CN101417219A - 一种用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于费托合成浆态床的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统，该系统包括过滤单元和反冲单元，所述过滤单元包括浆液缓冲罐(2)、蜡器外过滤器(3)、粗蜡产物缓冲罐(4)、蜡精过滤器(5)和蜡产品缓冲罐(6)，所述反冲系统包括洗涤蜡泵(7)和反吹扫蜡缓冲罐(8)；本发明具有结构合理、流程短、能耗低，同时避免了堵塞或逆流，减少了催化剂颗粒的破损，实现了费托合成浆态床反应器的平稳连续运行。

Description

一种用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统

技术领域

本发明涉及一种连续运转的浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统，该系统适用于合成气进行的费托合成反应过程。

背景技术

费托合成是指合成气(H₂+CO)在催化剂、适宜的反应温度和反应压力下，合成烃类液体燃料和高附加值化学品的反应过程。煤或天然气经F-T合成反应转化为优质液体燃料和高附加值化学品，不仅合理、高效、洁净地利用了煤炭资源，而且还弥补了石油资源的相对不足，使得费托合成技术得到了各国研发机构和产业界的高度重视。

费托合成过程是一个强放热过程，目前国际上重点开发的浆态床反应器可以有效地移走反应热，实现反应等温操作，避免了催化剂高温烧结失活、飞温，反应物混合均匀，保证了反应器长周期连续运转。对于F-T合成浆态床反应过程，随着反应的进行，不断产生液态烃类产品，在尽量不损失颗粒催化剂的情况下，液态烃类产品必须连续不断的从气液固三相浆态床中抽出，进而经过精过滤获得合格液态烃产品。目前F-T合成浆态床反应器固液分离有两种方式：器内过滤和器外过滤。而器内过滤不仅减少了气液固三相反应的有效容积，增大了反应器的外形尺寸，还不可在线拆装过滤装置，减少了运行时间。

目前、通常采用器外过滤器的方式，如，GB2403728A公开了一种从费托合成产品分离催化剂浆液的方法。但该工艺路线较长，且从浆态床反应器抽出悬浮液的输送及返回浆态床反应器，以及被过滤下来的催化剂浆液输送的动力都是由泵来提供的，此过程中极易造成催化剂颗粒的破损，增加了液固分离的难度以及气固分离负荷，并需要定时补充反应器内的催化剂，从而对反应器长时间的运行造成不便。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明提供了一种用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤反冲洗系统。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统包括过滤单元和反冲单元，所述过滤单元包括可标识浆态反应器液位及气液分离的浆液缓冲罐，可在线进行粗蜡和费托催化剂分离的蜡器外过滤器、粗蜡产物缓冲罐、蜡精过滤器和蜡产品缓冲罐，其中，浆液缓冲罐、蜡器外过滤器和费托合成浆态床反应器形成外环流；所述反冲单元包括补充冲洗液的洗涤蜡泵和反吹扫蜡缓冲罐，所述反冲系统冲洗液可以来自于费托反应生成储存在反吹扫蜡缓冲罐的蜡产品。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述过滤单元中的浆液缓冲罐、蜡器外过滤器和费托合成浆态床反应器按外环流进行布置，根据环流反应器工作原理，浆态床反应器的器内物流和器外物流密度差以及器内合成气向上的曳力为粗蜡的抽出创造了先决条件。例如，本发明可以在浆态床反应器的正常液位60-80％处，向下倾斜50-70度设置一根管线至浆液缓冲罐的底部；在浆液缓冲罐的上部设置一根管线返回至浆态床反应器正常液位上部气相区5～8米处。浆态床反应器的浆液经过蜡器外过滤器后，返回至浆态床反应器的下部，且位于浆态床反应器内的合成气分配器的上部。通过浆态床反应器抽出至浆液缓冲罐的管线、蜡器外过滤器、蜡器外过滤器至浆态床反应器的管线和浆态床反应器的合成气曳力，以及浆态床反应器的器外和器内物流的密度差，从而形成了外环流。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述外环流中的浆液在浆态床反应器的下部，靠近合成气分布器的上部返回浆态床反应器的浆态反应区，高速环流给予反应器内悬浮液以剪切力，在该扰动力的作用下，进一步打散来自气体分布器的合成气，形成小气泡或不规则气穴，促进了浆态床反应器中催化剂悬浮液中合成气的传热和传质以及催化剂浆液与合成气的接触几率，有利于合成气转化为液态烃类产物，提高了合成气转化为液态烃的速度。

