专利名称：用费舍-特鲁普什合成法于三相床反应器中生产液烃的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及由费舍-特鲁普什合成法生产液烃的设备领域，这类设 备设有过滤装置，用以使合成反应形成的液体产物与固体催化剂颗粒 相分离，本发明更具体地涉及到这样一种设备，其中的过滤装置实施 三相床反应器的内部.
背景枝术
由包括一氧化碳与氢的混合物，更普遍地称为合成气体进行烃的 合成是早已熟知的。
特别可以提到费舍与特鲁普什(FFischer与H.Tropsch )的工作， 因为从1923年后便以他们的名字命名这种化学转化，即周知的费舍-特鲁普什合成法。费舍-特鲁普什合成法是一种能从合成气体合成液体 石蜡与烯烃和/或氧化衍生物的一种反应，这种合成气体例如可从天然 气或煤获得。在欧洲于二次世界大战期间，在南非从1950年代期间已 进行工业化开发，上述反应在石与燃气价格变化之后适应1980年代与 19卯年代间出现的利益剧变形势，当然也还有环境方面的考虑。
费舍-特鲁普什法所用的生产设备包括用来从以固体颗粒形式存在 的催化剂中分离出合成液体产物的设备。
美国专利No.5844006描述了用于通过在泡軍塔型反应器中以液体
作悬浮式保持的催化剂上进行气体反应来产生液体产物的方法，这种 泡罩塔型在英语词"slurry bed reactor"中更一般地称之为"淤浆床反应 器"，其中使液体产物于该床的过滤区中沿第一过滤方向通过过滤介 质，于过滤介质上形成固体催化剂颗粒的实心滤饼，而使液体产物与 固体催化剂颗粒分离。上述专利文件更具体地描迷涉及一种序列使 液体沿笫一过滤方向通过，中止液体流动和通过漂洗流体沿与第一方 向相反的第二方向的通过进行漂洗。
上述专利文献具体公开了一种过滤筒，同时包括含有液体产物的 收集区域的过滤介质。这些滤网设置于一过滤区中，而此过滤区则可
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事先设定于反应器中任何地方。
发明内容
本发明的一个目的在于提供这样的过滤装置，它采用至少一个位 于三相床反应器内的过滤筒，而能使在这种过滤器的表面上形成固体
颗粒滤饼的可能性最小化甚至消除。
本发明的另一目的在于利用三相床内的流动条件以改进过滤筒的 作业，特别是最大限度地侵蚀可能形成于过滤器表面上的固体颗粒滤 饼.
本发明的另一目的在于稳定通过过滤器的滤液的流率.
本发明一实施形式的目的是在三相床中使过滤表面积的最大化与 使过滤筒所占空间量最小化之间的折中方案最优化。
于是，本发明涉及一种用费舍-特鲁普什合成法于三相床反应器 中，在固体催化剂颗粒上生产液烃的设备，所述设备设有滤剂用以通 过位于此三相床中的至少一个过滤筒从所述固体催化剂颗粒中分离滤 液。本发明的过滤筒采用了改进的构型而能使此设备达到至少一个上 述目的，
本发明一最佳实施形式涉及到使所述过滤筒具体地定位于反应器 内，而允许此设备获得与至少一个上述目的相对应的其他优点.
下面的描述与附图能更清楚地阐明本发明的设备的实施形式，同 时指出了由提供了本设备而可以有种种优点。
图la和lb以非限制方式示明本发明设备的过滤筒的一种简化的 实施形式；
图2以非限制方式示明本发明设备的一种实施形式，包括此三相 床反应器以及在此床内排列到四个层次上的许多过滤筒；
图3以非限制方式示明本发明设备的另一种实施形式，其中的过 滤筒是设在此三相床的单一层面上。
具体实施例方式
本发明于是涉及用费舍-特鲁普什合成法于三相床反应器中的固体
催化剂颗粒上生产液烃的设备，此设备设有用来从固体催化剂颗粒分 离滤液的装置，此装置设有至少一个安装在所述反应器内部过滤区中
的过滤筒，此过滤筒包括
过滤器，用来从固体催化剂颗粒中分离滤液； 筒形套；
内部部件，取空心圃柱形，两端开口，以与此筒形套的纵轴线基 本共轴的关系安装；
环形室，为此筒形套与内部部件的壁部所界定，用于收集滤液； 导管，用于排出滤液。
在本发明的设备中，所述过滤筒的内部部件的壁部至少部分是由 此滤网的过滤器所形成。
换言之，所述内部部件的壁至少是部分地构成了这种过滤筒的滤壁。
过滤器一词一般用来指过滤材料或过滤介质本身，普遍取单层或 多层材料的形式，能让滤液通过同时阻塞固体催化剂颗粒.
