CN102212381B - 一种用于费托合成反应的设备系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于费托合成反应的设备系统，该系统包括三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统，其特征在于所述的三相悬浮床费托合成反应器设置有激冷分布器，用于注入循环回反应器的冷凝产物，对反应器的过滤区进行强化移热；所述设备系统还设置了余热锅炉，使反应器出口排出的高温轻质反应产物热气流股首先经过余热锅炉换热，回收部分热量，并可除去气体流股中夹带的少量固体催化剂，确保下游冷凝产物不含催化剂。本发明还公开了应用上述设备系统进行费托合成的方法，该方法采用了尾气循环和部分冷凝产物循环，强化了反应热的移出，提高了反应器的生产能力以及反应热回收的能量等级，有效地解决了催化剂过热失活和过热结碳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于费托合成反应的设备系统，该系统包括三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统；本发明还涉及应用所述设备系统进行费托合成的方法，其特征是所述的三相悬浮床费托合成反应器采用了尾气循环和部分冷凝产物循环的方法对反应器激冷，强化了反应热的移出，提高了反应器的生产能力和反应热回收的能量等级。
背景技术
费托合成过程作为一个能源过程已经经历了近一个世纪的不断开发，其主要特征是围绕催化剂和反应器开展以提高过程效率、降低成本的综合性技术开发。在反应器和相关的工艺及技术方面，早期(1920-1940s)的研究与开发已经证明了费托合成可以在固定床或气-液-固三相反应器中进行，最早于1930年代德国就已经将固定床反应器投入了工业化生产，1940-1950年代，先后对气-液-固三相浆态床、气-固两相流化床反应器进行了大量开发，形成了多种反应器形式，由于该两类反应器可以实现大型化生产，而在南非Sasol公司得到大量应用。三相悬浮床反应器易于放大和更易于重质产物的生产而得到广泛重视。然而，围绕该类反应器的强化操作的技术还没有系统、有效的工艺措施。
费托合成过程是指将合成气(CO+H2)转化为烃类和少量有机含氧化合物(甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等)的化学转化过程，在合成气转化成为上述化合物的化学反应过程中需要在催化剂以及适合的温度和压力的共同作用下进行，与此同时反应过程还伴随着大量反应热的释放。与传统的固定床反应器技术相比，采用气-液-固三相悬浮床反应器技术可以实现反应温度的有效控制和反应热的有效移出，同时在催化剂的产能方面得到强化，有利于实现单系列的大型化生产。与传统的流化床反应器技术相比，催化剂的反应环境得到改善，有利于降低催化剂的损失，同时有利于选择性地合成重质馏分产物，进而有利于提高中间馏分油特别是柴油的选择性。
德国科学家Frans Fischer等在上世纪初发现费托反应后不久，用于该反应的气-液-固三相悬浮床反应器就已开始进行研究开发(F.Fischer and K.Peters，Brenst.Chem.12，286-293，1931；and H.Küster，Brenstoff-Chemie，14，3-8，1933；F.Fischer and H.Pichler，Brendstof-Chemie，20，247，1939.)。早期由于对该反应过程的认识及技术条件的局限性，开发的费托合成三相反应器在实验室得到了验证，但进一步放大则是不合适的，主要存在的问题是：1)实验的结果不比传统固定床反应结果好；2)三相悬浮床需要更大的反应器容积；3)反应器需要耐酸；4)为了形成充分的搅拌，需要大的循环量，能耗高；5)反应产物移出反应器较为困难。在1940-1950年代，德国的一些研究机构以及美国矿业局等在三相悬浮床费托合成反应器方面进行了大量的放大开发工作(H.
