2ppm。

具體地，在該發(fā)明反應(yīng)器上部還可任選的設(shè)置位于反應(yīng)器出口的預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)，以對(duì)從反應(yīng)器導(dǎo)出氣體進(jìn)行預(yù)冷凝。其特征在于，使得氣流股降溫5-10℃，該預(yù)冷凝器是一個(gè)小型列管式換熱器-余熱鍋爐系統(tǒng)，冷凝后的氣流股經(jīng)過一個(gè)氣-液分離器后送入下游，該分離器下部與一個(gè)小型液體接受容器連通，該連通管上設(shè)置一個(gè)手動(dòng)切斷閥和一個(gè)自動(dòng)切斷閥，該液體接受容器下部與反應(yīng)器通過切斷閥連通，其中的液體可以被間斷地壓入反應(yīng)器三相床層上部，或可選低壓入污染產(chǎn)品中間儲(chǔ)罐進(jìn)一步處理，這種預(yù)冷凝系統(tǒng)確保下游大量可冷凝產(chǎn)物固含量小于2ppm，其作用與上述設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)頂部的霧沫分離裝置的作用類似。

在實(shí)際應(yīng)用中，此預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)和反應(yīng)器內(nèi)頂部霧沫分離裝置可擇一使用或共同使用。

優(yōu)選的，該發(fā)明氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器的六個(gè)主要部分及其布局如下：（1）垂直方向的直桶體高度為25-45米的反應(yīng)器本體；（2）設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)底部用于分布?xì)怏w和防止催化劑在反應(yīng)器底部沉積的直接導(dǎo)入型或隔板分布型氣體分布器，和與所述的氣體分布器配套使用而設(shè)置的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)；（3）設(shè)置在整個(gè)反應(yīng)區(qū)的下部的主換熱器，和可以選擇配置的、跨越三相反應(yīng)區(qū)與氣相區(qū)的上部主換熱器；或者在只設(shè)置一段主換熱器的情況下，在分離器區(qū)域上部設(shè)置的換熱構(gòu)件深入到分離器組間的、用于過濾區(qū)移熱的輔助換熱器；（4）設(shè)置在下部換熱器上方或兩段主換熱器之間，并分布在反應(yīng)器壁面附近環(huán)形區(qū)域的多組固體催化劑-液體重質(zhì)產(chǎn)物分離器；（5）設(shè)置在反應(yīng)器三相懸浮床層內(nèi)、靠近反應(yīng)器壁面的，用于改善催化劑沿反應(yīng)器軸向分布的多組導(dǎo)流管；（6）與上部主換熱器或輔助換熱器集總管結(jié)合的一級(jí)冷凝型霧沫分離裝置和位于上部出口處的二級(jí)霧沫分離裝置，和任選地設(shè)置在反應(yīng)器上部出口處的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)；并且，該反應(yīng)器還任選的設(shè)置有與反應(yīng)器的上述構(gòu)件配套使用的其它反應(yīng)器外配套裝置。

在該發(fā)明所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器外還設(shè)置了與上述內(nèi)部設(shè)施相應(yīng)的配套設(shè)施。這些設(shè)施包括例如：（1）為反應(yīng)器內(nèi)過濾分離器有效運(yùn)行設(shè)置的器外濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)；（2）與反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的液固分離系統(tǒng)配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的清洗系統(tǒng)；（3）將反應(yīng)器內(nèi)上部氣體導(dǎo)出的、與上部換熱構(gòu)件耦合的回流分離構(gòu)件，例如設(shè)置于反應(yīng)器出口的預(yù)冷凝-分離系統(tǒng)等；和（4）為反應(yīng)器底部的氣體分布器設(shè)置的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)。

具體地，上文所述“與反應(yīng)器的上述構(gòu)件配套使用的其它反應(yīng)器外配套裝置”是指下述外部配套設(shè)施：

（1）為反應(yīng)器內(nèi)過濾分離器有效運(yùn)行設(shè)置的器外濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)；

和（2）與反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的液固分離系統(tǒng)配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的清洗系統(tǒng)。

該發(fā)明反應(yīng)器為蠟過濾設(shè)計(jì)了外部配套設(shè)施，為器外濾出蠟接受-過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括液體蠟接受罐及其液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣體壓力緩沖罐、穩(wěn)壓罐和精密壓力控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)的啟動(dòng)可采用自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式。