由于浆液缓冲罐通过上下管线与浆态床反应器的相连接，根据连通器原理，本发明所述浆液缓冲罐不仅能够标示费托合成浆态床反应器的液位，还能够进一步进行浆液的气液分离，从而加大了内外环流的密度差，增强了环流推动力。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述过滤单元包括至少一台蜡器外过滤器，其中，蜡器外过滤器为错流过滤器。当本发明过滤单元设置两台以上蜡器外过滤器时，多台蜡器外过滤器之间进行切换操作。

本发明所述蜡器外过滤器包括至少两个过滤装置，其中所述每个过滤装置包括入口法兰、出口法兰、蜡抽出法兰、反冲法兰和过滤元件，并通过时间程序控制过滤装置各阀门的开启和关闭，其中，当所述其中的一个过滤装置处于冲洗状态时，其余所述过滤装置则处于过滤状态。

器外过滤器内各过滤装置处于过滤状态还是反冲状态，各阀门动作是由一个可编程自动化控制器(programmable logic contrllor)或分散控制系统(distributed control system)进行时间控制。当其中的一个过滤装置进入反冲状态，其过滤阀门关闭，粗蜡抽出阀门关闭，反冲阀门打开，由高压气体压过来的反吹扫蜡缓冲罐内的冲洗液对该过滤装置过滤元件(滤芯)进行反冲，本发明优选在5～10分钟内反冲完毕，然后关闭反冲阀门，打开过滤阀门和粗蜡抽出阀门，进入过滤状态；接着下一个过滤装置进入反冲状态，周而复始。本发明为了控制总反冲洗量不超过3～5公斤/小时，反冲洗频率不得超过4～8次/小时。

本发明中，所述过滤单元要形成外环流，进入反应器的合成气向上的曳力必须克服环流沿程阻力，也就是尽量减小要求沿程阻力。本发明管线弯头安装加工可进行必要的处理，如在管线弯曲半径上做一些处理，以防止沉积、并降低弯管处阻力。同时，本发明所述外环流通过蜡器外过滤器的压头损失不大于0.01MPa，外环流的操作温度为200～280℃，操作压力为2.0～3.0MPa，其中，本发明过滤元件优选为表层镀膜，精度为1μm烧结滤芯。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述各过滤装置的过滤阀门通过两通阀或多通阀与器外过滤器总管连接起来，其中，各过滤单元的反冲阀门并联至蜡器外过滤器的反冲管线，各过滤单元的蜡抽出阀门并联至蜡器外过滤器的抽出管线。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述蜡器外分离器的操作温度和操作压力应等于或低于浆态床反应器的操作温度和操作压力，其中，本发明浆态床反应器的操作温度200～280℃，操作压力2.0～3.0MPa；当蜡器外分离器的操作温度低于浆态床反应器的操作温度时，但蜡器外分离器的操作温度不得低于抽出蜡的凝点；且本发明中所述进入蜡器外过滤器的浆液中的催化剂的浓度为30-40％。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述过滤单元中，蜡器外过滤器内的压力应高于粗蜡产物缓冲罐4内压力，粗蜡通过压差由蜡器外过滤器到达粗蜡产物缓冲罐；粗蜡产物缓冲罐的压力控制是由其本体压力双程控制来实现，抽出粗蜡量的大小由蜡器外过滤器的粗蜡抽出管道的流控阀的开度来控制。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述蜡精过滤器的过滤精度为0.1μm-0.5μm；优选过滤精度为0.1μm。粗蜡产物缓冲罐中的产物通过蜡精过滤器过滤后，收集至蜡产品缓冲罐中。

本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统中，所述反冲单元的反冲液为来自蜡产品缓冲罐中的蜡产品，其通过洗涤蜡泵泵入到反吹扫蜡缓冲罐中；所述反吹扫蜡缓冲罐的压力高于费托合成浆态床反应器的压力；其中本发明优选反吹扫蜡缓冲罐的压力高于费托合成浆态床反应器的压力0.4～1.0MPa，反吹扫蜡缓冲罐内压力由设在罐本体上的压力双程控制来实现。本发明所述反冲单元中反冲洗液的量对浆液缓冲罐的正常液位不应形成太大的影响，优选为对浆液缓冲罐正常液位波动影响为1％～5％。

本发明采用外环流器外过滤器的工艺设置，避免了现有技术中由于机械动力输送浆液而损坏催化剂，同时还减轻了粗蜡进一步精过滤的压力，也使作为反冲洗液的产品蜡更加洁净，反吹时减少了过滤元件堵塞的几率。

本发明浆液中的催化剂浓度保持在30～40％，使得过滤装置处于反冲洗时，催化剂固体颗粒不会发生沉积，避免了管路堵塞。

因此，本发明用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统工艺布置合理，流程短，能耗小，催化剂磨损小，避免了过滤堵塞，确保了浆态床反应器的液固分离器外自动过滤、反冲洗系统的长周期运行。

附图说明

图1为用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统工艺流程图；

图2为蜡器外过滤器工艺流程示意图；

图3为蜡器外过滤器中的过滤装置示意图。

具体实施方式

以下通过实施例、并结合附图对本发明作进一步的阐述，但本发明并不受限于此。

如图1用于费托合成浆态床反应器的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统工艺流程图所示，合成气经器内分布器进入已注有一定浓度、一定液位催化剂浆液的浆态床反应器1中，在温度250℃和压力3.0MPa下反应，生成的轻质油气从浆态床反器1顶部排出；浆态床反器1内催化剂浆液由侧线抽出进入浆液缓冲罐2底部，经气液分离，气相部分由浆液缓冲罐2的上部返回至浆态床反应器1；催化剂浆液进入蜡器外过滤器3，催化剂浆液经过滤浓缩返回至浆态床反应器1，粗蜡从蜡器外过滤器3抽出进入粗蜡产物缓冲罐4；来自蜡器外过滤器3的粗蜡，在粗蜡产物缓冲罐4内经气液分离，气相经粗蜡产物缓冲罐4顶部排出，液相进入底部蜡精过滤器5；粗蜡经蜡精过滤器5的分离，获得蜡产品，进入蜡产品缓冲罐6；蜡产品缓冲罐6中的一部分蜡作为产品排出，一部分经洗涤蜡泵7泵入反吹扫蜡缓冲罐8；进入反吹扫蜡缓冲罐8的蜡在一定合成气的压力下压入蜡器外过滤器3，对蜡器外过滤器3进行反冲洗，反冲洗液经蜡器外过滤器3至浆态床反应器1返回管线进入浆态床反应器1中。

浆态床反应器1、浆液缓冲罐2和蜡器外过滤器3通过错流过滤的方式形成环流，利用进入浆态床反应器的合成气对催化剂浆液向上的曳力及浆态床反应器1内外物流密度差形成的推动力来实现环流过程。

在浆态床反应器1正常液位60％处，抽出催化剂浆液进入浆液缓冲罐2，通过浆液缓冲罐2液位的变化能很好地反应出浆态床反应器1内液位的变化，解决了标识浆态床反应器1液位的问题。

如图2所示，来自于浆液缓冲罐2的浆液，通过一个五通阀14进入含有5个过滤装置15、16、17、18、19的器外过滤器3。五通阀14能够减少固体沉积，使运行过程物流通畅。通过PLC，五个过滤装置15、16、17、18、19按时间顺序依次进行过滤反冲洗，设定1小时一个循环。当过滤装置15处于过滤阶段，打开过滤阀20和粗蜡产物抽出阀22，反冲洗阀21处于关闭状态；当过滤装置15处于反冲洗状态，按序关闭过滤阀20和粗蜡产物抽出阀22，快速打开反冲洗阀21，从反吹扫蜡缓冲罐8引入冲洗液，以2.4kg/h的速度对反冲元件15进行冲洗。同样依次对过滤装置16，17，18，19进行反冲洗，都获得了很好的反冲清洁过滤元件的效果。在反冲洗液速2.4kg/h，反冲洗频次5次/小时下，浆态床反应器1液位波动始终处于2％以下。