P.Ackermann and F.Engelhardt，
u.Kohle，9(153)，225-303，1956；B.H.Davis，Catalysis Today，71，249-300，2002.)，验证了采用这种合成气通过悬浮在液相石蜡中的催化剂床层发生费托合成反应过程放大的基本规律、特别是在较低温度(180-250℃)下费托合成的重质产物可以充当液相介质的可能性，由于对三相悬浮床系统在基本流体力学和费托工艺基础问题方面认识的局限性，早期的技术开发采用很低的空塔气速，致使反应器的处理能力不能适用于规模化的工业生产(A.P.Steynberg，M.E.Dry，B.H.Davis and B.B.Breman，in Studies in Surface Science andCatalysis 152，A.Steynberg and M.Dry(eds.)，p64-195，Elsevier B.V.，2004.；M.E.Dry，in Catalysis Science and Technology，J.R.Anderson and M.Boudart(eds.)，Springer Verlag，p 159，1981；M.E.Dry，Applied Catalysis A：General，138，319，1996.)。
用于费托合成的三相悬浮床反应器技术的开发主要基于早期的三相床中可以进行费托合成反应的基本概念验证，围绕强化操作以及实现连续稳定运行方面的有效技术展开的，有关技术发展的背景主要围绕完成合成反应所要求的基本反应器本体结构方面，例如：专利USP5905094、CN1233454C涉及的气体分布器的设计，专利USP6201031B1公开的采用多重U型管串联的结构，以及专利CN1233451C提及的螺旋盘管式或迂回式多程换热管，USP 6462098B1针对特定的费托合成催化剂和反应器体系对过滤器的工艺原理进行了验证，CN1233453C报道了一套自动过滤装置，USP5382748、USPRE37229E、USP6201031B1报道了有关设置垂直下降管的技术方案，USP6265452B1报道了在反应器气相空间设置多块类似于精馏塔板的构件来解决固体夹带以及抽出部分冷凝物的方案。中科合成油技术有限公司在PCT/CN2007/002941公开了一套大型三相合成反应器优化的本体设计方案。
然而，到目前为止，在围绕反应器强化操作的外部流程配套方面，还没有系统、完整、有效的工艺方案。
本发明旨在结合反应器内部结构的优化配置，形成围绕三相悬浮床费托合成反应器强化移热和保证合成产品质量的外部配套工艺流程。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于大型费托合成过程的设备系统，以及应用所述系统进行的费托合成方法。
本发明提供了一种用于费托合成的设备系统，包括三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统，所述的三相悬浮床费托合成反应器内部的主要功能单元包括设置在所述反应器下部的换热器、设置在其中部的过滤区以及设置在其上部的换热器，其特征在于所述系统还设置了冷凝产物循环系统，用于将轻质反应产物进行处理得到可循环回反应器的冷凝产物；以及在所述反应器的过滤区还设置有激冷分布器，用于注入循环回反应器的冷凝产物，对反应器的过滤区进行强化移热。
所述用于费托合成的设备系统包括冷凝产物的循环系统，该系统包括余热锅炉、气液分离器、气提塔和加压循环泵，应用该系统对轻质反应产物进行处理以得到可循环回反应器的冷凝产物。其中所述循环回反应器的冷凝产物是将该反应器的轻质反应产物热气流股经过热交换、气液分离、气提和加压后得到的冷凝产物。
具体的，应用该系统可以将由反应器上出口排出的高温轻质反应产物热气流股经过余热锅炉换热，气液分离器分离以及气提塔气提和循环泵加压，得到冷凝产物的液相流股，将其通过激冷分布器循环回反应器，进行强化移热。应用所述的系统进行强化移热的原理是：所述的冷凝产物以液态形式进入反应器，因反应器内的反应温度较高而变为气态，由于所述蒸发过程吸收热量而形成蒸发激冷。