具體地，在F-T合成過程中，反應(yīng)器內(nèi)的三相床層的液位必須維持在一定范圍，以此為前提，設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)的多組過濾裝置和器外的輔助系統(tǒng)可按適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行液體蠟和催化劑的分離。

在反應(yīng)器運(yùn)行過程中，F(xiàn)-T液體蠟和部分夾帶的氣體通過導(dǎo)出管和開啟的切斷閥進(jìn)入到液體蠟接受罐，并在其中完成氣-液分離，液體停留在該接受罐的下部，氣體經(jīng)過導(dǎo)管進(jìn)入氣體壓力緩沖罐；下部的液體送到下游進(jìn)一步處理；通過液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)使液蠟接受罐中保持一定的液位。維持此工藝正常運(yùn)行所需要的壓力調(diào)節(jié)功能由精密壓力控制系統(tǒng)完成。所述的氣體壓力緩沖罐內(nèi)的積液由其中設(shè)置的自動(dòng)控制系統(tǒng)控制適時(shí)排出。

該發(fā)明反應(yīng)器還設(shè)置了與反應(yīng)器內(nèi)的液固分離系統(tǒng)配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的清洗系統(tǒng)，所述的清洗系統(tǒng)包括氣體清洗系統(tǒng)和/或液體清洗系統(tǒng)。

所述氣體清洗系統(tǒng)的主要設(shè)備包括氣體壓縮機(jī)、氣體加熱器和帶有加熱保溫功能的氣體緩沖罐，可用合成氣、氮?dú)鈿怏w等氣體介質(zhì)作為清洗介質(zhì)；優(yōu)選以來自F-T合成的干凈合成氣為清洗氣體。

所述液體清洗系統(tǒng)的主要設(shè)備包括熱油泵和帶有加熱保溫功能的清洗液體計(jì)量罐，可用液體石蠟、合成蠟等作為清洗介質(zhì)，優(yōu)選以合成蠟為清洗介質(zhì)，更優(yōu)選采用在下游加氫以后沸點(diǎn)大于300℃，小于380℃的F-T餾分油作為清洗介質(zhì)。

具體地，關(guān)于上述清洗系統(tǒng)，可采用合成氣、氮?dú)鈿怏w介質(zhì)或液體石蠟、合成蠟的液體介質(zhì)，優(yōu)先選擇合成氣和合成蠟介質(zhì)，且合成氣和合成蠟介質(zhì)作為清洗介質(zhì)可互作備用，交替使用。

所述的清洗系統(tǒng)包括一臺(tái)提供高于（最大0.8兆帕）反應(yīng)器壓力的合成氣的壓縮機(jī)，氣體加熱器和氣體緩沖罐，該罐與該發(fā)明反應(yīng)器中所述的分離裝置的上部引出管連通，連通管線配置至少一個(gè)自動(dòng)切斷閥用于清洗氣源的啟用與關(guān)閉。包括分離出的液體產(chǎn)物的接受容器和與此接受容器上部氣相通過管道連通的氣體壓力緩沖容器，該壓力緩沖容器頂部設(shè)置帶有節(jié)流孔板的從合成回路引入的連續(xù)供氣管線和帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及自動(dòng)切斷閥的排放氣體管線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾壓差的精密控制；該壓力緩沖容器一方面起穩(wěn)定過濾器清液側(cè)壓力的作用，另一方面對(duì)進(jìn)入液體接受容器的過濾液釋放氣中夾帶的重質(zhì)蠟微滴起到分離作用，以使上述排氣管線上的調(diào)節(jié)閥不受重質(zhì)冷凝物的干擾。

當(dāng)采用液體清洗時(shí)，該發(fā)明優(yōu)先采用可以方便得到的加氫后的F-T餾分油（如300-370℃餾分）作為清洗介質(zhì)，此時(shí)，同樣地需要一臺(tái)液體介質(zhì)輸送泵和一個(gè)液體緩沖罐，實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾元件的在線清洗。

該過濾分離系統(tǒng)可以方便地通過過濾器組的啟用數(shù)量、過濾時(shí)間長(zhǎng)短以及過濾壓差的調(diào)整來控制反應(yīng)器內(nèi)的液位和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分離。

