CN101229499A - 一种分离浆态床费托合成重馏分和铁基催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种分离浆态床费托合成重馏分和铁基催化剂的方法,包括以下步骤:来自浆态床反应器的费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液进入位于浆态床反应器外部的沉降罐中,并使沉降罐中的混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离;分离后的费托合成重馏分通过设置在沉降罐上部的过滤器进行过滤后作为产品排出。该方法可实现费托合成产物重馏分与铁基催化剂的快速分离,同时使99.95%以上的催化剂颗粒留在反应***中,继续发挥催化作用。
Description
技术领域
本发明涉及浆态床费托合成催化剂与费托合成产物重馏分分离的方法,更具体地说,是一种浆态床费托合成产物重馏分与铁基催化剂分离的方法。
背景技术
为克服固定床反应器费托合成催化剂床层易出现热点、催化剂装填和卸载难度大等问题,近年来人们大力发展浆态床反应器费托合成技术。浆态床反应器具有很多优点,例如,快速取热、基本上恒温反应;反应器结构简单、造价低;处理量大;催化剂可以连续补充卸载且方法简便等。但要求催化剂为细小颗粒,以便与反应产物在反应器中形成浆态相,使得催化剂与费托合成产物的分离成为技术难题。为解决此难题,人们曾尝试在浆态床反应器内放置过滤装置,通过过滤装置将费托合成产物重馏分抽出。采用该类工艺方法可以较好地实现费托合成产物重馏分与催化剂的分离。但是,催化剂粉颗粒在滤芯表面的富集,特别是堵塞过滤孔后,极易造成过滤***压差上升过快,导致需对过滤器进行频繁的反冲洗,直到无法正常工作。在此情况下,需将整个费托合成装置停下来进行检修,缩短了费托合成装置的平稳运行周期。
为便于检修过滤器及降低过滤***的负荷,人们又开发了器外过滤的工艺技术,将催化剂和费托合成产物重馏分形成的浆液引到反应器外,通过器外沉降和过滤等方法将部分合成产物重馏分抽出,再将抽余的费托合成重馏分和催化剂循环回反应器中,实现将费托合成产物抽出反应***的目的。
美国专利US3829478披露了一种较为典型的浆态床器外分离***,该***从反应器内浆液相上部将含催化剂的浆液引出反应器外,然后通过气液分离将气相分离出去,分离出的气相被送回反应器,液相进入浆液沉降罐,浆液沉降罐的液位与反应器相同;在浆液沉降罐中由于重力的作用催化剂颗粒沉降,浆液沉降罐底部富集催化剂颗粒的浆液循环返回反应器底部,浆液沉降罐的上部形成基本不含催化剂颗粒的区域;液体产品由沉降罐上部引出,即可实现催化剂颗粒与液体产品的分离。由于该方法只是通过重力实现催化剂颗粒与液体产品的分离,而催化剂颗粒又小,需要较长的停留时间才能实现催化剂颗粒与液体产品的完全分离,这样会导致沉降分离罐尺寸较大,在工业上难以实现。
专利WO02/96840 A1公开了一种磁分离器,在浆液的外循环主管道外侧增设T形磁铁。当催化剂浆液流过时,其中的部分催化剂颗粒被磁场吸附到管壁上,使得从支管流出的浆液中催化剂浓度相应降低,这部分浆液再进入下游的过滤单元分离出重质烃。该方法虽然可在一定程度上减轻过滤单元的操作负荷,但设备相对复杂,且浆液的外循环主管道壁上所吸附催化剂的回收、利用存在一定困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种浆态床费托合成产物重馏分与铁基催化剂分离的方法,该方法易于实施,且具有较为理想的分离效果。
本发明基于以下构思:新鲜铁基费托合成催化剂主要由Fe2O3组成不具有磁性,经还原处理并投入反应过程后,大部分Fe2O3被还原成具有费托合成活性的碳化铁(FeCx),部分Fe2O3被还原成Fe3O4。FeCx和Fe3O4均具有很强的磁性。本发明正是利用反应过程中浆态床反应器内费托合成铁基催化剂含有一定量具有很强磁性的FeCx和Fe3O4这一特点,通过在催化剂器外分离***的沉降罐内形成磁场,加快催化剂在罐内的沉降速度,使得沉降罐上部的液体基本不含催化剂,以便通过过滤器将费托合成产物重馏分抽出反应***,从而降低过滤器的负荷,提高过滤效率,以延长过滤器反冲洗的间隔,实现浆态床费托合成重质产物(例如蜡)与催化剂分离***的长周期稳定运转。
本发明所提供的浆态床费托合成产物重馏分与铁基催化剂分离的方法包括以下步骤:来自浆态床反应器的费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液进入位于浆态床反应器外部的沉降罐中,并使沉降罐中的混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离;分离后的费托合成重馏分通过设置在沉降罐上部的过滤器进行过滤后作为产品排出。
