CN110628454B - 费托合成系统及分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及浆态床费托合成油气产物中催化剂细粉分离领域,公开了费托合成系统及分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法。该系统包括:浆态床反应器,用于进行费托合成反应,其中内部设置在下部的换热器、在中部的重组分过滤装置和在上部的气液固分离装置;和设置在所述浆态床反应器外部且与所述气液分离装置的出口连通的催化剂细粉分离装置,用于从所述费托合成反应产生的油气产物中分离出催化剂细粉,分离出的催化剂细粉废弃或送往废物处理装置进行处理,脱催化剂细粉高温油气送入下游进行换热冷凝和/或分离处理。可以用于大型的浆态床费托合成工业化生产,有效地分离出反应产生的油气产物中的催化剂细粉,延长装置的运转时间。
Description
技术领域
本发明涉及浆态床费托合成油气产物中催化剂细粉分离领域,具体涉及可分离催化剂细粉的费托合成系统及分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法。
背景技术
费托合成是合成气转化为烃类化合物的化学转化过程,也是实现煤炭清洁化、高效化利用的重要方法。现有的费托合成装置中采用主要的反应器形式为浆态床或固定床。
为了克服固定床反应器催化剂床层易出现热点、催化剂装填和卸载难度大等问题,浆态床反应器得到越来越多的工业应用。浆态床反应器具有很多优点,如反应器结构简单且处理量大、反应温度均匀且容易控制、催化剂可以连续补充卸载且方法简便等。但是浆态床中为了让催化剂能够均匀悬浮,因此采用的催化剂为微细颗粒,从而催化剂和产物的分离较为复杂。目前对催化剂和产物的分离主要应用内过滤或外过滤装置,通过过滤装置将费托合成的重馏分抽出。
但是随着反应器的大型化,工业反应器中内构件更为复杂,因此部分催化剂会发生严重磨损,从而产生极其微细的颗粒。当以气体形式存在的油气以及未反应完的原料气从浆态床反应器上部离开反应器进入换热器进行后续分离时会产生雾沫夹带,即气体会夹带含有催化剂细粉的液滴进入换热器,而含有催化剂细粉的液滴在换热器内长时间的沉积将造成换热器堵塞,造成装置被迫停工,从而严重影响使用浆态床的费托合成工艺的放大应用。
CN102212381B公开了一种用于费托合成反应的设备系统,包括三相悬浮床费托合成反应器机器配套系统,所述的三相悬浮床费托合成反应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,其中,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。该系统在于将反应器强化移热,并提供外部配套工艺流程,从而实现反应器的长期连续运行,但未解决催化剂细粉的回收问题。
CN104711006B公开了一种费托合成系统,包括:浆态床反应器,用于进行费托合成反应;第一过滤装置,所述第一过滤装置设置在所述浆态床反应器内,用于对待引出所述浆态床反应器的液相出料中的催化剂进行过滤;第一分离装置,用于对来自所述第一过滤装置的滤液进行气液分离,以得到气相产物和液相产物;第二分离装置,用于对来自所述浆态床反应器的气相出料进行气液分离,以得到气相产物和液相产物;和汽提塔,用于对来自所述第一分离装置的气相产物和液相产物,以及来自所述第二分离装置的液相产物进行汽提分离,其中,所述汽提塔的顶部设有塔顶出料口、底部设有塔底出料口;在所述塔顶出料口与塔底出料口之间,所述汽提塔由上至下还设有第二分离装置液相进口、产物出口、第一分离装置液相进口、第一分离装置气相进口和蒸汽入口;所述蒸汽入口用于接收汽提用蒸汽,所述产物出口用于排出合格产物;其中,所述第一过滤装置包括至少一个过滤管件,所述过滤管件包括外过滤管、内过滤管、外出料管和内出料管,所述内过滤管设置在所述外过滤管内部,并且所述内过滤管的滤孔直径小于所述外过滤管的滤孔直径;所述外过滤管的上部设有外反冲洗口,用于向所述外过滤管内引入反冲洗液,所述内过滤管的上部设有内反冲洗口,用于向所述内过滤管内引入反冲洗液;所述外出料管连接至所述外过滤管的底部,用于引出所述外过滤管与内过滤管之间的过滤产物并送回所述浆态床反应器;所述内出料管连接至所述内过滤管的底部,用于引出所述内过滤管内的过滤产物;所述浆态床反应器还设有气体分布器,所述气体分布器内置于所述浆态床反应器下部,以使进入的原料气分布均匀。