费托合成浆态床反应器过滤工艺与研究

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　２０１９年第３期　

费托合成浆态床反应器过滤工艺与研究

马国清

（）内蒙古伊泰煤基新材料研究院有限公司，内蒙古东胜　０１７０００

费托合成浆态床反应器是煤制油的核心设备，过滤管为反应器内部的重要组件，功能是实　　摘　要：

现液态烃类产品与固体催化剂分离，过滤管过滤效果的好与坏，直接影响生产的稳定性。本文主要分析了主要分析了影响过滤的因素及解决办法。

关键词：浆态床反应器；催化剂；浆料；过滤管

（）ＴＱ５２９．２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００６—７９８１２０１９０３—００１６—０２　　中图分类号：

　　费托合成浆态床反应器是煤制油的核心设备，

是将Ｈ２和Ｃ在一定温度和压Ｏ在催化剂作用下，力下，转变为液态烃类产品反应场所。费托合成产物，作为后系统（油品加工车间）的生产原料，其中

，蜡）是通过浆态床反７０％～８０％的液态烃类产物（

应器内部设置的过滤管流出反应器外部，进入下一道工序。另外２轻质０－３０％相对较轻的烃类产品（

，馏分油和重质馏分油）随同浆态床反应器顶部的合

成气一起出来，经过逐级冷却分离后得到。反应器内部设置的过滤管是将液态烃类产品（蜡）与铁基催化剂实现分离关键设备组件，过滤管浸泡于浆态床反应器内部的浆液内，浆液中的液态烃通过过滤管流出反应器外部，浆液中的铁基催化剂颗粒被过滤网拦截留在反应器内部继续参加费托合成反应，过滤效果好与坏，直接影响产品质量和后道工序的正产运行。

出蜡）工作原理１　浆态床反应器过滤（

过滤是固－液分离的常用方法之一。浆态床反应器内置过滤管的过滤是合成工艺中核心和难点。由过滤方程可知：在过滤面积一定的情况下，过滤速Ｖ反比于过滤阻力ｕ＝ｄ度正比于过滤推动力，＝

Ａｄθ

ΔｐＲ＋Ｒｍ）μ（ｄＶ过滤速率：单位时间获得的滤液体积，Ｑ＝ｄθ

３（）。ｍ／ｓ

过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液ｄＶ（／）体积，ｕ＝ｍｓ

Ａｄθ

过滤网上滤饼阻力：Ｒ＝ｒＬ，比阻ｒ＝２２２（）（）５ａ１８０１－１－εε，＝Ｌ滤饼厚度，ｄ颗粒直径，３２３

ｄεε

滤层空隙率，滤网阻力Ｖ滤层体积，Ｖｐ颗粒体积，

，虚拟）Ｒｍ＝ｒＬｅＬｅ当量滤饼厚度（

浆态床反应器过滤过程属于间歇过滤。

＊

过滤周期Ｔ＝过滤时间ｔ＋浸泡时间ｔａ＋反吹，时间ｔ周期内滤液量仍为Ｖ，平均过滤速率Ｑ＝ｆ）Ｋ（ｔ＋ｔｅ－２ＶｅＶＶＡ　槡／，令ｄＶＴ＝＝＝０ｔ＋ｔａ＋ｔｆｔ＋ｔａ＋ｔｆｄｔ

）ＫＡ（ｔ＋ｔａ＋ｔｆ）－求导得：－（Ａ　槡Ｋ（ｔ＋ｔｅ

（）２槡Ｋｔ＋ｔｅ

）分子项等于０，分母不为０略）化简：２Ｖｅ＝０（

）Ｋ（ｔ＋ｔａ＋ｔｆ）），解方程求出ｔ＝（Ｋ（ｔ＋ｔｅ－２ｅｑ槡（）２槡Ｋｔ＋ｔｅ

即为最佳过滤时间。

，通常ｑ解出２ｅｔｅ可以忽略，ｔ＝ｔ＋ｔａ＋ｔｆ＝Ｔ，ｔ，即：过滤时间等于浸泡时间＋反吹时间时＝ｔａ＋ｔｆ

过滤通量最大。

反应器内置过滤管示意图

正常过滤时，反吹阀门１关闭，过滤阀门２打反应器内置过滤管内部５与反应器外部接料系开，

统连通，反应器内置过滤管外部３与过滤管内部５存在一定的压差，浆料沿滤管壁３汇集至过滤管５内，并沿过滤阀门２方向流出。

正常反吹时，过滤阀门２关闭，反吹阀门１打开，反应器内置过滤管与反应器外部反吹系统连通，反吹气系统与反应器内置过滤管内部存在一定的压差，反吹气在过滤中心管４内延上下两个方向反吹至过滤管５内，并将管内的液体反顶出过滤管，沿管壁３向反应器内反吹。

收稿日期：２０１８－１２－１６

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正常浸泡时，过滤阀门２关闭，反吹阀门１关闭，反应器内置过滤管既不过滤，也不反吹。过滤管处于休息阶段，这样可以延长过滤管的使用寿命。

