大型費(fèi)托合成裝置催化劑置換工藝及影響因素

馬曉芳，蘇安

(國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司合成油廠，寧夏 銀川 750411)

0 引言

煤間接液化技術(shù)作為煤炭清潔高效利用的一種途徑，反應(yīng)條件相對溫和，其合成油品具有清潔、環(huán)保、燃燒性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是石油煉制液體燃料的直接替代品，能夠緩解我國石油對外進(jìn)口的依賴[1-2]，而其制備的某些高附加值化工產(chǎn)品性能甚至遠(yuǎn)超以石油為原料的化工品性能，因此發(fā)展煤制油、煤制化工品技術(shù)的意義重大[3]。400萬噸/年煤炭間接液化高溫漿態(tài)床費(fèi)托合成集成技術(shù)，采用每臺漿態(tài)床還原反應(yīng)器配套兩臺漿態(tài)床費(fèi)托合成反應(yīng)器的形式，完成氧化態(tài)催化劑的預(yù)處理及費(fèi)托合成反應(yīng)器過程。其中單臺費(fèi)托反應(yīng)器年產(chǎn)油品50萬噸，裝置規(guī)模大，工藝復(fù)雜，對運(yùn)轉(zhuǎn)操作水平要求較高。本文針對寧煤費(fèi)托合成工藝催化劑置換過程中還原反應(yīng)器和費(fèi)托合成反應(yīng)器溫度、壓力、液位、入塔氣氫碳比、凈化氣量等主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了分析和總結(jié)，為同類型的工業(yè)裝置提高費(fèi)托合成反應(yīng)性能，維持裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供借鑒思路。

1 催化劑置換工藝流程與運(yùn)行參數(shù)

1.1 催化劑置換工藝流程

還原裝置與費(fèi)托合成裝置置換工藝的核心是還原反應(yīng)器和費(fèi)托合成反應(yīng)器，還原反應(yīng)器直徑4 m，單次可還原催化劑16 t，費(fèi)托合成反應(yīng)器直徑9.6 m，高50 m。每臺還原反應(yīng)器對應(yīng)兩臺費(fèi)托合成反應(yīng)器。其置換工藝流程為：按照3天左右的時(shí)間，對費(fèi)托催化劑進(jìn)行總量10%左右的置換。置換過程中，首先進(jìn)行兩個(gè)費(fèi)托合成反應(yīng)器內(nèi)渣蠟(含催化劑的液態(tài)重質(zhì)蠟)的卸出操作，包括確認(rèn)卸渣蠟流程、卸渣蠟管線試通、反應(yīng)器卸渣蠟、循環(huán)氣掃線、卸渣蠟閥門恢復(fù)等過程。待渣蠟卸劑結(jié)束后，將還原反應(yīng)器中還原后的催化劑漿液依次加入兩個(gè)費(fèi)托合成反應(yīng)器中，主要過程包括管線確認(rèn)、壓劑、管路重柴清洗及閥門恢復(fù)等。置換后，還原反應(yīng)器一般進(jìn)行降溫處理，等待下一次還原過程。

1.2 工藝參數(shù)

還原及費(fèi)托合成反應(yīng)主要運(yùn)行參數(shù)與升溫曲線如表1和圖2所示。

表1 還原及費(fèi)托合成反應(yīng)主要運(yùn)行參數(shù)

還原過程溫度控制是關(guān)鍵，由圖1可知，催化劑還原過程最終恒溫在265 ℃，因此向費(fèi)托合成反應(yīng)器的加劑過程是在還原反應(yīng)完成后進(jìn)行的。

圖1 還原反應(yīng)升溫曲線

2 置換過程運(yùn)行參數(shù)變化與分析

2.1 費(fèi)托合成反應(yīng)器

本文選取某次催化劑正常置換過程中還原及費(fèi)托合成單系列反應(yīng)器的參數(shù)變化作為典型代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，本次的置換順序?yàn)椋嘿M(fèi)托合成反應(yīng)器卸劑、還原反應(yīng)器向費(fèi)托合成反應(yīng)器加劑。

圖2為單系列費(fèi)托合成反應(yīng)器在催化劑置換前后兩個(gè)小時(shí)、卸劑過程、加劑過程時(shí)段內(nèi)的主要參數(shù)變化過程。