该系统在所述三相悬浮床费托合成反应器外设置了余热锅炉，对费托合成反应的轻质反应产物进行冷却，实现热能回收，提高了反应器的热效率；并且可以除去气体流股中夹带的少量固体催化剂，以确保下游冷凝产物不含或含有极少量的催化剂。
该系统在所述三相悬浮床费托合成反应器外还设置了气提塔，本发明通过将余热锅炉和气提塔结合使用，使费托合成工艺流程更合理、更紧凑，对费托合成产物的处理效果更好。例如，经过处理后的合成产物中的固含量(即催化剂含量)低于2ppm，通常为0.1-0.5ppm。
该系统在所述三相悬浮床费托合成反应器外还设置了蒸汽包，通过反应器内设置的上、下换热器的间接换热方式和蒸汽包结合，将反应热转化为较高品位蒸汽，提高了该系统的能量效率。
优选的，本发明所述三相悬浮床费托合成反应器的反应器本体在垂直方向的直桶体高度通常为25-45米。
该系统中所述的三相悬浮床反应器主要包括以下部件：(1)垂直方向的直桶体高度为25-45米的反应器本体；(2)设置在反应器底部的直接导入型或隔板分布型气体分布器；(3)设置在反应区下部的主换热器和可以选择配置的跨越三相反应区与气相区上部的主换热器，以及在分离器区域设置的辅助换热器；(4)设置在反应器中换热元件与反应器壳体之间的催化剂床层；(5)设置于上下换热器之间多组固体催化剂-液体重质产物的过滤分离器；以及其他必要的内部机构。
关于悬浮床的详细内部结构可参见CN200710161575.1(相应的国际申请号为PCT/CN2007/002941)所公开的内容。
本发明的另一目的是提供了一种费托合成方法，其特征在于所述的费托合成方法是在本发明上述用于费托合成的设备系统中完成的。
按照本发明所述的费托合成方法，其中所述的费托合成方法是在费托合成催化剂的存在下，采用低温浆态床工艺或高温浆态床工艺生产费托合成油品。
所述的低温浆态床工艺是指在反应温度200-250℃下进行的浆态床费托合成反应工艺，所述的高温浆态床工艺是指在反应温度250-290℃下进行的浆态床费托合成反应工艺。通常浆态床费托合成工艺是在低温200-250℃下进行的，而高温浆态床费托合成工艺概念已在专利CN200710161575.1(PCT/CN2007/002941)中提出。
具体的，本发明所述的费托合成反应是在催化剂作用下，于适当的温度和压力下，采用低温浆态床工艺或高温浆态床工艺将合成气(CO+H2)转化为烃类和少量有机含氧化合物(甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等)。
更具体的，本发明所述的费托合成方法是将所述的合成气(CO+H2)通入本发明的三相悬浮床反应器，在一定的温度、压力和催化剂作用下转化为烃类和少量有机含氧化合物(甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、乙酸乙酯等)，作为轻质反应产物热气流股从反应器的上出口排出，经过一系列的后处理，所得到的轻质产物送入与反应器配套的加工单元，将其加工成所需的产品。
在所述的费托合成方法中，除了常规的换热方式以外，还采取如下两种强化移热方式：
(1)将费托合成反应器上部出口排出的轻质反应产物热气流股经过热交换、气液分离、气提和加压后得到的冷凝产物循环回反应器对过滤区进行激冷，以有效地移出反应热，避免费托合成催化剂在过滤分离操作中过热；
(2)通过控制反应器入口气体的温度使其低于反应温度，对反应器底部进行激冷。
在本文中，上述第一种强化移热方式也称为部分冷凝产物循环激冷；上述第二种强化移热方式也称为尾气循环激冷。
由于本发明所述的费托合成反应器采用了尾气循环和部分冷凝产物循环两种方法对反应器激冷，强化了反应热的移出，以直接移热的方式将一部分反应热带出反应器外，同时也达到了对过滤分离器激冷的目的，因此提高了反应器的生产能力和反应热回收的能量等级。
在上述费托合成方法中，所述的轻质反应产物热气流股中包括费托合成反应的轻质反应产物和未反应的合成气，所述的轻质产物包括轻质油和水；以及由该反应器上部出口排出的轻质反应产物热气流股导出反应器出口的温度是240-280℃。
