CN103846160B - 一种浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法 - Google Patents

Abstract

一种浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法，其特征在于来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂经脱气后进入分离器的中下部，催化剂靠重力沉降初步与费托合成重质产物分离，得到的富含催化剂的浓浆液于分离器下部循环回浆态床反应器，而得到的稀浆液进入分离器中上部的磁分离器区；在磁分离区，催化剂受磁力被吸附在磁场区，当磁场区吸附的催化剂达到设定量时，撤去磁场，催化剂靠重力下沉至所说的导流管，沿导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器；经磁分离后含少量催化剂的费托合成重质产物经过滤元件进一步分离出催化剂后排出分离器，而过滤下来的催化剂循环回浆态床反应器。

Description

一种浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法

技术领域

本发明涉及一种由合成气制备烃类的催化剂与重质产物的分离方法，具体地说涉及一种浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法。

背景技术

随着世界能源结构的变化，以及全球环保要求的日益提高，以天然气和煤基合成气为原料通过费托合成制备合成油的方法，具有产品清洁，不含硫、氮、芳香烃等优点，近年来引起了世界各国的重视。

费托合成技术的核心是催化剂和反应器技术。目前，费托合成催化剂主要包括钴催化剂和铁催化剂。在反应器方面，费托合成浆态床反应器具有取热便利、结构简单、投资低以及易于大型化的特点，成为费托合成反应器的主要发展方向。固体催化剂与重质产物的分离是浆态床反应器的关键技术之一。

浆态床费托合成催化剂与重质产物的分离可以采用沉降、过滤等方法。浆态床费托合成浆液中固含量可达20-50%（质量），直接用过滤法进行固液分离时，过滤负荷大，反冲洗的间隔短，反冲洗操作频繁。单独用沉降法分离时，由于细颗粒催化剂不易沉降，造成催化剂带出过多。

浆态床费托合成一般使用铁基或钴基催化剂，铁和钴均为磁性材料，能被磁铁吸引。USP7360657公开了一种浆态床费托合成浆液连续固液分离方法，所用磁分离器内设置一根或多根直立的磁棒，浆液由磁分离器中部进入磁分离器，浆液中的磁性催化剂颗粒被磁棒吸引，由于重力而沿磁棒向下滑动，清液从磁分离器顶部出口流出，富含催化剂颗粒的浓浆液从磁分离器的底部出口排出。CN101229499A公开了一种分离浆态床费托合成重馏分和铁基催化剂的方法，来自浆态床反应器的费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液进入位于浆态床反应器外部的沉降罐中，并使沉降罐中的混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离；分离后的费托合成重馏分通过设置在沉降罐上部的过滤器进行过滤后作为产品排出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同于现有技术的，将沉降、磁分离、过滤等方式巧妙组合起来进行浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离新方法。

本发明提供的浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法，其特征在于含有下述过程：来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂颗粒的浆液经脱气后，进入分离器；在分离器中下部的沉降区，所说的催化剂的大颗粒靠重力沉降与所说的费托合成重质产物经初步分离；其中的稀浆液进入分离器中上部的磁分离区，而分离器下部富含催化剂颗粒的浓浆液自动循环回浆态床反应器；在分离器中上部靠近分离器器壁设置磁分离区，所说的磁分离区由设置于分离器外的磁铁和分离器内的流体流动通道、催化剂导流管构成，设置有n层磁分离装置；上述所说的经初步分离后的稀浆液沿所说的流体流动通道进入磁分离区内，所说的磁分离区由下至上的第一层磁分离装置会最先吸附催化剂颗粒，当所吸附的催化剂颗粒达到设定量时，撤去该装置的磁场，则脱除磁力吸附的催化剂颗粒靠重力下沉至所说的催化剂导流管，沿所说的催化剂导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器，同时，所说的磁分离区由下至上的第二层磁分离装置启动，将随液体向上涌动的催化剂颗粒吸附，再撤去磁场，则脱除磁力吸附的催化剂颗粒靠重力下沉至所说的催化剂导流管；直到第n层磁分离装置启动磁场和撤去磁场操作，使得更多的催化剂颗粒在磁分离区得以分离并循环回浆态床反应器，经第n层磁分离装置处理后，仅含少量催化剂颗粒的费托合成重质产物沿所说的流体流动通道进入分离器上部的过滤区；在过滤区设置一组或多组过滤元件，所说的经磁分离后含少量催化剂颗粒的费托合成重质产物经过滤元件进一步分离出催化剂颗粒后排出分离器；定期反冲洗过滤元件，使过滤下来的催化剂颗粒靠重力沿导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器。

