[发明专利]一种固定流化床或气固鼓泡床费托催化剂还原活化系统和工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定流化床或气固鼓泡床费托催化剂还原活化系统及其工艺。

背景技术

费托合成反应是指合成气(H₂+CO)在催化剂作用下、在一定温度和压力下转化成烃和其他化学品的反应。近年来,由于石油资源日趋紧张和原油价格的持续攀升,费托合成受到世界各国研究者的广泛关注。通常，费托合成生成烃的反应可用以下反应式表示：

mCO+(2m+1)H₂→C_mH_2m+2+mH₂O    (1)

mCO+2mH₂→C_mH_2m+mH₂O    (2)

2mCO+(m+1)H₂→C_mH_2m+2+mCO₂    (3)

费托合成反应通常是在费托合成反应器中进行，这样的反应器包括固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器、例如浆态鼓泡床反应器（SBCR）。由于固定床反应器比浆态鼓泡床反应器昂贵，并且，因费托合成反应是放热反应而难以控制反应温度。所以，浆态床反应器比固定床反应器具备优势。

流化床反应器具有较高的总传热系数，其移热性能也优于固定床反应器。在费托合成反应中，为了避免重质烃的过量生成并保持良好的流化质量，流化床反应器必须在较高的温度下操作。目前，只有南非沙索尔（Sasol）公司采用流化床反应器费托合成技术。

毫无疑问，浆态床反应器、例如浆态鼓泡床反应器（SBCR）具有其它反应器不具有的众多优点,其吸引了人们越来越多的关注。浆态床反应器作为一种气-液-固多相反应器，具有结构简单、持液量大、温度梯度小、热容量大、传热性能好、温度易控制、固体颗粒易处理、操作成本低等优点。

事实上，在浆态床反应器、例如浆态鼓泡床反应器（SBCR）中，气-液-固三相反应物流形成的流体运动非常复杂，其包括大气泡、小气泡、和浆液(液体和催化剂颗粒)的运动，不同组分在不同区域表现出不同的流体力学特征，例如平流、涡流、和湍流。同时，在反应器内部有众多由金属材料制作的冷却管和冷却壁，催化剂固态颗粒在这样的流体环境中经过碰撞和摩擦，磨蚀速度非常快，往往经过一段时间，其粒径就由开始几十微米至数百微米下降到几微米甚至更小。

所以，在浆态鼓泡床反应器中，催化剂磨蚀非常严重，导致液体产物中含有相当比例的催化剂细粉，这样的细粉相当难以从液体产物中分离出来，这无疑增大了费托合成工业化的复杂程度和运行成本。而且，破碎的催化剂细粉经常导致后续过滤装置堵塞而被迫停运，从而，使得整个系统的运行周期被大大缩短。

上述催化剂细颗粒和/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。

而在浆态床费托合成系统及其工艺中，催化剂的损失和磨耗不仅存在于浆态床费托合成反应器中，也存在于浆态床费托催化剂还原活化反应器中，也就是说，一部分费托催化剂在进入浆态床费托合成反应器中前，就已经被磨损到非常小的粒径，如果把这些不合格的催化剂颗粒阻挡在浆态床费托合成反应器之外，费托合成液体产物中存在的催化剂细粉和/或粉尘比例将会有明显的下降。

但是，现有的用于浆态床费托合成系统及其工艺的浆态床费托催化剂还原活化反应器无法做到这一点，因为其是浆态床反应器，只有在气-液-固三相反应物流存在下才能工作，在催化剂制备、还原及反应过程中产生的细粉或粉尘全部留在反应器内，这些不合格的催化剂颗粒、即催化剂细颗粒和/或粉尘随液相物料、通常随液体蜡进入了上述浆态床费托合成反应器中。

本发明旨在解决上述技术问题，并开发一种特别适合用在浆态床费托合成系统及其工艺中的可有效将不合格催化剂颗粒阻挡在浆态床费托合成反应器之外的固定流化床或气固鼓泡床费托催化剂还原活化系统及其工艺。