在《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中進(jìn)行費(fèi)-托合成反應(yīng)時(shí)所使用的催化劑可以是用于此類反應(yīng)的常規(guī)催化劑，包括現(xiàn)有技術(shù)中已有的此類催化劑或它們的改進(jìn)型號(hào)，或用于此類反應(yīng)的新催化劑，例如適用于反應(yīng)溫度為240-250℃的低溫漿態(tài)床工藝使用的鐵基催化劑，其性能可達(dá)到0.3-0.6kgC3 /kgh，甲烷選擇性為2.0-5wt％，C2-C4選擇性4-12wt％；以及適用于反應(yīng)溫度為250-290℃的高溫漿態(tài)床工藝使用的鐵基催化劑，其性能可達(dá)到0.4-0.9kgC3 /kgh，甲烷選擇性為2.0-4wt％，C2-C4選擇性3-10wt％。

例如，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所發(fā)明，中科合成油技術(shù)有限公司生產(chǎn)的、用于懸浮床F-T合成的系列漿態(tài)床催化劑，所述催化劑可適用于較低溫度（反應(yīng)溫度為240-250℃）的低溫漿態(tài)床工藝，也可適用于較高溫度的（反應(yīng)溫度為250-290℃）的高溫漿態(tài)床工藝。低溫漿態(tài)床工藝使用的專利鐵基催化劑可參見中國專利：CN1128667C、CN1159098C、CN1245255C、CN1260007C及其后續(xù)改進(jìn)的催化劑；以及高溫漿態(tài)床工藝使用的專利鐵基催化劑可參見中國專利CN1199730C和CN1270822C及其后續(xù)改進(jìn)的催化劑。但該發(fā)明所涉及的費(fèi)-托合成反應(yīng)催化劑并不局限于上述催化劑，還包括現(xiàn)有技術(shù)中所有的用于費(fèi)-托合成反應(yīng)的催化劑，例如依據(jù)上述催化劑而改進(jìn)的漿態(tài)床催化劑，以及后續(xù)新的F-T合成催化劑系列。

基于配套使用的上述催化劑具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)化能力，該發(fā)明的反應(yīng)器可達(dá)到上限氣體處理量（合成回路90-96％的合成氣轉(zhuǎn)化率），同時(shí)催化劑在三相懸浮床中的重量濃度最大不超過35％，采用上述催化劑一般在10-20％，這是確定反應(yīng)器口徑-生產(chǎn)規(guī)模的基本約束條件。

用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用改善效果

與現(xiàn)有技術(shù)已知的同類反應(yīng)器相比，《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》反應(yīng)器具有的特點(diǎn)：

1、入口氣體分布器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及其配套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氣體分布、漿液有效流化，并可防止任何情況下分布器的堵塞；

2、靈活的換熱-溫度控制系統(tǒng)可保障漿態(tài)床反應(yīng)器中進(jìn)行充分有效的F-T合成反應(yīng)；

3、結(jié)合反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)的、分布在一層的高效液-固分離系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有效的固-液分離，濾出的F-T重質(zhì)產(chǎn)物中固含量很??；且濾餅中的催化劑在線回收到反應(yīng)器床層、并保持高活性；

4、和三相懸浮床F-T合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)采用強(qiáng)化的催化劑分布和有效的霧沫分離等措施，保證了該發(fā)明的F-T合成反應(yīng)器在可靠完成F-T合成各種工藝技術(shù)功能的同時(shí)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和操作、降低了反應(yīng)器的造價(jià)和操作成本。

《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》的反應(yīng)器可用于在催化劑的作用下，和在適合的溫度和壓力下，采用低溫漿態(tài)床工藝或高溫漿態(tài)床工藝將合成氣（CO H2）轉(zhuǎn)化為烴類和少量有機(jī)含氧化合物（甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等）的F-T合成過程。

因此，該發(fā)明另一目的是提供了一種應(yīng)用該發(fā)明的反應(yīng)器有效進(jìn)行費(fèi)-托合成的方法，該方法是在該發(fā)明的反應(yīng)器中，在費(fèi)-托合成催化劑存在下，于所需的溫度和壓力下使合成氣進(jìn)行費(fèi)-托合成反應(yīng)。

充分考慮到三相懸浮床操作時(shí)的流體力學(xué)特性以及所使用的F-T合成催化劑的特點(diǎn)，《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》反應(yīng)器采用了湍流操作狀態(tài)，反應(yīng)器的合理適用高度在30米以上，工業(yè)可操作的反應(yīng)器內(nèi)徑在0.28米以上，同時(shí)考慮到解決液-固分離、換熱和反應(yīng)器的溫度控制、氣體分布以及消除皂沫效應(yīng)和控制反應(yīng)器出口氣體流股中霧沫夾帶等一系列技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配套裝置的優(yōu)化布局。

