两段串联浆态床费-托合成新工艺.doc

两段串联浆态床费-托合成新工艺 石 油 炼 制 与 化 工 年 月 加工工艺 第卷 第 期两段串联浆态床费一托合成新工艺石玉林 ,王洪学 ,谢 晶 ,吴秀章.中国神华煤制油化工有限公司,北京 ; .北京低碳清洁能源研究所摘 要:采用中试装置对具有自主知识产权的两段串联费一托合成工艺以及传统的单段浆态床费一托合成工艺进行模拟试验。对装置试验结果进行数据处理和两种工艺的性能比较。在相同合成气处理量或相同装置产油量条件下,与单段浆态床费 托合成工艺比较,两段串联浆态床费 托合成工艺所需的催化剂量少%以上,反应器单位体积有效利用率高;气体循环总量降低约 ,降低了能耗和操作费用;装置集成度高,可以减少部分设备,减少初期投资成本。关键词:两段串联 单段并联 费一托合成 浆态床近年来随着石油价格不断攀升,石油进口量 相对较少等优点,而使得费一托合成装置单台反应逐年上升,人们越来越重视开发替代油品的生产 器生产能力提高到 / 油蜡产品。目前已工业化生产的百万吨级费一托合成装置设计为两技术。通过煤、天然气或其它物质生产合成气,再套完整的常规单台浆态床反应器费一托合成工艺装采用费一托合成工艺生产出高质量的环境友好油置并联操作。每台反应器顶部气相产物均设置冷品,得到了工业化运行验证。因此,在替代油品生凝、冷却和油一水一气分离系统,分离出的大部分气产领域得到众多关注 。神华集团于 年开体循环回各自的反应器,以获得需要的总碳转化始开发自主知识产权费 托合成技术。 年率,少部分作为尾气放空。这种装置工艺流程设月由中国神华煤制油化工有限公司自主研发、工计为两台循环气压缩机,且循环气与新鲜合成气业化生产的煤基铁系催化剂成功应用于的体积比在 范围,由于大量气体循环反应,气鄂尔多斯分公司 / 煤间接液化示范项目,示体循环过程需要不断地冷却、压缩、加热等,不仅范装置一次开车成功,生产出高质量费一托合成油增加了很大的设备投资和操作费用,而且装置能蜡产品。此外,在中试规模成功开发了具有创新耗大幅度增加,也减低了能源效率。特色的单段浆态床费一托合成新工艺和新型固液分为克服大规模生产时常规费一托合成装置设计离工艺等关键技术 。以上述研发成果为基础,存在的设备投资和操作费用高、能耗高、时空产率中国神华煤制油化工有限公司以提高费一托合成装低、 利用率低的缺点,中国神华煤制油化工有置经济效益为目标,在提高装置规模的大型化水平、限公司创新性地提出了两段串联费一托合成工降低装置建设投资和操作费用方面开展了科技攻艺 ,并在实验室搅拌釜浆态床试验装置上进行关,研究开发两段串联费一托合成新工艺中试技术。费一托合成工艺装置的规模大型化收稿日期: ? ;修改稿收到日期:卜。作者简介:石玉林,博士,教授级高工,现任北京低碳清洁能源较早期间的费一托合成工艺采用固定床列管反研究所所长助理、燃料与化学品中心主任,国家计划重大应器,由于反应器制造工艺和反应传热限制,单台课题“煤合成燃油 组分及汽车匹配技术研究与开发”首反应器的生产规模通常只能达到每年数万吨至十席科学家,全国劳模,享受国家政府特贴专家。曾长期从事石油馏分加氢工艺技术研究,近年来主要从事煤炭间接液化费一几万吨油蜡产品。为了提高问接液化制油过程的托合成催化剂和工艺、煤炭直接液化油加氢改质工艺和煤液经济效益,人们纷纷追求费一托合成装置的规模大化油标准的研究工作。型化。浆态床费一托合成工艺因其反应器可大型化通讯联系人:石玉林,: . 。制造加工、反应器传热性能好、可等温操作、反应基金项目:国家高技术研究发展计划 计划 “煤合成燃油温度容易控制、失活催化剂可在线替换更新、投资 组分及汽车匹配技术研究与开发”项目资助。石 油 炼 制 与 化 工 年 第 卷表 模拟单段并联费一托合成工艺的中试运转结果了试验研究口 。