[發明專利]一種固定床費托催化劑還原活化系統及其工藝

無效

• 申請號: 201410054371.8
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103769241A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 朱加清;石玉林;羅明生;呂毅軍;常海;程萌
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: B01J37/16
• 分類號: B01J37/16;B01J37/18;B01J23/889;B01J23/78;B01J23/75
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

技術領域

本發明涉及一種固定床費托催化劑還原活化系統及其工藝。

背景技術

費托合成反應是指合成氣(H₂+CO)在催化劑作用下、在一定溫度和壓力下轉化成烴和其他化學品的反應。近年來,由于石油資源日趨緊張和原油價格的持續攀升,費托合成受到世界各國研究者的廣泛關注。通常，費托合成生成烴的反應可用以下反應式表示：

mCO+(2m+1)H₂→C_mH_2m+2+mH₂O???????????(1)

mCo+2mH₂→C_mH_2m+mH₂O?????????????????(2)

2mCO+(m+1)H₂→CmH_2m+2+mCO₂???????????(3)

費托合成反應通常是在費托合成反應器中進行，這樣的反應器包括固定床反應器、流化床反應器和漿態床反應器、例如漿態鼓泡床反應器（SBCR）。由于固定床反應器比漿態鼓泡床反應器昂貴，并且，因費托合成反應是放熱反應而難以控制反應溫度。所以，漿態床反應器比固定床反應器具備優勢。

流化床反應器具有較高的總傳熱系數，其移熱性能也優于固定床反應器。在費托合成反應中，為了避免重質烴的過量生成并保持良好的流化質量，流化床反應器必須在較高的溫度下操作。目前，只有南非沙索爾（Sasol）公司采用流化床反應器費托合成技術。

毫無疑問，漿態床反應器、例如漿態鼓泡床反應器（SBCR）具有其它反應器不具有的眾多優點,其吸引了人們越來越多的關注。漿態床反應器作為一種氣-液-固多相反應器，具有結構簡單、持液量大、溫度梯度小、熱容量大、傳熱性能好、溫度易控制、固體顆粒易處理、操作成本低等優點。

事實上，在漿態床反應器、例如漿態鼓泡床反應器（SBCR）中，氣-液-固三相反應物流形成的流體運動非常復雜，其包括大氣泡、小氣泡、和漿液(液體和催化劑顆粒)的運動，不同組分在不同區域表現出不同的流體力學特征，例如平流、渦流、和湍流。同時，在反應器內部有眾多由金屬材料制作的冷卻管和冷卻壁，催化劑固態顆粒在這樣的流體環境中經過碰撞和摩擦，磨蝕速度非常快，往往經過一段時間，其粒徑就由開始幾十微米至數百微米下降到幾微米甚至更小。

所以，在漿態鼓泡床反應器中，催化劑磨蝕非常嚴重，導致液體產物中含有相當比例的催化劑細粉和/或粉塵，這樣的細粉或粉塵相當難以從液體產物中分離出來，這無疑增大了費托合成工業化的復雜程度和運行成本。而且，破碎的催化劑顆粒經常導致后續過濾裝置被迫停運，從而，使得整個系統的運行周期被大大縮短。

上述催化劑細顆粒和/或粉塵不僅使產品、例如費托蠟和/或餾分油中的固含量居高不下，而導致它們質量下降，而且還會阻塞費托合成系統中的過濾構件而導致系統停車，更為重要的是：由于這些催化劑細顆粒和/或粉塵粒徑太小，當它們存在于費托蠟和/或餾分油中時，與費托蠟和/或餾分油產生很強的分子間引力、例如范德華力，再加之費托蠟和/或餾分油有相當的粘度，因此，將這些催化劑細顆粒和/或粉塵從費托蠟和/或餾分油中分離出來就變得極其困難，甚至在某些情況下變得不可能。

所以，在漿態床費托合成系統及其工藝中，如何有效分離催化劑細顆粒和/或粉塵、或使費托蠟和/或餾分油中不含這些催化劑細顆粒和/或粉塵是困擾這個行業多年的技術難題。

而在漿態床費托合成系統及其工藝中，催化劑的損失和磨耗不僅存在于漿態床費托合成反應器中，也存在于漿態床費托催化劑還原活化反應器中，也就是說，一部分費托催化劑在進入漿態床費托合成反應器中前，就已經被磨損到非常小的粒徑，如果能夠消除這些費托合成反應器之外的催化劑磨損或把這些不合格的催化劑顆粒阻擋在漿態床費托合成反應器之外，費托合成液體產物中存在的催化劑細粉和/或粉塵比例將會有明顯的下降。

但是，現有的用于漿態床費托合成系統及其工藝的漿態床費托催化劑還原活化反應器無法做到這一點，因為其是漿態床反應器，只有在氣-液-固三相反應物流存在下才能工作，這樣，這些不合格的催化劑顆粒、即催化劑細顆粒和/或粉塵隨液相物料、通常為液體石蠟進入了上述漿態床費托合成反應器中。