如图3所示，处于过滤阶段，来自于五通阀14浓度为30％催化剂浆液通过入口法兰9以错流过滤的方式进入过滤精度为1微米的滤芯10，经浓缩为40％催化剂浆液通过出口法兰11至浆态床反应器1返回线主管，同时粗蜡从法兰13抽出进入蜡抽出主管道，反冲洗液通过反冲法兰12进行反冲洗。粗蜡抽出动力来自于浆态床反应器1与浆液缓冲罐4的压差，浆态床反应器操作压力为3.0MPa，浆液缓冲罐操作压力2.75MPa。流量的控制是通过粗蜡抽出主管上的流控阀来控制。

如图1所示，粗蜡经过滤精度为0.1微米蜡精过滤器5过滤后，进入蜡产品缓冲罐6，其中一部分通过液位控制，作为反冲洗液由洗涤蜡泵7泵入反吹扫蜡缓冲罐8中保存。处于反冲洗阶段，来自于反吹扫蜡缓冲罐8的反冲洗液在3.6MPa合成气压力下，压入过滤装置15、16、17、18或19中进行反冲洗。反吹扫腊缓冲罐8的温度控制为160℃。

该实施方案，经过长时间运行，取得很好的效果。

Claims (14)

1、一种用于费托合成浆态床的蜡抽出自动过滤、反冲洗系统，其特征在于，包括过滤单元和反冲单元，所述过滤单元包括浆液缓冲罐(2)、蜡器外过滤器(3)、粗蜡产物缓冲罐(4)、蜡精过滤器(5)和蜡产品缓冲罐(6)，其中，浆液缓冲罐(2)、器外过滤器(3)和费托合成浆态床反应器(1)形成外环流；所述反冲单元包括洗涤蜡泵(7)和反吹扫蜡缓冲罐(8)。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述浆液缓冲罐(2)用于浆液的进一步气液分离和标示费托合成浆态床反应器(1)的液位。

3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过滤系统包括少一台蜡器外过滤器(3)，其中，蜡器外过滤器(3)为错流过滤器。

4、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蜡器外过滤器(3)包括至少两个过滤装置，所述每个过滤装置包括入口法兰(9)、出口法兰(11)、蜡抽出法兰(13)、反冲法兰(12)和过滤元件(10)，并通过时间程序控制过滤装置各阀门的开启和关闭，其中，所述一个过滤装置处于冲洗状态时，其余所述过滤装置处于过滤状态。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述各过滤装置的过滤阀门通过两通阀或多通阀与器外过滤器(3)的总管线连接起来，其中，各过滤装置的反冲阀门(12)并联至蜡器外过滤器(3)的反冲管线，各过滤装置的蜡抽出阀门(13)并联至蜡器外过滤器(3)的抽出管线。

6、根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述过滤元件(10)为表层镀膜，精度为1μm的烧结滤芯。

7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述外环流通过蜡器外过滤器(3)的压头损失不大于0.01MPa，外环流的操作温度为200～280℃，操作压力为2.0～3.0MPa。

8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述进入蜡器外过滤器(3)的浆液中的催化剂的浓度为30％～40％。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述蜡器外过滤器(3)内的压力高于粗蜡产物缓冲罐(4)内的压力；通过压差，粗蜡由外过滤器(3)到达粗蜡产物缓冲罐(4)。

10、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述蜡精过滤器(5)的过滤精度为0.1μm-0.5μm。

11、根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述反冲单元中反冲洗液的量对浆液缓冲罐(2)正常液位波动影响为1～5％。

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述反冲单元中反冲洗量不超过3～5公斤/小时，反冲洗频率不得超过4～8次/小时。

13、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述反冲单元的反冲液为来自蜡产品缓冲罐(6)中的蜡产品，经洗涤蜡泵(7)泵入到反吹扫蜡缓冲罐(8)。

14、根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述反吹扫蜡缓冲罐(8)的压力高于费托合成浆态床反应器(1)的压力0.4～1.0MPa。

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