由圖2可知，費(fèi)托合成反應(yīng)器溫度控制范圍在催化劑置換前及卸劑過程中保持較為平穩(wěn)，在269 ℃左右，在卸劑后由于反應(yīng)器中催化劑藏量變化影響反應(yīng)放熱量，需要對溫度進(jìn)行調(diào)整，因此在卸劑和加劑之間的時(shí)段內(nèi)反應(yīng)器溫度產(chǎn)生了一定的波動(dòng)。在隨后的加劑過程中，溫度產(chǎn)生較一個(gè)明顯的降低，這是由于加劑過程中，新加入的還原后催化劑漿液溫度在265 ℃左右，低于費(fèi)托合成反應(yīng)溫度，因此會造成溫度下降。催化劑置換后，通過調(diào)控手段回調(diào)溫度至270 ℃左右，過程中也產(chǎn)生了一定的波動(dòng)。費(fèi)托反應(yīng)器壓力會上漲0.05 MPa左右，此波動(dòng)基本不受催化劑置換過程影響，整體波動(dòng)極小。反應(yīng)器液位在催化劑置換前維持在40 m左右，卸劑過程中，能夠明顯觀察到液位降低，最低降至38 m左右，加劑后液位迅速恢復(fù)至40 m以上并趨于穩(wěn)定。入塔氣氫碳比在置換過程中整體在3.74～3.83范圍內(nèi)，屬于裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的正常范圍，基本不受催化劑置換過程影響。凈化氣量與尾氣量的波動(dòng)具有一定的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)尾氣量也會受到反應(yīng)溫度的影響。催化劑置換前，凈化氣量在315～326 kNm3/h范圍內(nèi)，尾氣量在153～159 kNm3/h范圍內(nèi)，在卸劑過程中，尾氣量有了一個(gè)突增的波動(dòng)，由于卸劑時(shí)段內(nèi)反應(yīng)器溫度基本保持穩(wěn)定，因此尾氣增加應(yīng)與催化劑藏量減少有關(guān)，之后隨著新還原后催化劑的加入，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提升，產(chǎn)油率增加，即使在置換后提高了凈化氣的進(jìn)氣量，尾氣量整體也低于置換前。此結(jié)果表明催化劑置換效果明顯。

圖2 單系列費(fèi)托合成反應(yīng)器催化劑置換時(shí)參數(shù)變化

2.3 四系列還原反應(yīng)器

當(dāng)費(fèi)托合成反應(yīng)器催化劑卸劑結(jié)束后，開始從還原反應(yīng)器向費(fèi)托合成反應(yīng)器加料。圖3為還原反應(yīng)器在催化劑置換前后各兩個(gè)小時(shí)、以及分別向費(fèi)托合成反應(yīng)器加劑過程時(shí)段內(nèi)的主要運(yùn)行參數(shù)的變化。

圖3 還原反應(yīng)器催化劑置換時(shí)參數(shù)變化

由圖3可知，還原反應(yīng)器置換前溫度控制在265 ℃，向費(fèi)托反應(yīng)器壓劑時(shí)，因合成氣已中斷，放熱終止，溫度已經(jīng)開始降低，置換結(jié)束后，溫度降低至220 ℃左右。為了向費(fèi)托合成反應(yīng)器中壓劑，還原反應(yīng)器壓力在置換前會從3.0 MPa提升到3.2 MPa左右，保證兩反應(yīng)器間壓差大于0.4 MPa，壓催化劑前兩小時(shí)中斷重柴補(bǔ)充，防止費(fèi)托反應(yīng)器液位過高；反應(yīng)器液位置換前的為18 m，向第一個(gè)費(fèi)托反應(yīng)器加劑后液位降至9 m左右，向B系列費(fèi)托反應(yīng)器壓劑后液位為0 m；由于置換開始時(shí)停止通入凈化氣，因此入塔氣氫碳比會急劇上升至400以及更高；凈化氣量在置換前保持從5.8 kNm3/h左右，開始加劑時(shí)降為零，氫氣流量在整個(gè)置換過程中保持不變，維持在9.0 kNm3/h左右。

3 結(jié)語

大型費(fèi)托合成裝置催化劑置換過程工藝參數(shù)的變化規(guī)律為：還原反應(yīng)器置換前后溫度從265 ℃降至220 ℃左右，壓力在置換前后控制先增加后降低，液位從18 m左右降低至零；凈化氣量從5.8 kNm3/h左右降為零，氫氣量維持不變，入塔氣氫碳比會有較大增加；對于合成反應(yīng)器，卸劑需要調(diào)控反應(yīng)溫度保持不變，加劑時(shí)溫度降低2～3 ℃，置換過程中壓力基本維持平穩(wěn)，液位會隨著卸劑和加劑過程而降低和升高，入塔氣氫碳比基本不受置換過程影響，凈化氣量及尾氣量的變化與負(fù)荷、反應(yīng)器溫度等參數(shù)相關(guān)，一般情況下尾氣量置換后會低于置換前。