例如，在進(jìn)行為獲取工業(yè)化流程數(shù)據(jù)為目的小型F-T合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要實(shí)施F-T合成的結(jié)果能夠?qū)?yīng)大型化的流程數(shù)據(jù)（包括反應(yīng)器內(nèi)部流體力學(xué)行為、反應(yīng)器中設(shè)置的換熱部件、分離部件、氣體分布部件對(duì)反應(yīng)造成的結(jié)果）有對(duì)應(yīng)關(guān)系，最小反應(yīng)器內(nèi)徑應(yīng)大于0.28米，一般選用0.3米以上，而過低的反應(yīng)器高度將會(huì)使反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行和液位的準(zhǔn)確控制、防止液泛造成對(duì)運(yùn)行結(jié)果的破壞性控制變得困難，因此，反應(yīng)器高度應(yīng)至少選用30米的規(guī)模。對(duì)此目的的項(xiàng)目，過大的反應(yīng)器尺寸只能增加項(xiàng)目的運(yùn)行成本。

又如，一個(gè)工業(yè)化過程的設(shè)計(jì)需要盡可能增加單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)規(guī)模，而經(jīng)濟(jì)上理想的規(guī)模應(yīng)該在50萬噸/年可液化產(chǎn)物以上，但同時(shí)受到反應(yīng)器制造和現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，為此，對(duì)該發(fā)明的反應(yīng)器的規(guī)模確定需要按照需求以及各方面的實(shí)施工程條件進(jìn)行。

按照上述設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過應(yīng)用小型反應(yīng)器和過渡性工業(yè)示范項(xiàng)目的中型反應(yīng)器進(jìn)行開發(fā)煤制油產(chǎn)業(yè)的各種試驗(yàn)，取得了良好的結(jié)果。

1、《用于費(fèi)-托合成的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器及其應(yīng)用》反應(yīng)器主要包括下述組件：

（1）垂直方向的直桶體高度為25-45米的反應(yīng)器本體；

（2）設(shè)置在反應(yīng)器底部的直接導(dǎo)入型或隔板分布型氣體分布器；

（3）一段或兩段主換熱器，以及輔助換熱器；

（4）設(shè)置于主換熱器上方或位于兩段主換熱器之間，分布在反應(yīng)器壁面附近環(huán)形區(qū)域的多組液-固過濾分離裝置；

（5）靠近反應(yīng)器壁面設(shè)置的用于改善催化劑沿反應(yīng)器軸向分布的一組或多組導(dǎo)流管；

（6）設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)頂部的霧沫分離裝置；

（7）與上述設(shè)備配套的系統(tǒng)；

其特征在于所述的主換熱器設(shè)置在反應(yīng)區(qū)下部和選擇性地配置在跨越三相反應(yīng)區(qū)與氣相區(qū)上部，所述的輔助換熱器設(shè)置于所述液-固過濾分離裝置的上部；其中所述的換熱器是將換熱元件通過一組集總管件組成一組換熱組件，由多組換熱組件組成換熱器；所述換熱組件的集總管兩端設(shè)置支撐元件，支撐元件安裝在反應(yīng)器壁的支撐構(gòu)件上，形成懸掛結(jié)構(gòu)；

所述反應(yīng)器的配套系統(tǒng)包括：

（1）設(shè)置于反應(yīng)器外的濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)；

（2）與反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的液固分離系統(tǒng)配套使用的、設(shè)置于反應(yīng)器外的氣體清洗系統(tǒng)和/或液體清洗系統(tǒng)；

（3）用于處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)；

和/或（4）設(shè)置于該反應(yīng)器上出口的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的反應(yīng)器采用一段主換熱器時(shí)，所述的主換熱器設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的下部；當(dāng)所述的反應(yīng)器采用兩段主換熱器時(shí)，所述的主換熱器設(shè)置于反應(yīng)區(qū)的下部和液-固過濾分離裝置上部；其中設(shè)置于反應(yīng)器下部的主換熱器的底端在氣體分布器上方0.1-3米處。