该系统中的第二分离装置包括内部设置换热盘管的第一分离器,用于气相出料与原料气进行换热冷凝和气液分离,分离出的催化剂细颗粒进入第二分离装置分离出的液相中,送入汽提塔集中处理,最后从汽提塔的塔底出料固相颗粒。该系统复杂,且需要冷凝气相出料,再通过气液分离以分离出气相出料中的催化剂细颗粒。不适于更大型的浆态床费托合成工业化生产。
CN101723774B公开了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:在浆态床费托合成反应器中,未反应原料气和反应生产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。但是该方法并不能回收催化剂细粉。长期运行大量的催化剂微细粉在浆液相聚集,不仅影响浆液相中传质传热,且增加了液相产物分离催化剂细粉的难度。再有在沉降段内设置磁场,受磁场作用效果的限制,沉降器的扩大设计也受限,影响浆态床工艺的工程放大。
因此,当面临浆态床费托合成放大生产时,分离费托合成油气产物中催化剂细粉是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服浆态床费托合成放大生产时,不经冷凝分离费托合成油气产物中催化剂细粉问题,提供了费托合成系统及分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法,可以用于百万吨级规模装置中浆态床费托合成工业生产,将高温油气产物直接进行分离催化剂细粉,解决大型生产中催化剂细粉分离的问题。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种费托合成系统,包括:
浆态床反应器,用于进行费托合成反应,其中内部设置在下部的换热器、在中部的重组分过滤装置和在上部的气液固分离装置;和
设置在所述浆态床反应器外部且与所述气液固分离装置的出口连通的催化剂细粉分离装置,用于从所述费托合成反应产生的油气产物中分离出催化剂细粉,分离出的催化剂细粉废弃或送往废物处理装置进行处理,脱催化剂细粉高温油气送入下游进行换热冷凝和/或分离处理。
优选地,所述浆态床反应器的外径在5m以上;优选为8-12m;高径比为3以上,优选为5-7。
优选地,所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器。所述磁分离沉降器包括沉降器和设置在沉降器外环绕沉降器的磁场源;从所述气液分离装置流出的高温油气通入所述沉降器,并在所述磁场源提供的磁场作用下进行气固分离,分离出的催化剂细粉落入所述废物处理装置;优选地,所述废物处理装置为设置在所述沉降器下方的存渣罐。
优选地,设置所述磁场源的磁力线方向垂直于所述高温油气流动方向。
优选地,系统还包括再生机构,用于使所述催化剂细粉分离装置恢复或保持分离作用。
优选地,系统还包括:换热器、气液分离罐、冷却分离罐、油水分离罐,以及支路管线;所述换热器连通合成气气源、所述浆态床反应器、所述催化剂细粉分离装置和所述气液分离罐,且通过所述支路管线连通所述气液固分离器,用于使用来自所述气液固分离器的高温油气和/或来自所述催化剂细粉分离装置的脱催化剂细粉高温油气,加热通入所述浆态床反应器的合成气,同时所述高温油气和/或所述脱催化剂细粉高温油气进行降温并通入所述气液分离罐中分离得到气相、轻质相和重质油;所述冷却分离罐连通所述气液分离罐和所述油水分离罐,用于将所述气相进行冷却分离,排出反应尾气并得到的油水相通入所述油水分离罐;所述油水分离罐用于将所述油水相和所述轻质相进行分离得到轻质油和合成水;所述支路管线与所述催化剂细粉分离装置并联连接。
本发明第二方面提供一种本发明的系统用于分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法,该方法包括:将在含铁催化剂存在下于浆态床反应器中进行费托合成反应而得到的含催化剂细粉高温油气进行(a)分离周期操作:
将所述含催化剂细粉高温油气不经冷凝送入催化剂细粉分离装置中,分离得到所述催化剂细粉和分离油气。
优选地,所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器;所述分离周期在磁场作用下操作,所述磁场的强度为1万-4万高斯,磁场梯度为0.5万-2万高斯/米。
优选地,方法还包括进行(b)再生周期,将所述含催化剂细粉高温油气通入与所述催化剂细粉分离装置并联的支路管线,同时将所述催化剂细粉分离装置进行再生以恢复或保持分离作用。
优选地,所述分离周期与再生周期交替进行。
优选地,所述分离周期与所述再生周期交替进行的次数比为100-500:1;所述再生周期的时间为10-120s。
优选地,所述再生周期的操作为将反吹气通入所述催化剂细粉分离装置进行吹扫,清除所述催化剂细粉分离装置内的所述催化剂细粉。
优选地,该方法还包括:将所述分离周期得到的所述分离油气、所述再生周期中通入所述支路管线的所述含催化剂细粉高温油气进行换热冷凝,换热产物再经过气液分离、冷却分离和油水分离得到重质油和轻质油。
通过上述技术方案,本发明提供的系统和方法可以用于大型的浆态床费托合成工业化生产,不需要冷凝高温油气产物,可以高效地分离出反应产生的油气产物中的催化剂细粉,不仅减少了催化剂细粉在浆态床反应器中的累积,也减缓了油气产物后续处理过程中,换热器和后续分离装置的沉积堵塞情况,延长费托合成工业装置的运转时间。
附图说明
图1是本发明提供的系统和方法的流程示意图。
附图标记说明
1、浆态床反应器 2、气液固分离装置 3、沉降器
4、存渣罐 5、换热器 6、气液分离罐
7、冷却分离罐 8、油水分离罐
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种可回收催化剂细粉的费托合成系统,如图1所示,包括:
浆态床反应器1,用于进行费托合成反应,其中内部设置有在下部的换热器(未图示)、在中部的重组分过滤装置(未图示)和在上部的气液固分离装置2;和
设置在所述浆态床反应器1外部且与所述气液固分离装置2的出口连通的催化剂细粉分离装置,用于从所述费托合成反应产生的油气产物中分离出催化剂细粉,分离出的催化剂细粉废弃或送往废物处理装置进行处理,脱催化剂细粉高温油气送入下游进行换热冷凝和/或分离处理。
本发明的发明人在进行浆态床费托合成的工业化放大生产中发现,为了提高费托合成反应工业装置的经济性,需要增大单个浆态床反应器的规模,一般要求反应器的尺寸大于常规的反应器,例如浆态床反应器的外径在5m以上,高径比达到4以上。但是反应器更大的直径带来了现有技术未曾面临的更大量的催化剂细粉的影响。如继续采用常规的在浆态床反应器的沉降段设置磁场的技术措施,则出现了由于反应器尺寸的扩大而实际分离效果下降的实际工程问题。另外现有技术在浆态床反应器的沉降段设置磁场的技术措施,仍然将催化剂细粉返回反应器中,如用于更大尺寸的反应器时,反应浆液中催化剂细粉的产生量会更大,累积更快,更容易影响催化剂的更换,也影响反应浆液的流动和反应。另外,能将高温油气直接气固分离,生产效率更高。针对上述问题,发明人提出本发明。
根据本发明,进行大型(即百万吨级)的费托合成,将使用多个直径尺寸增大的单个浆态床反应器,将不可避免地产生上述问题。优选地,所述浆态床反应器1的外径在5m以上;优选为8-12m;高径比为4以上,优选为5-7。
根据本发明,所述催化剂细粉分离装置可以设置在所述浆态床反应器的下游,用于直接处理从所述浆态床反应器排放出的未经冷凝的高温油气。优选地,所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器;优选,所述磁分离沉降器包括沉降器3和设置在沉降器外环绕沉降器的磁场源;从所述气液固分离装置流出的高温油气通入所述沉降器3,并在所述磁场源提供的磁场作用下进行气固分离,分离出的催化剂细粉落入所述废物处理装置。
根据本发明,所述磁场源产生磁场,所述沉降器处于所述磁场内,可以使进入所述沉降器的高温油气在磁场的作用下,高温油气中的含铁催化剂细粉可以悬浮或聚集在所述磁场中,而脱除出的油气可以进一步分离出产品。优选地,所述磁场源为磁铁或电磁铁;设置所述磁场源的磁力线方向垂直于所述高温油气流动方向。优选可以所述高温油气为水平流动,所述磁力线方向为垂直方向。
