百万吨级费托合成石蜡过滤分离设备创新与应用

李飞宇 陈星星

陕西未来能源化工有限公司 陕西 榆林 719000

1 实施背景

陕西未来能源化工有限公司煤制油项目是国内首套百万吨级煤间接液化示范项目，于2015年8月23日一次投料试车成功并生产出合格油品，采用自主研发的低温费托合成技术，利用丰富的煤炭资源转化为液体燃料，对保障我国能源安全，促进煤炭清洁高效利用技术的产业化发展具有重要意义。

2015年8月23日，一期100万吨/年煤间接液化示范项目打通全流程，产出优质油品。一期煤制油项目的核心装置是费托合成，费托合成产生的高温冷凝物和石蜡产品需经过滤去除催化剂颗粒后，和低温冷凝物一并送往油品加工得到合格的油品。一期费托合成装置共有11套过滤设备，全部引进南非SLFC公司的产品。一、二级废催化剂过滤机采用压力式过滤器，通过5um的滤布进行液固分离。由于石蜡浆液中催化剂含量较高（33%）且小颗粒较多，采用压滤方式过滤时，小颗粒催化剂容易透滤，一次过滤很难得到合格的产品。废催化剂过滤机自开车运行以来一直未能得到合格的产品，需进行改进。在催化剂正常更新及系统波动需要排放时，含催化剂的浆液无法进行回收，直接排放至粗蜡排放池。排放池中的催化剂浆液虽然可以作为粗蜡直接销售，但相对于合格的石蜡产品价格较低，而且排放的石蜡烟气较大，容易造成污染，露天排放还存在安全隐患，易引发安全事故。

2 内涵和主要做法

2.1 关键技术创新点

2.1.1 石蜡浆液存储超大容量设备的技术创新

费托合成反应器高固含量石蜡浆液长距离输送及储存是反应器浆液能否高效再处理的重要因素，本项目实现费托合成反应器浆液（浓度约33%）可远距离安全稳定输送，防止管道堵塞，设计超大容量储罐，该储罐顶部设计搅拌器，锥底设置鼓泡装置，实现高固含量反应器浆液储存。

2.1.2 石蜡浆液过滤圆盘过滤器的技术创新

该项目采用分级过滤技术对费托合成反应器石蜡浆液进行过滤回收，一级过滤采用水平圆盘式过滤器对费托合成反应器石蜡浆液进行一级过滤，实现催化剂浆液与液体石蜡的简单分离。

2.1.3 石蜡浆液过滤竖直叶片式过滤器的技术创新

该项目二级过滤创新使用竖直叶片式过滤器对一级滤后产品进行过滤，二级过滤为新增竖直叶片预涂式过滤器，采用硅藻土预涂及助剂添加的方式，利用微孔结构的硅藻土形成过滤涂层，对一级后滤液进行循环过滤，得到约固含量100ppm的石蜡液体。

2.1.4 石蜡浆液过滤保安过滤器的技术创新

该项目三级过滤创新使用新增竖直叶片预涂式过滤器和保安过滤器，采用硅藻土预涂及助剂添加的方式，处理二级后滤液，且三级过滤系统内部可实现串、并联操作，最终得到固含量20ppm以下的合格石蜡产品。

2.1.5 过滤器系统控制程序的技术创新

该项目对国内外石蜡过滤系统的逻辑控制研究，学习当前国内外顶尖的石蜡过滤系统的控制水平和有关技术，设定并不断优化了一套适应陕西未来能源有限公司的石蜡过滤系统，不仅提高了系统的可靠性，分散了危险性，解决了目前国内竖直叶片式过滤器DCS逻辑控制系统不稳定性等问题。

2.1.6 石蜡浆液过滤自动排查系统的技术创新

本项目费托合成过滤排渣系统创新采用一套自动输送机：埋刮板输送机，实现了过滤器排渣机械化升级优化，降低了人工劳动强度，将过滤系统排放的高温催化剂滤渣输送至界区外，创造良好舒适工作环境。

2.2 创新成果内涵

本技术方案中创新成果，提供一种费托合成烃类产品过滤分离的方法，建立一套烃类产品过滤分离装置，解决了费托合成烃类产品固液过滤分离技术中存在的难题。本方案为费托合成烃类产品过滤分离技术：设计多台超大容量储罐存储费托合成反应器浆液，首先采用圆盘过滤器对费托合成浆液产品进行粗分，其次通过竖直叶片式过滤器采用硅藻土预涂、助滤剂进行精细过滤，最后通过保安过滤器进行过滤，除去费托合成烃类产品中的催化剂，得到合格烃类产品。

2.3 创新成果主要做法

2.3.1 设计费托合成反应器浆液超大储罐

本项目是费托合成反应器浆液分离过滤工业化项目，主要是处理费托合成反应器内长时间反应后催化剂破碎产生的浆液，以及催化剂活性置换时排出的石蜡浆液。

设计超大储存储费托合成反应器浆液，超大储罐规格型号为：Φ6800×H7000 mm，搅拌器搅拌桨直径Φ2900mm，介质：粗蜡浆液（固含量10%～33%），针对罐体高径比较大，因固含量较高，固体颗粒为催化剂，对机封要求太苛刻，搅拌器及底支撑耐磨材料采用喷涂司太立合金，超大储罐内部设置顶搅拌器，设备锥底部及底部出料口管线设置了氮气鼓泡装置，防止高固含量浆液（浓度约33%）的催化剂在储槽内部及管线中沉积。使高固含量反应器浆液（浓度约33%）搅拌充分、分布均匀，采用8台超大储罐可一次性存储约2400m3反应器浆液。

