[发明专利]一种适用于固定床反应器的费托合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于固定床反应器的费托合成工艺。

技术背景

煤经费托合成制取燃料油和化学品是洁净煤技术领域的重要内容之一。当今，流化床、浆态床和固定床反应器是费托合成反应的主要反应器。流化床反应器虽然传热系数高、传热效果好，易于自动化生产，但是其流化过程难于控制，催化剂利用率低，返混、磨损严重；浆态床反应器虽然反应温度均匀，产率高，但是也存在严重返混，催化剂的分离也是个难以解决的问题；固定床反应器存在床层温度分布不均匀和床层导热性较差的特点，但是固定床反应器体积小，催化剂装量小，适宜于高温高压操作，因而常用于费托合成工艺。特别是钴基催化剂，其具有高活性、高稳定性、低的水煤气变换反应、低甲烷选择性、高C₅⁺选择性等优点。但是钴催化剂成本较高，分离和流失的问题导致其不适用于浆态床和流化床反应器，而更适宜应用于固定床反应器。但是钴催化剂用于固定床存在两个问题而导致其不能工业化应用，第一是催化剂床层温度不均，极易飞温；第二是温度不均导致床层利用率低，产率低。

固定床反应器设计的初衷就是主要以水的蒸发汽化潜热的形式带走反应管内产生的大量热量。沸腾水通过管间热交换，副产高压蒸汽，强化了传热过程。但是现有工艺仍然无法有效移除费托反应放出的大量热，仍然存在催化剂床层飞温的问题。固定床既然可以通过管间的汽化潜热散热，那么也它可以通过管内的汽化潜热效应来加强传热，目前正亟待开发这样一种能从管内有效移热的费托合成工艺。

发明内容

本发明提供一种换热效率高、床层温度均匀、操作稳定并易于控制的用于费托合成反应的固定床反应工艺。

本发明所述的费托合成工艺采用铁基催化剂或者钴基催化剂，优选为寿命较长的钴基催化剂。所述的催化剂床层可以是上下一致，也可以是根据床层热点分布，用稀释剂按不同比例稀释装填，这样可以更好地实现整个反应床层的温度均匀，使得本发明的优势更加突出。

本发明具体通过以下步骤实现：

（1）将床层划分为上、中、下三段，对三个床层段需要装填的催化剂，按稀释剂与催化剂体积比为0－1：1稀释后进行装填；

（2）循环介质在反应压力下被预热至超临界状态的温度后，从固定床反应器的顶部进入催化剂床层；

（3）新鲜合成气与循环气混合形成原料气预热后单独从固定床反应器上进料口进入催化剂床层，或者与循环介质混合后从固定床反应器顶部进入催化剂床层，进行费托合成反应，所有产物从固定床反应器底部流出；或者原料气从固定床反应器下部的下进料口进入，液态产物从反应器底部流出，气态产物从顶部流出；

（4）反应产物全部汇集然后进行油气水三相分离，分离出来的合成水进入废水处理装置，分离出来的气体进入循环缓冲罐，待进入稳态后，一部分作为驰放气作其它用途，另一部分与新鲜合成气汇合作为原料气；分离出来的液体进入精馏塔进行进一步的分离，将分离得到的C₅－C₈的一部分作为循环介质使用，其余作其它用途。

如上所述，稀释剂为无有害杂质的、不参与反应的、耐高温的瓷环、铝球、硅球等的一种。

如上所述，费托合成工艺采用的催化剂包括能用于费托合成反应的所有钴基催化剂。

催化剂可以按中国专利CN102962077A描述的方法制备：配制一定量铝酸钠水溶液，滴入氨水，水浴保持一段时间，然后加入胶溶剂HNO₃，搅拌回流至呈透明的溶胶，保持一段时间，然后在室温下老化制得凝胶。将凝胶放于干燥箱中干燥，再将干凝胶于微波炉中程序升温焙烧，制得催化剂载体。按最终催化剂组成，配制的Co(NO₃)₂·6H₂O-LaCl₃·7H₂O-IrCl₃·3H₂O水溶液，浸渍于上述载体，干燥，焙烧，制得Co/La/Ir/Al催化剂，其重量组成为Co₃O₄：LaO₂：IrO₂：Al₂O₃=100：5－15：2－3：300－500。