CN107254327B - 费托合成油工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种费托合成油工艺，包括原料合成气预热器、浆态床F‑T合成反应器、循环气压缩机，原料合成气预热器的出口与浆态床F‑T合成反应器的底部的入口相连通，浆态床F‑T合成反应器内设置有换热器管组，换热器管组的入口与循环气压缩机的出口相连通，换热器管组的出口与原料合成气预热器的入口相连通。本发明在浆态床F‑T合成反应器的顶部设置换热器管组，利用循环尾气吸热降低反应尾气的出口温度，提高***的热利用率，增加反应尾气中高碳烃的凝结，可降低反应尾气对产品液滴的夹带，提高附加值产品蜡的产量，还促使反应尾气中高碳烃的凝结，提高了对细粉催化剂的捕获能力，将细粉催化剂留在浆态床反应器内，提高细粉催化剂的利用率。

Description

费托合成油工艺

技术领域

本发明涉及一种费托合成油工艺。

背景技术

本世纪以来，煤和天然气将逐步取代石油，在能源结构中占据主导地位。为了适应能源和化工原料路线转变这一必然趋势，缓解日趋紧张的柴、汽油供需矛盾，研究开发替代液体燃料生产技术，就成为当前国内外石化工业技术人员的首要使命。

费托(F-T)合成技术是F.Fischer和H.Tropsch上一世纪三十年代发明的液态烃合成技术，是替代液体燃料生产技术中十分重要的一项技术。该技术的核心反应是F-T合成反应，目前已工业化使用的反应器有三种：固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器。在这三种反应器中，浆态床反应器因其传热、传质效果好、压降低，投资成本低以及催化剂可在线装卸等特点而被广泛应用。传统的浆态床F-T合成油工艺是以煤和天然气为原料，在浆态床反应器中使一定碳氢比的合成气鼓泡吹入，通过含有粒状催化剂的液相介质，进行F-T合成反应。该技术产品蜡从反应器中部排出，液固过滤分离产品蜡和催化剂后送产品蜡储罐，催化剂返回反应器继续参加反应；产品轻油和未反应的尾气，夹带部分产品蜡和细粉催化剂，向上经过除沫器分离产品蜡和细粉催化剂后送冷却工序，分离产品轻油和F-T合成废水。

浆态床F-T合成反应温度控制在220℃左右，反应压力约2.7MPa，沸点高于此温度的F-T合成产品，将以液体的形态，通过液固分离器，分离出液体中混合的固体催化剂，送产品储罐；沸点低于出口温度(约215℃)的F-T合成产品，将以气体的形式，连同未反应的尾气，向上通过除沫器除去其中夹带的液滴和催化剂，送冷却分离工段。实际生产中由于种种因素的影响，反应器中产品蜡和轻油的分离并不严格遵从上述理论分析。向上进入除沫器的气相中包含大量的C17+烃，留在反应器内的液相中也包含一定量的C16-，这一事实已通过分析产品轻油和产品蜡的组成得以验证。在分析产品的组成时发现，高附加值产品蜡中存在4.5％左右的C16-轻；产品轻油中存在18.0％左右的C17+ 烃。此外设备停工检修时还发现，在反应器出口至冷却设备进口部位，凝结着大量的固体蜡，蜡中包含大量的细粉催化剂，上述研究结果均表明传统的除沫器是不能满足F-T 合成反应尾气中产品蜡和催化剂的分离要求的。

授权公告号为CN203663646U(申请号为CN201420010487.7)的中国实用新型专利《一种催化剂生产装置用组合式气液分离器》，其中公开的组合式气液分离器包括旋流板除沫器和丝网除沫器，其旋流板除沫器由外筒、内筒、盲板及叶片组成，采用固定环和支撑环固定在塔器内壁上，气流由塔底上升通过叶片将粒径大的雾滴甩落分离；其丝网除沫器是由格栅板和丝网相互连接而成的丝网块，通过压盖和支撑件固定在塔器内壁上，粒径小的雾滴通过吸附力和重力在丝网上形成大液滴下落分离。该技术可分离气体中的大、小粒径的雾沫，减少气体结膜率和压降，改善操作条件，优化工艺指标，减少设备腐蚀，延长使用寿命，增加处理量及回收有价值的物料。高效的除沫器可将反应器出口的气体中大于8μm的石蜡液滴和大于5μm催化剂颗粒同时全部分离下来。这一点对于浆态床F-T合成反应器来说，有两个不足之处，一是对于除去气相中小于8μ m的石蜡液滴和小于5μm催化剂颗粒，效果不佳；二是不具备降低反应器出口尾气温度的功能，会使得相当一部分的C17+烃以气相状态通过除沫器，进入冷却工序，降温后凝结堵塞管道或随轻油进入轻油罐，使得产品轻油中C17+烃含量高达18.0％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够减少反应尾气带出的催化剂和蜡油，以提高产品蜡的产率及***的能效指数的费托合成油工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种费托合成油工艺，通过费托合成油工艺***实现，费托合成油工艺***包括原料合成气预热器、浆态床F-T合成反应器、循环气压缩机，所述原料合成气预热器的出口与所述浆态床F-T合成反应器的底部的入口相连通，其特征在于：所述浆态床F-T合成反应器内腔的顶部设置有换热器管组，所述换热器管组的入口与所述循环气压缩机的出口相连通，所述换热器管组的出口与所述原料合成气预热器的入口相连通。

