本發(fā)明涉及一種費(fèi)托合成油工藝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

本世紀(jì)以來，煤和天然氣將逐步取代石油，在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。為了適應(yīng)能源和化工原料路線轉(zhuǎn)變這一必然趨勢(shì)，緩解日趨緊張的柴、汽油供需矛盾，研究開發(fā)替代液體燃料生產(chǎn)技術(shù)，就成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外石化工業(yè)技術(shù)人員的首要使命。

費(fèi)托(f-t)合成技術(shù)是f.fischer和h.tropsch上一世紀(jì)三十年代發(fā)明的液態(tài)烴合成技術(shù)，是替代液體燃料生產(chǎn)技術(shù)中十分重要的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)的核心反應(yīng)是f-t合成反應(yīng)，目前已工業(yè)化使用的反應(yīng)器有三種：固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和漿態(tài)床反應(yīng)器。在這三種反應(yīng)器中，漿態(tài)床反應(yīng)器因其傳熱、傳質(zhì)效果好、壓降低，投資成本低以及催化劑可在線裝卸等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的漿態(tài)床f-t合成油工藝是以煤和天然氣為原料，在漿態(tài)床反應(yīng)器中使一定碳?xì)浔鹊暮铣蓺夤呐荽等?，通過含有粒狀催化劑的液相介質(zhì)，進(jìn)行f-t合成反應(yīng)。該技術(shù)產(chǎn)品蠟從反應(yīng)器中部排出，液固過濾分離產(chǎn)品蠟和催化劑后送產(chǎn)品蠟儲(chǔ)罐，催化劑返回反應(yīng)器繼續(xù)參加反應(yīng)；產(chǎn)品輕油和未反應(yīng)的尾氣，夾帶部分產(chǎn)品蠟和細(xì)粉催化劑，向上經(jīng)過除沫器分離產(chǎn)品蠟和細(xì)粉催化劑后送冷卻工序，分離產(chǎn)品輕油和f-t合成廢水。

漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)溫度控制在220℃左右，反應(yīng)壓力約2.7mpa，沸點(diǎn)高于此溫度的f-t合成產(chǎn)品，將以液體的形態(tài)，通過液固分離器，分離出液體中混合的固體催化劑，送產(chǎn)品儲(chǔ)罐；沸點(diǎn)低于出口溫度(約215℃)的f-t合成產(chǎn)品，將以氣體的形式，連同未反應(yīng)的尾氣，向上通過除沫器除去其中夾帶的液滴和催化劑，送冷卻分離工段。實(shí)際生產(chǎn)中由于種種因素的影響，反應(yīng)器中產(chǎn)品蠟和輕油的分離并不嚴(yán)格遵從上述理論分析。向上進(jìn)入除沫器的氣相中包含大量的c17+烴，留在反應(yīng)器內(nèi)的液相中也包含一定量的c16-，這一事實(shí)已通過分析產(chǎn)品輕油和產(chǎn)品蠟的組成得以驗(yàn)證。在分析產(chǎn)品的組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，高附加值產(chǎn)品蠟中存在4.5％左右的c16-輕；產(chǎn)品輕油中存在18.0％左右的c17+烴。此外設(shè)備停工檢修時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)器出口至冷卻設(shè)備進(jìn)口部位，凝結(jié)著大量的固體蠟，蠟中包含大量的細(xì)粉催化劑，上述研究結(jié)果均表明傳統(tǒng)的除沫器是不能滿足f-t合成反應(yīng)尾氣中產(chǎn)品蠟和催化劑的分離要求的。

