助剂过滤技术用于费托蜡精制过程的探讨

陈铁牛，葛晓静

(中科合成油内蒙古有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010321)

助剂过滤技术用于费托蜡精制过程的探讨

陈铁牛，葛晓静

(中科合成油内蒙古有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010321)

介绍了助剂过滤技术用于费托蜡精制的原理和工艺流程，从费托蜡的特性、过滤过程的操作条件、过滤机本身的特性三个方面探讨了影响费托蜡精制的主要因素，总结了费托蜡精制的主要操作条件，为工业生产提供了理论指导。

费托蜡；助剂过滤技术；过滤机；预涂

费托合成蜡是费托合成反应中的主要产物之一，也是加氢精制的重要原料。在费托合成工艺中，浆态床反应器因其传热传质效果好、压降低、催化剂可在线更换等特点而被广泛应用。铁基催化剂因其具有价格低、活性高、选择性好等特点，是目前应用最广泛的一类催化剂。但是，由于铁基催化剂颗粒粒径介于 1～200μm，且在反应过程中催化剂因磨损还会出现一定程度的破碎，导致出费托反应器的蜡混杂有粒径超细化，甚至达到亚微米级的催化剂；另外，体系浆液粘度高，200℃时的费托蜡的粘度达到4～8cP，很难将超细催化剂颗粒从费托蜡中分离出来。国内外研究者对费托蜡中超细催化剂颗粒的分离进行了大量研究与探索，如尝试用高梯度磁过滤[1]、静电和介电分离[2-3]、超临界萃取[4-5]、无机陶瓷膜过滤[6-7]、絮凝沉降[8]等方法进行分离，但效果均不理想。

通过借鉴助剂过滤技术在食用油精制、脱色方面的应用[9]，将其用于处理费托蜡，并根据费托蜡自身的特殊物性对工艺进行适当调整，取得了良好的效果。文章在阐述助剂过滤技术处理费托蜡(以下称之为"费托蜡精制")的原理与工艺流程的基础上，着重探讨了影响费托蜡精制的主要因素，以期为工业生产提供指导。

1 助剂过滤处理费托蜡技术简介

1.1 基本原理

助剂过滤技术是在过滤前先将含有一定量助滤剂的预涂液循环通过过滤元件，使助滤剂在过滤元件表面架桥，形成一层具有复杂微细孔道的稳定滤饼层，之后将费托蜡循环通过已形成的滤饼层，将费托蜡中的催化剂颗粒拦截在滤饼层内。助剂过滤技术将简单的介质表面过滤变为深层过滤，具有更强的净化过滤作用。

1.2 助滤剂

工业上最常用的助滤剂是硅藻土与活性白土。硅藻土粒径相对较大，形成的滤饼孔隙率大(能达80%～90%)，在压力下能保持疏松的多孔状态，流通阻力小，但过滤精度偏低；活性白土粒径较小，吸附性强，但孔隙不如硅藻土发达。在费托蜡过滤过程中，将硅藻土与活性白土按一定比例配制成混合助剂，硅藻土截留催化剂颗粒的同时也为费托蜡提供了流通通道，为活性白土提供附着、分散、支撑的骨架；活性白土的加入，使形成的滤饼层孔隙更有利于拦截催化剂中的超细颗粒，同时也可吸附费托蜡中的色素，提高费托蜡的色度。

1.3 过滤机

助剂过滤能适用于多种过滤机，如转鼓式过滤机、板框式压滤机、各种叶片机等。经过反复试验比较各种过滤机用于费托蜡精制上的效果，发现叶式过滤机的效果最佳。所选用的过滤机为立式带转动排渣功能的过滤罐，使用蒸汽夹套加热，内含多片滤盘，滤盘上的过滤元件是金属丝网。

2 费托蜡精制的工艺流程

费托蜡精制为间歇操作过程(工艺流程图见图1)，一个过滤周期包含的步骤有预涂-过滤循环及过滤出蜡-退料、吹饼、排渣。工业上将多台过滤机并联，不断切换使用，可实现过滤工序的连续不间断运行。

2.1 预涂

将硅藻土与白土分别加入装有蜡液的预涂罐内，配置质量浓度2%～5%的预涂液，搅拌均匀，通过预涂泵将预涂液送入过滤机，预涂液通过过滤机后在返回预涂罐，如此不断进行预涂循环，使助滤剂在过滤机滤网表面架桥形成一层滤饼层，待压差达到一定值或循环一定时间后停止预涂。