根据本发明,优选地,所述废物处理装置为设置在所述沉降器下方的存渣罐4。
根据本发明,可以使所述费托合成系统能够长周期稳定操作,优选地,系统还包括再生机构,用于使所述催化剂细粉分离装置恢复或保持分离作用。所述再生机构可以安装在所述沉降器3上,或以旁路形式连通沉降器3。优选地,所述再生机构为反吹气机构。可以通过向沉降器3中通入反吹气进行吹扫,清除并将分离得到的催化剂细粉输送到存渣罐4中。
根据本发明,所述费托合成系统还包括将分离出催化剂细粉后的油气进一步进行分离的装置。优选地,系统还包括:换热器5、气液分离罐6、冷却分离罐7、油水分离罐8,以及支路管线;所述换热器5连通合成气气源、所述浆态床反应器1、所述催化剂细粉分离装置和所述气液分离罐6,且通过所述支路管线连通所述气液固分离器,用于使用来自所述气液固分离器的高温油气和/或来自所述催化剂细粉分离装置的脱催化剂细粉高温油气,加热通入所述浆态床反应器1的合成气,同时所述高温油气和/或所述脱催化剂细粉高温油气进行降温或冷凝并通入所述气液分离罐6中分离得到气相、轻质相和重质油;所述冷却分离罐7连通所述气液分离罐6和所述油水分离罐8,用于将所述气相进行冷却分离,排出反应尾气并将得到的油水相通入所述油水分离罐8;所述油水分离罐8用于将所述油水相和所述轻质相进行分离得到轻质油和合成水;所述支路管线与所述催化剂细粉分离装置并联连接。
根据本发明,一种具体实施方式中所述系统设置反吹气机构(未图示)以实现定期清洗所述磁分离沉降器,将分离出的催化剂细粉输送到所述存渣罐4,恢复所述磁分离沉降器的磁分离效果。所述系统设置所述支路管线可以配合进行所述清洗。优选地,所述支路管线与所述磁分离沉降器并联连接;所述反吹气机构安装在所述磁分离沉降器上或以旁路形式连通所述磁分离沉降器,以向所述磁分离沉降器通入反吹气进行清洗,并输送分离得到的催化剂细粉到所述存渣罐4。
本发明中,所述合成气可以是新鲜合成气与循环合成气的混合气。所述合成气可以通入所述浆态床反应器1的下部。在所述浆态床反应器1的中部可以获得由费托合成反应得到的重质蜡。
本发明中,可以在所述支路管线、所述反吹气机构和所述磁分离沉降器上分别设置阀门,通过设置控制这些阀门的开或关,可以实现控制所述磁分离沉降器进行磁分离或反吹气清洗。
本发明第二方面提供一种本发明的系统分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法,如图1所示,该方法包括:
将在含铁催化剂存在下于浆态床反应器中进行费托合成反应而得到的含催化剂细粉高温油气进行(a)分离周期操作:
将所述含催化剂细粉高温油气不经冷凝送入催化剂细粉分离装置中,分离得到所述催化剂细粉和分离油气。
本发明的一种具体实施方式,所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器,具体包括:将在含铁催化剂存在下于浆态床反应器中进行费托合成反应而得到的含催化剂细粉高温油气进行(a′)磁分离周期操作:
将所述含催化剂细粉高温油气不经冷凝送入磁分离沉降器中,在磁场作用下分离得到所述催化剂细粉和分离油气。
根据本发明,所述磁分离周期在磁场作用下操作,使用所述磁场实现分离出所述含催化剂细粉高温油气中的催化剂细粉。所述磁场的强度满足实现分离的效果即可。优选地,所述磁场的强度为1万-4万高斯,磁场梯度为0.5万-2万高斯/米。可以实现分离后得到的油气中催化剂细粉的含量为20ppm以下。
根据本发明,方法还包括进行(b)再生周期操作,将所述含催化剂细粉高温油气通入与所述催化剂细粉分离装置并联的支路管线,同时将所述催化剂细粉分离装置进行再生以恢复或保持分离作用。
本发明一种具体实施方式,方法还包括进行(b′)反吹周期操作,将所述含催化剂细粉高温油气通入与所述磁分离沉降器并联的支路管线,同时将反吹气通入所述磁分离沉降器进行吹扫,清除所述磁分离沉降器内的所述催化剂细粉。
根据本发明,优选地,所述分离周期与再生周期交替进行。优选地,所述分离周期(a)与所述再生周期(b)的时长比为100-500:1;所述再生周期(b)的时间为10-120s。