授權(quán)公告號(hào)為cn203663646u(申請(qǐng)?zhí)枮閏n201420010487.7)的中國(guó)實(shí)用新型專利《一種催化劑生產(chǎn)裝置用組合式氣液分離器》，其中公開的組合式氣液分離器包括旋流板除沫器和絲網(wǎng)除沫器，其旋流板除沫器由外筒、內(nèi)筒、、盲板及葉片組成，采用固定環(huán)和支撐環(huán)固定在塔器內(nèi)壁上，氣流由塔底上升通過葉片將粒徑大的霧滴甩落分離；其絲網(wǎng)除沫器是由格柵板和絲網(wǎng)相互連接而成的絲網(wǎng)塊，通過壓蓋和支撐件固定在塔器內(nèi)壁上，粒徑小的霧滴通過吸附力和重力在絲網(wǎng)上形成大液滴下落分離。該技術(shù)可分離氣體中的大、小粒徑的霧沫，減少氣體結(jié)膜率和壓降，改善操作條件，優(yōu)化工藝指標(biāo)，減少設(shè)備腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命，增加處理量及回收有價(jià)值的物料。高效的除沫器可將反應(yīng)器出口的氣體中大于8μm的石蠟液滴和大于5μm催化劑顆粒同時(shí)全部分離下來。這一點(diǎn)對(duì)于漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器來說，有兩個(gè)不足之處，一是對(duì)于除去氣相中小于8μm的石蠟液滴和小于5μm催化劑顆粒，效果不佳；二是不具備降低反應(yīng)器出口尾氣溫度的功能，會(huì)使得相當(dāng)一部分的c17+烴以氣相狀態(tài)通過除沫器，進(jìn)入冷卻工序，降溫后凝結(jié)堵塞管道或隨輕油進(jìn)入輕油罐，使得產(chǎn)品輕油中c17+烴含量高達(dá)18.0％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種能夠減少反應(yīng)尾氣帶出的催化劑和蠟油，以提高產(chǎn)品蠟的產(chǎn)率及系統(tǒng)的能效指數(shù)的費(fèi)托合成油工藝系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種費(fèi)托合成油工藝系統(tǒng)，包括原料合成氣預(yù)熱器、漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器、循環(huán)氣壓縮機(jī)，所述原料合成氣預(yù)熱器的出口與所述漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器的底部的入口相連通，其特征在于：所述漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器內(nèi)腔的頂部設(shè)置有換熱器管組，所述換熱器管組的入口與所述循環(huán)氣壓縮機(jī)的出口相連通，所述換熱器管組的出口與所述原料合成氣預(yù)熱器的入口相連通。

為了提高系統(tǒng)的熱能利用率，所述換熱器管組的換熱管外焊接有折流板組。

優(yōu)選地，所述折流板組將漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)尾氣的溫度降低到165℃～185℃。

優(yōu)選地，所述折流板組將循環(huán)氣壓縮機(jī)輸入的循環(huán)尾氣預(yù)熱到110℃～130℃。

為了在換熱面積固定的情況下，增加系統(tǒng)的換熱能力，所述換熱器管組包括中心管和分布在所述中心管兩側(cè)的進(jìn)氣管，各進(jìn)氣管的下端分別與所述中心管相連通，其中一個(gè)進(jìn)氣管的上端伸出所述漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器以形成所述換熱器管組的入口，所述中心管的上端伸出所述漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器以形成所述換熱器管組的出口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)、本發(fā)明在漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器的頂部設(shè)置外焊接折流板的換熱器管組，利用循環(huán)尾氣吸熱降低反應(yīng)尾氣的出口溫度，增加反應(yīng)尾氣中高碳烴的凝結(jié)，可降低反應(yīng)尾氣對(duì)產(chǎn)品液滴的夾帶，提高附加值產(chǎn)品蠟的產(chǎn)量；

(2)、本發(fā)明在漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器的頂部設(shè)置外焊接折流板的換熱器管組，降低反應(yīng)尾氣出口溫度，促使反應(yīng)尾氣中高碳烴的凝結(jié)，提高了折流板表面對(duì)細(xì)粉催化劑的捕獲能力，將細(xì)粉催化劑留在漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)，提高細(xì)粉催化劑的利用率；

(3)本發(fā)明利用換熱器管組預(yù)熱循環(huán)尾氣的溫度，可減少將循環(huán)尾氣預(yù)熱到210℃所需熱量的33.3％～46.7％，提高系統(tǒng)的熱利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中費(fèi)托合成油工藝系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

f-t合成油產(chǎn)品組份復(fù)雜，主要為直鏈烷烴和烯烴。直鏈烷烴的沸點(diǎn)是隨著分子量的增加而有規(guī)律的升高，如表1。從表1中可見，常溫、一個(gè)大氣壓下，c16-以下是是液體和氣體，c17+以上是固體。常壓下十一烷的沸點(diǎn)是195.8℃，十二烷的沸點(diǎn)是216.3℃，十六烷的沸點(diǎn)是280.0℃，十七烷的沸點(diǎn)是303.0℃。一個(gè)化合物的沸點(diǎn)就是這個(gè)化合物的蒸氣壓與外界壓力達(dá)到平衡時(shí)的溫度。外界壓力升高，要達(dá)到沸點(diǎn)，與此相平衡的烴的蒸氣壓力也要相應(yīng)升高，這就需要升高溫度來提高烴的蒸氣壓力，也就是沸點(diǎn)升高。f-t合成反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)壓力為2.7mpa左右，相比常壓下烴類化合物的沸點(diǎn)會(huì)升高很多，這有利于降低尾氣中高碳烴的含量。