2.2 过滤循环及出蜡

将原料罐内含有催化剂的费托蜡通过泵送入过滤机，费托蜡通过滤机滤网表面的滤饼层，将催化剂拦截在滤饼层内，出过滤机的滤液返回原料罐，如此进行过滤循环，待滤液分析合格后，停止过滤循环，改线至过滤出料，将滤液送至滤液罐。

图1 助剂过滤技术处理费托蜡的工艺流程简图

2.3 退料、吹饼及排渣

随着过滤循环的进行，原料蜡中的催化剂不断被拦截在滤饼层内，滤饼内通道体积不断减小，过滤阻力增加，使得过滤机的压差不断升高，达到一定程度后停止过滤循环。将过滤机内残留的蜡液退至原料罐内，用氮气将滤饼吹干，开启甩渣电机进行暴饼，打开过滤机底盖将滤渣排出，完成一个过滤周期。

3 影响费托蜡精制的因素

判断费托蜡精制效果好坏的指标是过滤通量和过滤精度。过滤通量是单位时间单位面积滤网上通过的滤液量，反应了过滤机的处理能力；过滤精度是过滤后蜡液中残留催化剂的量，反应了该过程的拦截催化剂的能力。在生产中要综合考虑过滤通量和过滤效果，在保证过滤精度的前提下尽可能提高过滤通量。

影响费托蜡精制效果的因素较多，归纳起来主要分为三个方面：费托蜡本身的特性、过滤过程的操作条件、过滤机本身的特性，下面对各个因素分别进行探讨。

3.1 费托蜡本身的特性

3.1.1 费托蜡中水含量

受生产工艺的影响，费托蜡中会夹带微量的水，水的存在对费托蜡过滤过程的破坏较严重。一方面在150～180℃下，水会快速气化，使过滤机的压力急剧增加，一般在2～3min内过滤机的压力就会达到0.5MPa以上，长时间在该压力下操作会造成过滤元件变形，滤饼孔隙堵塞，过滤通量严重下降；另一方面水会使助剂“泥化”，破坏滤饼层，降低过滤精度。因此，要严格控制费托蜡中的水分，同时费托蜡在原料罐内要停留足够的时间，将夹带的微量水蒸出。

3.1.2 费托蜡中催化剂的含量

费托蜡中催化剂含量较高会使滤饼层内孔隙堵塞较快，过滤压差快速升高，影响过滤机的平稳操作，增大过滤机的负荷。因此要将费托蜡中的催化剂含量控制在合理的范围内，出现超标时要先稀释到合理范围在进行助剂过滤。

3.2 操作条件的影响

3.2.1 温度

费托蜡的温度对过滤通量和过滤效果均有重要影响。温度越低，蜡粘度越高，系统阻力较大，过滤机的压力会升高的较快，当压力达到0.5MPa时必须进行卸渣，否则长时间处于该压力下，过滤机的内件会受到损坏；但蜡的温度越高，蜡中的轻组分就越易发生裂解，产生裂解气，同时部分溶解气也会释放出来，气体会破坏滤饼层，从而影响过滤效果。一般费托蜡的温度控制在150～180℃时，过滤效果较好。

3.2.2 助剂比例

助剂比例会影响滤饼层的结构。若混合助剂中硅藻土比例较多，滤饼孔隙相对较大，可以截留较大的杂质，维持较高的透过率和较低的过滤压差，但过滤精度难以保证；若活性白土的比例较多，则可以截留和吸附微小杂质，提高过滤精度，但透过率会大大降低，过滤压差会迅速提高，高压差会进一步加剧活性白土本身小颗粒及蜡中催化剂对滤饼孔隙的堵塞。因此，摸索两种过滤助剂的比例对优化蜡精制操作具有重要作用，经过反复试验活性白土和硅藻土的适宜质量比为3:1～6:1。

3.2.3 滤饼形成的好坏

预涂循环时间与预涂操作时压力是否稳定是影响滤饼层形成好坏的两个重要因素。在形成滤饼的过程中，要求助剂与蜡液要混合均匀，预涂循环30～40min，涂层时过滤压差缓慢上升，逐渐升到一稳定值。在预涂时一定要保持压力稳定，否则压力波动会破坏滤饼层。