为了提高***的热能利用率，所述换热器管组的换热管外焊接有折流板组。

优选地，所述折流板组将浆态床F-T合成反应器内反应尾气的温度降低到165℃～185℃。

优选地，所述折流板组将循环气压缩机输入的循环尾气预热到110℃～130℃。

为了在换热面积固定的情况下，增加***的换热能力，所述换热器管组包括中心管和分布在所述中心管两侧的进气管，各进气管的下端分别与所述中心管相连通，其中一个进气管的上端伸出所述浆态床F-T合成反应器以形成所述换热器管组的入口，所述中心管的上端伸出所述浆态床F-T合成反应器以形成所述换热器管组的出口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)、本发明在浆态床F-T合成反应器的顶部设置外焊接折流板的换热器管组，利用循环尾气吸热降低反应尾气的出口温度，增加反应尾气中高碳烃的凝结，可降低反应尾气对产品液滴的夹带，提高附加值产品蜡的产量；

(2)、本发明在浆态床F-T合成反应器的顶部设置外焊接折流板的换热器管组，降低反应尾气出口温度，促使反应尾气中高碳烃的凝结，提高了折流板表面对细粉催化剂的捕获能力，将细粉催化剂留在浆态床反应器内，提高细粉催化剂的利用率；

(3)本发明利用换热器管组预热循环尾气的温度，可减少将循环尾气预热到210℃所需热量的33.3％～46.7％，提高***的热利用率。

附图说明

图1为本发明实施例中费托合成油工艺***示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

F-T合成油产品组份复杂，主要为直链烷烃和烯烃。直链烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律的升高，如表1。从表1中可见，常温、一个大气压下，C16-以下是是液体和气体，C17+以上是固体。常压下十一烷的沸点是195.8℃，十二烷的沸点是 216.3℃，十六烷的沸点是280.0℃，十七烷的沸点是303.0℃。一个化合物的沸点就是这个化合物的蒸气压与外界压力达到平衡时的温度。外界压力升高，要达到沸点，与此相平衡的烃的蒸气压力也要相应升高，这就需要升高温度来提高烃的蒸气压力，也就是沸点升高。F-T合成反应器***内压力为2.7MPa左右，相比常压下烃类化合物的沸点会升高很多，这有利于降低尾气中高碳烃的含量。

表1部分正烷烃常压下的熔点和沸点

直链烷烃沸点的高低取决于分子间引力的大小，分子间引力愈大，使之沸腾就必须提供更多的能量，所以沸点就愈高。表1中所列各组份的沸点是纯物质在一个大气压下的沸点，而反应器中液相即F-T合成产品是一个多组份、三相(气、液、固)混合物，各物质在反应器中的沸点不仅受反应器内压力影响，而且还要受反应器内F-T合成反应情况、三相之间相与吸附情况、反应产品之间引力、表面张力等许多因素影响，就使得产品轻油与产品蜡之间的分离变得相对困难，这一结论可从轻油产品中含18％左右的蜡 (C17+)和重油产品中含4.5％左右的轻油(C16-)得以验证。

F-T合成油产品分析，尾气出口温度约215℃时，轻油中C17+组份约占轻油产品总量的18.0％；尾气出口温度约210℃时，轻油中C17+组份约占轻油总量的16.5％。尾气出口温度降低5℃，轻油中C17+组份含量约降1.5％，这表明降低反应尾气出口温度，对于降低轻油中C17+组份含量有显著作用。另一方面，试验数据表面，尾气出口温度约215℃时，重油中C16-组份约占重油4.45％；尾气出口温度约210℃时，重油中C16- 组份约占轻油4.147％。尾气出口温度降低5℃，轻油中C16-组分含量约降0.3％，这表明降低反应尾气出口温度，对于重油中C16-烃含量影响不大。分析其原因认为，换热器将反应尾气出口温度降低，一部分高碳烃因温度降低，撞击在折流板上遇冷凝结，形成液滴并长大后下落，随着其在反应器中下落，周边的温度逐浙上升，这部分高碳烃中一部分较低碳数的烃又会吸热气化，与合成尾气混合重新向上进入换热器管组。这样遇冷凝结-吸热气化循环反复进行，留在反应器中的C17+组份就会越来越多，被尾气带出的 C17+组份就会越来越少；留在反应器中的C16-组份就会越来越少，被尾气带出的C16- 组份就会越来越多。