表1部分正烷烴常壓下的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)

直鏈烷烴沸點(diǎn)的高低取決于分子間引力的大小，分子間引力愈大，使之沸騰就必須提供更多的能量，所以沸點(diǎn)就愈高。表1中所列各組份的沸點(diǎn)是純物質(zhì)在一個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)，而反應(yīng)器中液相即f-t合成產(chǎn)品是一個(gè)多組份、三相(氣、液、固)混合物，各物質(zhì)在反應(yīng)器中的沸點(diǎn)不僅受反應(yīng)器內(nèi)壓力影響，而且還要受反應(yīng)器內(nèi)f-t合成反應(yīng)情況、三相之間相與吸附情況、反應(yīng)產(chǎn)品之間引力、表面張力等許多因素影響，就使得產(chǎn)品輕油與產(chǎn)品蠟之間的分離變得相對(duì)困難，這一結(jié)論可從輕油產(chǎn)品中含18％左右的蠟(c17+)和重油產(chǎn)品中含4.5％左右的輕油(c16-)得以驗(yàn)證。

f-t合成油產(chǎn)品分析，尾氣出口溫度約215℃時(shí)，輕油中c17+組份約占輕油產(chǎn)品總量的18.0％；尾氣出口溫度約210℃時(shí)，輕油中c17+組份約占輕油總量的16.5％。尾氣出口溫度降低5℃，輕油中c17+組份含量約降1.5％，這表明降低反應(yīng)尾氣出口溫度，對(duì)于降低輕油中c17+組份含量有顯著作用。另一方面，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表面，尾氣出口溫度約215℃時(shí)，重油中c16-組份約占重油4.45％；尾氣出口溫度約210℃時(shí)，重油中c16-組份約占輕油4.147％。尾氣出口溫度降低5℃，輕油中c16-組分含量約降0.3％，這表明降低反應(yīng)尾氣出口溫度，對(duì)于重油中c16-烴含量影響不大。分析其原因認(rèn)為，換熱器將反應(yīng)尾氣出口溫度降低，一部分高碳烴因溫度降低，撞擊在折流板上遇冷凝結(jié)，形成液滴并長(zhǎng)大后下落，隨著其在反應(yīng)器中下落，周邊的溫度逐浙上升，這部分高碳烴中一部分較低碳數(shù)的烴又會(huì)吸熱氣化，與合成尾氣混合重新向上進(jìn)入換熱器管組。這樣遇冷凝結(jié)-吸熱氣化循環(huán)反復(fù)進(jìn)行，留在反應(yīng)器中的c17+組份就會(huì)越來越多，被尾氣帶出的c17+組份就會(huì)越來越少；留在反應(yīng)器中的c16-組份就會(huì)越來越少，被尾氣帶出的c16-組份就會(huì)越來越多。

降低反應(yīng)尾氣出口溫度可以降低輕油中c17+組份的含量，反應(yīng)尾氣出口溫度越低，帶出的c17+組份越少。但是出口溫度也不能降低太多，降低太多會(huì)破壞反應(yīng)器內(nèi)溫度的自我平衡，給f-t合成反應(yīng)帶來不利影響，在綜合考慮f-t合成產(chǎn)物的碳數(shù)分布、各物質(zhì)之間的相互作用、分子之間的范德華引力、溫度降低對(duì)輕油和重油組成的影響，研究認(rèn)為將反應(yīng)尾氣出口溫度降低30℃～50℃，使得輕油中c17+組份含量降低到輕油總量的10％～6％為佳。

從循環(huán)壓縮機(jī)出來壓力2.78mpa,溫度約60℃的循環(huán)尾氣，與來自凈化工段壓力2.78mpa，溫度約120℃的原料合成氣混合，在其進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)前需要經(jīng)合成氣預(yù)熱器預(yù)熱到210℃左右，消耗大量的熱。