根据本发明,提供的具体实施方式可以控制磁分离沉降器处于(a′)磁分离周期或(b′)反吹周期。上述两个周期各自进行时间控制,设定能有效恢复磁分离沉降器的分离作用、清除沉降器中积聚的催化剂细粉即可。也就是说,本发明提供的费托合成系统的操作上,浆态床反应器1进行费托合成反应,同时控制磁分离沉降器处于磁分离周期的状态下,将费托合成反应产生的经气液固分离装置2分离后而得的含催化剂细粉高温油气送入沉降器3中进行磁分离出催化剂细粉并存储于存渣罐4中;磁分离运行一定的周期时间后,浆态床反应器正常操作,但切换所述含催化剂细粉高温油气送入支路管线,将所述含催化剂细粉高温油气通入换热器5,同时将反吹气机构打开,向沉降器3中引入反吹气进行吹扫,进行反吹周期;反吹周期完成后,关闭反吹气机构同时再切换所述含催化剂细粉高温油气通入沉降器3中进行另一个磁分离周期。优选地,所述磁分离周期与反吹周期交替进行。所述磁分离周期(a′)与所述反吹周期(b′)进行的时长比为100-500:1;所述反吹周期(b′)的时间为10-120s。即进行1000-60000s的磁分离周期,进行10-120s的反吹周期。如此交替进行,整个费托合成可以连续运行的周期延长。
本发明中,可以通过在所述支路管线、磁分离沉降器、反吹气机构上设置的阀门,实现(a′)磁分离周期和(b′)反吹周期的转换。例如,所述磁分离沉降器运行(a′)磁分离周期一定时间后,切断沉降器上的油气入口阀门,同时打开所述支路管线上的支路阀门,将来自所述浆态床反应器上部的气液分离器分离出的高温油气通入所述支路管线;然后打开连通所述沉降器的所述反吹气机构上的进气阀门,通入反吹气对所述沉降器进行清洗,将所述沉降器中积聚的分离出的含铁催化剂细粉由所述沉降器下部用气力输送到存渣罐中,完成(b′)反吹周期;之后,切断所述反吹气机构上的进气阀门,打开油气入口阀门,同时关闭支路阀门,将所述磁分离沉降器再次转换至(a′)磁分离周期。
根据本发明,优选地,该方法还包括:将所述分离周期得到的所述分离油气、所述再生周期中通入所述支路管线的所述含催化剂细粉高温油气进行换热冷凝,换热产物再经过气液分离、冷却分离和油水分离得到重质油和轻质油。本发明的一种具体实施方式中,将周期(a′)中所述分离油气与周期(b′)中通入所述支路管线的所述含催化剂细粉高温油气进行换热,换热产物再经过气液分离、冷却分离和油水分离得到重质油和轻质油。所述换热产物为被降温或冷凝的产物,进一步通过分离得到不同的产物。本发明提供的方法使所述含催化剂细粉高温油气可以实现分离催化剂细粉再冷凝和/或分离得到产品,有利于高效地分离出高温油气中的催化剂细粉,不仅减少了催化剂细粉在浆态床反应器中的累积,也减缓了油气产物后续处理过程中,换热器和分离装置的沉积堵塞情况,延长费托合成工业装置的运转时间。
本发明中,在所述浆态床反应器中进行费托合成反应,可以将新鲜合成气和循环合成气混合后作为原料气进入换热器,与来自所述磁分离沉降器或来自所述浆态床反应器的高温油气进行间接的热交换。原料气温度为60-90℃,高温油气温度为240-290℃。原料气从所述浆态床反应器的下部进入,反应温度为240-300℃,反应压力为2.5-3.2MPa,原料气中氢碳摩尔比(H2与CO的摩尔比,下同)为1.5-5:1。在所述浆态床反应器的中部可以从重组分过滤装置分离出重质蜡。
本发明中,可以所述含催化剂细粉高温油气不经冷凝即可进行分离其中的催化剂细粉。经过本发明的方法,可以(a)分离周期或(a′)磁分离周期得到的所述分离油气的温度在240-280℃。所述分离油气含有催化剂细粉的固含量为10ppm以下。
本发明中,得到所述重质油和轻质油所经历的所述气液分离、冷却分离和油水分离的条件可以为本领域常规的条件。
本发明中,费托合成反应在含铁催化剂存在下进行,含铁催化剂的组成可以为本领域常规的。催化剂用量为本领域常规用量。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例中费托合成反应的单个浆态床反应器的规模为50万吨/年。