为了实现上述第(2)条所述的强化移热方式，进入所述反应器的气流温度应低于费托合成反应温度，优选进入所述反应器的气流温度低于费托合成反应温度50-150℃。
在本发明所述的悬浮床反应器中进行费托合成反应时所使用的催化剂可以是用于此类反应的常规催化剂，包括现有技术中已有的此类催化剂或它们的改进型号，或用于此类反应的新催化剂。如采用传统催化剂(每千克催化剂的C3+产率小于0.5kg/h，通常0.25-0.35kg/h)，可在不增加产能的前提下提高费托合成余热的回收效率。优选使用高活性催化剂，例如每千克催化剂的C3+产率大于0.5kg/h，更高达到1.0-2.0kg/h。
优选将本发明的用于费托合成的设备系统与高活性的费托合成催化剂配套使用，形成优化反应系统的技术方案，使该反应器的生产能力和对费托合成反应余热的回收效率都有大幅度的提高。所使用的催化剂例如可以是适用于反应温度为240-250℃的低温浆态床工艺使用的铁基催化剂，其性能可达到0.3-0.6kg C3+/kg·h，甲烷选择性为2.0-5.0wt％，C2-C4选择性4.0-12.0wt％；以及适用于反应温度为250-290℃的高温浆态床工艺使用的铁基催化剂，其性能可达到0.5-2.0kgC3+/kg·h，甲烷选择性为2.0-4.0wt％，C2-C4选择性3.0-10.0wt％。
例如，优选使用中科合成油技术有限公司发明的用于悬浮床F-T合成的系列浆态床催化剂，所述催化剂可适用于较低温度(反应温度为240-250℃)的低温浆态床工艺，也可适用于较高温度的(反应温度为250-290℃)的高温浆态床工艺。低温浆态床工艺使用的专利铁基催化剂可参见中国专利CN1128667C、CN1159098C、CN1245255C、CN1260007C及其后续改进的催化剂，其性能可达到0.3-0.6kg C3+/kg·h，甲烷选择性为2.5-4.0％，C2-C4选择性6.0-12.0％(总烃基wt％)；高温浆态床工艺使用的专利铁基催化剂可参见中国专利CN1199730C、CN1203920C和CN1270822C及其后续改进的催化剂，其性能可达到0.5-2.0kgC3+/kg·h，其甲烷选择性为2.5-4.0％，C2-C4选择性5.0-10.0％(总烃基wt％)。但本发明所涉及的费-托合成反应催化剂并不局限于上述催化剂，还包括现有技术中所有的用于费-托合成反应的催化剂，例如依据上述催化剂而改进的浆态床催化剂，以及后续新的F-T合成催化剂系列。
基于配套使用的上述催化剂具有优良的转化能力，使本发明的反应器可达到上限气体处理量(合成回路90-96％的合成气转化率)，同时催化剂在三相悬浮床中的重量浓度最大不超过35％，采用上述催化剂一般在10-20％，这是确定反应器口径-生产规模的基本约束条件。
本发明对三相悬浮床(也称“浆态床”)费托合成反应器、其配套系统以及相关的费托合成方法在工艺和工程上进行了严密的优化，本发明的技术方案在中试规模反应器和冷态大型试验装置中进行了系统验证，结合计算流体力学(CFD)的研究，形成了完善的反应器及其配套系统方案，反应器及其配套系统的优化配置保证了反应器可以实现长期连续运行的基本目标。
附图说明
附图1是本发明用于费托合成反应的设备系统以及所述费托合成工艺流程的示意图，所述设备系统包括冷激式强化移热的三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统。
在附图1中，该系统的设备及管线如下：1-三相悬浮床反应器；2-反应器内部换热器的蒸汽包；3-余热锅炉；4-蒸汽包；5-气液分离器；6-加热器，用于加热余热锅炉冷凝物；7-气提塔，用于对余热锅炉冷凝物进行气提；8-冷凝产物循环泵；9-冷热气体流股换热器；10-空气冷却器；11-冷凝产物分离器；12-尾气循环压缩机；13-开工加热器；14-反应原料气；15-轻质反应产物热气流股；16-重质产物；17-冷凝产物；18-气体流股；19-冷凝产物的液相流股；20-气源(热气流股15的一部分)；21-液相流股；22-净化液相流股；23-净化气相流股；24-激冷分布器；25-加压液相流股；26-气液混合流股；27-尾气；28-轻质油；29-合成水；30-循环尾气；31-排放尾气；32-压缩后的循环尾气；33-合成混合气；34-换热后的合成混合气；35-加压后的液相流股；36-新鲜合成气。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的方法进行进一步的说明。