在任何氣液接觸設(shè)備中,氣體總會(huì)夾帶一些液體，其夾帶機(jī)理是機(jī)械作用和冷凝效應(yīng)。機(jī)械作用產(chǎn)生的霧滴直徑幾乎都在10μm以上。沸騰液體或在液體表面鼓泡時(shí)氣泡破碎將產(chǎn)生大到1000微米小到幾個(gè)微米的液滴；飽和汽冷凝形成的液體常常產(chǎn)生極細(xì)的霧滴夾帶。f-t合成反應(yīng)器反應(yīng)尾氣夾帶的液滴主要是沸騰液體和液體表面鼓泡時(shí)氣泡破碎產(chǎn)生的液滴。當(dāng)反應(yīng)尾氣進(jìn)入換熱冷卻管組時(shí)，也會(huì)因溫度降低致使飽和氣冷凝產(chǎn)生大量的細(xì)霧滴。

折流板的捕霧的機(jī)理可分為三種,即慣性撞擊、直接攔截和布朗捕捉。一個(gè)液滴的動(dòng)量與液體密度和直徑的三次方成正比，所以較重和較大的液滴較易脫離氣流而與置于其直線方向上的物體相撞,即稱為慣性撞擊。直徑較小的液滴可隨氣流運(yùn)動(dòng),當(dāng)固體(捕集網(wǎng))之間距離小于液滴直徑時(shí),這些液滴會(huì)被攔截,這稱為直接攔截。液滴直徑在1～10微米時(shí)主要是靠直接攔截來脫除。對(duì)直徑小于1微米的液滴,布朗捕捉則成為主要捕集機(jī)理,即取決于布朗運(yùn)動(dòng)。霧滴直徑愈小,布朗捕捉的效率越高。這三種機(jī)理的轉(zhuǎn)換沒有明確的界限。

在f-t合成反應(yīng)器中，由于原料合成氣從漿態(tài)床反應(yīng)器底部鼓入，產(chǎn)生的氣泡在液體表面破碎，會(huì)產(chǎn)生大到1000微米小到幾個(gè)微米的液滴，并夾帶催化劑細(xì)粉進(jìn)入氣相，一起向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這部分含有尾氣、液滴和細(xì)粉催化劑顆粒的混合物流向反應(yīng)器頂部運(yùn)動(dòng)至靠近換熱器管組部位時(shí)，混合物流溫度會(huì)漸漸降低，一部分高碳烴會(huì)由氣體漸漸凝結(jié)轉(zhuǎn)換成極細(xì)顆粒的霧滴。繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，混合物流撞擊到折流板表面，由于金屬折流板具有加強(qiáng)換熱作用，混合物流溫度會(huì)進(jìn)一步降低，其中更多的高碳烴因溫度降低而凝結(jié)，連同其捕獲的催化劑細(xì)粉附著在折流板上，促進(jìn)捕獲更多的液滴和催化劑細(xì)粉，并漸漸長(zhǎng)大。當(dāng)液滴長(zhǎng)大到一定規(guī)模時(shí)，連同脅裹的催化劑經(jīng)導(dǎo)流槽下落返回反應(yīng)器，重新參加f-t合成反應(yīng)。

如圖1所示，本實(shí)施例中的費(fèi)托合成油工藝系統(tǒng)包括原料合成氣預(yù)熱器1、漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器2、循環(huán)氣壓縮機(jī)3。漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器2內(nèi)腔的頂部設(shè)置有換熱器管組4，換熱器管組4的換熱管外焊接有折流板組5。

換熱器管組4包括中心管和分布在所述中心管兩側(cè)的進(jìn)氣管，各進(jìn)氣管的下端分別與所述中心管相連通。如此在換熱面積固定的情況下，增加系統(tǒng)的換熱能力。

其中一個(gè)進(jìn)氣管的上端伸出漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器2以形成換熱器管組4的入口，換熱器管組4的入口與循環(huán)氣壓縮機(jī)3的出口相連通，中心管的上端伸出漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器2以形成換熱器管組4的出口，換熱器管組4的入口所述換熱器管組4的出口與所述原料合成氣預(yù)熱器1的入口相連通。并且原料合成氣預(yù)熱器1的出口與漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器2的底部的入口相連通。