滤液一词 一般用来指可通过过滤器的化合物，特别是指由费舍-特 鲁普什法生产的液烃.上述滤液也可包括其他液体或气体化合物，例 如用作反应剂的合成气体以及粒度远小于催化剂床中固体颗粒的平均 粒度的可能有的固体颗粒。滤液的概念与所用的过滤器密切相关，而 相对于滤液的化合抽剂，所述过滤器是可选择的.
本发明的设备的过滤筒构造成能使液烃与催化剂固体颗粒以与此 滤网的内部部件的滤壁成相切关系流动，以使万一要形成滤饼时，这 种滤饼的饼座将会成为滤网实际内部中内部部件的滤壁。
本发明的过滤筒因此可以称之成"夕卜内式"的，用以强调滤液在 排向外部进入环形室之前是从过滤筒的内部通过内部部件的滤壁的。 这种类型的过滤筒与先有技术中可称作"外-内式"的，即滤液在排向 内部进入用于收集滤液的室内之前是从过滤筒的外部流过其壳体的滤 壁的。
利用本发明所特有的"夕卜内式"构型，借助内部部件内部中占优 势的限制效应以及反应器的过滤区中占优势的由流动条件生成的扰 动，就可避免或至少是限制滤饼的形成。
这种过滤筒的构型也能最终稳定滤液的流率。事实上，不使滤饼
形成或限制滤饼厚度，就能限制整个过滤器上压差的变化。在本发明 的最佳实施形式中，此过滤筒定位成以其纵轴线平行于反应器的纵轴 线.
在上述构型下，液烃与催化剂固体颗粒是以相对于过滤筒的纵轴 线基本相切的关系实现循环的，这样就能连续地清扫内部部件的壁 部。依此种方式就能避免滤饼的形成或使之至少最小化.
根据本发明又一最佳实施形式，此过滤区对应于所述反应器的三 相床中 一个环形空间，所述环形空间为 一相对于反应器的纵轴线所确
定的半径所限定，此半径在0.7R与R之间而B为反应器的内径。
上述实施形式能使内部部件滤壁上的清扫效率最大化.事实上， 用不着引用任何理论就已经观察到，固体颗粒与液烃在此三相床的周 边部分中的流速一般是渐减的，这样就会加速对有可能形成于过滤筒 内的固体颗粒滤饼的侵蚀。
上述实施形式也能对三相床中过滤筒的最大过滤面积和所占空间 最小化之间的折衷进行优化.
在普通术语中，反应器内的流动条件即三相床中的流动条件。三 相床一词是用来指包括液相、气相与固相的区域，在催化剂的情况下， 固相在其中保持成悬浮态，这样有可能包括例如流化床或沸腾床。最 好是"淤浆"型的床，它于英文术语中更广泛地称为"淤浆床"或是 其中的颗粒一般分布到床的整个高度上的泡罩塔，
本发明的设备一般包括许多过滤筒。过滤筒的个数主要取决于所 需的过滤表面积、过滤筒的大小以及它们在反应器中所占据的空间 量.
最好是使许多个过滤筒围绕反应器的纵轴线，沿反应器的周边按 相同的径向位置分布，这样的定位关系能保证闺绕各个滤网有一致的 流体动力学条件。滤网位置相对于反应器轴线的过滤筒的位置半径可 以通过考虑液径与固体颗粒的流速分布来优化，也能够考虑将过滤筒 绕反应器纵轴线分布于两个或多个径向位置。
在一种实施形式中，于反应器的床中不同高度上分布着过滤筒多 个级。
在另一种实施形式中，这些过滤筒是分布在单一高度位置上。 在又一种最佳方式中，过滤筒的级或者每个级设在该床的顶部
中，过滤筒的级最好分布到该床的上部四分之三之中，且尤其是在该 床的上半部之中或者是在该床的上部的四分之一之中。
费舍-特鲁普什合成反应器一般包括一或多个热交换器。这些交换 器最好是管状的。为了能从这些交换器上将各排管子卸下以进行维 修，热交换器最好沿着反应器的纵轴线定位，而过滤筒则最好设于反 应器的三相床的周边上。
最好将过滤筒定位成使对三相床的动力学条件的任何干扰最小 化，过滤筒最好位于热交换器的周边邻边.过滤筒与热交换器管之间
的间距宜为1 15cm，而最好为3 10cm，例如5~8cm。
为了运转本发明的设备，必须确定过滤器总的面积或总的过滤面 积。这种表面积可以根据通过过滤器的流率即每单位过滤器表面积的 滤液流率来决定.