3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中設(shè)置于反應(yīng)器下部的主換熱器的底端在氣體分布器上方0.3-2.5米處。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的換熱器采用U型管換熱元件或中心套管外加上升管的換熱元件。

5、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述設(shè)置于反應(yīng)器外的濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)包括液體蠟接受罐及其液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣體壓力緩沖罐、穩(wěn)壓罐和精密壓力控制系統(tǒng)。

6、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述氣體清洗系統(tǒng)的主要設(shè)備包括氣體壓縮機(jī)、氣體加熱器和帶有加熱保溫功能的氣體緩沖罐，用合成氣、氮?dú)夂蛠碜訤-T合成的合成氣作為為清洗介質(zhì)；以及其中所述液體清洗系統(tǒng)的主要設(shè)備包括熱油泵和帶有加熱保溫功能的清洗液體計(jì)量罐，用液體石蠟、合成蠟或沸點(diǎn)大于300℃、小于380℃的F-T餾分油作為清洗介質(zhì)。

7、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述用于處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)包括：在氣體分布器的分布管集總管的最低部設(shè)置連通管引出反應(yīng)器外后使之與受液容器連通，并由液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)和控制；或者將反應(yīng)器底部封頭空間作為受液容器，并配置一套積液液位指示和控制系統(tǒng)，以便在積液達(dá)到一定水平時(shí)，通過自動(dòng)控制或手動(dòng)控制放出積液。

8、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述設(shè)置于該反應(yīng)器上出口的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)包括預(yù)冷凝器、氣-液分離器、小型液體接受容器和配套的閥門。

9、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括：

（1）垂直方向的直桶體高度為25-45米的反應(yīng)器本體；

（2）設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)底部的直接導(dǎo)入型或隔板分布型氣體分布器，和與所述氣體分布器配套使用的處理沉積漿液的輔助系統(tǒng)；

（3）分布在反應(yīng)器壁面附近環(huán)形區(qū)域的多組液-固過濾分離裝置；

（4）設(shè)置在整個(gè)反應(yīng)區(qū)下部的主換熱器，和可以選擇配置的、跨越三相反應(yīng)區(qū)與氣相區(qū)的上部主換熱器；以及在多組液-固過濾分離裝置上部設(shè)置的輔助換熱器；

（5）靠近反應(yīng)器壁面設(shè)置的一組或多組導(dǎo)流管；

（6）包括設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)頂部的一級(jí)冷凝型霧沫分離裝置和位于上部出口處的二級(jí)霧沫分離裝置的霧沫分離裝置，和任選地設(shè)置于反應(yīng)器上部出口處的預(yù)冷凝-霧沫分離系統(tǒng)、設(shè)置于反應(yīng)器外的濾出蠟接受-和過濾穩(wěn)壓系統(tǒng)和設(shè)置于反應(yīng)器外的氣體清洗系統(tǒng)和/或液體清洗系統(tǒng)。

10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的反應(yīng)器本體在垂直方向的直桶體高度為28-40米，內(nèi)徑為2-15米。

11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的反應(yīng)器的內(nèi)徑為4-12米。

12、根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的液-固過濾分離裝置垂直布置在反應(yīng)器中上部，在只有一個(gè)主換熱器時(shí)，該過濾分離裝置位于主換熱器上方；在有兩個(gè)主換熱器的情況下，該過濾分離裝置位于兩段主換熱器之間；所述的液-固過濾分離裝置有多組，每組過濾分離裝置由12～60根過濾管件組成過濾管束，每根過濾管的兩端通過過渡連通導(dǎo)管按流體均勻分配原則與集總管連接引出反應(yīng)器外，下端導(dǎo)出管和外部排蠟-穩(wěn)壓系統(tǒng)連接，用于移出過濾出的蠟液；上端導(dǎo)出管和清洗系統(tǒng)連接，用于過濾管的在線清洗。

13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的液-固過濾分離裝置安排在靠近反應(yīng)器壁的環(huán)形區(qū)域；其中所述每組過濾分離裝置由20～50根過濾管件組成過濾管束。

14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述過濾管束的管外表面的最小間距在20-50毫米之間。

15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述液-固過濾分離裝置的過濾管件是各種可反吹清洗的金屬過濾管，過濾部分長(zhǎng)度為0.3-3.0米，孔徑為1-50微米。

16、根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述液-固過濾分離裝置的過濾管件的過濾部分長(zhǎng)度為0.5-2.5米，孔徑為10-30微米。

