提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置，所述费托合成装置包括催化剂送料单元、合成气氢碳分离单元、催化剂还原单元、费托合成单元；本发明专利技术还公开了利用上述装置的相应方法。本发明专利技术初次投料开车和检修后开工，催化剂在费托合成反应器内还原，催化剂一次还原量大，大大缩短了合成反应器达到满负荷的时间，提高了投料开车效率，增加了效益。在合成反应器中原位还原，方法简单易行，操作简便，节约了开车成本。采用该工艺，可以大大缩短投料开车时间，提高了装置的运行效率。

Fischer-Tropsch synthesis device and method for improving starting efficiency of industrial Fischer-Tropsch synthesis feeding

【技术实现步骤摘要】
提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置和方法
本专利技术涉及费托合成领域，特别涉及一种提高工业费托合成装置投料开车效率和稳定运行的装置和方法。
技术介绍
近几年，费托(Fischer-Tropsch)合成技术在国内快速工业化。由于费托合成浆态床反应器具有温度均匀易控、气速操作范围宽、催化剂可在线置换等优点，在煤炭间接液化项目中被广泛采用。典型的费托合成工艺流程为：首先，煤/天然气经气化或部分氧化、重整转化为合成气，再将合成气脱硫、脱氧净化后，根据采用的费托合成工艺条件及催化剂，调整H/CO比，然后进入费托合成反应器制取混合烃。最后，合成产物经分离加工改质后即可得到不同目标产品。费托浆态床合成是煤间接液化工艺的关键技术环节之一。费托浆态床合成是指合成气经催化反应转化为碳氢化合物的过程，主要发生生成烷烃和烯烃的反应，同时还伴随有含氧化合物的生成和水煤气变换(WGS)反应等。费托浆态床合成技术关键是开发高活性、高产品选择性和高稳定性的催化剂。在浆态床费托合成工艺中，无论采用钴基催化剂还是铁基催化剂。由于制备的催化剂不具备对合成反应起催化作用所需要物理结构和化学状态，需要将其进一步还原为具有一定的物理化学性质后，才具有催化剂的活性。一般而言，催化剂在送入浆态床反应器之前，需要被还原成一定的活性，或者采用费托合成反应器直接还原催化剂。中国专利CN1247305C公开了一种浆态床催化剂的原位还原工艺，催化剂直接在费托合成反应器中活化，然后切换进气条件后直接进行费托合成反应。众所周知，对于浆态床费托铁系催化剂寿命上的局限性，需要时常进行在线更新，才能保证费托合成装置长周期稳定运行。对于工业浆态床反应器，如果合成过程和还原过程在同一反应器内进行，在催化剂的首次还原完成后，随着合成反应时间的延长，催化剂逐渐失活，需要添加新的催化剂来替换部分失活催化剂，确保合成反应平稳进行。因此无法实现催化剂的在线更新和还原同时进行，合成反应器也无法连续平稳操作，需要中断合成过程。就大规模连续生产的工业装置而言，显然不能以此方式来操作。故对于工业的浆态床费托合成来说，应配置一个独立的还原反应器及其配套的还原单元。显然，无论在低温费托合成过程还是高温费托合成过程中，都存在着同样的问题，需要配套还原单元，以确保排出的催化剂量与补充的新催化剂量相同，以保障催化剂活性最佳，反应器效能最佳。另外，还原单元的催化剂可以进行适时更新、还原，及时输送至合成反应器，这样可以实现费托合成过程长期和稳定的生产。此外，由于还原是独立的，可以和合成同步进行，避免了合成过程的中断。在实际工业装置运行过程中，尽管可以定期向合成反应器内补充新鲜的还原催化剂，但由于随着合成反应时间的延长，催化剂最佳性能逐渐下降，即在一个催化剂补充周期内，合成反应器内的催化剂整体性能是不断变化的。为了充分发挥催化剂的性能，相应合成操作条件需要随之进行调整，尤其入口氢碳比需要及时调整。如何调控入反应器的循环气氢碳比是发挥费托反应处于最佳状态的关键因素。目前，商业化的费托合成工艺中费托反应器入口循环气氢碳比主要通过控制新鲜原料气氢碳比来实现。由于循环气量非常大，而补充的新鲜气原料气小于30％，很难实现入费托反应器的循环气中氢碳的精确配比，氢碳摩尔比仅在原料气进入费托合成装置之前进行分析和调节。但是，工业运行结果表明，现有工艺很难实现循环气中氢碳比以最佳配比进入反应器，造成了费托反应经常处于非最佳状态，制约了费托装置经济效益最大化。因此，如何实现循环气中氢碳比的快速、精确调控以满足费托反应处于最佳状态是迫切需要解决的问题。另外，在现有工业装置中，合成装置设计开工方案是在还原反应器内还原催化剂，每次可还原催化剂约费托合成反应器需要量的1/3催化剂，每次耗时2.5天左右(还原时间和加催化剂时间)。初次投料开车和检修后开工反应器达到满负荷的需要还原3次催化剂加入反应器，即需要7.5-9.0天才能达到满负荷。如果一套还原单元对应两台费托合成反应器，装置达到满负荷需要15-18天。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术的目的在于提供一种提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置和方法，其工艺步骤更为合理，有利于提高费托合成开车效率以及费托合成运行稳定性。为实现上述专利技术目的的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置，包括催化剂送料单元、合成气氢碳分离单元、催化剂还原单元和费托合成单元；其中，所述催化剂送料单元包括催化剂送料罐和第一催化剂输送管，用于通过所述第一催化剂输送管将催化剂送料罐中的费托合成催化剂输送至所述催化剂还原单元中；所述催化剂还原单元包括还原气进料管、还原反应器、第一柴油管、第二催化剂输送管和还原尾气管，其中，所述还原气进料管用于向所述还原反应器内输送费托合成催化剂还原活化所需还原气；所述还原反应器用于将来自所述第一催化剂输送管的费托合成催化剂还原活化；所述第一柴油管用于向所述还原反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述第二催化剂输送管用于将所述还原反应器内的费托合成催化剂送入所述费托合成单元；所述还原尾气管用于将所述还原反应器中还原反应生成的还原尾气送出；所述费托合成单元包括合成气进料管、浆态床型的费托合成反应器、第二柴油管和合成尾气管，其中，所述合成气进料管用于向所述费托合成反应器内输送费托合成所需用合成气；所述费托合成反应器用于将所述合成气进料管输入的合成气转化为碳氢化合物；所述第二柴油管用于向所述费托合成反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述合成尾气管用于将所述费托合成反应器的顶部出口气流送出；所述氢碳分离单元用于对部分来自界区的净化合成气进行氢碳分离，以将所述净化合成气分离成富含CO的富碳气流和富含氢气的富氢气流两股气流，并分别将这两股气流送至所述还原气进料管和合成气进料管，以调节待进入所述还原反应器的还原气和待进入所述费托合成反应器的合成气的氢碳比。根据本专利技术的费托合成装置，优选地，所述催化剂还原单元还包括第一换热器、还原尾气分离单元和第一压缩机，其中，所述第一换热器用于使来自所述还原尾气管的还原尾气与待进入所述还原反应器的还原气换热降温；所述还原尾气分离单元用于对来自所述第一换热器的还原尾气进行冷凝分离，并将分离得到的气相组分全部或者部分通过第一压缩机循环至所述还原气进料管以继续参与催化剂还原反应；所述费托合成单元还包括第二换热器、合成尾气分离单元和第二压缩机，其中，所述第二换热器用于使来自所述合成尾气管的合成尾气与待进入所述费托合成反应器的合成气换热降温；所述合成尾气单元用于对来自所述第二换热器的合成尾气进行气液分离，并将分离出的气相组分全部或者部分通过第二压缩机循环至所述合成气进料管，以继续参与合成反应。根据本专利技术的费托合成装置，优选地，所述催化剂送料罐包括筒形部、自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的锥形部、设置于锥形部下部的至少一个催化剂出口、以及环形的流化气分配器，所述流化气分配器套设在所述锥形部外，并通过多个输气管沿周向均匀连接至所述锥形部的侧壁，用于向所述锥形部内输送流化气以松动锥形部内合成催化剂；优选地，所述催化剂出口的水平位置高于所述还原反应器的催化剂入口的水平位置。根据本专利技术的费托合成装置，优选地，所述催化剂送料单元还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置，包括催化剂送料单元、合成气氢碳分离单元、催化剂还原单元和费托合成单元；其中，所述催化剂送料单元包括催化剂送料罐和第一催化剂输送管，用于通过所述第一催化剂输送管将催化剂送料罐中的费托合成催化剂输送至所述催化剂还原单元中；所述催化剂还原单元包括还原气进料管、还原反应器、第一柴油管、第二催化剂输送管和还原尾气管，其中，所述还原气进料管用于向所述还原反应器内输送费托合成催化剂还原活化所需还原气；所述还原反应器用于将来自所述第一催化剂输送管的费托合成催化剂还原活化；所述第一柴油管用于向所述还原反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述第二催化剂输送管用于将所述还原反应器内的费托合成催化剂送入所述费托合成单元；所述还原尾气管用于将所述还原反应器中还原反应生成的还原尾气送出；所述费托合成单元包括合成气进料管、浆态床型的费托合成反应器、第二柴油管和合成尾气管，其中，所述合成气进料管用于向所述费托合成反应器内输送费托合成所需用合成气；所述费托合成反应器用于将所述合成气进料管输入的合成气转化为碳氢化合物；所述第二柴油管用于向所述费托合成反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述合成尾气管用于将所述费托合成反应器的顶部出口气流送出；所述氢碳分离单元用于对部分来自界区的净化合成气进行氢碳分离，以将所述净化合成气分离成富含CO的富碳气流和富含氢气的富氢气流两股气流，并分别将这两股气流送至所述还原气进料管和合成气进料管，以调节待进入所述还原反应器的还原气和待进入所述费托合成反应器的合成气的氢碳比。...

【技术特征摘要】
1.一种提高工业费托合成投料开车效率的费托合成装置，包括催化剂送料单元、合成气氢碳分离单元、催化剂还原单元和费托合成单元；其中，所述催化剂送料单元包括催化剂送料罐和第一催化剂输送管，用于通过所述第一催化剂输送管将催化剂送料罐中的费托合成催化剂输送至所述催化剂还原单元中；所述催化剂还原单元包括还原气进料管、还原反应器、第一柴油管、第二催化剂输送管和还原尾气管，其中，所述还原气进料管用于向所述还原反应器内输送费托合成催化剂还原活化所需还原气；所述还原反应器用于将来自所述第一催化剂输送管的费托合成催化剂还原活化；所述第一柴油管用于向所述还原反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述第二催化剂输送管用于将所述还原反应器内的费托合成催化剂送入所述费托合成单元；所述还原尾气管用于将所述还原反应器中还原反应生成的还原尾气送出；所述费托合成单元包括合成气进料管、浆态床型的费托合成反应器、第二柴油管和合成尾气管，其中，所述合成气进料管用于向所述费托合成反应器内输送费托合成所需用合成气；所述费托合成反应器用于将所述合成气进料管输入的合成气转化为碳氢化合物；所述第二柴油管用于向所述费托合成反应器内输送重质柴油作为溶剂；所述合成尾气管用于将所述费托合成反应器的顶部出口气流送出；所述氢碳分离单元用于对部分来自界区的净化合成气进行氢碳分离，以将所述净化合成气分离成富含CO的富碳气流和富含氢气的富氢气流两股气流，并分别将这两股气流送至所述还原气进料管和合成气进料管，以调节待进入所述还原反应器的还原气和待进入所述费托合成反应器的合成气的氢碳比。2.根据权利要求1所述的费托合成装置，其特征在于，所述催化剂还原单元还包括第一换热器、还原尾气分离单元和第一压缩机，其中，所述第一换热器用于使来自所述还原尾气管的还原尾气与待进入所述还原反应器的还原气换热降温；所述还原尾气分离单元用于对来自所述第一换热器的还原尾气进行冷凝分离，并将分离得到的气相组分全部或者部分通过所述第一压缩机循环至所述还原气进料管以继续参与催化剂还原反应；所述费托合成单元还包括第二换热器、合成尾气分离单元和第二压缩机，其中，所述第二换热器用于使来自所述合成尾气管的合成尾气与待进入所述费托合成反应器的合成气换热降温；所述合成尾气单元用于对来自所述第二换热器的合成尾气进行气液分离，并将分离出的气相组分全部或者部分通过所述第二压缩机循环至所述合成气进料管，以继续参与合成反应。3.根据权利要求1或2所述的费托合成装置，其特征在于，所述催化剂送料罐包括筒形部、自筒形部向下延伸且与筒形部流体相通的锥形部、设置于锥形部下部的至少一个催化剂出口、以及环形的流化气分配器，所述流化气分配器套设在所述锥形部外，并通过多个输气管沿周向均匀连接至所述锥形部的侧壁，用于向所述锥形部内输送流化气以松动锥形部内合成催化剂；优选地，所述催化剂出口的水平位置高于所述还原反应器的催化剂入口的水平位置。4.根据权利要求3所述的费托合成装置，其特征在于，所述催化剂送料单元还包括第一进气管、第二进气管和第三进气管；其中，所述第一进气管连接至所述筒形部的侧壁、所述第二进气管连接至所述流化气分配器、所述第三进气管连接至所述第一催化剂输送管靠近所述催化剂出口的一端。5.根据权利要求3或4所述的费托合成装置，其特征在于，所述催化剂送料罐中锥形部的锥角设置为20～70°，优选30-60°；所述输气管设置至少3个；所述输气管在与所述锥形部连接处的设置角度为使得输入所述锥形部内的流化气的气流方向相对于水平面倾斜向上0～60°，优选15～45°。6.根据权利要求5所述的费托合成装置，其特征在于，所述费托合成反应器上还设有第一卸剂管、第二卸剂管、第三卸剂管和第四卸剂管，分别连接至所述费托合成反应器中的上部、中部、下部和底部。7.利用权利要求1-6中任一项所述的费托合成装置进行费托合成投料开车的方法，包括如下步骤：(1)通过所述第一柴油管和第二柴油管分别向所述还原反应器和费托合成反应器中引入适量重质柴油，然后用来自界区的低压氮气将费托合成装置内置换合格后，充压至设定值；(2)对所述催化剂送料罐进行充压，直至与所述还原反应器内压差达到设定值，打开催化剂送料罐与还原反应器之间阀门，通过所述第一催化剂输送管将催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏，郭中山，赵建宁，黄斌，魏旭礼，王峰，李虎，刘吉平，张安贵，李顺平，杨占奇，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，神华宁夏煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11