《【2017年整理】FT反应器和催化剂》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】FT反应器和催化剂（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、煤炭制液体燃料的煤间接液化（CTL）技术，清洁环保，燃烧性能优异。煤 气 化粗 煤 气 净 化合 成产 品 回 收 ， 分 离产 品 精 制 ， 改 质重 整煤氧 气蒸 汽硫 化 氢二 氧 化 碳液 化 石 油 气乙 烯煤 油柴 油燃 料 油其 他 化 学 品氧 气 蒸 汽甲 烷H2+ C OH2+ C O （ 合 成 气 ）煤间接液化工艺流程催 化 剂 活 化精 炼 提 质费 托 合 成 反 应费 托 合 成 产 物冷 却 / 分 离新 鲜 催 化 剂循 环 尾 气新 鲜 合 成 气废 催 化 剂油 品化 工 产 品反 应 水尾 气 去 燃料 气 系 统副 产 蒸 汽费托合成工艺流程简图高温
2、费托合成工艺最早被称为 Hydrocol 工艺（海德罗科尔）项目 高温费托 低温费托反应温度/ 300350 200250反应压力/MPa 2.0 2.5 2.0 5.0反应器 循环流化床或固定流化床 固定床管式或浆态床反应器催化剂 熔融法铁基或沉淀法铁基催化剂铁基或钴基催化剂（更适合于以天然气为原料的低温费托合成油技术）产品 汽油、柴油、含氧有机化学品（乙醇、丙醇、正丁醇、C5 以上高碳醇、丙酮、乙酸等）和烯烃柴油和石脑油，部分高品质石蜡柴油/质量分数% 33 75石脑油/质量分数% 20LPG/质量分数 % 5汽油/质量分数% 33烯烃/质量分数% 25其他烯烃和含氧化合物/质量分数%9目
3、前，世界上只有南非 Sasol 公司建有大规模煤间接液化制油商业化生产装置。Sasol 公司成立于 20 世纪 50 年代，1955 年 Sasol I 厂建成投产，1980 年、1982年 Sasol II 厂、Sasol III 厂相继建设投产。经过 50 多年的发展，南非 Sasol 公司已成为世界上最大的煤基合成油企业，年耗原煤近 5000 万吨。煤基费托合成的产品种类达到 113 种，主要产品是汽油、柴油、石蜡、合成氨、烯烃、聚合物、醇、醛等，总产量达 760 万吨，其中油品大约占 60%。Sasol I 厂第一套费托合成油装置的煤制合成气技术采用 Lurigi 公司的固定床加压煤气
4、化技术，反应器采用德国鲁尔化学（Ruhrchemie）公司和 Lurigi 公司合作开发的 Arge 固定床反应器，共有 5 台，操作温度 230，操作压力 2.7MPa，单台产能是 500 桶/日。1987 年 Sasol 公司在原有 Arge 反应器的基础上，又投用了操作压力为 4.5MPa 的高压 Arge 反应器，反应管与反应器外形尺寸与低压Arge 反应器基本一致。1955 年前后，Sasol 公司对美国凯洛格（Kellogg）公司开发的循环流化床反应器（CFB）进行了 500 倍放大，生产能力 1500 桶/ 日。后面 Sasol 开发成功另外自己的循环流化床反应器（Synthol
5、） 。1980 年在 Sasol II 厂、1982 年在 Sasol III 厂分别建成了 8 台循环流化床高温费托合成生产装置。生产能力达 6500 桶/日。为了进一步提高产能，Sasol 公司在原有循环流化床反应器（Synthol）基础上，开发了固定流化床反应器（SAS） 。1983 年，直径 1m 的固定流化床费托合成中试装置1985 年，开始建设直径 5m 固定流化床商业化装置， 1989 年投入使用1995 年，直径 8m 的固定流化床反应器商业化示范装置开车成功 19961999 年 Sasol 公司用 8 台固定流化床反应器代替了 Sasol II 厂和 Sasol III厂的
