沉淀鐵催化劑與工業(yè)化漿態(tài)床FTS產(chǎn)物分布適應性分析

譚代福

(山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長治 046302)

引 言

1 潞安工業(yè)化FTS數(shù)據(jù)采集方法

2 潞安工業(yè)化FTS流體力學特征

由于FTS的產(chǎn)物分布偏離ASF分布，因此，對于漿態(tài)床反應器中FIS的本征動力學目前沒有一個準確、合理、科學的解釋。Li，Shi等[3-4]利用CFD軟件對漿態(tài)床內(nèi)部漿料的傳熱、傳質、流動等進行模擬，給出了一種目前大家接受的解釋。現(xiàn)實工業(yè)化運行中漿態(tài)床內(nèi)部的合成氣在漿料中并非處于混合均勻的層流狀態(tài)，存在大面積的湍流、溝留現(xiàn)象[5-6]。故，催化劑的活性與產(chǎn)物收率不存在線性關系，各線性點催化劑顆粒的失活率均不相同。

3 沉淀鐵催化劑理化特性

目前，潞安16萬t/a煤基合成油項目的漿態(tài)床FIS反應單元中，所采用的催化劑是由中科合成油公司提供的沉淀鐵基催化劑。

其工業(yè)技術參數(shù)為：粒徑為50 μm～1 800 μm、比表面積為205.9 m2/g、堆密度為0.80 g/cm3、磨損率為4.85%/h、平均孔徑為10.82 nm。

其化學成分參數(shù)為：鐵質量分數(shù)≥40%(主要形態(tài)為絡合α-Fe)、硫質量分數(shù)≤0.5%。

其性能活性參數(shù)為：甲烷選擇性≤5%、二氧化碳選擇性≤35%、一氧化碳轉化率≥50%、老化失活率≤0.5%/24 h。

4 還原活化溫度對FTS產(chǎn)物分布的影響

還原活化溫度是影響沉淀鐵催化劑還原度的主要因素，還原活化溫度的不同直接決定沉淀鐵催化劑表面活性位(碳化鐵)的數(shù)量及其活性物晶態(tài)[7-8]。潞安煤基合成油公司在示范生產(chǎn)過程中采用了不同的還原活化溫度，采集到的數(shù)據(jù)如表1(FTS反應時間均為48 h)。

表1 不同還原活化溫度對FTS產(chǎn)物分布影響

5 反應溫度對FTS產(chǎn)物分布的影響

反應溫度是影響FTS反應的主要因素，從熱力學條件分析可知，低溫有利于FTS反應的進行，但是，低溫不利于沉淀鐵催化劑的活性位釋放[9]。潞安煤基合成油公司在示范生產(chǎn)過程中采用了不同的FTS反應溫度，采集到的數(shù)據(jù)如表2(FTS反應時間均采用48 h，還原活化溫度采用260 ℃)。

表2 不同反應溫度對FTS產(chǎn)物分布影響

6 床層壓降對FTS產(chǎn)物分布的影響

漿態(tài)床的床層壓降也是影響FTS反應產(chǎn)物分布的一個重要因素，從其本征動力學分析，增大漿態(tài)床的床層壓降有利于FTS反應進行，有利于加快鏈增長的速率，使其產(chǎn)物向高分子烴類方向偏移[10]。潞安煤基合成油公司在示范生產(chǎn)過程中采用了不同的漿態(tài)床床層壓降，采集到的數(shù)據(jù)如表3(FTS反應時間均采用48 h，還原活化溫度采用260 ℃，F(xiàn)TS反應溫度為270 ℃)。

表3 不同床層壓降對FTS產(chǎn)物分布影響

7 空塔氣速對FTS產(chǎn)物分布的影響

FTS的空塔氣速也是影響FTS反應產(chǎn)物分布的一個重要因素，提高漿態(tài)床中空塔氣速有利于合成氣在沉淀鐵的表面分布覆蓋，會提高沉淀鐵催化劑的活性反應速率，增加碳鏈增長的速率[11]。潞安煤基合成油公司在示范生產(chǎn)過程中采用了不同的空塔氣速，采集到的數(shù)據(jù)如表4(FTS反應時間均采用48 h，還原活化溫度采用260 ℃，F(xiàn)TS反應溫度為270 ℃，漿態(tài)床床層壓降為2.95 MPa)。

表4 不同空塔氣速對FTS產(chǎn)物分布影響

8 結語

本文以山西潞安16萬t/a國家煤基合成油品示范項目中基于沉淀鐵基催化劑的漿態(tài)床FTS反應單元為背景，分析了工業(yè)運行過程中影響產(chǎn)物分布的因素，研究發(fā)現(xiàn)，潞安煤基合成油公司在工業(yè)化生產(chǎn)中采用還原活化溫度為260 ℃、反應溫度為270 ℃、漿態(tài)床床層壓降為2.95 MPa、空塔氣速為5 000 mL·g-1·h-1的條件時，F(xiàn)TS的運行為最佳。本文為工業(yè)化漿態(tài)床FTS提供了一種合理性運行方案，有較強的工業(yè)運用前景。