大型費托合成裝置催化劑置換工藝及影響因素

馬曉芳，蘇安

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

0 引言

煤間接液化技術作為煤炭清潔高效利用的一種途徑，反應條件相對溫和，其合成油品具有清潔、環保、燃燒性能優異等優點，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口的依賴[1-2]，而其制備的某些高附加值化工產品性能甚至遠超以石油為原料的化工品性能，因此發展煤制油、煤制化工品技術的意義重大[3]。400萬噸/年煤炭間接液化高溫漿態床費托合成集成技術，采用每臺漿態床還原反應器配套兩臺漿態床費托合成反應器的形式，完成氧化態催化劑的預處理及費托合成反應器過程。其中單臺費托反應器年產油品50萬噸，裝置規模大，工藝復雜，對運轉操作水平要求較高。本文針對寧煤費托合成工藝催化劑置換過程中還原反應器和費托合成反應器溫度、壓力、液位、入塔氣氫碳比、凈化氣量等主要運行參數進行了分析和總結，為同類型的工業裝置提高費托合成反應性能，維持裝置長周期穩定運轉提供借鑒思路。

1 催化劑置換工藝流程與運行參數

1.1 催化劑置換工藝流程

還原裝置與費托合成裝置置換工藝的核心是還原反應器和費托合成反應器，還原反應器直徑4 m，單次可還原催化劑16 t，費托合成反應器直徑9.6 m，高50 m。每臺還原反應器對應兩臺費托合成反應器。其置換工藝流程為：按照3天左右的時間，對費托催化劑進行總量10%左右的置換。置換過程中，首先進行兩個費托合成反應器內渣蠟(含催化劑的液態重質蠟)的卸出操作，包括確認卸渣蠟流程、卸渣蠟管線試通、反應器卸渣蠟、循環氣掃線、卸渣蠟閥門恢復等過程。待渣蠟卸劑結束后，將還原反應器中還原后的催化劑漿液依次加入兩個費托合成反應器中，主要過程包括管線確認、壓劑、管路重柴清洗及閥門恢復等。置換后，還原反應器一般進行降溫處理，等待下一次還原過程。

1.2 工藝參數

還原及費托合成反應主要運行參數與升溫曲線如表1和圖2所示。

表1 還原及費托合成反應主要運行參數

還原過程溫度控制是關鍵，由圖1可知，催化劑還原過程最終恒溫在265 ℃，因此向費托合成反應器的加劑過程是在還原反應完成后進行的。

圖1 還原反應升溫曲線

2 置換過程運行參數變化與分析

2.1 費托合成反應器

本文選取某次催化劑正常置換過程中還原及費托合成單系列反應器的參數變化作為典型代表進行統計分析，本次的置換順序為：費托合成反應器卸劑、還原反應器向費托合成反應器加劑。

圖2為單系列費托合成反應器在催化劑置換前后兩個小時、卸劑過程、加劑過程時段內的主要參數變化過程。

由圖2可知，費托合成反應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，在269 ℃左右，在卸劑后由于反應器中催化劑藏量變化影響反應放熱量，需要對溫度進行調整，因此在卸劑和加劑之間的時段內反應器溫度產生了一定的波動。在隨后的加劑過程中，溫度產生較一個明顯的降低，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，低于費托合成反應溫度，因此會造成溫度下降。催化劑置換后，通過調控手段回調溫度至270 ℃左右，過程中也產生了一定的波動。費托反應器壓力會上漲0.05 MPa左右，此波動基本不受催化劑置換過程影響，整體波動極小。反應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至40 m以上并趨于穩定。入塔氣氫碳比在置換過程中整體在3.74～3.83范圍內，屬于裝置運轉的正常范圍，基本不受催化劑置換過程影響。凈化氣量與尾氣量的波動具有一定的關聯性，同時尾氣量也會受到反應溫度的影響。催化劑置換前，凈化氣量在315～326 kNm3/h范圍內，尾氣量在153～159 kNm3/h范圍內，在卸劑過程中，尾氣量有了一個突增的波動，由于卸劑時段內反應器溫度基本保持穩定，因此尾氣增加應與催化劑藏量減少有關，之后隨著新還原后催化劑的加入，反應轉化率的提升，產油率增加，即使在置換后提高了凈化氣的進氣量，尾氣量整體也低于置換前。此結果表明催化劑置換效果明顯。

圖2 單系列費托合成反應器催化劑置換時參數變化

2.3 四系列還原反應器

當費托合成反應器催化劑卸劑結束后，開始從還原反應器向費托合成反應器加料。圖3為還原反應器在催化劑置換前后各兩個小時、以及分別向費托合成反應器加劑過程時段內的主要運行參數的變化。

圖3 還原反應器催化劑置換時參數變化

由圖3可知，還原反應器置換前溫度控制在265 ℃，向費托反應器壓劑時，因合成氣已中斷，放熱終止，溫度已經開始降低，置換結束后，溫度降低至220 ℃左右。為了向費托合成反應器中壓劑，還原反應器壓力在置換前會從3.0 MPa提升到3.2 MPa左右，保證兩反應器間壓差大于0.4 MPa，壓催化劑前兩小時中斷重柴補充，防止費托反應器液位過高；反應器液位置換前的為18 m，向第一個費托反應器加劑后液位降至9 m左右，向B系列費托反應器壓劑后液位為0 m；由于置換開始時停止通入凈化氣，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，開始加劑時降為零，氫氣流量在整個置換過程中保持不變，維持在9.0 kNm3/h左右。

3 結語

大型費托合成裝置催化劑置換過程工藝參數的變化規律為：還原反應器置換前后溫度從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；對于合成反應器，卸劑需要調控反應溫度保持不變，加劑時溫度降低2～3 ℃，置換過程中壓力基本維持平穩，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荷、反應器溫度等參數相關，一般情況下尾氣量置換后會低于置換前。