從循環(huán)壓縮機(jī)出來的、壓力2.78mpa、溫度約60℃的循環(huán)尾氣，送入漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器頂部設(shè)置的管外焊接折流板組5的換熱器管組5的換熱管內(nèi)，循環(huán)尾氣自進(jìn)氣管進(jìn)入到中心管中，在流動(dòng)過程中，吸收漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器底部反應(yīng)池反應(yīng)過程中的釋放的反應(yīng)尾氣中的熱量，進(jìn)而將循環(huán)尾氣的溫度預(yù)熱到110℃～130℃。預(yù)熱后的循環(huán)尾氣自換熱器管組5的中心管輸送至原料合成氣預(yù)熱器1中，再與來自凈化工段并進(jìn)入原料合成氣預(yù)熱器1內(nèi)的新鮮合成氣1進(jìn)行混合，進(jìn)而一起經(jīng)原料合成氣預(yù)熱器1預(yù)熱到210℃，進(jìn)而送入漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器底部的反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行f-t合成反應(yīng)。未反應(yīng)的合成氣，約220℃，2.76mpa，夾帶著泡沫破碎形成的產(chǎn)品液滴和催化劑細(xì)粉3，離開反應(yīng)液面向上進(jìn)入帶有折流板組5的換熱器管組4外部。換熱器管組4吸收未反應(yīng)的合成氣中的熱量，以將未反應(yīng)的合成氣的溫度降低30℃～50℃，大部分高碳烴會(huì)由氣體漸漸凝結(jié)轉(zhuǎn)換成極細(xì)顆粒的霧滴。混合物流繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，混合物流撞擊到折流板表面，由于金屬折流板具有加強(qiáng)換熱作用，混合物流溫度會(huì)進(jìn)一步降低，其中更多的高碳烴因溫度降低而凝結(jié)，連同其捕獲的催化劑細(xì)粉附著在折流板上，使得更多撞擊到折流板表面的液滴和催化劑細(xì)粉被捕獲，使得液滴迅速長(zhǎng)大。當(dāng)液滴長(zhǎng)大到一定規(guī)模時(shí)，會(huì)挾裹捕獲的催化劑細(xì)粉經(jīng)導(dǎo)流槽下落返回漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器底部的反應(yīng)池內(nèi)，重新參加f-t合成反應(yīng)。如此除去產(chǎn)品液滴和催化劑細(xì)粉的反應(yīng)尾氣，溫度約165℃～185℃，經(jīng)漿態(tài)床f-t合成反應(yīng)器頂部的反應(yīng)尾氣出口送至冷卻分離工段，分離產(chǎn)品輕油和工業(yè)廢水。

在前述過程中：(1)、在漿態(tài)床f-t合應(yīng)器頂部設(shè)置的焊接折流板的換熱器管組5，讓加壓后的循環(huán)尾氣從換熱管內(nèi)通過，與管外未反應(yīng)的反應(yīng)尾氣換熱，降低反應(yīng)尾氣的出口溫度，提高循環(huán)尾氣的溫度，可降低預(yù)熱器的熱量消耗，提高系統(tǒng)的能效指數(shù)；(2)、換熱器管組5管線設(shè)置兩個(gè)下行的進(jìn)氣管和一個(gè)上行的中心管，可在換熱面積固定的情況下，增加系統(tǒng)的換能力；(3)、換熱器管組5外焊接折流板組5，可利用金屬優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，增大換熱器管組5的換熱面積，增加反應(yīng)尾氣的碰撞、攔截除沫效果，促進(jìn)反應(yīng)尾氣中高碳烴的凝結(jié)，提高反應(yīng)尾氣中產(chǎn)品液滴和催化劑細(xì)粉的捕獲率；(4)、利用換熱管外焊接折流板的換熱器管組5將反應(yīng)尾氣出口溫度降低到165℃～185℃，可大量減少尾氣中夾帶的產(chǎn)品蠟滴和催化劑細(xì)粉，使得輕油中c17+組份含量降低到10％～6.0％；(5)、利用管外焊接折流板的換熱器管組5將循環(huán)尾氣預(yù)熱到110℃～130℃，可將原料合成氣預(yù)熱器1中預(yù)熱循環(huán)尾氣這部分所需輸出的總熱量減少至53.3％～66.7％。