两段串联工艺技术的流程为:新项 目 数 据鲜合成原料气体单程通过一台反应器 一反 ,一进入反应系统新鲜气反顶部气相产物经冷凝、冷却和油一水一气分离,得流量 标准状态 /到的气体进入第二台反应器 二反 ,二反顶部气氢碳体积比相产物再经冷凝、冷却和油一水一气分离后,大部分其它组分 标准状态 / 。 气剂比 标准状态/气体循环回二反继续反应以获得要求的 总转反应系统工艺条件化率,少部分气体作为尾气排放。两台反应器各温度/ 自从中上部经固液分离后抽出的重质蜡统一进入压力 口 /到一个蜡缓冲罐,然后进入后续的蜡精制工艺单入塔气量标准状态/ 。元进一步处理。该工艺装置可高度集成,两段反人塔气气剂比 标准状态/循环气量标准状态/ 。应的热高压分离得到的液相产物全部进入同一个循环体积比热低压分离器进行再次闪蒸分离得到重质馏分费一托合成反应结果油,而两段反应的冷高压分离液相产物轻质馏分总转化率,油和生成水混合物全部流入到同一个冷低压分离总转化率。器进行分离,得到轻质馏分油和费一托合成水产物。合成气总转化率, 选择性, / 油品费一托合成中试装置 运 选择性,转试验结果 油蜡产量/ 时空产率/ / /. 单段并联费一托合成工艺技术油蜡时空产率/单段并联工艺为两套完整的常规单台浆态床拟合两段串联工艺技术催化剂物性数据及运转参反应器费一托合成工艺装置并联操作。年 月数数据,作为与单段并联工艺技术比较基准数据。至 年 月,中国神华煤制油化工有限公司利两轮试验结果集总成两段串联费一托合成工艺的反用开展了单段并联费一托合成工艺的模拟试应性能数据及运转参数见表 。验,以煤基合成气为原料,采用神华集团自主研究表 模拟两段串联费托合成工艺的中试运转结果开发、浙江泰德新材料有限公司工业生产的费一托项 目 数 据合成铁系催化剂 ,在上连续运转瑚% 瑚伽 娼 瑚 吲进入反应系统新鲜气,成功生产出费一托合成油和蜡产品。典型流量标准状态/ 。 数据见表 。氢碳体积比其它组分标准状态/ 。 . 两段串联费一托合成工艺技术气剂比标准状态 / 为进行两段串联费一托合成工艺试验,反应系统工艺条件年,在原常规单段浆态床费一托合成工艺流程温度/设计基础上,对其进行合成气单程通过和气体循压力 口/人塔气量 标准状态 / 。环可切换灵活反应工艺流程技术改造。 年人塔气气剂比标准状态 /? 月,利用改造后的单段单台浆态床费一循环气量 标准状态 / 。 托反应器顺利实施了神华浆态床费一托合成工艺中循环体积比试研究试验。费一托合成反应结果两段串联工艺的中试结果采用两轮模拟试验总转化率,总转化率,得到。第一轮试验是以煤基合成气为原料,在合成气总转化率, 上气体单程通过连续运转;第二轮试验则以 选择性,模拟第一轮试验得到的反应尾气作为进料,部分 选择性,尾气循环,反应温度、压力、空塔气速与第一轮试油蜡产量/验相同。两轮试验都成功生产出费一托合成油和蜡时空产率 / / 油蜡时空产率/产品,获取了物料平衡数据及催化剂性能数据。第 期 石玉林,等.两段串联浆态床费一托合成新工艺塔气速等工艺条件不变情况下,可以按催化剂量两种工艺技术试验数据拟合对比分析的放大倍数进行各物流的进出流量放大,各物流以整套装置处理量及产油量为比较基础,对性质 组成 不变;尾气提纯氢气、 的可回收试验数据进行计算对比。数据模拟计算原则如率按照 考虑;回收的氢气全部作为新鲜合下:在反应器入塔气气剂比不变、反应器人塔气成气回用进入反应器。回收的 量按照新鲜合气体组成基本不变、温度和压力不变情况下,新鲜成气的氢碳比调节流量回用,多余部分排出装置。合成气气剂比影响总转化率;在新鲜合成气气根据上述试验数据模拟原则,对两段串联浆剂比不变、反应器入塔气气体组成基本不变、温度态床费一托合成工艺和单段并联浆态床费一托合成和压力不变情况下,循环比变化影响单程转化率;相同的工艺条件下,转化率不变时,选择性不 工艺进行数据模拟,模拟结果见表 ,两种工艺试变;新鲜合成气气剂比、循环比、温度、压力、空 验性能数据比较见表 。表 两种费一托合成工艺试验模拟结果比较表 两种费一托合成工艺性能比较. 