CN101723774B

CN101723774B - 脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法

Info

Publication number: CN101723774B
Application number: CN 200810225472
Authority: CN
Inventors: 门卓武; 石玉林; 卜亿峰; 王洪学; 吕毅军
Original assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd
Current assignee: China Shenhua Coal to Liquid Chemical Co Ltd; Shenhua Group Corp Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: CN101723774A

Abstract

一种脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法，包括以下步骤：在浆态床费托合成反应器中，未反应原料气和反应生成的气体相物(费托合成尾气)夹带部分催化剂细粉进入费托合成反应器的沉降段，在沉降段受到水平方向的磁场的作用，使费托合成尾气所夹带的催化剂细粉汇聚至反应器器壁上并经器壁返回至浆液相，从而进一步脱除尾气所夹带的催化剂。采用本发明所述方法，可使反应器出口气相物流中催化剂的含量低于1ppm，从而为后续的换热器、分离器及循环气系统的平稳运行创造了有利条件，确保了费托合成装置的长周期运行。

Description

脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法

技术领域

本发明涉及一种脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法。

背景技术

为克服固定床费托合成催化剂床层易出现热点、催化剂装填和卸载难度大等问题，近年人们大力发展浆态床费托合成技术。由于浆态床反应器要求催化剂的粒度不能太大，否则催化剂和产物无法形成浆液相，同时由于要保持催化剂和费托合成产物重馏分形成浆液不分相，且催化剂沿反应器轴向分布基本均匀，对费托合成反应器原料气流量有一定的要求，《煤炭液化技术》认为要保证反应器入口新鲜原料气的线速度不低于10cm/s，即可实现浆态床反应器的正常操作。在费托合成反应器中虽部分原料气在催化剂的作用下会被转化为费托合成产物，其中的液相产物会与催化剂形成浆液相，但未反应的原料气和生成的气相产物作为尾气离开反应器的流量仍很大，且气相物流会夹带少量的催化剂颗粒和由于催化剂磨损产生的粉末。被夹带出反应器的催化剂颗粒和粉末会沉积在换热器、分离器及管道的转弯处，日积月累会造成换热器压降上升、分离器排液困难、管道压降上升等问题，严重时会由于循环气系统压降过高导致装置停车，严重影响浆态床费托合成装置的稳定运行。

为克服上述问题，人们通常对费托合成浆态床反应器顶部进行扩径，降低气相物流的线速度，增加浆态床反应器沉降段高度等方法，通过沉降的手段解决气相夹带催化剂的问题，但上述方法并未从根本上解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法。

本发明基于以下构思：利用经还原处理后的费托合成铁基催化剂含有一定量的Fe₃O₄，Fe₃O₄具有很强的磁性，FeCx(碳化铁)也有磁性。通过在浆态床反应器上部设催化剂沉降段，并在沉降段的中上部外加水平方向的磁场，当催化剂颗粒和粉末(以下简称催化剂细粉)随气相物流上升至设有水平方向磁场的沉降段时，催化剂细粉的运动方向在磁场的作用下发生改变，催化剂细粉会向反应器器壁上汇聚。由于催化剂细粉会夹带少量的费托合成产物重馏分，催化剂细粉和产物重馏分会在反应器器壁上汇聚形成浆液。为便于重新形成的浆液流回浆液相中，可在反应器器壁上设置液流槽，使液流槽通到反应器的浆液相区域，从而使得催化剂细粉重新返回浆液相中，避免气相物流所夹带的催化剂细粉影响费托合成装置的长周期稳定运转。若外加磁场和反应器沉降段扩径两种有利于催化剂沉降的措施配套使用，可使气相中催化剂细粉的脱除效果更为理想。

本发明所提供的脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法包括以下步骤：在浆态床费托合成反应器中，未反应原料气和反应生成的气相产物(费托合成尾气)夹带部分催化剂细粉进入费托合成反应器的沉降段，并在沉降段受到水平方向的磁场的作用，使尾气所夹带的催化剂细粉汇聚至反应器器壁上并经器壁返回至浆液相，从而进一步脱除尾气所夹带的催化剂。

