[发明专利]一种浆态床F-T合成工艺中固体催化剂和浆液的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及到化工工艺，具体指一种浆态床F-T合成工艺中固体催化剂和浆液的分离方法。

背景技术

浆态床反应器又称三相床反应器，是一种常用的化工合成反应器。固体催化剂颗粒悬浮于浆液中，反应气体鼓泡进入溶剂并穿过溶剂层到达催化剂表面发生反应。

F-T合成工艺是由F.Fischer和H.Tropsch在上一世纪三十年代发明的液态烃合成技术，该工艺以煤或天然气生成的合成气为原料，以产品蜡即碳原子数为10到60的烷烃为浆液，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反应生成液态烃。因其具有高的单程转化率、反应热容易移除、高的C+5组份产品、催化剂易于置换、操作成本低等优点，已成为取代固定床合成技术进行液态烃合成最先进的煤炭和天然气间接液化技术。

浆态床F-T合成工艺中，合成的油品和催化剂共存于反应器中，当反应进行一段时间后，催化剂的活性会因种种原因降低。为了维持反应器中催化剂的高活性，就需定期取出一部分活性降低的催化剂，另补充一部分高活性的新催化剂。目前浆态床F-T合成反应主要采用两大类催化剂，一类为铁基催化剂，取出后不再循环使用；另一类为贵重金属类催化剂如钴基催化剂，因价格昂贵，需要加氢还原恢复其活性后循环使用。

催化剂加氢还原的第一步需要将催化剂与浆液分离开，除去包裹在催化剂表面和沉积在催化剂活性孔中以及内凹面上的蜡。这样才能使催化剂与还原氢气充分接触，反应并恢复活性。活性恢复后的催化剂与浆液在制浆器中制浆，制成含一定重量百分比的催化剂浆液返回反应器，作为高活性催化剂循环使用。

美国Syntroleum公司所披露的催化剂与浆液的分离方法为：从浆态床F-T合成反应器中取出催化剂浆液，通过沉降得到催化剂浓缩浆液，然后在卧螺沉降离心机中用滗析法分离浓缩催化剂浆液中的催化剂与蜡液。在沉降罐中得到催化剂浓度为60％～70％的进一步浓缩的催化剂浆液。将该进一步浓缩的催化剂浆液送入脱蜡干燥器中，采用电加热器加热循环热油Therminol 72，热油打入干燥器的外夹套和内部转动的螺旋推进器中，加热脱蜡干燥器，用热氮气吹扫加热后气化的蜡，使催化剂中的蜡含量降低到10％～20％，得到可以自由流动的催化剂干粉。将催化剂干粉送入氧化还原反应器；用氢气气提和加氢裂化使催化剂中的烃含量降低到3％以下。然后通氧气使催化剂孔道中的碳和蜡燃烧，清除催化剂孔道中的积碳和蜡。烧碳后可使催化剂中的烃含量降低到0.2％以下，并且金属钴被氧化成氧化钴。然后引入氢气还原，使氧化钴还原为金属钴，并且生成水。还原再生后的催化剂再与浆液混合形成催化剂浆液，再生后的催化剂浆液送入浆态床F-T合成反应器继续使用。

上述方法中输送到脱蜡干燥器中的催化剂仍然含有30％～40％蜡，蜡脱除所需能耗大；同时在干燥过程中不仅要用热油加热浆液，而且还要用加热器加热氮气到343℃吹扫催化剂。这种脱蜡方法不仅升温慢，工艺复杂、而且需要在343℃保持恒温4小时，能耗高、投资大。如果温度控制不好，过热还容易烧结催化剂，破坏催化剂的活性；而从脱蜡干燥器出来的含蜡10％～20％的催化剂，还需采用氢气气提，进一步降低催化剂中的蜡含量到3％以下。氢气气提是一个十分复杂的除蜡过程，每一步升温和恒温都有严格要求，不仅耗能，而且耗时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能耗低且经济、简便、高效的浆态床F-T合成工艺中固体催化剂和浆液的分离方法。

本发明拟全程采用简单的过滤方法来分离催化剂和蜡液。过滤是分离悬浮液最普遍和最有效的单元操作之一，与沉降分离相比，可使悬浮液的分离更迅速、更彻底；与蒸发、干燥等非机械操作相比，其能量消耗较低。

采用过滤法分离催化剂和蜡液，其关键是溶剂的选择。蜡在溶剂中的溶解经历溶胀和溶解两个过程。首先溶剂与蜡接触后溶剂分子运动速度很快，陆续渗透到蜡分子之间的空隙中，并使空隙逐渐增大，分子间的距离被拉大，蜡被溶胀，链段之间的作用力减弱，使蜡的分子运动愈来愈自由，最后溶解在溶剂中，再经沉降、过滤或滗析与催化剂分离。

溶解过程中，蜡分子在溶剂中扩散的速度是影响蜡溶解的一个重要因素。溶解的蜡分子扩散越快，该溶剂的溶蜡速率就越高。若进入溶剂中的蜡分子不能较快扩散，则会在催化剂表面重新形成一个蜡的富集层阻碍蜡继续溶解。本发明在大量研究的基础上选出极性与蜡分子相近、汽化温度低且溶蜡速度大于等于0.016g/min的溶剂，如轻质油、石油醚、溶剂油等，以避免上述问题。