本发明提供了一种用于费托合成工艺的设备系统，包括三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统，所述的三相悬浮床费托合成反应器内部的主要功能单元包括设置在所述反应器下部的换热器、设置在其中部的过滤区以及设置在其上部的换热器；其特征在于所述系统还设置了冷凝产物循环系统，用于将轻质反应产物进行处理得到可循环回反应器的冷凝产物；以及在所述反应器的过滤区还设置有激冷分布器，用于注入循环回反应器的冷凝产物，对反应器的过滤区进行强化移热。
如附图1所示，本发明所述的三相悬浮床费托合成反应器主要包括设置于反应器内、外的以下设备：三相悬浮床反应器1、反应器内部换热器的蒸汽包2、反应器出口热气流股15上设置的余热锅炉3和其配套的蒸汽包4、气液分离器5、余热锅炉冷凝物加热器6、余热锅炉冷凝物气提塔7、冷凝产物循环泵8、气体换热器9、空气冷却器10、冷凝产物分离器11、尾气循环压缩机12以及开工加热器13。
在上述设备系统中还设置了冷凝产物循环系统，应用该系统对轻质反应产物热气流股15进行处理以形成可循环回用的冷凝产物，该系统包括余热锅炉3、气液分离器5、气提塔7和加压循环泵8。
其中所述三相悬浮床反应器主要包括以下部件：(1)垂直方向的直桶体高度为25-45米的反应器本体；(2)设置在反应器底部的直接导入型或隔板分布型气体分布器(未示出)；(3)设置在反应区下部的主换热器和可以选择配置的跨越三相反应区与气相区上部的主换热器，和在分离器区域设置的辅助换热器(未示出)；(4)设置在反应器中换热元件与反应器壳体之间的催化剂床层(未示出)；以及(5)设置于上下换热器之间多组固体催化剂-液体重质产物的过滤分离器。
在本发明所述的设备系统中，循环回反应器的冷凝产物是通过下述循环过程生成的：由该反应器1上部出口排出的所述轻质反应产物热气流股15经过余热锅炉3的管程进行热交换，得到冷凝产物17；该产物经过气液分离器5进行气液分离，得到冷凝产物的液相流股19，经气提塔7气提后，得到气提后的液相流股21；该流股经过循环泵8加压后得到加压后的冷凝产物液相流股35，将其作为激冷介质通过激冷分布器24送回反应器1对过滤区进行激冷。
在上述过程中，由于所述液相流股35进入反应器的过滤区后大部分蒸发，从而达到冷却过滤器、带走部分反应热的目的。上述利用反应产物的冷凝产物对反应区激冷的方法是一种直接移热方式，可将反应器床层中的热量通过直接接触带出反应器，从而达到强化移热的目的。
在上述设备系统中还设置了气提关于设备气提塔7，本发明通过将余热锅炉和气提塔结合使用，使费托合成工艺流程更合理、更紧凑、效率更高。所述的气提工艺设备气提塔7可根据冷凝液体产物的处理量设计，设备尺寸小，成本低。
本发明所述用于费托合成工艺的设备系统还设置了余热锅炉，反应器出口排出的高温轻质反应产物热气流股首先经过余热锅炉换热，以回收部分热量，并将部分产物冷凝以除去气体流股中夹带的少量固体催化剂，确保下游冷凝产物不含或只含有非常少量的催化剂。与现有技术的同类反应器和设备相比，经过本发明上述设备系统处理后的费托合成产物中的催化剂含量(或称为固含量)大大降低。通常，合成产物轻质油(28)和净化液相产物(22)中的固含量低于2ppm；更优选其固含量为0.1-0.5ppm。
本发明所述用于费托合成工艺的设备系统具有以下优点：
(1)本发明的费托合成反应器设置了用于强化移热的激冷分布器，可以将部分冷凝产物作为激冷介质循环回到反应器中，以直接移热的方式将一部分反应热带出反应器外再回收；
(2)本发明费托合成反应器采用了尾气循环方式，控制反应器入口气体的温度使其低于反应温度，对反应器底部进行激冷；以直接移热的方式将一部分反应热带出反应器外，同时也达到了对过滤分离器激冷的目的；