所用过滤筒的滤液的流率可为250-1000 1/h m2 (升/小时x平方 米)，更好为350~7001/h . m2而最好为400~600 1/h . m2,
此种过滤器可以由内行人所知的任何过滤材料生产，特别是用那 些耐温高达300"C的材料。这类过滤器最好由选自不锈钢或碳钢的一或 多种材料制成。此过滤器可以由例如金属丝织网、烧结的或螺旋缠绕 的金属纤维、多孔网、烧结的金属颗粒式网或是多孔陶瓷制成。
这类过滤器可以由过滤阈值表征.过滤阈值的选择一般是在考虑 了保持不变的催化剂的粒度的基础上作出的。过滤器的阈值最好为 l-100nm而尤为最好是5 20nm,
当采用了本发明的设备时，凭借液烃与催化剂固体顆粒沿内部部 件滤壁的切向流所产生的耗损，就可以避免或至少是限制沿着这种壁 上形成此种颗粒的滤饼.
沿着内部部件滤壁的切向流速可以为0.5~10米/秒(m/s)，更好
是l~7m/s而最好是2~5 m/s。
淀积于内部部件滤壁上滤饼中的催化剂固体颗粒一般不参与费舍-特鲁普什合成反应，而这样是会减弱转化的。
应用这种设备时，滤饼中催化剂固体颗粒相对于反应器中整个催 化剂的比例按重量计应小于2°/。，更好是小于1%而最好是小于0.5%。
此反应器中所用的催化剂 一般是内行人所知的任何固态催化剂， 只要它能实现费舍-特鲁普什合成工艺即可。这种催化剂更好是钴基或
铁基的，但最好是用钴基的。
此反应器中所用的催化剂一般是栽体上的催化.这类栽体例如是 基于氧化铝、氧化硅或钛的.
除过滤筒外，本发明的过滤装置还可包括用来抽出滤液的导管和 用来收集滤液的容器。
本发明的优点之一是将过滤装置安装在反应器的最内部，这样就 可避免采用会成为堵塞、丢失催化剂与耗损催化剂根源的外部循环回 路.
本发明的设备的另一优点是，由于使流体从与过滤程序方向相反 的方向流过过滤器，从而能稳定滤液流率和最大限度减少冲洗作业与 回洗作用的次数。
本发明的设备的再一优点是，与先有技术的系统相比，减少了组 装有关设备各部件的费用。
附图详述
图la与lb示明了本发明的设备的过滤筒1。图la与lb分别是此
过滤筒的纵剖图与横部图。过滤筒1包括筒形外壳2与一相当于两端 敞开的空心管的内部部件3.此内部部件3相对于外壳2成同轴关系设 置。此滤网还包括有排放导管4。
在由内部部件3的壁部与过滤筒的外壳2的壁部所限制的空间内 形成一环形室5。环形室5在两端6与7是封闭的。
在此实施形式中，过滤器是由内部部件3的筒形壁部形成。
借助此三相床的流型，液烃与催化剂固体颗粒依箭头11的方向循 环地流向内部部件3所形成的圃筒形内部。液流ll的一部分通过内部 部件壁部的过滤器。在所示情形下，在此过滤筒的内部部件的过滤壁 上形成了固体颗粒的滤饼12。此液烃流与固体颗粒流的未过滤掉的部 分则会侵蚀过滤筒内部中的滤饼，从而限制了滤饼的厚度。滤液流l3 则由导管4通过室5排出。
图2示明本发明的设备一实施形式，包括带有三相床102的费舍-特鲁普什合成反应器101以及依四个高度位置设于此床内的过滤筒1 的组件。
反应器101包括外壳103、合成气体供给导管104以及用于排出合
成气体的导管106。管式热交换器107设于反应器内，遍及反应器的整 个高度。三相床102因气体速度的作用而扩张，此三相床102由设置 在界面109上方的气体区域108覆盖。
过滤筒1靠近反应器101的周边按四个高度位置设置。各个过滤 筒l设有导管UO用来将滤液从过滤筒1排到反应器101之内。此排放 导管IIO本身设有可快速开启阀111。导管IIO则通过设有阀113的导 管112与用来收集滤液的容器114相连。
上述过滤筒围绕一相对于反应器的纵轴线定心的圆分布，此圆的 半径为0.7R R而R为反应器的内径。
图3示明本发明的设备的另一实施形式，其中的过滤筒以单一高 度位置形式设于三相床内。图2中的许多部件重复出现于图3中，以 相同的符号标明。
示例
根据图2的设备和在模型上进行的试验，用数值外推法评估了本
发明设备的性能。
在试验部分，于重现费舍-特鲁普什合成反应器中绝大多数流动特
性的模型中试验了过滤筒。
在上述方式下试验的过滤筒为1米高和0.07米直径的。所用的过
滤器完全覆盖了此过滤筒内部部件的圃筒形壁部或组成了这些壁部的 主要部分。过滤器实质上是由不锈钢滤网形成，此过滤器的过滤阈值 为0.5~50pm。
此液体流与固体颗粒流的切向流速在过滤筒的内部部件的高度处 保持为0.2~0.5 m/s。上迷试验可以测定按此方式所试验的过滤筒的过 滤流率，此流率约为0.245 m3/h . m2 (245升/小时.米2)。此试验是 在保守条件下进行，这是由于此液体流与固体颗粒流的切向流速在工 业反应器中接近到2m/s，尤其是超过此数，而这会对可能形成的滤饼
造成甚至更大的侵蚀。
以上的结果能够外推到30米高与10米内径的反应器中，为了实 现30吨/小时的液烃的循环流率，此反应器设置有M7个过滤筒，这相 当于有180 1112的总的过滤面积。这些过滤筒分布于四个高度位置上， 位于三相床的上部，围绕一相对于反应器纵轴线定中心且具有9.6米直 径的圆。在同一高度位置上，这些过滤筒相互间隔开0.07米的距离，
至于这四个高度位置则两两彼此相对分开0.3米的高度。
假定在各过滤器的高度处形成了滤饼而且所形成的滤饼厚
l-3nim，則在此滤饼中的催化剂的总质量为180 5400Kg.