本发明提供的分离方法具有下列特点和优点：

（1）利用大颗粒催化剂易沉降，用磁力分离磁性催化剂，分离效率高，过滤除去少量细颗粒催化剂，反冲洗间隔长的特点，采用沉降/磁分离/过滤组合分离方法，可以实现浆态床费托合成重质产物与催化剂的高效分离。

（2）分离器体积小，过滤器反冲洗间隔长，分离后的费托合成重质产物中催化剂含量低。

（3）易于实施，可实现连续长周期操作。

附图说明

图1为浆态床费托合成反应重质产物与催化剂的分离方法的工艺流程图。

图2为实施本发明方法的一种组合分离器结构简图。

具体实施方式

本发明提供的浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法，其特征在于含有下述过程：来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂颗粒的浆液经脱气后，进入分离器；在分离器中下部的沉降区，所说的催化剂的大颗粒靠重力沉降与所说的费托合成重质产物经初步分离；其中的稀浆液进入分离器中上部的磁分离区，而分离器下部富含催化剂颗粒的浓浆液自动循环回浆态床反应器；在分离器中上部靠近分离器器壁设置磁分离区，所说的磁分离区由设置于分离器外的磁铁和分离器内的流体流动通道、催化剂导流管构成，设置有n层、优选2或3层磁分离装置；上述所说的经初步分离后的稀浆液沿所说的流体流动通道进入磁分离区内，所说的磁分离区由下至上的第一层磁分离装置会最先吸附催化剂颗粒，当所吸附的催化剂颗粒达到设定量时，撤去该装置的磁场，则脱除磁力吸附的催化剂颗粒靠重力下沉至所说的催化剂导流管，沿所说的催化剂导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器，同时，所说的磁分离区由下至上的第二层磁分离装置启动，将随液体向上涌动的催化剂颗粒吸附，再撤去磁场，则脱除磁力吸附的催化剂颗粒靠重力下沉至所说的催化剂导流管；直到第n层磁分离装置启动磁场和撤去磁场操作，使得更多的催化剂颗粒在磁分离区得以分离并循环回浆态床反应器，经第n层磁分离装置处理后，仅含少量催化剂颗粒的费托合成重质产物沿所说的流体流动通道进入分离器上部的过滤区；在过滤区设置一组或多组过滤元件，所说的经磁分离后含少量催化剂颗粒的费托合成重质产物经过滤元件进一步分离出催化剂颗粒后排出分离器；定期反冲洗过滤元件，使过滤下来的催化剂颗粒靠重力沿导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器。

本发明提供的分离方法中，所说的具有磁性的费托合成催化剂为铁基或钴基催化剂，它们能被磁铁吸引。所说的铁基催化剂可以选自沉淀铁、熔铁、雷尼铁、非晶态铁、载体负载型的铁催化剂，所说的钴基可以选自非晶态钴、雷尼钴、载体负载型的钴催化剂，所说的具有磁性的费托合成催化剂，其粒度为0.1-500微米，优选0.5-200微米。

本发明提供的分离方法中，来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂的浆液从沉降、磁分离和过滤的组合分离器的中下部进入。在沉降区中，物料向上流动的线速度为0.001-20cm/s、优选0.01-5cm/s。

本发明提供的分离方法中，所说的磁分离区由电磁铁、位于分离器内的流体流动通道和催化剂导流管所构成；所说的电磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯、优选500-10000高斯；所说电磁铁通电与断电交替进行，通电时间为2-1800秒、优选5-1200秒，断电时间1-1200秒、优选3-600秒。所用电磁分离装置是一组或多组，优选多组。

本发明提供的分离方法中，所说的磁分离区也可以由可以移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于分离器内的流体流动通道和催化剂导流管所构成；所说的永磁铁的表面磁感应强度为50-30000高斯、优选500-10000高斯。所说永磁铁移动的距离为5-1000毫米、优选50-500毫米；永磁铁在靠近分离器筒体时的停留时间为2-1800秒、优选5-1200秒；永磁铁离开分离器筒体的时间1-1200秒、优选3-600秒。所用永磁铁分离装置是一组或多组，优选多组。