(3)在本发明上述设备系统中，还设置了余热锅炉，反应器出口排出的高温轻质反应产物热气流股首先经过余热锅炉换热，以回收部分热量；
(4)在本发明上述设备系统中还设置了气提塔，将余热锅炉和气提塔结合使用，使费托合成工艺流程更合理、更紧凑、效率更高，可以更有效的除去气体流股中夹带的少量固体催化剂，确保下游冷凝产物不含催化剂。
本发明还提供了一种应用上述费托合成工艺的设备系统进行费托合成的方法，应用本发明的费托合成方法进行费托合成的工艺流程是这样实现的：由该反应器1上部出口排出的轻质反应产物热气流股15经余热锅炉3的管程进行热交换以后，得到的冷凝产物17进入气液分离器5，由该分离器分离出来的气体流股18经换热器9降温，空气冷却器10冷却，将其与气提塔7上部排出的净化气相流股23混合得到气液混合流股26，在冷凝产物分离器11中进行分离，由其中分离出的轻质油28送下游油品加工单元，加工制备所需产品；以及由所述的气液分离器5分离出来的液相流股19经加热器6加热后进入气提塔7进行气提，由该气提塔中部抽出的净化液相产物22送下游产品加工单元，加工制备成所需产品。
其中所述的净化气相流股23是由所述的气液分离器5分离出来的液相产物19经加热器6加热后进入气提塔7进行气提，在气提塔上部引出的物流。
在本发明的费托合成方法中，其中所述应用冷凝产物循环回反应器对过滤区进行激冷的流程是：由该反应器1上部出口排出的轻质反应产物热气流股15经过余热锅炉3的管程进行热交换，得到冷凝产物17；该产物经过气液分离器5进行气液分离，得到冷凝产物的液相流股19，经气提塔7气提后，得到的液相流股21；该流股经过循环泵8加压后得到加压的冷凝产物液相流股35，将其作为激冷介质通过激冷分布器24送回反应器1对过滤区进行激冷。
具体的，所述的费托合成工艺包括：
(1)费托合成反应反应热的一部分按照常规方法由换热器移出反应器，另一部分反应热通过由冷凝产物液相流股35通入反应器进行激冷和进入反应器1的反应原料气14的温度低于反应温度两项技术措施移出，形成强化移热工艺；
(2)来自净化的新鲜合成气36与来自气体循环压缩机12的循环气32混合后进入到换热器9与来自气液分离器5的热气体流股18换热升温到150℃，经过开工加热器13进一步加热后得到的反应原料物流由反应原料气14通过反应器下部的入口进入三相悬浮床费托合成反应器底部，通过气体分布器(未示出)进入该反应器的三相悬浮床反应区进行费托合成反应；
(3)反应生成的重质产物16通过设置在反应器中部、上下换热器之间的过滤分离器(未标明)移出反应器；未反应的合成气和轻质反应产物(包括轻质油和水等)以气态形式由反应器1上部的出口以热气流股15导出反应器，该热气流股的温度为240-280℃，其中携带大量的反应产物和热量进入余热锅炉3的管程与壳程的180-200℃的热水换热，降温冷凝到200-220℃后进入气液分离器5冷凝产物的液相流股19；所述流股经加热器6加热后进入气提塔7进行气提，气提塔7用于气提的气体是从轻质反应产物热气流股15中抽出的部分热气流股20作为气源供应；经过气提后由气提塔底部得到冷凝产物的液相流股21，该流股经过循环泵8加压后得到液相流股35，将该流股作为激冷介质通过激冷分布器24送回反应器的过滤分离区对过滤器进行激冷；
(4)上述气提塔对含有少量(通常在5-50ppm)固体催化剂的冷凝产物的液相流股19进行气提，所述的气提塔底部得到冷凝产物的净化液相流股21，其中的固体催化剂含量为5-80ppm；该流股经过循环泵8加压后得到的冷凝产物的加压液相流股35被送回反应器的过滤分离区对过滤器进行激冷；在该气提塔中部抽出部分固含量低于2ppm、通常为0.1-0.5ppm的净化液相产物22送下游产品加工单元，加工制备成所需产品；从气提塔顶部引出净化气体流股23，其中的催化剂含量低于2ppm，优选其中的催化剂含量在0.1-0.5ppm范围内；将其与气液混合流股26合并后在冷凝产物分离器11中进行分离，由其中分离出的轻质油28送入下游产品加工单元，将其加工成所需的产品。