将原料气(氢碳比为3)在浆态床反应器(直径9.6m,高径比为6)中进行费托合成反应,反应温度为260℃,反应压力为2.9MPa。催化剂为含铁催化剂(其中,以100g的Fe为基准,含有2g氧化钾、5g的Cu、30g的SiO2、8g的Mn)。
从浆态床反应器中部的重组分过滤装置分离得到重质蜡,从上部的气液分离装置排出含有催化剂细粉的高温油气(油气温度约为250℃),将高温油气进行以下周期操作:
(a′)磁分离周期,将高温油气通入磁分离沉降器的沉降器,在沉降器外部有环绕的电磁铁,高温油气的流动方向与磁力线方向垂直,沉降器中磁场的强度为20000高斯,磁场梯度为10000高斯/米;实现分离高温油气中的催化剂细粉;得到的分离油气(温度约为240℃,固含量约为10ppm以下)进入下游的分离单元;该周期进行8640s;
(b′)反吹周期,切断沉降器上的油气入口阀门,同时打开支路管线上的支路阀门,将来自浆态床反应器的高温油气通入支路管线;然后打开连通沉降器的反吹气机构上的进气阀门,通入反吹气对沉降器进行吹扫清洗,将沉降器中积聚的分离出的含铁催化剂细粉由沉降器下部用气力输送到存渣罐中;反吹周期时间为36s;
磁分离周期与反吹周期交替进行的时长比为240:1;
然后切断反吹气机构上的进气阀门,打开油气入口阀门,同时关闭支路阀门,结束反吹周期,将磁分离沉降器再次转换至磁分离周期。
在油品加工单元,磁分离周期得到的油气产物和反吹周期通入支路管线的高温油气进入换热器与原料气进行换热,然后原料气进行费托合成反应,油气进入气液分离罐分离得到气相、重质油和轻质相;
气相进入冷却分离罐分离出反应尾气和油水相;
轻质相和油水相进入油水分离罐中分离得到的轻质油。
在一个运转周期(330天)内,重质油中铁含量最大值低于5ppm,平均值为1.6ppm。
实施例2
本实施例中费托合成反应的单个浆态床反应器的规模为16万吨/年。
将原料气(氢碳比为5)在浆态床反应器(直径5.8m,高径比为7)中进行费托合成反应,反应温度为240℃,反应压力为2.5MPa。催化剂为含铁催化剂(其中,以100g的Fe为基准,含有6g氧化钾、8g的Cu、45g的SiO2、0.1的Mn)。
从浆态床反应器中部的重组分过滤装置分离得到重质蜡,从上部的气液分离装置排出含有催化剂细粉的高温油气(油气温度约为260℃),将高温油气进行以下周期操作:
(a′)磁分离周期,将高温油气通入磁分离沉降器的沉降器,在沉降器外部有环绕的电磁铁,高温油气的流动方向与磁力线方向垂直,沉降器中磁场的强度为10000高斯,磁场梯度为5000高斯/米;实现分离高温油气中的催化剂细粉;得到的分离油气(温度约为255℃,固含量约为10ppm以下)进入下游的分离单元;该周期进行7000s;
(b′)反吹周期,切断沉降器上的油气入口阀门,同时打开支路管线上的支路阀门,将来自浆态床反应器的高温油气通入支路管线;然后打开连通沉降器的反吹气机构上的进气阀门,通入反吹气对沉降器进行吹扫清洗,将沉降器中积聚的分离出的含铁催化剂细粉由沉降器下部用气力输送到存渣罐中;反吹周期时间为14s;
磁分离周期与反吹周期交替进行的时长比为500:1;
然后切断反吹气机构上的进气阀门,打开油气入口阀门,同时关闭支路阀门,结束反吹周期,将磁分离沉降器再次转换至磁分离周期。
在油品加工单元,磁分离周期得到的油气产物和反吹周期通入支路管线的高温油气进入换热器与原料气进行换热,然后原料气进行费托合成反应,油气进入气液分离罐分离得到气相、重质油和轻质相;
气相进入冷却分离罐分离出反应尾气和油水相;
轻质相和油水相进入油水分离罐中分离得到的轻质油。
在一个运转周期(330天)内,重质油中铁含量最大值低于5ppm,平均值为1.8ppm。
实施例3
本实施例中费托合成反应的单个浆态床反应器的规模为50万吨/年。
将原料气(氢碳比为1.5)在浆态床反应器(直径9.6m,高径比为6)中进行费托合成反应,反应温度为300℃,反应压力为3.2MPa。催化剂为含铁催化剂(其中,以100g的Fe为基准,含有4g氧化钾、0.5g的Cu、7g的SiO2、3g的Mn)。
从浆态床反应器中部的重组分过滤装置分离得到重质蜡,从上部的气液分离装置排出含有催化剂细粉的高温油气(油气温度约为290℃),将高温油气进行以下周期操作:
(a′)磁分离周期,将高温油气通入磁分离沉降器的沉降器,在沉降器外部有环绕的电磁铁,高温油气的流动方向与磁力线方向垂直,沉降器中磁场的强度为40000高斯,磁场梯度为20000高斯/米;实现分离高温油气中的催化剂细粉;得到的分离油气(温度约为280℃,固含量约为10ppm以下)进入下游的分离单元;该周期进行7200s;
(b′)反吹周期,切断沉降器上的油气入口阀门,同时打开支路管线上的支路阀门,将来自浆态床反应器的高温油气通入支路管线;然后打开连通沉降器的反吹气机构上的进气阀门,通入反吹气对沉降器进行吹扫清洗,将沉降器中积聚的分离出的含铁催化剂细粉由沉降器下部用气力输送到存渣罐中;反吹周期时间为72s;
磁分离周期与反吹周期交替进行的次数比为100:1;
然后切断反吹气机构上的进气阀门,打开油气入口阀门,同时关闭支路阀门,结束反吹周期,将磁分离沉降器再次转换至磁分离周期。
在油品加工单元,磁分离周期得到的油气产物和反吹周期通入支路管线的高温油气进入换热器与原料气进行换热,然后原料气进行费托合成反应,油气进入气液分离罐分离得到气相、重质油和轻质相;
气相进入冷却分离罐分离出反应尾气和油水相;
轻质相和油水相进入油水分离罐中分离得到的轻质油。
在一个运转周期(330天)内,重质油中铁含量最大值低于4ppm,平均值为1.2ppm。
对比例1
本实施例中费托合成反应的单个浆态床反应器的规模为50万吨/年。
采用实施例1中的浆态床反应器,在上部的沉降段设置外加磁场,并在沉降段内部设置回流槽25个。浆态床反应器的下游没有设置磁分离沉降器。
原料气(氢碳比为3)在浆态床反应器中进行费托合成反应,反应温度为260℃,反应压力为2.9MPa。催化剂为含铁催化剂(其中,以100g的Fe为基准,含有2g氧化钾、5g的Cu、30g的SiO2、8g的Mn)。
外加磁场强度为20000高斯,磁场梯度为10000高斯/米,反应生成的气相产物和未反应的原料气夹带催化剂细粉,在沉降段受磁场作用,催化剂细粉汇聚在反应器内壁上,因夹带费托合成产物重馏分形成浆液,并通过回流槽使得催化剂细粉返回浆液相,脱除的气相反应产物直接进行换热、气液分离、冷却分离和油水分离。得到反应尾气、轻质油和重质油。
在一个运转周期(330天)内,重质油中铁含量最大值低于40ppm,平均值为16ppm。由于催化剂沉积堵塞换热分离器,装置停工两次进行检修。
通过上述实施例和对比例可以看出,采用本发明的使用磁分离沉降器的实施例可以适于大型浆态床反应器实现先脱除高温油气中的催化剂细粉,后进行换热冷凝和/或分离过程,实现高效地分离出高温油气中的催化剂细粉,不仅减少了催化剂细粉在浆态床反应器中的累积,也减缓了油气产物后续处理过程中,换热器和分离装置的沉积堵塞情况,延长费托合成工业装置的运转时间。
而对比例中使用沉降段设置外加磁场不能很好地实现连续长周期地脱除大型浆态床反应器费托合成反应产物中的催化剂细粉。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种费托合成系统,包括:
浆态床反应器,用于进行费托合成反应,其中内部设置在下部的换热器、在中部的重组分过滤装置和在上部的气液固分离装置;和
设置在所述浆态床反应器外部且与所述气液固分离装置的出口连通的催化剂细粉分离装置,用于从所述费托合成反应产生的油气产物中分离出催化剂细粉,分离出的催化剂细粉废弃或送往废物处理装置进行处理,脱催化剂细粉高温油气送入下游进行换热冷凝和/或分离处理;
所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器,包括沉降器和设置在沉降器外环绕沉降器的磁场源;
从所述气液固分离装置流出的高温油气通入所述沉降器,并在所述磁场源提供的磁场作用下进行气固分离,分离出的催化剂细粉落入所述废物处理装置;
其中,所述系统还包括反吹气机构,用于使所述催化剂细粉分离装置恢复或保持分离作用。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述浆态床反应器的外径在5m以上,高径比为3以上。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述浆态床反应器的外径为8-12m,高径比为5-7。