降低反应尾气出口温度可以降低轻油中C17+组份的含量，反应尾气出口温度越低，带出的C17+组份越少。但是出口温度也不能降低太多，降低太多会破坏反应器内温度的自我平衡，给F-T合成反应带来不利影响，在综合考虑F-T合成产物的碳数分布、各物质之间的相互作用、分子之间的范德华引力、温度降低对轻油和重油组成的影响，研究认为将反应尾气出口温度降低30℃～50℃，使得轻油中C17+组份含量降低到轻油总量的10％～6％为佳。

从循环压缩机出来压力2.78MPa,温度约60℃的循环尾气，与来自净化工段压力2.78MPa，温度约120℃的原料合成气混合，在其进入反应器反应前需要经合成气预热器预热到210℃左右，消耗大量的热。

在任何气液接触设备中,气体总会夹带一些液体，其夹带机理是机械作用和冷凝效应。机械作用产生的雾滴直径几乎都在10μm以上。沸腾液体或在液体表面鼓泡时气泡破碎将产生大到1000微米小到几个微米的液滴；饱和汽冷凝形成的液体常常产生极细的雾滴夹带。F-T合成反应器反应尾气夹带的液滴主要是沸腾液体和液体表面鼓泡时气泡破碎产生的液滴。当反应尾气进入换热冷却管组时，也会因温度降低致使饱和气冷凝产生大量的细雾滴。

折流板的捕雾的机理可分为三种,即惯性撞击、直接拦截和布朗捕捉。一个液滴的动量与液体密度和直径的三次方成正比，所以较重和较大的液滴较易脱离气流而与置于其直线方向上的物体相撞,即称为惯性撞击。直径较小的液滴可随气流运动,当固体(捕集网)之间距离小于液滴直径时,这些液滴会被拦截,这称为直接拦截。液滴直径在1～10 微米时主要是靠直接拦截来脱除。对直径小于1微米的液滴,布朗捕捉则成为主要捕集机理,即取决于布朗运动。雾滴直径愈小,布朗捕捉的效率越高。这三种机理的转换没有明确的界限。

在F-T合成反应器中，由于原料合成气从浆态床反应器底部鼓入，产生的气泡在液体表面破碎，会产生大到1000微米小到几个微米的液滴，并夹带催化剂细粉进入气相，一起向上运动。当这部分含有尾气、液滴和细粉催化剂颗粒的混合物流向反应器顶部运动至靠近换热器管组部位时，混合物流温度会渐渐降低，一部分高碳烃会由气体渐渐凝结转换成极细颗粒的雾滴。继续向上运动，混合物流撞击到折流板表面，由于金属折流板具有加强换热作用，混合物流温度会进一步降低，其中更多的高碳烃因温度降低而凝结，连同其捕获的催化剂细粉附着在折流板上，促进捕获更多的液滴和催化剂细粉，并渐渐长大。当液滴长大到一定规模时，连同胁裹的催化剂经导流槽下落返回反应器，重新参加F-T合成反应。

如图1所示，本实施例中的费托合成油工艺***包括原料合成气预热器1、浆态床F-T合成反应器2、循环气压缩机3。浆态床F-T合成反应器2内腔的顶部设置有换热器管组4，换热器管组4的换热管外焊接有折流板组5。

换热器管组4包括中心管和分布在所述中心管两侧的进气管，各进气管的下端分别与所述中心管相连通。如此在换热面积固定的情况下，增加***的换热能力。

其中一个进气管的上端伸出浆态床F-T合成反应器2以形成换热器管组4的入口，换热器管组4的入口与循环气压缩机3的出口相连通，中心管的上端伸出浆态床F-T合成反应器2以形成换热器管组4的出口，换热器管组4的入口所述换热器管组4的出口与所述原料合成气预热器1的入口相连通。并且原料合成气预热器1的出口与浆态床 F-T合成反应器2的底部的入口相连通。

从循环压缩机出来的、压力2.78MPa、温度约60℃的循环尾气，送入浆态床F-T合成反应器顶部设置的管外焊接折流板组5的换热器管组5的换热管内，循环尾气自进气管进入到中心管中，在流动过程中，吸收浆态床F-T合成反应器底部反应池反应过程中的释放的反应尾气中的热量，进而将循环尾气的温度预热到110℃～130℃。预热后的循环尾气自换热器管组5的中心管输送至原料合成气预热器1中，再与来自净化工段并进入原料合成气预热器1内的新鲜合成气1进行混合，进而一起经原料合成气预热器1预热到210℃，进而送入浆态床F-T合成反应器底部的反应池内进行F-T合成反应。未反应的合成气，约220℃，2.76MPa，夹带着泡沫破碎形成的产品液滴和催化剂细粉3，离开反应液面向上进入带有折流板组5的换热器管组4外部。换热器管组4吸收未反应的合成气中的热量，以将未反应的合成气的温度降低30℃～50℃，大部分高碳烃会由气体渐渐凝结转换成极细颗粒的雾滴。混合物流继续向上运动，混合物流撞击到折流板表面，由于金属折流板具有加强换热作用，混合物流温度会进一步降低，其中更多的高碳烃因温度降低而凝结，连同其捕获的催化剂细粉附着在折流板上，使得更多撞击到折流板表面的液滴和催化剂细粉被捕获，使得液滴迅速长大。当液滴长大到一定规模时，会挟裹捕获的催化剂细粉经导流槽下落返回浆态床F-T合成反应器底部的反应池内，重新参加 F-T合成反应。如此除去产品液滴和催化剂细粉的反应尾气，温度约165℃～185℃，经浆态床F-T合成反应器顶部的反应尾气出口送至冷却分离工段，分离产品轻油和工业废水。

在前述过程中：(1)、在浆态床F-T合应器顶部设置的焊接折流板的换热器管组5，让加压后的循环尾气从换热管内通过，与管外未反应的反应尾气换热，降低反应尾气的出口温度，提高循环尾气的温度，可降低预热器的热量消耗，提高***的能效指数；(2)、换热器管组5管线设置两个下行的进气管和一个上行的中心管，可在换热面积固定的情况下，增加***的换能力；(3)、换热器管组5外焊接折流板组5，可利用金属优良的导热性能，增大换热器管组5的换热面积，增加反应尾气的碰撞、拦截除沫效果，促进反应尾气中高碳烃的凝结，提高反应尾气中产品液滴和催化剂细粉的捕获率；(4)、利用换热管外焊接折流板的换热器管组5将反应尾气出口温度降低到165℃～185℃，可大量减少尾气中夹带的产品蜡滴和催化剂细粉，使得轻油中C17+组份含量降低到10％～6.0％； (5)、利用管外焊接折流板的换热器管组5将循环尾气预热到110℃～130℃，可将原料合成气预热器1中预热循环尾气这部分所需输出的总热量减少至53.3％～66.7％。

Claims (2)

1.一种费托合成油工艺，通过费托合成油工艺***实现，费托合成油工艺***包括原料合成气预热器、浆态床F-T合成反应器、循环气压缩机，所述原料合成气预热器的出口与所述浆态床F-T合成反应器的底部的入口相连通，其特征在于：所述浆态床F-T合成反应器内腔的顶部设置有换热器管组，所述换热器管组的入口与所述用于输送循环尾气的循环气压缩机的出口相连通，所述换热器管组的出口与所述原料合成气预热器的入口相连通；所述换热器管组的换热管外焊接有折流板组；

从循环压缩机出来的循环尾气，送入浆态床F-T合成反应器顶部设置的换热管内，循环尾气在流动过程中，吸收浆态床F-T合成反应器底部反应池反应过程中的释放的热量，进而将循环尾气的温度预热后输送至原料合成气预热器中，进而送入浆态床F-T合成反应器底部的反应池内进行F-T合成反应；

换热器管组降低反应尾气温度，一部分高碳烃因温度降低，并撞击在折流板上遇冷凝结，进而换热器管组将浆态床F-T合成反应器的反应尾气出口温度降低到165℃～185℃；高碳烃连同其捕获的催化剂细粉附着在折流板上，形成液滴并长大后下落，返回浆态床F-T合成反应器底部的反应池内，重新参加F-T合成反应；随着液滴下落，周边的温度逐浙上升，这部分高碳烃中一部分较低碳数的烃又会吸热气化，与合成尾气混合重新向上；

所述换热器管组将循环气压缩机输入的循环尾气预热到110℃～130℃。

2.根据权利要求1所述的费托合成油工艺，其特征在于：所述换热器管组包括中心管和分布在所述中心管两侧的进气管，各进气管的下端分别与所述中心管相连通，其中一个进气管的上端伸出所述浆态床F-T合成反应器以形成所述换热器管组的入口，所述中心管的上端伸出所述浆态床F-T合成反应器以形成所述换热器管组的出口。

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