在本发明所述方法中,处于反应状态下的费托合成产物重馏分与催化剂的混合浆液从浆态床反应器中引入到沉降罐中,为避免新引入的浆液使得沉降罐上部液体中的催化剂含量增大,所采用的引液管的出口最好位于沉降罐的下部。
在本发明所述方法中,为防止浆液携带未反应气体进入沉降罐以及气体物流上升导致沉降罐中液相返混,最好在引液管的上端设置与浆态床反应器连通的导气管线,从而将气体物流送回浆态床反应器。此外,在沉降罐顶部设连通管线,使沉降罐与反应器连通,避免浆液携带的气体进入沉降罐引起液位波动,造成操作不稳定。
在本发明所述方法中,在沉降罐中所述混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离。所述磁场最好被限定在沉降罐罐体上部和中部,避免催化剂颗粒受磁力的作用沉积在沉降罐的底部,最好采用交流线圈产生磁场,也可用外置于沉降罐罐体外部的永磁铁产生。在沉降罐体上部和中部加磁场后,不可避免的对沉降罐的底部影响,但磁场的强度会较弱,为消除上述影响,可以采用在沉降罐底部外加与分离磁场方向相反、强度与沉降罐底部相同的磁场,从而使沉降罐的底部尽可能实现零磁场。
为避免由于沉降罐体磁化导致的催化剂在沉降罐中的沉积,特在沉降罐中设非磁性衬里。
在本发明所述方法中,所述过滤器设置在沉降罐液相区域的上部,且一般为两组或多组可替换操作的具有反吹扫功能的过滤器。费托合成产物重馏分经过滤器过滤后排出反应***。
在本发明所述方法中,一般情况下,浆液的器外循环量为通过自动反冲洗过滤器外排费托合成产物量的2~40倍,优选5~30倍,进一步优选5~15倍。所述磁力线方向向下的外加磁场的强度为200~20000高斯,优选300~10000高斯,进一步优选400~8000高斯,更进一步优选500~4000高斯。
与现有技术相比,本发明的有益效果主要体现在以下方面:
本发明在催化剂浆液器外沉降罐液相上部区域外加向下的磁场,作用于具有磁性的费托合成铁基催化剂,加快催化剂颗粒的沉降速度,使沉降罐液相上部区域基本不含催化剂颗粒,降低具有反冲洗功能的过滤***的负荷,提高过滤效率,延长过滤器反冲洗的间隔,实现浆态床费托合成蜡与催化剂分离***的长周期稳定运转。
本发明在沉降罐上部设置具有反冲洗功能的过滤***,将费托合成反应生成的蜡通过过滤器与催化剂颗粒分离并排出反应***,同时使99.95%以上的催化剂颗粒留在反应***中,继续发挥催化作用,保证***运行的平稳性。采用该方法得到的产品粗蜡再经过简单的精过滤、分离出携带的轻组分后可以得到质量合格的蜡产品。
本发明从反应器引出浆液到沉降罐的管线进入沉降罐后分为两路,一路垂直向下伸入沉降罐液相,一路向上将浆液相携带的气体送回到反应器中,避免由于浆液中携带的气体随液相物流进入沉降罐液相后闪蒸过程产生鼓涌现象,引起液位波动,造成操作不稳定。同时在沉降罐顶部设连通管线将沉降罐与反应器连通,确保***稳定运行。
附图说明
图1为本发明所提供方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所提供的方法,但本发明并不因此而受到任何限制。
如图1所示,费托合成原料气经底部进料管线1进入浆态床反应器2,以气泡的形式向上流动,搅动催化剂与费托合成产物重馏分形成的混合浆液,保持其浆液的状态;未反应的原料气和生成的气相产物的混合物经反应器的顶部管线3排出;从浆态床反应器中引出的浆液和气体的混合物通过引液管4进入沉降罐5;浆液携带的气相物流通过导气管线6返回反应器;而浆液通过引液管4进入沉降罐下部,其携带进入沉降罐液相区的少量气相物流通过连通管7返回反应器,以维持液位的稳定;在沉降罐5的上部区域设置磁力线方向向下的磁场,以加快具有磁性的催化剂的沉降速度,实现催化剂与费托合成产物重馏分的分离;费托合成产物重馏分通过设置在沉降罐浆液相区域上部的具有反吹功能的过滤器8进行过滤后,经管线9抽出,其抽出量以维持沉降罐液位稳定为准;剩余的费托合成产物重馏分和催化剂的混合物经管线10返回反应器5循环使用。
实施例1
费托合成装置的处理量为24万吨/年,所采用的铁基催化剂可为采用专利US5324335、US454671或CN1233463C生产的费托合成催化剂,催化剂主要活性组分为Fe-Cu-K。