4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述废物处理装置为设置在所述沉降器下方的存渣罐。
5.根据权利要求3所述的系统,其中,所述磁场源为磁铁;
和/或,设置所述磁场源的磁力线方向垂直于从所述气液固分离装置流出的高温油气的流动方向。
6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述磁场源为电磁铁。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,系统还包括:换热器、气液分离罐、冷却分离罐、油水分离罐,以及支路管线;
所述换热器连通合成气气源、所述催化剂细粉分离装置和所述气液分离罐通过所述支路管线连通所述气液固分离装置,使用来自所述气液固分离装置的高温油气和/或来自所述催化剂细粉分离装置的脱催化剂细粉高温油气加热通入所述浆态床反应器的合成气,同时对来自所述气液固分离装置的高温油气和/或所述脱催化剂细粉高温油气进行降温并通入所述气液分离罐中分离得到气相、轻质相和重质油;
所述冷却分离罐连通所述气液分离罐和所述油水分离罐,用于将所述气相进行冷却分离,排出反应尾气并将得到的油水相通入所述油水分离罐;
所述油水分离罐用于将所述油水相和所述轻质相进行分离得到轻质油和合成水;
所述支路管线与所述催化剂细粉分离装置并联连接。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的系统分离费托合成油气产物中催化剂细粉的方法,该方法包括:
将在含铁催化剂存在下于浆态床反应器中进行费托合成反应而得到的含催化剂细粉高温油气进行(a)分离周期操作:
将所述含催化剂细粉高温油气不经冷凝送入催化剂细粉分离装置中,分离得到所述催化剂细粉和分离油气。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述催化剂细粉分离装置为磁分离沉降器;所述分离周期在磁场作用下操作,所述磁场的强度为1万-4万高斯,磁场梯度为0.5万-2万高斯/米。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,方法还包括进行(b)再生周期操作,将所述含催化剂细粉高温油气通入与所述催化剂细粉分离装置并联的支路管线,同时将所述催化剂细粉分离装置进行再生以恢复或保持分离作用;
和/或,所述分离周期与再生周期交替进行;
和/或,所述分离周期与所述再生周期的时长比为100-500:1;所述再生周期的时间为10-120s;
和/或,所述再生周期的操作为将反吹气通入所述催化剂细粉分离装置进行吹扫,清除所述催化剂细粉分离装置内的所述催化剂细粉。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,该方法还包括:
将所述分离周期得到的所述分离油气、所述再生周期中通入支路管线的所述含催化剂细粉高温油气进行换热冷凝,换热产物再经过气液分离、冷却分离和油水分离得到重质油和轻质油。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22 Applicant after: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd. Applicant after: Beijing low carbon clean energy Research Institute Address before: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22 Applicant before: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd. Applicant before: NATIONAL INSTITUTE OF CLEAN-AND-LOW-CARBON ENERGY |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |