[发明专利]一种低温浆态床费托合成系统及其分离工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温浆态床费托合成系统及其分离工艺，特别是涉及一种既能有效分离催化剂细颗粒和/或粉尘、又能提高系统热效率的低温浆态床费托合成系统及其分离工艺。

背景技术

费托合成在二十世纪20年代由德国化学家Fischer和Tropsch共同发现，是合成气（CO+H₂）转化为烃的主要途径。上世纪50年代，南非Sasol公司实现了费托合成的大规模工业化生产，其反应器经历最初固定床反应器、循环流化床反应器以及固定流化床反应器，直至上世纪90年代，应用了最新的浆态床反应器，特别是浆态鼓泡床反应器。

浆态床反应器具有生产效率高、反应传热好、温度分布均匀等优点，适用于低温费托合成，但是，由于费托合成是强放热反应，为了防止反应器过热或出现集中、连片的热点，通常在浆态床反应器的内部空间会布置大量金属换热构件，以便汲取或除去多余的反应热，将反应温度控制在合理的范围内，而在浆态床反应器中，催化剂颗粒呈悬浮的状态运动，这样，催化剂颗粒会与上述金属换热构件发生摩擦或撞击，从而可能导致其粉化或物理磨损，同时费托合成催化剂也存在化学磨损的可能性，因此，在浆态床反应器中，费托合成催化剂颗粒会形成粒径在30微米以下的细颗粒和/或粉尘，所述催化剂细颗粒和/或粉尘不仅使产品、例如费托蜡和/或馏分油中的固含量居高不下，而导致它们质量下降，而且还会阻塞费托合成系统中的过滤构件而导致系统停车，更为重要的是：由于这些催化剂细颗粒和/或粉尘粒径太小，当它们存在于费托蜡和/或馏分油中时，与费托蜡和/或馏分油产生很强的分子间引力、例如范德华力，再加之费托蜡和/或馏分油有相当的粘度，因此，将这些催化剂细颗粒和/或粉尘从费托蜡和/或馏分油中分离出来就变得极其困难，甚至在某些情况下变得不可能。

所以，在浆态床费托合成系统及其工艺中，如何有效分离催化剂细颗粒和/或粉尘、或使费托蜡和/或馏分油中不含这些催化剂细颗粒和/或粉尘是困扰这个行业多年的技术难题。

浆态床费托合成工艺通常如下：合成气从浆态床反应器底部进入气-液-固三相反应物流形成的浆态床层中，在为固体颗粒的催化剂作用下发生费托合成反应，生成的费托蜡从反应器中下部抽出，未反应掉的合成气原料和在反应条件下为气态的产物以及蒸汽从反应器顶部流出。流出后的气态混合物先通过气-液分离系统被分离为可冷凝液态产物和不可冷凝气态产物，可冷凝液态产物作为费托合成粗产品进入后续精制单元和异构裂化单元中进行加氢精制和加氢异构裂化；经气-液分离系统回收净化后的气体一部分作为尾气排出系统，另一部分作为系统循环气（有时是分离出的未反应掉的合成气原料）与合成气进料混合，重新进入反应器中继续进行费托合成反应。

实际上，在上述气-液分离系统中，进行有效分离的是液态产物和气态产物以及未反应掉的合成气原料，但是，这些物质在未被分离前还含有部分所夹带的催化剂细颗粒和/或粉尘，这样，这些催化剂细颗粒和/或粉尘就会存在于上述液态产物中，所以，上述气-液分离实际上是气相与液相和固相的分离，而非气-液-固三相的分离。

在包括Sasol公司发明的SSPD工艺在内的传统浆态床费托合成系统和工艺中，并没有针对由上述气态产物和/或蒸汽夹带的催化剂细颗粒和/或粉尘的分离步骤或分离单元，一般情况下，由浆态床费托合成反应器顶部流出的气态产物和/或蒸汽都是直接进入了上述气-液分离系统中进行气-液分离，这样，上述液态产物中必然含有一定量的催化剂细颗粒和/或粉尘，进而导致其固含量过高、质量下降，而进一步分离又变得极其困难。

为了解决这一问题，有人曾尝试将上述催化剂细颗粒和/或粉尘保留在反应器中，即在反应器内部空间靠近气态产物出口的地方布置气-固分离器，将气态产物所夹带的催化剂细颗粒和/或粉尘以及少量的费托蜡分离出来，并将它们返回到反应器的反应区中，但这样又带来了另外的问题，那就是它们进入到系统的过滤构件中并阻塞这些过滤构件、例如抽蜡装置，而导致过滤负荷增加或系统停车；如果这些催化剂细颗粒和/或粉尘通过了系统的过滤构件，它们就会存留在反应器所排出的费托蜡产物中，同样，导致费托蜡产物中固体杂质过多、质量下降，为了提纯和精制，和上述液态产物一样，还需要进行进一步分离，但这种分离是极其困难的。

例如、CN201735386U公开了一种用于费托合成的浆态床反应器，如其图1所示，这种反应器就在其内部设置了旋风机（气-固分离器），以试图将所述催化剂细颗粒和/或粉尘保留在反应器中，因此，这种反应器不可避免地存在上述问题。