[發明專利]漿態床反應器中催化劑與重質烴的分離裝置及方法

有效

• 申請號: 201610248318.0
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105771817B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 汪大閃;劉倩倩;李昌元;饒莎莎;宋德臣;詹曉東
• 申請（專利權）人: 武漢凱迪工程技術研究總院有限公司
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22;C10G2/00;B01D35/06
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 胡鎮西,李滿

技術領域

本發明涉及石油化工技術領域，具體地指一種漿態床反應器中催化劑與重質烴的分離裝置及方法。

背景技術

將CO和H₂組成的合成氣經過催化劑作用轉化為烴類的方法是由德國科學家Frans Fischer和Hans Tropsch在1923年發明的，簡稱費托合成。其基本原理是CO在金屬催化劑上發生非均相催化氫化反應生成以直鏈烷烴和烯烴為主要組成的混合物的過程。

隨著石油資源的日益枯竭，以天然氣、煤、生物質等各種含碳氫的資源為原料生產出合成氣，再以合成氣為原料通過費托合成反應生產液態燃料是一條替代石油很好的途徑，正受到越來越多國家的重視。工業上費托合成反應器類型有固定床、流化床和漿態床，其中漿態床反應器是最新開發的技術，相對固定床反應器和流化床反應器具有以下優點：1、結構簡單，容易工藝放大，設備投資少；2、反應器內部熱傳遞效率高，溫度分布均勻，反應熱容易移除，防止反應器飛溫；3、可在線添加或更換催化劑，延長裝置的連續運行時間；4、反應器容量大，產率高。基于這些優點，在費托合成領域，漿態床反應器成為人們研發的重點。

然而，漿態床反應器使用的固體催化劑顆粒直徑非常小，一般是50～300μm，隨著反應器運行時間的增加，催化劑顆粒會因碰撞、磨損而逐漸破碎，并使得反應器內漿液中的固體顆粒直徑變得更小，直徑范圍擴大到1～300μm，導致反應器內固體催化劑與重質烴的分離難度增大。目前，漿態床反應器內固體催化劑與漿液分離的方法主要有：重力沉降、壓差過濾和磁力分離。重力沉降是利用重力作用使固體催化劑顆粒自動沉入分離罐底部達到與漿液分離的目的。美國Mobil模試、DOE的中試、山西煤化所的模試都采用這種分離方法，由于費托漿態床固體催化劑顆粒直徑很小，反應器內重質烴粘度大，這種微細固體催化劑很難全部自動沉降，部分懸浮在漿液中的催化劑顆粒會使產物中固含量超標。壓差過濾是固液分離效率最高、普遍且有效的方法，也廣泛應用于費托漿態床裝置中。然而在實際應用中，特別是反應器長周期運行后，粒徑較小的催化劑顆粒會緩慢堵塞過濾器孔道導致過濾器失效，不得不停車更換過濾器。磁力分離費托催化劑有兩種方法，一種方法是利用高強度的磁場產生的磁力作用，對具有強磁性物質進行分離；另一種方法是利用高強度磁場磁化催化劑，使細小的催化劑顆粒自動聚集成大顆粒，提高固液分離效果。

美國專利US3829478披露了一種比較典型的漿態床反應器固液分離系統，該系統從反應器內漿液上部將含固體催化劑的漿液引出輸送至反應器外的分離罐，漿液中的固體催化劑顆粒在重力作用下沉降到罐底。罐底富集的固體催化劑顆粒循環回反應器繼續參與反應，罐上部不含催化劑的漿液直接引出，即可實現催化劑顆粒與液體產品的分離。由于該方法只是通過重力實現催化劑顆粒與液體產品分離，固體催化劑顆粒直徑很小，需要很長時間才能實現催化劑顆粒與液體產品分離，甚至部分細微顆粒直接懸浮于漿液中，無法沉降。

中國專利CN101959575A描述了一種費托合成反應的固體催化劑和液體產品的連續分離和排放裝置和方法。該專利是將平面過濾器或筒式過濾器安裝在反應器底部，利用過濾器內外壓差將漿液中的固體催化劑與液體產物分離，當檢測到過濾器內外壓差變大，表面過濾效率變低，這時啟動脈沖裝置進行反吹洗過濾器，用于除去過濾器上沾附的固體催化劑。然而在實際應用中，特別是反應器長周期運行后，細微催化劑粒子會緩慢堵塞過濾器孔道導致過濾器失效，不得不停車更換過濾器。

美國專利US7360657公開了一種連續的漿態床費托合成反應固液分離方法，所用磁分離器內設置一根或多根直立磁棒，漿液由磁分離器中部進入磁分離器，漿液中的磁性催化劑顆粒被磁棒吸住，由于重力而沿磁棒向下滑動，清液從磁分離器頂部出口流出，富含催化劑顆粒的漿液從磁分離器的底部排出。中國專利CN103846160A公開了一種漿態床費托合成重質產物與催化劑的分離方法，來自漿態床反應器的費托合成重質產物與具有磁性的費托合成催化劑經脫氣后進入分離器的中下部，催化劑靠重力初步沉降，在分離器下部得到富含催化劑的濃漿液并且循環回漿態床反應器，稀漿液進入分離器中上部的磁分離區；在磁分離區，催化劑受磁力被吸附在磁場區，當磁場區吸附的催化劑達到設定量時，撤去磁場，催化劑靠重力下沉至導流管，沿導流管流向分離器底部，并循環回漿態床反應器；經磁分離后含少量催化劑的費托合成重質產物經過濾元件進一步分離出催化劑后排出分離器，而過濾下來的催化劑循環回漿態床反應器。這兩篇專利都是利用磁力作用，加速固體催化劑顆粒與漿液的分離，在分離過程中催化劑一直處于磁場中，具有磁性的費托催化劑很容易被磁化而聚集結塊，降低催化劑整體性能。