[發明專利]費托合成催化劑氣固相連續活化系統、方法及應用

在審

• 申請號: 202111430579.1
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN116174055A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 佟瑞利;卜億峰;杜冰;趙用明;馮留海;門卓武;胡云劍
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B01J37/08
• 分類號: B01J37/08;B01J37/16;B01J37/18;B01J37/00;C10G2/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 李燕

本發明涉及費托合成催化劑領域，具體涉及一種費托合成催化劑氣固相連續活化系統，包括：主反應器和至少兩個并聯的輔助反應器；其中，所述輔助反應器用于將未活化催化劑進行升溫活化，得到中間催化劑；所述主反應器用于將所述中間催化劑進行恒溫活化，得到活化催化劑；其中，所述主反應器每次僅與一個所述輔助反應器連通，且連通時，所述主反應器已完成前一股中間催化劑的恒溫活化，并向所述主反應器輸入后一股中間催化劑，接替連續進行后一個恒溫活化；其中，所述前一股中間催化劑和后一股中間催化劑來自不同的所述輔助反應器。能夠實現無間歇的連續進行費托合成催化劑的活化，顯著縮短活化周期，提高活化效果，降低活化過程中催化劑磨損。

技術領域

本發明涉及費托合成催化劑領域，具體涉及費托合成催化劑氣固相連續活化系統、方法及應用。

背景技術

費托合成反應是煤炭間接液化過程的核心步驟，是指合成氣(H₂+CO)在催化劑作用下，在一定溫度和壓力下合成烴類液體燃料的反應。在工業中費托合成反應通常在具有氣液固三相體系的漿態床反應器中進行，其中的固相為催化劑，包括鐵基催化劑和鈷基催化劑。費托合成催化劑出廠時處于氧化態，不具有催化活性，需要采用氫氣、一氧化碳或二者的混合氣進行活化處理，才能形成穩定的活性相，進而獲得催化性能。

目前的氣固流化床費托催化劑的活化過程都是按批次間歇式操作，無法實現反應器連續活化運轉，主要原因是新鮮催化劑進行活化反應需要一個10小時以上的升溫過程，而由于活化反應一般是在一個單獨的反應器中進行的，因此催化劑進入反應器后有一個升溫過程，活化完成卸出催化劑后，反應器要有一個降溫過程，以承接下一批催化劑。因此每批次催化劑活化后，升溫過程會造成反應器利用率不足，而降溫過程還會使得反應器處于空置降溫等待過程，因此無法實現批次催化劑之間無縫銜接的連續活化，并且升溫和降溫過程要調整氣體流量，也增加了操作的復雜性，可能造成反應不穩定性。

CN103551207A公開了一種固定流化床或氣固鼓泡床費托催化劑還原活化系統，包括：至少一個固定流化床反應器或氣固鼓泡床反應器，費托催化劑在其中被還原活化；和至少一個旋風分離器，將費托催化劑細小顆粒和/或粉塵以及還原活化產生的尾氣與還原活化后的費托催化劑進行相分離。該系統的活化過程是按照批次進行的間歇式操作，并未提及連續操作的方法。

CN106669857A公開了一種沉淀鐵費托催化劑活化的方法，該方法包括：將待活化沉淀鐵費托催化劑通過惰性載氣輸送到流化床形式的活化反應器中，在還原條件下，與還原氣體進行接觸還原。該方法使用獨立的氣固流化床反應器，但還原反應的壓力為0.1-0.5MPa范圍，實際工業應用中，低壓不利于高質量活化。該方法也未給出升溫過程的升溫速率曲線及升溫階段的裝置運轉流程，同時其活化過程仍然是按照批次進行的間歇式操作，并未提及連續操作的方法。

CN111450780A公開了一種流化床活化反應系統，該系統包括：儲存罐、流化床活化反應器、氣體分離器和氣體壓縮器。該系統的效果獲得依賴于其流化床活化反應器的特定結構，同時該系統的活化過程仍然是按照批次進行的間歇式操作，并未提及連續操作的方法。

CN107149948A公開了一種費托合成鐵基催化劑的還原方法，該方法采用的還原反應壓力為0.5-2MPa范圍，對于氣固流化床整體壓力偏低；還原氣體的表觀氣速為0.04-0.12m/s，屬于鼓泡流化床范圍，流速較低，傳質傳熱效果較差。在該方法中，催化劑從常溫至260-280℃終溫的整個反應過程按照溫度梯度分階段進行，但總反應時間較長，僅各溫度階段的恒溫反應時間合計至少也需要10h，同時其活化過程仍然是按照批次進行的間歇式操作，并未提及連續操作的方法。

因此，亟需開發一種能夠實現費托合成催化劑氣固相連續活化的系統和方法，以提高活化反應效率和穩定性、縮短反應周期，獲得性能更好的催化劑產品。

發明內容