(5)所述的液相流股35被送入反应器后大部分蒸发，带走大量的反应热，从而达到对过滤器进行直接冷却的目的。所述蒸发过程的产物通过反应器再次进入热气流股15，并在余热锅炉3中冷凝，由此形成产物激冷循环；
(6)在所述的气液分离器5中冷凝产物流股17经气液分离得到的气相流股18的温度是200-220℃，进入换热器9的管程后被降温至110-160℃，然后送入空气冷却器10进一步冷却；冷却后的物流在冷凝产物分离器11中进行分离，分离后的气体流股27分成两部分，一部分循环尾气32经过循环压缩机12送回反应器，另一部分作为排放尾气31离开工艺回路；在冷凝产物分离器11中分离出的两种液体流股分别为轻质油28和合成水29产物，所述的轻质油28送下游油品加工单元，加工制备成所需产品；所述的合成水29被送入处理装置进行净化处理；
(7)所述气提塔7的气源20占热气流股15体积量的1-3％，此时，气提塔是一个小型塔；
(8)所述的余热锅炉3壳程的热水吸收从热气流股15传入的热量而蒸发，该蒸汽通过汽包4与水分离后送入低压蒸汽管网；
(9)所述费托合成反应器中的上下换热器管内的热水-蒸汽系统接受反应热产生大量蒸汽，该蒸汽通过汽包2分离出水后送中压蒸汽管网回收能量。
本发明所述费托合成方法的优点是：
(1)如上所述，本发明的工艺流程设置了反应器内的强化移热，以尾气循环激冷和部分冷凝产物循环激冷两种直接移热的方式将一部分反应热带出反应器外通过汽包4回收；此外，还通过传统的反应器内设置的上、下换热器的间接换热方式将反应热产生较高品位蒸汽(汽包2)，提高了系统总的能量效率；
(2)采用上述强化移热措施，也同时达到对过滤分离器激冷的目的，可以有效解决过滤器上催化剂滤饼的过热失活问题，对高活性催化剂而言，还可以有效避免因催化剂滤饼过热结碳而导致过滤器失效的问题；
(3)由于设置了余热锅炉，可以实现能量回收功能；
(4)由于设置了被污染产物(指产物中含有固体催化剂)的冷凝、循环操作，可以保证送出合成流程的合成产物(22、28)不被催化剂污染，简化了下游流程。
下面通过费托合成方法的具体实例更详细地说明本发明，所提供的实施例仅用于示例本发明，不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例
工业化示范厂反应器内径为5.3米，新鲜合成气有效组分(CO+H2)含量为98.5％，新鲜气进气量142000Nm3/h，反应温度为260-275℃，反应压力为30bar，催化剂一次装填量为24吨铁基高温浆态床催化剂，所用催化剂为中国专利ZL02121248.1(公告号CN1203920C)的催化剂，过程总转化率为94％。
生产C3+26.5t/h，催化剂性能为1.1kg C3+/kg·h，反应器产生蒸汽对总管供应28bar过热蒸汽100t/h。余热锅炉产生10bar蒸汽40t/h。液相油品固含量小于1ppm，粗蜡固含量小于100ppm，精过滤蜡铁含量小于2ppm。
以上已详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很显然可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化和改进都在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种用于费托合成反应的设备系统，该系统包括三相悬浮床费托合成反应器及其配套系统，所述的三相悬浮床费托合成反应器的主要功能单元包括设置在所述反应器下部的换热器、设置在其中部的过滤区以及设置在其上部的换热器，其特征在于所述系统还设置了冷凝产物循环系统，用于将轻质反应产物进行处理得到可循环回反应器的冷凝产物；以及所述反应器的过滤区还设置有激冷分布器，用于注入循环回反应器的冷凝产物。
2.根据权利要求1所述用于费托合成的设备系统，其中所述的冷凝产物循环系统包括余热锅炉(3)、气液分离器(5)、气提塔(7)和加压循环泵(8)。
3.根据权利要求2所述的用于费托合成的设备系统，其中所述循环回反应器的冷凝产物是将该反应器的轻质反应产物热气流股经过热交换、气液分离、气提和加压后得到的冷凝产物。