采用本发明所述方法对费托合成产物重馏分和铁基催化剂进行分离。由浆态床反应器引出由催化剂与费托合成产物形成的浆液,该浆液中催化剂的浓度为30w%,浆液的气含率为15%。从浆态床反应器抽出的浆液的重量流量为150吨/小时,该浆液在器外沉降罐中的停留时间为20分钟。该浆液在沉降罐中受到磁力线方向向下的磁场的作用,磁场强度为1500高斯,从而使费托合成重馏分与铁基催化剂在沉降罐中尽快分离。在沉降罐液相区域的上部,设置两组可替换操作且具有反吹扫功能的过滤器,过滤器的过滤精度为5微米。过滤器所处位置费托合成产物所含催化剂浓度低于0.5w%。费托合成产物经过滤器进一步过滤催化剂颗粒和粉末后外排,外排的费托合成产物的重量流量为30吨/小时,外排费托合成产物中催化剂颗粒和粉末含量低于50ppm,装置平稳运行时间在8000小时以上。
实施例2
装置及主要试验步骤与实施例1基本相同。由浆态床反应器引出催化剂与费托合成产物形成的浆液,浆液中的催化剂的浓度为30w%,浆液的气含率为15%,浆液的抽出量为150吨/小时,浆液在器外沉降罐中的停留时间为8分钟,外加磁场强度为2000高斯,过滤器所处位置费托合成产物所含催化剂的浓度低于1w%,过滤器的过滤精度为5微米。经过滤器外排的费托合成产物的重量流量为30吨/小时,外排费托合成产物中催化剂颗粒和粉末含量低于100ppm,装置平稳运行时间在5000小时以上。
对比例
该对比试验所采用的试验装置及主要试验步骤与实施例1基本相同,但在浆液沉降罐不设置外加磁场,催化剂颗粒和粉末在重力的作用下与费托合成产物进行分离。未外加磁场,产物中催化剂颗粒和粉末含量在100~150ppm之间,装置平稳运行时间在1000~3000小时之间。
主要试验步骤如下:由浆态床反应器引出由催化剂与费托合成产物形成的浆液,该浆液中催化剂的浓度为30w%,浆液的气含率为15%。从浆态床反应器抽出的浆液的重量流量为150吨/小时,该浆液在器外沉降罐中的停留时间为20分钟。在沉降罐液相区域的上部,设置两组可替换操作且具有反吹扫功能的过滤器,过滤器的过滤精度为5微米。过滤器所处位置费托合成产物所含催化剂浓度低于5w%。费托合成产物经过滤器进一步过滤催化剂颗粒和粉末后外排,外排的费托合成产物的重量流量为30吨/小时,外排费托合成产物中催化剂颗粒和粉末含量低于150ppm,装置平稳运转时间在1000~3000小时之间。
Claims (10)
1.一种分离浆态床费托合成重馏分和铁基催化剂的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:来自浆态床反应器的费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液进入位于浆态床反应器外部的沉降罐中,并使沉降罐中的混合浆液在磁力线方向向下的磁场的作用下实现费托合成重馏分与铁基催化剂的快速分离;分离后的费托合成重馏分通过设置在沉降罐上部的过滤器进行过滤后作为产品排出。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述费托合成产物重馏分与铁基催化剂的混合浆液通过引液管进入沉降罐,且所采用的引液管的出口位于沉降罐的下部。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述引液管的上端设置与浆态床反应器连通的导气管线,从而将气体物流送回浆态床反应器。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述沉降罐顶部设有连通管线,使沉降罐与反应器连通。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,所述磁场被限定在沉降罐罐体上部和中部,在沉降罐的底部不设置磁场。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述过滤器设置在沉降罐液相区域的上部,且为两组或多组可替换操作的具有反吹扫功能的过滤器。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述浆态床反应器与沉降罐之间的浆液循环量为外排费托合成产物量的2~40倍。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述浆态床反应器与沉降罐之间的浆液循环量为外排费托合成产物量的5~1 5倍。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述磁场的强度为200~20000高斯,优选500~4000高斯。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述沉降罐内设置非磁性衬里,以避免由于沉降罐体磁化导致催化剂在罐壁的沉积。
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