17、根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的霧沫分離裝置包括設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)上部氣相區(qū)的一級(jí)霧沫分離裝置，和設(shè)置在反應(yīng)器出口導(dǎo)管處的二級(jí)霧沫分離裝置；其中所述的二級(jí)霧沫分離裝置的結(jié)構(gòu)為在反應(yīng)器出口導(dǎo)管處連接了一個(gè)筒狀冷凝器，該冷凝器由1-8層緊密排列的換熱管圍成一個(gè)筒狀結(jié)構(gòu)，下方設(shè)有錐形收集器和設(shè)置在錐底的回流導(dǎo)管。

18、根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的一組或多組導(dǎo)流管設(shè)置在反應(yīng)器三相懸浮床層內(nèi)靠近反應(yīng)器壁面的位置，用于兩段換熱器熱耦合并用來加大懸浮液循環(huán)量以達(dá)到改善催化劑沿反應(yīng)器軸向分布。

19.、根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的氣體分布器為直接導(dǎo)入型，分布在反應(yīng)器底部封頭的表面，由多組環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，其向下的側(cè)面與反應(yīng)器本體的底部封頭的內(nèi)表面上方保持10-200毫米的距離；或者其中所述的氣體分布器是隔板式氣體分布器，其特征在于：在底部封頭上部的反應(yīng)器截面設(shè)置隔板，將反應(yīng)器底部封頭隔出一個(gè)自由空間，隔板上側(cè)的平面上布置氣體分布管件，分布管件通過向下的過渡管與隔板緊密連接、并穿過隔板與該自由空間連通，反應(yīng)器的氣體入口位于隔板下部與該自由空間連通，進(jìn)入該自由空間的入口氣體導(dǎo)管向下對(duì)準(zhǔn)封頭中心內(nèi)表面。

20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的氣體分布器為直接導(dǎo)入型時(shí)，每組氣體分布器是在每個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)上帶有向側(cè)下方開設(shè)的氣體噴射孔的管件，氣體噴射孔徑在1.0-8.0毫米范圍；同時(shí)在每個(gè)環(huán)形元件之間設(shè)置有與封頭內(nèi)表面連接有平行于反應(yīng)器軸向的環(huán)形導(dǎo)流擋板，高度為10-300毫米，以保證最終上升氣流垂直向上流動(dòng)；在一個(gè)圓或扇形區(qū)域的所有上述元件集總后，通過多根導(dǎo)管與該區(qū)域的導(dǎo)入反應(yīng)的進(jìn)氣管連通，形成一組氣體分布器。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器，其中所述的直接導(dǎo)入型氣體分布器包括1-8組所述的氣體分布器，在反應(yīng)器整個(gè)底部形成均勻分布的氣體分布構(gòu)件；其中所述的氣體分布器用于分布?xì)怏w的元件向下側(cè)面與反應(yīng)器本體所屬的底部封頭的內(nèi)表面上方保持30-150毫米的距離；所述氣體分布器向側(cè)下方開設(shè)的氣體噴射孔的孔徑為1.5-5毫米。

22、將合成氣轉(zhuǎn)化為烴類的費(fèi)托合成方法，其特征在于所述方法是在權(quán)利要求1-21任意一項(xiàng)所述的氣-液-固三相懸浮床反應(yīng)器中，在費(fèi)-托合成催化劑存在下進(jìn)行的。

23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的費(fèi)托合成方法，其中所使用的催化劑是適用于反應(yīng)溫度為240-250℃的低溫漿態(tài)床工藝使用的鐵基催化劑；或所使用的催化劑是適用于反應(yīng)溫度為250-290℃的高溫漿態(tài)床工藝使用的鐵基催化劑。

24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的費(fèi)托合成方法，其中所述反應(yīng)器中最大表觀氣速為0.50米/秒。

2018年7月13日，《煤基費(fèi)托合成—汽油組分油》發(fā)布。

2019年2月1日，《煤基費(fèi)托合成—汽油組分油》實(shí)施。

2018年7月13日，《煤基費(fèi)托合成—石腦油》發(fā)布。

2019年2月1日，《煤基費(fèi)托合成—石腦油》實(shí)施。

圖1為《懸浮床油品加氫裝置及其應(yīng)用》所述懸浮床油品加氫裝置應(yīng)用的流程圖；圖2為該發(fā)明所述懸浮床反應(yīng)器的主視圖。