6、 16 台循环流化床反应器（Synthol） ；4 台 8m，产能 11000 桶/日；4 台10.7m，产能 20000 桶/日；2000 年增设了第九台固定流化床反应器。20 世界 70 年代中期开展浆态床费托合成反应器研究工作。1990 年研发成功了简单高效的内置式石蜡分离装置1991 年完成了 100 桶/日的三相浆态床费托合成中试装置试验工作。1993 年建设了产能是 2500 桶/日的三相浆态床费托合成工业装置，于 1995 年投入运行。与此同时还成功开发了浆态床馏分油合成工艺（SSPD） 。工艺 反应器 催化剂 反应温度/ 反应压力/MPa 主要产品 Synthol 循环流化床
7、熔融铁催化剂 300-350 2.5 汽油和轻烯烃 SAS 固定流化床反应器 熔融铁催化剂 340 2.5 汽油和轻烯烃 ARGE 列管式固定床反应器 铁基催化剂 220-250 4.5 柴油，煤油和蜡 SSPD 浆态床反应器 铁基催化剂 250 3.0 高品质柴油，煤油和石脑油 Sasol 公司的低温费托合成工艺：Arge 固定床费托合成工艺（铁基）和 SSPD 浆态床费托合成工艺（钴基或铁基）Sasol 公司分别在卡塔尔和尼日利亚分别建设了 3 万桶/天的浆态床 GTL 装置。Sasol 公司的高温费托合成工艺：Synthol 循环流化床工艺和 SAS 固定流化床工艺，采用熔铁催化剂，主要
8、产品是汽油和轻烯烃。1955 年 Sasol I 厂（位于 Sasolburg） ，规模 30 万吨/年；1980 年 Sasol II 厂和1982 年 Sasol III 厂（位于 Secunda） ，规模分别为 230 万吨/ 年；世界上最大的煤气化合成液体燃料生产基地，年消耗煤炭约为 4590 万吨，其中 Sasol I 厂 650万吨/年，Sasol II 厂和 Sasol III 厂 3940 万吨/年。Sasol 公司产品分为 6 类：1、发动机燃料：汽油、柴油和没有等；2、烯烃：乙烯、丙烯、1-戊烯和 1-己烯等；3、焦油产品：酚类、芳烃、燃料油等；4、石蜡和润滑油；5、含氧化
9、合物：醇类、酮类、醛类和酸类；6、其他：硫磺、硫铵、工业炸药、胺类、丙烯腈纤维和甲基-异丁基酮等。新产品开发：合成表面活性剂用 烯烃、增塑合成润滑剂、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、环氧乙烷和乙氧基化合物等。Sasol I 厂在 2004 年之前原料气一直使用煤制合成气，之后改用天然气。制 氧 装 置 煤 气 化 动 力 房溶 酚 装 置煤 气 净 化焦 油 精 炼石 脑 油 加 氢A r g e合 成 装 置甲 烷 转 化合 成 油 装 置A r g e精 炼 装 置合 成 油产 品 回 收焦 油 酸硫 铵其 他 含 氮 物蜡 + 轻 烃苯芳 香 烃杂 分 油焦 油烃 和 化 学 品
10、固 氮肥 料 产 品煤蜡热 冷凝 物热 冷凝 物轻油倾 析油尾 气石 脑 油 裂 解 的 L P G 送 输 配 站尾 气 送 煤 气 输 配 公 司尾 气送 煤气 输配 公司净 煤气 送输 配公 司净 煤 气 尾 气 送 冷 箱尾 气O2氧 气粗 焦 油 + 油煤 气 液粗 煤 气O2石 脑 油净 煤 气甲 烷 转 化 气水 + 化 学 品尾 气净 煤 气C2+ C4Sasol I 厂工艺流程图合 成 油装 置C O2脱 出C2回 收化 工 厂煤 准 备合 成 气 冷 却低 温 甲醇 洗 装 置硫 回 收焦 油 蒸 馏煤 气 液分 离鲁 奇气 化 炉溶 酚 装 置石 脑 油加 氢氨 回 收炼
11、 油 厂甲 烷 转 化催 化 剂制 备制 氢城 市 煤 气掺 混瓦 斯 油轻 油残 油轻 石 脑 油焦 油油煤 气 冷 凝 液石 脑 油酸 性 气催 化 剂石 脑 油重 整 油加 氢 过 的 聚 合 物C5/ C6硫 化 物L P G（ 丙 烷 ）柴 油 掺 合 料减 压 塔 底 油重 质 聚 合 物H2H2O2循 环 气C H4富 气净合成气C H4富 气H2H2送 石 脑 油加 氢 装 置酸 性 水 送 排放 液 体 处 理重 质 酮 类戊 醇丁 醇乙 醇甲 醇M E K丙 醇丙 酮中 质 杂 酚 油重 质 杂 酚 油沥 青渣 油加 氢 过 的石 脑 油重 质石 脑 油无 水 氨有 机 物