下面进一步详细说明本发明所提供的脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法。

在本发明所提供的方法中，通过在浆态床反应器的沉降段设置外加磁场，促进反应尾气与其所夹带的铁基催化剂细粉的分离。所述设置在反应器沉降段的磁场最好是水平方向的磁场，从而使具有磁性的催化剂颗粒和粉末在水平方向的磁力的作用下，改变运动方向、聚集到反应器器壁上。由于聚集到器壁上的催化剂颗粒和粉末仍会夹带少量费托合成重馏分，它们会汇聚在一起，并在重力的作用下沿反应器器壁向下流动，最终返回至浆液相。

在本发明所述方法中，对于浆态床反应器沉降段的高度无特殊要求，只要能够满足工艺要求、达到预期的催化剂沉降效果即可，例如，沉降段的高度可以为2～30米，优选5～20米。

在本发明所提供的一个优选的实施方案中，为使得催化剂颗粒和粉末的脱除效果更好，可扩大沉降段的直径。扩径后的沉降段直径优选为浆态床反应段直径的1.1～3.0倍，更优选为反应段直径的1.3～2.0。

在本发明所提供的一个优选的实施方案中，所述浆态床反应器沉降段的内壁设置有回流槽，以促使汇集至沉降段内壁的催化剂细粉和费托合成重馏分的混合物沿回流槽更快地向下流动、返回浆液相中。所述回流槽的深度一般为5～100mm，优选为8～50mm，进一步优选为10～25mm；所述回流槽的宽度为5～50mm，优选为8～35mm，进一步优选为8～20mm；所述回流槽可分布在外加磁场方向的半圆内(磁铁南极侧)；回流槽之间的间隔距离为50～500mm，优选的间隔距离为80～200mm；所述回流槽的长度可等于或小于沉降段的高度，优选为反应器沉降段高度的60～90％，进一步优选为沉降段高度的70～85％；例如，回流槽的长度可设置为5～7米，从沉降段的底部算起，如上部空缺则主要是作为磁场的过渡段。

在本发明所述方法中，所述外加磁场的强度一般为500～50000高斯，优选为2000～20000高斯。所述外加磁场的设置既可以采用永磁铁，也可以采用电磁铁；既可以采用一对磁极，也可以采用多对磁极；只要能使合成尾气中所携带的催化剂细粉在沉降段受到水平方向的磁场作用，从而使尽可能多的催化剂细粉汇集于沉降段内壁，并在重力的作用下顺利返回浆液相。在采用电磁铁的情况下，根据电磁学理论，可以在沉降段的内壁外侧设置多个绕组，在向所述绕组中通入一定的交流或直流电流后，在沉降段的圆周方向上则会形成成对的磁极，从而形成固定磁场或旋转磁场。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：

通过试验证明，采用本发明所述的脱除尾气所携带的铁系催化剂的方法，可使反应器出口气相物流中催化剂的含量低于1ppm，从而为后续的换热器、分离器及循环气系统的平稳运行创造了有利条件，确保了费托合成装置的长周期运行。

本发明所提供的方法简便易行。与本领域常用的浆态床反应器相比，其装置建设所需增加的费用或现有装置改造所需的费用均比较低。

附图说明

图1是采用本发明所述方法的浆态床反应器的结构示意图。

图2是图1所示反应器的垂直于轴向方向的沉降段横截面示意图。

图3是图1所示反应器沉降段内壁的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

如图1所示，费托合成原料气通过管线1自浆态床反应器的底部进入，自下而上地通过该反应器中的浆液相2，并在铁基费托合成催化剂的作用下生成液相合成产物和气相合成产物，气相产物以及尚未反应的原料气夹带部分细小的催化剂颗粒和细粉进入反应器沉降段4；由于该反应器的沉降段外侧设有外加电磁铁6，上述气相物流所夹带的催化剂细粉在沉降段受到水平方向的磁场作用，从而使具有磁性的催化剂颗粒和粉末在水平方向的磁力的作用下，改变运动方向、聚集到反应器沉降段的内壁11上。由于聚集到内壁上的催化剂颗粒和粉末仍会夹带少量费托合成重馏分，它们会汇聚在一起，并在重力的作用下沿反应器器壁向下流动，最终返回至浆液相；而脱除催化剂细粉后的合成尾气经反应器顶部的出口管线5输送至后续装置。如果在沉降段内壁上设置回流槽12，可促使催化剂细粉和费托合成重馏分的混合物更快地返回浆液相。