本发明提供的分离方法中，所说流体在磁场区流体流动通道中流动的线速度为0.002-100cm/s、优选0.05-50cm/s。

本发明提供的分离方法中，所说过滤元件是粉末金属烧结过滤管、金属丝网烧结过滤管、陶瓷膜、金属丝网、滤布中的一种或几种的组合，过滤元件孔径为0.1-50微米。

本发明提供的分离方法中，所说的沉降/磁分离/过滤组合分离器壳体的磁场区域选用对磁力线无阻碍的材质。

本发明提供的分离方法中，一个浆态床反应器可以配置一个或多个沉降/磁分离/过滤组合分离器。

下面通过附图对本发明进行进一步说明。

本发明提出的浆态床费托合成重质产物与催化剂的分离方法的一种流程如图1所示。从浆态床反应器中上部排出的费托合成重质产物与催化剂的浆液经管线1进入脱气罐，脱除夹带的气泡，气体通过平衡管2返回浆态床反应器；脱气后的浆液经管线3进入浆态床反应器外部的分离器；在分离器中，利用重力、磁力和过滤，使催化剂和费托合成重质产物分离，富含催化剂的浓浆液经管线4自动循环回浆态床反应器，分离出的费托合成重质产物经管线5进入后续工段，过滤下来的催化剂定期用反冲洗罐6的液体反冲洗。

图2为实施本发明方法的一种组合分离器结构简图。来自浆态床反应器的费托合成重质产物与催化剂的浆液从分离器的中下部进入分离器，在A区域（沉降区），浆液向上流动，浆液中的催化剂颗粒靠重力进行沉降，浆液中颗粒较大的催化剂被分离下来。在分离器的中上部侧面圆周方向上设置一个或多个电磁铁，也可以设置一个或多个永磁铁；在分离器的中上部侧面上下方向上也可以设置多层电磁铁或多层永磁铁，上下两层电磁铁交替通电，下层通电时，上层断电，下层断电时，上层通电。磁铁使分离器筒壁内侧形成磁场区，沉降分离后的浆液进入磁场区，具有磁性的催化剂颗粒被吸附停留在B区，分离出的催化剂颗粒的清液沿流体流通通道向上流动，进入上一层磁铁的磁场区。当B区吸附的催化剂颗粒量达到一定程度后（接近饱和），下层电磁铁停电（当采用永磁铁时，使永磁铁向外侧移动，使其离开分离器一定距离），磁场消失，B区的催化剂靠重力，下沉到C区，然后经C区下部的催化剂导流管沉入分离器底部。当下层电磁铁停电时，上层电磁铁通电，使其内侧D区域形成磁场区，向上涌动的催化剂颗粒被吸附停留在D区，分离出催化剂颗粒的清液进入E区。当B区吸附的催化剂颗粒下沉后，立即给B区电磁铁通电，同时D区电磁铁停电，D区磁场消失，D区的催化剂颗粒靠重力下沉到B区，并被吸附在B区。E区含少量催化剂颗粒的费托合成重质产物经过滤元件进一步过滤后排出分离器，定期反冲洗过滤元件，反冲洗下来的催化剂颗粒靠重力沉入F区，然后沿F区下方的导流管流向分离器底部，分离器底部的浓浆液循环回浆态床反应器。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。

实施例1-4

实施例1-4流程如图1所示，所用的沉降/磁分离器的结构如图2所示，沉降/磁分离器内径0.6米，采用两组电磁铁实现磁分离，电磁铁直径0.15米，电磁铁表面磁感应强度为2000高斯，过滤采用烧结金属过滤管，过滤元件孔径17微米，反冲洗时间间隔为30分钟。所用的催化剂为氧化铝负载的钴基费托合成催化剂，催化剂钴含量20%（质量），平均粒径50微米，从反应器中引出的催化剂浆液中催化剂浓度为26%（质量）。由下至上第一个电磁铁通电时间100秒，断电时间10秒，通电、断电交替进行；由下至上第二个电磁铁通电时间10秒，断电时间100秒，通电、断电交替进行；上下两个电磁铁的操作模式为：下层电磁铁通电时，上层断电，下层断电时，上层通电。浆液处理量及分离后液体中固含量见表1。

表1

实施例5-7

实施例5-7流程如图1所示，所用的沉降/磁分离器的结构如图2所示，沉降/磁分离器内径0.6米，采用两组电磁铁实现磁分离，电磁铁直径0.15米，电磁铁表面磁感应强度为3000高斯，过滤采用烧结金属过滤管，过滤元件孔径17微米，反冲洗时间间隔为30分钟。所用的催化剂为雷尼铁催化剂，铁含量75%（质量），平均粒径45微米，从反应器中引出的催化剂浆液中催化剂浓度为32%（质量）。由下至上第一个电磁铁通电时间60秒，断电时间10秒，通电、断电交替进行；由下至上第二个电磁铁通电时间10秒，断电时间60秒，通电、断电交替进行；上下两个电磁铁的操作模式为：下层电磁铁断电时，上层通电。浆液处理量及分离后液体中固含量见表2。

