伊泰浆态床反应器费托合成反应操作条件优化论述

刘尚利 吴慧军 杜娟

内蒙古伊泰煤制油有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯 010300

引言

内蒙古伊泰煤制油有限责任公司煤间接液化工业化装置是在依托国家“863”高新技术项目和中科院知识创新工程的基础上，采用国内自主研发的高温浆态床费拖合成催化剂、浆态床合成反应器及工业成套技术。随着伊泰煤制油示范项目的标杆效应逐渐显现，未来几年煤制油新型煤化工产业化发展是必然趋势，所以在消化吸收煤间接液化核心技术的基础上，不断优化和调整煤间接液化核心工艺费托合成反应操作条件，解决装置技术难题，是对国内煤间接液化工艺化示范装置关键技术的保障，是赶超国际水平的必经之路。

一、费托合成反应器介绍

浆态床反应器是一种三相鼓泡塔，其结构如下图所示，反应器内有移热列管，下部设气体分布器，顶部有旋液分离器分离器，中端为固液分离器，原料气在由液体石蜡和颗粒状催化剂组成的浆液中鼓泡【1】。经预热的合成气原料从反应器底部进入反应器，生成烃类产物和水。在气泡上升的过程中合成气不断发生费托合成反应，生成更多的烃类产物和水。反应产生的热由反应器内上下端的移热列管生产蒸汽取出。重质烃类产物（即液态石蜡）由中端的固液分离器排出反应器。未反应的气体经旋液分离器去除夹带的液滴和细颗粒催化剂后从反应器上部离开反应器，冷却回收轻质组分和水。

二、浆态床反应器存在的问题

在浆态床反应器内，由于催化剂悬浮在液态石蜡反应物中，为了生产洁净的蜡，保证后续加工过程的顺利进行，需要将催化剂和液体石蜡进行分离。为了使反应器浆液中的固体催化剂浓度保持在一定水平，维持反应在一定的转化率，避免催化剂的损失，需要将合成石蜡中分离出来的催化剂返回反应器。同时石蜡中固体的分离应尽量完全，我厂铁含量≤5PPM才能有效满足后续加工过程的要求。费托合成反应生成的高沸点的石蜡产物，在反应温度下以液态形式存在于反应器中，需要将石蜡产物连续地从反应器中排出，才能使反应器的浆态床层维持在一定的高度，保证反应器的正常运行。

三、解决方法的讨论

1.分离技术方面的试验

为了解决固液分离的局限，我厂对内置固液分离的各项参数进行了优化，采用了提高过滤压差、等速过滤等方法，同时对外置固液分离也进行了试验，尽管没能从根本上解决这一问题，但也取得了一系列成果。

2.费托合成的操作条件的影响

相对于对分离技术的努力，针对这一问题合理改进费托合成的操作条件来降低其带来的影响更容易实现。

（1）原料气H2/CO比的影响

原料气H2/CO比是影响费托合成产物选择性的重要因素。一般情况下，H2/CO比值增加，即CO分压越低，催化剂表面氢分压相对增大，表面单体覆盖率降低，抑制了碳链之间的结合，碳链脱附概率增大，反应中间产物的链终止速率加快，链增长概率也随之降低。因此甲烷等低碳烃的选择性增大，重质烃的选择性降低。降低原料气H2/CO比有利于液态烃类和石蜡的生成，但H2/CO比值太低会使催化剂表面大量积炭而失活，影响催化剂的寿命。所以实际操作中要根据反应器的固液分离速率和浆态床层高度合理控制H2/CO比，反应器液位居高不下或者持续增长时适当提高原料气H2/CO比可解决这一问题，实际中常把原料气中H2含量百分数作为重要依据，一般控制在59%-62%。

（2）反应温度的影响

费托合成反应是强放热反应，产物的形成是通过中间体参与链增长而进行的。温度升高增加中间产物脱附的可能性，形成产物的链终止速率加快，导致碳链增长概率减少，费托合成产变轻【2】。在实际操作中，当固液分离效果不好反应器液位偏高时适当提高温度可以减少长链烃向短链的偏移，减少固液分离的压力，同时适当提高温度可以加快反应速率，对降低系统的压力效果不错。反应温度对系统压力影响比较明显，日常操作中一般要实现等温操作，温度上下波动控制在1℃之内，否则系统压力波动较大，对工况影响较大。

（3）反应压力的影响

反应压力提高，催化剂的活性提高，CO转化率增大，甲烷等的低碳烃的选择性降低，高碳烃的选择性增加，反应压力提高有利于重质烃的生成。由于费托合成反应是体积缩小的反应，增加压力有利于烯烃再吸附发生二次反应，促进碳链增长概率增加。压力增高，产物中烯烃的含量也减少。实际操作中，压力一般要接近我厂厂控指标上限即2.88MPa，当反应器固液分离效果变差的时，采用提高原料H2/CO比来抑制反应器液位上升。

总之，合理控制各参数，优化操作条件，可以有效缓减浆态床固液分离困难带来的影响，对实际生产中负荷的增加以及产品分布的调整有重要意义。

[1]孙启文.煤炭间接液化.2012.9.

[2]王晨英，李国辉，周敬来，Fe-Mn催化剂费托合成产物分布动力学.催化剂学报，2007,28（3）268-273.