2.3.2 费托合成石蜡浆液分离过滤系统

本项目采用三级过滤去除石蜡浆液中的催化剂颗粒，得到合格的石蜡产品。

过滤是将悬浮在液体或气体中的固体颗粒分离出来的工艺。其基本原理是:在压力差的作用下，悬浮液中的石蜡液透过可渗性介质（催化剂滤饼、硅藻土滤饼），固体颗粒被可渗性介质所截留，从而实现液体和固体的分离。

一级过滤主要利用新增加的水平圆盘式过滤器对合成反应器排放的石蜡浆液进行过滤，采用水平圆盘式过滤机，过滤后滤液的固含量约2000ppm。

二级过滤为新增竖直叶片预涂式过滤器，采用硅藻土预涂及助剂添加的方式，利用微孔结构的硅藻土形成过滤涂层，对一级后滤液进行循环过滤，得到约固含量100ppm的石蜡液体。

三级过滤为新增竖直叶片预涂式过滤器和保安过滤器，采用硅藻土预涂及助剂添加的方式，处理二级后滤液，系统内部可实现串并联操作，最终得到固含量15ppm以下的合格石蜡产品，输送至油品精制车间深加工处理。

2.3.3 过滤系统逻辑控制系统研究

过滤器逻辑控制详见附图1，主要包括以下几方面：

附图1 石蜡过滤装置的逻辑控制图

（1）过滤器阀门调试及准备；

（2）系统气密；

（3）叶片清洗；

（4）预涂液和助剂液配制；

（5）过滤器系统预涂；。

（6）过滤器循环过滤；

（7）循环过滤与合格石蜡外送切换；

（8）过滤器退残液；

（9）滤饼失活处置：干燥、钝化、冷却；

（10）过滤器系统卸渣处置；

此逻辑控制图基本囊括了在石蜡过滤过程中，可能出现和已经出现的问题设置了逻辑控制程序，提高了系统的可靠性，分散了危险性，并且设定了适应公司的石蜡过滤系统，解决了目前国内竖直叶片式过滤DCS系统缺失问题。

通过对石蜡过滤系统的逻辑控制研究，对反应器外部过滤单元设定包括：预涂罐系统、助剂罐系统、主过滤器系统、氮气系统、滤液缓冲罐系统、预涂和助剂加料系统等。学习当前国内外顶尖的石蜡过滤系统的控制水平和有关技术，设定并不断优化了一套适应陕西未来能源有限公司的石蜡过滤系统，不仅提高了系统的可靠性，分散了危险性，解决了目前国内竖直叶片式过滤器DCS逻辑控制系统缺失问题。

2.4 过滤系统滤渣自动化处置

一级、二级、三级过滤器设计排料筒与下方的埋刮板输送机（详见附图8）连接，排出的废渣落入埋刮板输送机，输送机将滤渣输送至机头料仓，最终排放至运渣车上完成自动化卸渣。实现了过滤器排渣机械化升级优化，降低了人工劳动强度，降低了人工卸渣操作中的安全隐患及环境影响，有利于过滤器卸渣操作，创造良好舒适工作环境。

埋刮板输送机主要由封闭矩形断面的壳体（机槽）、刮板链条，驱动装置、张紧装置及安全保护装置等部件组成，刮板链条在电动机和减速机的传动下，助于运动着的刮板链条带动刮板连续输送散状物料的运输设备。

本设备型号为RMSM80，埋刮板输送机主要技术参数详见附表2，设有卸料口，卸料口直径600mm，输送机槽宽为800mm，主要输送物料为固含量60%～70%固含量（其余成分主要为水份及石蜡介质）的铁剂催化剂散状物料，封闭式输送，可改善工人的劳动条件，防止环境污染。

过滤器研究与应用主要是通过过滤器国产化研究，设计一套石蜡浆液过滤工业化试验装置，以处理反应器内部催化剂正常更新及系统波动需要排放的石蜡浆液，以及当系统波动、合成系统出现异常或大修停车，石蜡产品不合格时，将部分不合格石蜡输送到新增石蜡过滤工业化试验装置进行处理，得到合格的石蜡产品。

3 实施效果

通过对本项目技术的研究，2018年5月建成石蜡过滤技改装置并顺利投产，解决石蜡浆液过滤困难问题，为后续项目提供技术保障，且相关技术得到广泛推广应用。

该技术成果填补了国内低温费托合成反应器浆液分离技术的空白，该项目生产的超硬蜡和洁净费托蜡产品质量与与国际标准接轨，可完全替代进口产品。同时费托合成反应器过滤装置自动化水平提高，实现国内石蜡过滤逻辑控制技术、石蜡浆液过滤技术、三级过滤分离设备、自动运输催化剂滤渣等设备的国产化，为响应国家煤化工总体布局和陕北能源化工基地及榆横煤化工基地整体规划，我公司大力推动发展创新应用煤制油费托合成技术，促进煤炭行业的结构调整和产业升级，为有力推动煤炭深加工以及洁净化利用技术的发展起到示范作用。