表2

Claims (9)

1.一种浆态床费托合成重质产物与费托合成催化剂颗粒的分离方法，其特征在于含有下述过程：来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂颗粒的浆液经脱气后，进入分离器；在分离器中下部的沉降区，所说的费托合成催化剂颗粒中的大颗粒靠重力沉降与所说的费托合成重质产物经初步分离；浆液中的稀浆液进入分离器中上部的磁分离区，而分离器下部富含费托合成催化剂颗粒的浓浆液自动循环回浆态床反应器；在分离器中上部靠近分离器器壁设置磁分离区，所说的磁分离区由设置于分离器外的磁铁和分离器内的浆液流动通道、费托合成催化剂颗粒导流管构成，磁分离区设置有n层磁分离装置；经初步分离后的稀浆液沿所说的浆液流动通道进入磁分离区内，所说的磁分离区由下至上的第一层磁分离装置会最先吸附费托合成催化剂颗粒，当所吸附的费托合成催化剂颗粒达到设定量时，撤去该装置的磁场，则脱除磁力吸附的费托合成催化剂颗粒靠重力下沉至所说的费托合成催化剂颗粒导流管，沿所说的费托合成催化剂颗粒导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器，同时，所说的磁分离区由下至上的第二层磁分离装置启动，将随浆液向上涌动的费托合成催化剂颗粒吸附，再撤去磁场，则脱除磁力吸附的费托合成催化剂颗粒靠重力下沉至所说的费托合成催化剂颗粒导流管；直到第n层磁分离装置启动磁场和撤去磁场操作，使得更多的费托合成催化剂颗粒在磁分离区得以分离并循环回浆态床反应器，经第n层磁分离装置处理后，仅含少量费托合成催化剂颗粒的费托合成重质产物沿所说的浆液流动通道进入分离器上部的过滤区；在过滤区设置一组或多组过滤元件，经磁分离后含少量费托合成催化剂颗粒的费托合成重质产物经过滤元件进一步分离出费托合成催化剂颗粒后排出分离器；定期反冲洗过滤元件，使过滤下来的费托合成催化剂颗粒靠重力沿导流管流向分离器底部，并循环回浆态床反应器；其中，所说的磁铁为电磁铁，所说的磁分离区由电磁铁、位于分离器内的浆液流动通道和费托合成催化剂颗粒导流管构成，或者，所说的磁铁为可移动的永磁铁，所说的磁分离区由可移动的永磁铁、永磁铁移动控制装置、位于分离器内的浆液流动通道和费托合成催化剂颗粒导流管构成；所说电磁铁，表面磁感应强度为50-30000高斯，其通电与断电交替进行，通电时间为2-1800秒，断电时间1-1200秒；所说的永磁铁，表面磁感应强度为50-30000高斯，移动的距离为5-1000毫米，永磁铁在靠近分离器筒体时的停留时间为2-1800秒，永磁铁离开分离器筒体时的时间1-1200秒。

2.按照权利要求1的方法，其中，所说的费托合成催化剂颗粒选自铁催化剂和/或钴催化剂。

3.按照权利要求2的方法，其中，所说的铁催化剂选自沉淀铁、熔铁、雷尼铁、非晶态铁或者载体负载型的铁催化剂；所说的钴催化剂选自非晶态钴、雷尼钴或者载体负载型的钴催化剂。

4.按照权利要求1的方法，其中，所说的来自浆态床反应器的费托合成重质产物与具有磁性的费托合成催化剂颗粒的浆液经脱气后，进入分离器，浆液在分离器中下部沉降区向上流动的线速度为0.001-20cm/s。

5.按照权利要求4的方法，其中，所说的浆液在分离器中下部沉降区向上流动的线速度为0.01-5cm/s。

6.按照权利要求1的方法，其中，浆液在磁分离区的浆液流通通道中的流动线速度为0.002-100cm/s。

7.按照权利要求1的方法，其中，所说的n为2或者3。

8.按照权利要求1的方法，其中，所说的过滤元件是粉末金属烧结过滤管、金属丝网烧结过滤管、陶瓷膜、金属丝网、滤布中的一种或几种的组合，过滤元件孔径为0.1-50微米。

9.按照权利要求1的方法，其中，所说的费托合成催化剂颗粒，其粒度为0.1-500微米。