12、 送 出 处 理煤 气 液煤 气 液煤 气 液酚 制 品送 排 放 液 处 理煤 气 液O2蒸 汽原 煤块煤粗 合 成 气煤 粉 送 锅 炉洗 过 的 尾 气C O2C2化 学 品 + 水进 城 市 煤气 系 统硫酸 性 气粗 合 成 气汽 提 出来 的 液体Sasol II 厂和 Sasol III 厂工艺流程图Fe 基催化剂金属铁储量丰富、价格低廉，Fe 基催化剂具有较高的反应活性和水煤气变换反应（WGS）活性，适用的 H2/CO 比范围宽，这些特点使 Fe 基催化剂得到了广泛的研究和应用。Fe 基催化剂中铁可以形成碳化铁和氧化铁，然而真正起催化作用的是碳化铁、氮化铁和碳氮化铁。Fe 基催
13、化剂通常在两个温度范围内使用，低于 280时在固定床或浆态床中使用，此时的 Fe 基催化剂完全浸没在油相中；高于 320时在流化床中使用，温度将以最大限度地限制蜡的生产为界限。 Fe 基催化剂又可分为熔铁和沉淀铁催化剂。沉淀铁催化剂具有较高的比表面、较大的孔容和较高的活性，但是只能用于低温操作，通常 220270，压力约为3.05.0MPa，产物分布广，C5 +选择性高，主要是柴油和石蜡；熔铁催化剂具有低的比表面、小的或者甚至没有孔容和低的活性，要求高温下运用，反应温度约为 320340，压力约为,2.02.2MPa，产物多以低碳烃，汽油为主。易于发生水汽变换反应，影响产物的选择性和反应速率，
14、链增长能力差，反应温度高时，易积碳和中毒。 Co 基催化剂Co基催化剂具有高活性和链增长能力，高直链饱和重质烃选择性高，产物中含氧化合物少，对水煤气变换反应不敏感，在反应过程中稳定、不易积碳和中毒。符合CO 2减排趋势。由于储量有限，一般是负载型催化剂。适用于低温费托，因为较高的温度会造成甲烷选择性的急剧上升。但是Co基催化剂的缺点在于，要获得合适的选择性，必须在低温下操作，使反应速率下降，导致时空产率比Fe基催化剂低，同时由于Co催化剂在低温下反应，产品中烯烃含量较低。Co基催化剂用于生产液态烃，合适使用温度为190250 ，压力2.05.0MPa。流化床 汽油 固定床 柴油、航空煤油、石脑
15、油和蜡 Co 基 低温费托 190250 2.05.0 浆态床 蜡 固定床反应器（Arge 反应器）20世 纪30 40 年 代 20世 纪50 80 年 代 20世 纪90 年 代Arge反 应 器 是Ruhrchemir和Lurgi公 司 技 术反 应 器 内 有2052跟 反 应 管 ，管 内 径50mm基 于 列 管 式 固 定 床 反 应 器的SMDS工 艺反 应 器 内 有26150根 反 应管 ，管 内 径26mm德 国特 点 缺 陷管 内 装 填 催 化 剂 ，管 外 利 用 加 压 饱 和水 移 走 反 应 热适 用 于 低 温 费 托220250主 要 产 品 是 柴 油
16、和 蜡反 应 热 移 除 效 率 低 、扩 散 和 高 压 降 限制 ，严 重 影 响 单 套 反 应 器 产 量床 层 存 在 轴 向 径 向 温 度 梯 度 ，造 成 甲烷 收 率 高 、长 链 烃 选 择 性 低 、催 化 剂寿 命 缩 短南 非Sasol Shell常 压FT 反 应 器 （长 方 形 柜式 ）中 压FT 反 应 器 （圆 柱 形 ）常 压FT反 应 器中 压FT反 应 器 Arge反 应 器催 化 剂 装 在 冷 却 管 和 钢 板 形 成的 空 间反 应 器 的 温 度 通 过 循 环 的 水 控制 ，水 的 压 力 决 定 反 应 温 度反 应 产 生 的 热 量 通 过 循 环 水 带催 化 剂 装 在 套 筒 间冷 却 水 进 入 内 管 和 外 管 壁管 内 装 填催 化 剂 ，管 外 利 用加 压 饱 和水 移 走 反首先是由鲁尔化学 Ruhrchemir 和鲁奇 Lurgi 两家公司合作开发。反应器直径3m，