考虑到用于30米高与IO米宽的反应器中的催化剂的质量约为500
吨，则催化剂固体颗粒在滤饼中所占的重量百分比为0，036%~101%。
这样的百分比对转化只有很小的影响。
权利要求
1.用费舍-特鲁普什合成法于三相床反应器中的催化剂固体颗粒上生产液烃的设备，此设备设有用来从催化剂固体颗粒分离滤液的装置，此装置含有至少一个安装在所述反应器内部过滤区中的过滤筒，此过滤筒包括过滤器，用来将催化剂固体颗粒与滤液分离；筒形套；内部部件，取空心圆柱形，两端开口，以与此筒形套的纵轴线基本共轴的关系安装；环形室，由此筒形套与内部部件的壁部所界定，用于收集滤液；导管，用于排出滤液；其中所述过滤筒的内部部件的壁部至少部分是由此过滤筒的过滤器所形成。
2. 权利要求l的设备，其中所述过滤筒定位成使其纵轴线与该反 应器的纵轴线平行。
3. 权利要求2的设备，其中所述过滤区对应于所述反应器的三相 床中的环形空间，此环形空间由一相对于该反应器的纵轴线所确定的 在0.7R与R之间的半径所限定，此R为该反应器的内径。
4. 权利要求1 3任一项中的设备，其中于所述反应器的周边上以 相同的径向位置，环绕此反应器的纵轴线分布许多过滤筒。
5. 权利要求1 4任一项中的设备，其中于此反应器的床中的不同 高度上分布着过滤筒的多个级。
6. 权利要求1 4任一项中的设备，其中的过滤筒是分布在单一高度位置上。
7. 权利要求1 6任一项中的设备，其中过滤筒的级或者每个级是 设置于此床的顶部之中。
8. 权利要求1 7任一项中的设备，其中该反应器包括一或多个热 交换器。
9. 权利要求8的设备，其中所述热交换器是管状的。
10. 权利要求8或9的设备，其中所述热交换器是沿该反应器的 纵轴线定位，而所述过滤筒是设在该反应器的三相床的周边之上。
11. 权利要求1 10任一项中的设备，其中过滤筒的过滤液流可以 从250 1/h . mz变化至1000 1/h . m2.
12. 权利要求1 11任一项中的设备，其中的过滤器是从不锈钢或 碳钢形成的组中选择一或多种材料制成.
13. 权利要求1~12任一项中的设备，其中过滤器的过滤阈值为 1 100jjm。
14. 权利要求1 13任一项中的设备，其中沿所述内部部件的过滤 器壁上的切向流速为0.5~10m/s.
15. 权利要求1 14任一项中的设备，其中形成有固体颗粒的滤饼， 而此滤饼中催化剂固体颗粒相对于该反应器中总的催化剂的比例小于 20%,
16. 权利要求1 15任一项中的设备，其中所述催化剂是钴基或铁 基的。
全文摘要
本发明涉及用费舍-特鲁普什合成法于三相床反应器中的催化剂固体颗粒上生产液烃的设备，此设备设有至少一个安装在所述反应器内部过滤区中的过滤筒，此过滤筒包括过滤器，用来从催化剂固体颗粒中分离滤液；筒形套；内部部件，取空心圆柱形，两端开口，以与此筒形套的纵轴线基本共轴的关系安装；环形室，为此筒形套与内部部件的壁部所界定，用于收集滤液；导管，用于排出滤液；其中所述过滤筒的内部部件的壁至少部分是由此过滤筒的过滤器所形成。
文档编号B01J8/00GK101103091SQ200580046795
公开日2008年1月9日 申请日期2005年11月16日 优先权日2004年11月17日
发明者J·-M·施韦特兹勒, N·布鲁纳德 申请人:法国石油公司;恩尼有限公司