经过反复试验摸索，费托蜡精制的适宜操作条件为温度150～180℃，过滤压力≤0.5 MPa，助剂比例为3:1～6:1，预涂时间30～40 min。

3.3 过滤机本身的特性

3.3.1 过滤元件密封性能

过滤元件的密封性能对过滤精度有重要影响。若密封性差，费托蜡会出现短路，未经过滤饼层而直接进入滤液中，造成滤液不合格。要保证过滤机的密封性，要求密封件有足够的弹性和耐温性能，聚四氟乙烯材质的密封件是一个不错的选择。

3.3.2 滤网的平整度

在安装滤网时一定要保证滤网的平整度，避免出现鼓包或褶皱现象。若滤网不平整，在甩渣时高速旋转的电机使滤网受力不均匀，导致滤网被撕裂，在此处难以形成滤饼层，滤液会发生短路，将严重影响过滤精度。

4 结语

通过科研和工程技术人员的不断研究与探索，将助剂过滤技术应用于费托蜡精制过程，成功解决了费托蜡精制这一影响费托合成技术发展的瓶颈问题。文章介绍了助剂过技术处理费托蜡的原理与工艺流程，从原料蜡特性、操作条件、过滤机关键特性三个方面深入讨论了影响费托蜡精制过程的主要因素，为工业生产提供了理论指导。在今后的工程实践中，要不断优化工艺指标，探索规范化、程序化的操作方法，使费托蜡精制工艺更加成熟和高效。

[1] Brennan J A, Chester A W, Chu Y F. Separation of catalyst from slurry bubble column wax and catalyst recycle: US,4605678[P].1986-08-12.

[2] Schulz H. Short history and present trends of Fischer-Tropsch synthesis[J].Applied Catalysis A: General, 1999, 186(12): 3-12.

[3] 李 强，熊常健，朱岳麟，等．航空燃料介电精制分离固体微粒的研究[C]．材料科学与工程新进展论文集. 2004:244-249.

[4] Biales J M, Wan Y D, Kilpatrick P K, et al. Separation of Fischer-Tropsch wax from catalyst using near-critical fluid extraction: Analysis of process feasibility[J]. Energy and Fuels, 1999, 13:67-677.

[5] Amiri A, Moosavian M A, Khakdaman H R. Feasibility Study of Separation Fischer- Tropsch Wax from Catalyst Using Supercritical Fluid Extraction[J]. Journal of Applied Science, 2006, 6(9): 2096-2101.

[6] Mynin V N, Smirnova E B, Katsereva O V, et al. Treatment and regeneration of used lube oils with inorganic membranes[J].Chemistry and Technology of Fuels and Oils,2004，40(5): 345-350.

[7] 徐南平，邢卫红，仲兆祥.浆态床反应器制合成油催化剂分离工艺:中国,200510094322.8[P]. 2006-03-01.

[8] Zhou P Z. Coalescence enhanced gravity separation of iron catalyst from Fischer-Tropsch catalyst/wax slurry: US, 6476086B1[P].2002-11-05.

[9] 于 瀚.硅藻土对食用菜油过滤效果的研究[J].非金属矿, 1991 (4) :37.

(本文文献格式：陈铁牛，葛晓静.助剂过滤技术用于费托蜡精制过程的探讨[J].山东化工，2017，46(20)：102-103，106.)

DiscussiononFischer-TropschWaxRefiningProcessbyAssistantFiltrationTechnology

ChenTieniu,GeXiaojing

(Synfuels China Inner Mongolia Co., Ltd., Ordos 010321, Inner Mongolia, China)

The principle and process of assistant filtration technology for Fischer-Tropsch wax refining were presented，main factors influencing refining effects were discussed from the characteristics of Fischer- Tropsch wax, the operating conditions of filtration process and the characteristics of filter itself, operating conditions were summarized, which could provide theoretical guidance for industrial production.

Fischer-Tropsch wax; assistant filtration technology;filter;precoat

2017-08-23

陈铁牛(1985—)，山东滨州人，工程师，2010年毕业于中科院山西煤炭化学研究所，获硕士学位，目前主要从事费托蜡精制技术及其工业化应用方面的研究工作

TE626

A

1008-021X(2017)20-0102-02