4.根据权利要求1所述用于费托合成的设备系统，其中所述的三相悬浮床费托合成反应器的反应器本体垂直方向的直桶体高度为25-45米。
5.根据权利要求1-4任意一项所述用于费托合成的设备系统，其中所述系统主要包括以下设备：三相悬浮床反应器(1)、反应器内部换热器的蒸汽包(2)、余热锅炉(3)和与其配套的蒸汽包(4)、气液分离器(5)、余热锅炉冷凝物加热器(6)、余热锅炉冷凝物气提塔(7)、冷凝产物循环泵(8)、气体换热器(9)、空气冷却器(10)、冷凝产物分离器(11)、尾气循环压缩机(12)以及开工加热器(13)。
6.根据权利要求5所述用于费托合成的设备系统，其中所述三相悬浮床反应器主要包括以下部件：(1)垂直方向的直桶体高度为25-45米的反应器本体；(2)设置在反应器底部的直接导入型或隔板分布型气体分布器；(3)设置在反应区下部的主换热器和可以选择配置的跨越三相反应区与气相区上部的主换热器，和在分离器区域设置的辅助换热器；(4)设置在反应器中换热元件与反应器壳体之间的催化剂床层；以及(5)设置于上下换热器之间多组固体催化剂-液体重质产物的过滤分离器。
7.根据权利要求6所述用于费托合成的设备系统，其中所述循环回反应器的冷凝产物是通过下述循环产生的：由该反应器(1)上部出口排出的轻质反应产物热气流股(15)经过余热锅炉(3)的管程进行热交换，得到冷凝产物(17)；该产物经过气液分离器(5)进行气液分离，得到冷凝产物的液相流股(19)，经气提塔(7)气提后，得到的液相流股(21)；该流股经过循环泵(8)加压后得到加压的冷凝产物液相流股(35)，将其作为激冷介质通过激冷分布器(24)送回反应器(1)对过滤区进行激冷。
8.一种费托合成方法，其特征在于所述的费托合成方法是在权利要求1-7所述用于费托合成的设备系统中完成的；其中所述的费托合成方法是在费托合成催化剂的存在下，采用低温浆态床工艺或高温浆态床工艺生产费托合成油品。
9.根据权利要求8所述的费托合成方法，其中所述费托合成方法采取如下两种强化移热方式：
(1)将费托合成反应器上部出口排出的轻质反应产物热气流股经过热交换、气液分离、气提和加压后得到的冷凝产物循环回反应器对过滤区进行激冷；
(2)通过控制反应器入口气体的温度使其低于反应温度，对反应器底部进行激冷。
10.根据权利要求9所述的费托合成方法，所述反应器入口气体的温度低于费托合成反应温度50-150℃。
11.根据权利要求9所述的费托合成方法，其中所述应用冷凝产物循环回反应器对过滤区进行激冷的流程是：由该反应器(1)上部出口排出的轻质反应产物热气流股(15)经过余热锅炉(3)的管程进行热交换，得到冷凝产物(17)；该产物经过气液分离器(5)进行气液分离，得到冷凝产物的液相流股(19)，经气提塔(7)气提后，得到的液相流股(21)；该流股经过循环泵(8)加压后得到加压的冷凝产物液相流股(35)，将其作为激冷介质通过激冷分布器(24)送回反应器(1)对过滤区进行激冷。
12.根据权利要求11所述的费托合成方法，其中由该方法得到费托合成产品的流程是：由该反应器上部出口排出的轻质反应产物热气流股(15)经余热锅炉(3)的管程进行热交换以后，得到的冷凝产物(17)进入气液分离器(5)，由该分离器分离出来的气体流股(18)经换热器(9)降温，空气冷却器(10)冷却，将其与气提塔(7)上部排出的净化气相流股(23)混合得到气液混合流股(26)，在冷凝产物分离器(11)中进行分离，由其中分离出的轻质油(28)送下游油品加工单元，加工制备成所需产品；以及由所述的气液分离器(5)分离出来的液相流股(19)经加热器(6)加热后进入气提塔(7)进行气提，由该气提塔中部抽出净化的液相产物(22)送下游产品加工单元，加工制备成所需产品。
13.根据权利要求12所述的费托合成方法，其中合成产物轻质油(28)和净化液相产物(22)中的固含量低于2ppm。
14.根据权利要求13所述的费托合成方法，其中所述合成产物轻质油(28)和净化液相产物(22)中的固含量为0.1-0.5ppm。
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