相同合成气处理量工艺对比从表 、表 两种工艺的数据比较可以看出,在费一托合成装置处理相同量的煤制合成气条件下,两段串联费一托合成工艺较单段并联费一托合成工艺少装催化剂 . ,单位体积催化剂处理更多的新鲜合成气,催化剂费一托合成性能得到了更有效的发挥。第一轮单程通过费一托反应,进入费一注:表中数据由表 数据经 单段并联数据 两段串联数据/托合成反应器的有效气体含量近,反应物浓单段并联数据 公式计算而来,计算结果正值表示减少,负值表示增加。 度增加后极大地提高费一托合成反应速率,烃时空石 油 炼 制 与 化 工 年 第 卷产率得到大幅度提高,第二段常规气体循环的费一 两段串联费一托合成工艺较单段并联费一托合托合成反应集总后的烃时空产率 时空产率成工艺的合成气 。 和 产品产率均低 . 。达 .,催化剂催化性能得到了充分体现,同 认为主要是两段串联工艺试验时总碳转化率未控时,催化剂使用量的降低,降低了费一托装置运转催 制在单段并联工艺试验的相同水平所致,同时由化剂使用成本。于两段串联费一托合成工艺尾气循环比较单段并联在相同处理量条件下,两段串联费一托合成工费一托合成工艺低约 . ,有效气体在反应器艺较单段并联费一托合成工艺有效反应器直径减少内停留时间相对较短,导致费一托合成产物碳链长. 。反应器大型化无论从规模放大效应风度短,合成油产率降低。但从 数据来看,两段险还是从制造加工工艺都是制约其大型化的瓶串联工艺高于单段并联工艺 . ,而甲烷组分颈,反应器直径缩小,降低了反应器制造加工难的产量确实两段串联的低,因此两段串联工艺 度,降低了技术放大的风险。另反应器直径小,反增加的量仅是 乙烷 乙烯 的量。适当增大二段应器固定投入成本相应降低。循环比有利于烯烃二次反应,有利于长链烃的生两段串联费一托合成工艺较单段并联费一托合成,增加合成油产率。从煤炭综合利用,大型化煤成工艺减少了一台循环气压缩机,同时总的气体化工多联产考虑,低碳烃都能得到有效利用,两段串循环量低 . 。作为费一托合成装置,初期投联费一托合成工艺较单段并联工艺占有相对优势。资中循环压缩机系统所占投资份额较大,作为核. 相同装置产油量工艺对比心设备的循环压缩机系统维护、动力消耗成本均从表 表 两种工艺的数据比较可以看到,很高,都会大幅增加装置的运行成本。两段串联在费一托合成装置相同产油蜡量的情况下,两段串工艺因减少了一台循环气压缩机及气体循环量大联费一托合成工艺较单段并联费一托合成工艺:器幅度下降将显著提高费一托合成装置的整体经内少装催化剂 . %;有效反应器直径减小济性。. ;总的气体循环量低 . ; 总转两段串联费一托合成工艺较单段并联费一托合化率低 . 百分点、 。总转化率低 . 百分点、成工艺 总转化率低 . 百分点、 总转化率。选择性高 . 百分点、选择性低 . 百低 . 百分点、选择性高 . 百分点、分点;进费一托合成装置每标准状态立方米合成选择性低 . 百分点。从数据上看,两段串联工艺气的 。 和 产品产率低 . ,而产率高除选择性指标较优于单段并联工艺外,其它. ,甲烷产率低。三项指标都有些欠缺。实际上,第二段模拟试验时,设定的尾气循环比较低,影响了二段合成气转结 论化率,同时也增加了尾气回收装置投入运行成本。 两段串联浆态床费一托合成工艺能够充分因此,完全可以通过适量增大第二段尾气循环比发挥费一托合成催化剂效能,催化剂使用量低,降低来进行优化工艺操作,增大有效气体转化率,相应催化剂采购成本。减小有效尾气排放量,达到预期值。工艺优化后, 两段串联浆态床费一托合成工艺所采用的虽然会一定程度地增加装置气体循环量,但与单反应器直径小,单位反应器体积处理量大。段并联相比还是有相当优势的。两段串联选 两段串联浆态床费一托合成工艺减少了第择性高的原因主要是一段单程通过时,进料有效一段费一托合成的循环气压缩机系统,以及相应地气体含量近,进料气中基本不含 。,反应器内气相中浓度较低,导致费一托合成生成烃 减少了压缩机出人口气体缓冲罐、循环气流量调节控