下面通过实施例进一步说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例1

该实施例所采用的反应器的总高度为36米，反应器的直径为5米，外加磁场设置于沉降段的中上部，其高度为6米，回流槽的个数为25个。

费托合成反应原料经管线1进入反应器浆液相2，在铁基费托合成催化剂的作用下，自下而上通过浆液相进入沉降段4；所生成的气相产物和未反应的原料气夹带部分催化剂细粉向反应器气相出口管线5汇集，由于在沉降段的中上部外加水平方向的磁场，随气相上升的催化剂颗粒和粉末受到外加的水平的磁场的作用，改变催化剂运动的方向，使其向反应器内壁11汇聚；由于催化剂颗粒和粉末会夹带部分费托合成产物重馏分，它们在反应器内壁11上重新汇聚形成浆液，并通过在反应器内壁11上设置延伸至反应器浆液相区域的回流槽12，使得催化剂颗粒和粉末重新返回浆液相中，而脱除催化剂颗粒和细粉后的气相反应产物经出口管线5排出。

费托合成反应器入口原料气的线速度为25cm/s，通过反应器浆液后气相的线速度为18cm/s，其催化剂颗粒和粉末的夹带量约为100ppm。为脱除气相中夹带的催化剂颗粒与粉末，在反应器的上部设置的沉降段，其高度为8米；沉降段的直径为反应段的1.5倍；外加磁场的强度为3000高斯。回流槽深度为10mm，宽度为15mm，浆液回流槽之间的间隔距离为200mm，回流槽高度为6米。

经试验证明，在装置平稳运行过程中，反应尾气出口管线5处所检测到的催化剂颗粒和粉末的夹带量可降低到1ppm以下。

实施例2

该实施例所采用的反应器的总高度为36米，反应器的直径为5米，外加磁场设置于沉降段的中上部，其高度为6米，回流槽的个数为20个。

费托合成反应器入口原料气的线速度为30cm/s，通过反应器浆液后气相的线速度为22cm/s，其催化剂颗粒和粉末的夹带量约为300ppm。为脱除气相中夹带的催化剂颗粒与粉末，在反应器的上部设置的沉降段，其高度为15米；沉降段的直径为反应段的1.3倍；外加磁场的强度为5000高斯。回流槽深度为10mm，宽度为15mm，浆液回流槽之间的间隔距离为200mm，回流槽高度为6米。

对比例1

采用现有技术中常用的费托合成反应器进行试验。该反应器的直径为5米，反应器高度为24米，入口原料气的线速度为30cm/s，通过反应器浆液后气相的线速度为22cm/s，其出反应器气相中催化剂颗粒和粉末的夹带量约为300ppm。气相物流中所夹带的催化剂会沉积在换热器、分离器及管道的转弯处，运行2-4月后会造成换热器压降上升、分离器排液困难、管道压降上升等问题。

Claims

1.一种脱除浆态床费托合成尾气所携带的铁系催化剂的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：在浆态床费托合成反应器中，未反应原料气和反应生成的气相产物夹带部分催化剂细粉进入费托合成反应器的沉降段，并在沉降段受到水平方向的磁场的作用，使费托合成尾气所夹带的催化剂细粉汇聚至反应器器壁上并经器壁返回至浆液相，从而进一步脱除尾气所夹带的催化剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器沉降段的内壁设置有回流槽，以促使汇集至沉降段内壁的催化剂细粉和费托合成重馏分的混合物沿回流槽更快地向下流动、返回浆液相中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述回流槽的深度为5～100mm；所述回流槽的宽度为5～50mm；所述回流槽的长度等于或小于沉降段的高度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述回流槽的深度为8～50mm；所述回流槽的宽度为8～35mm；所述回流槽的长度为反应器沉降段高度的60～90％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述回流槽的深度为10～25mm；所述回流槽的宽度为8～20mm；所述回流槽的长度为反应器沉降段高度的70～85％。

6.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其特征在于：所述回流槽之间的间距为50～500mm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述回流槽之间的间距为80～200mm。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述回流槽设置在外加磁场方向的半圆内。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：在所述反应器沉降段的外侧中上部设置一对或多对磁极，且采用永磁铁或电磁铁。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述磁场的强度为500～50000高斯。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述磁场的强度为2000～20000高斯。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器沉降段的高度为2～30米。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器沉降段的高度为5～20米。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器沉降段的直径为浆态床反应段直径的1.1～3.0倍。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器沉降段的直径为浆态床反应段直径的1.3～2.0倍。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于：所述浆态床反应器出口气相物流中催化剂的夹带量低于1ppm。