浆态床反应器内部设置的多组过滤器通过程序自动控制，根据程序的设定，其中一部分过滤管处于

过滤阶段（出料），一部分过滤管处于反吹阶段，另一

部分过滤管处于浸泡阶段（不过滤也不反吹）

。在一个过滤周期内，过滤时间、反吹时间和浸泡时间可根据生产情况、负荷、反应器液位等进行修改和设定。２　浆态床反应器过滤影响因素分析２．１　催化剂破碎的影响

过滤过程中，过滤阻力反比例于颗粒直径的平方，一旦催化剂破碎，过滤阻力可能增加４倍，其它条件不变，过滤通量减少一半。正常情况下催化剂颗粒的直径大于过滤管的过滤网孔径，催化剂不能通过过滤管流出反应器外部，但是催化剂破碎后，粒径将减小，粒径小于过滤网孔径的催化剂将随着液态烃（蜡）流出反应器外部，将直接影响产品质量，严重的将造成后系统无法运行。当催化剂粒径等于后接近过滤网孔径时，催化剂颗粒将卡死在过滤网孔洞之间，过滤阻力增大，造成反应器无法正常出料。总之催化剂破碎是影响过滤的关键因素之一。２．２　反应器内部浆液粘度的影响

过滤阻力反比于液体粘度，降低粘度有利于过滤。粘度与油品种类和浆液温度有关。带支链、环状、不饱和烃的粘度大于正构烷烃的粘度。经过长期生产实践观察和理论分析，催化剂运转较长时间后其活性下降，生成不饱和烃的倾向增加，表现在重质蜡颜色变深，油品粘度相应增加，过滤困难。这时

需要提高原料气及入塔气氢碳比（Ｈ２／ＣＯ）

来消除这种负面影响。同时，温度对粘度的影响，油品稳定，温度提高粘度降低，到一定程度则变化不大。２．３　浆料固含率的影响

浆液固含率（催化剂浓度）高有利于形成饼层，对保证滤液质量有利，但阻力增加快，相应过滤时间应加长。另外颗粒强度，粒度分布也会影响过滤。这些不是可操作因素。２．４　过滤参数设定的影响

除以上因素外，影响过滤的参数主要有：过滤面积、过滤压差、过滤时间、反吹时间和浸泡时间等等。过滤面积＝单管过滤面积×过滤管根数，过滤面积随着反应器的制造完成已经确定不可更改。压差正比于过滤速度，提高压差有利于过滤，但要考虑滤网的承受能力，所以过滤压差可以在设计允许范围内调整。过滤时间、反吹时间和浸泡时间，可以通过设定好的过滤程序进行调整，总体来说，过滤时间加

长，有利于过滤（出料），但是随着时间的增长，过滤

通道将越来越窄，甚至堵塞，造成过滤量越来越小，所以必须进行必要的浸泡和反吹，这样过滤管的效

率才能更高，

也能更有效的保护过滤管。３　浆态床反应器过滤存在问题讨论和解决

当生产过程中发现催化剂破碎，应立即排放。应通过反应器上部设置的卸料口将破碎的催化剂排出反应器内部。理念上应理清：破碎的催化剂必须有出路，不在反应器上部排出去，就会通过过滤管出去，从而恶化了过滤，造成反应器液位上涨，反应器顶部带出更多小颗粒，造成恶性循环。

费托合成产物的组成和分布，取决于反应器入

塔气氢碳比（Ｈ２／ＣＯ）以及反应条件等因素影响。低氢碳比（Ｈ２／ＣＯ）有利于生成重组分，粘度大，不利于过滤（出料），高氢碳比（Ｈ２

／ＣＯ）有利于生成轻组分，粘度小，对于过滤（出料）有利，但是，得到更多的重组分产品是生产的需求，所以生产过程中入塔气氢

碳比（Ｈ２

／ＣＯ）要合理控制，找到一个很好的平衡点。理论上说，催化剂添加量多有利于生产，但是催

化剂添加量过多既增加生产成本（不经济），又增加

了反应器内部浆液中催化剂的浓度（浆料的固含

率），浆料的固含率增高，将加大过滤难度，造成出蜡量降低；催化剂添加量过低，影响产品的收率。因此反应器内催化剂添加量（保有量）要选择一个合适的平衡点。

浆液中的液态烃（蜡）能够顺利的通过过滤管流出反应器，主要是因为过滤时，过滤管外部和内部有一定的压差，所以液态烃可以通过过滤管流出，而催化剂颗粒则被拦截，留在反应器内。所以过滤压差很关键，过滤压差高有利于出料；过滤压差低，出料速度慢。但是过滤压差不能无限增大，因为过滤管承压能力有限制，超过限值，将损坏过滤管。所以生产时，根据实际情况，合理设定过滤压差很关键。同时过滤时间、反吹时间和浸泡时间的也要根据实际情况进行调整，也要控制反吹压差。４　结束语

细小的催化剂颗粒（催化剂破碎）、浆液的粘度

（产品结构）、固含量（催化剂浓度）等，都对浆态床费托合成反应器过滤（出料）造成一定的影响。为了提高产量和质量，各种影响因素往往同时存在，在生产过程中就要根据实际情况，选取一个合适的平衡点，才能保证装置安稳长满优。

［参考文献］

［１］　现代煤化工技术手册．化学工业出版社，

２００３．［２］　气液固三相浆态床反应器研究进展．

化工进展，２００８，（１０）．

［３］　合成车间工艺规程岗位操作法．

内蒙古伊泰化工有限责任公司，２０１７．［４］　合成车间工艺手册．

内蒙古伊泰化工有限责任公司，２０１６．