[发明专利]一种用于费托合成的系统及合成气制备低碳烯烃的方法

说明书

本发明提供了一种用于费托合成的系统及合成气制备低碳烯烃的方法。一种用于费托合成的系统，包括流化床反应器筒体、气固分离器、换热器和催化剂输送管；所述流化床反应器筒体的顶部设有产物出口，所述产物出口与所述气固分离器连接；所述气固分离器设有固体产物出口，所述固体产物出口连接所述催化剂输送管的一端，所述催化剂输送管的另一端连接所述流化床反应器筒体的底部；所述换热器用于与所述输送管交换热量，并且所述换热器与所述输送管均设置在所述流化床反应器筒体的外部。本发明的系统能够及时将反应器的反应热移出，而且避免热量移出过程中催化剂磨耗和设备易损坏的问题，还能将移出的热量回收利用。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种用于费托合成的系统及合成气制备低碳烯烃的方法。

背景技术

乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料，随着化学工业的发展，其需求量愈来愈大。迄今为止，制取乙烯、丙烯等低碳烯烃的途径主要通过轻油裂解过程，随着全球范围内石油资源的日益枯竭，未来的能源结构势必发生转移。与石油资源相比，煤和天然气资源相对丰富，开发以煤和天然气为主的低碳烯烃生产工艺具有重要的意义。从合成气(可由天然气和煤转换得到)直接制取乙烯、丙烯技术的开发，不仅可减少对石油资源的依赖，而且对一些富煤缺油地区化学工业的发展有着重要意义。我国能源的特点是富煤、少气缺油，开发由煤/天然气经合成气转化为石油产品的过程，不但可以减少能源上对国外的依赖，而且对于解决燃煤引起的环境污染问题具有重要的意义。

将合成气经过催化剂作用转化为液态烃的方法是1923年由德国科学家FransFischer和Hans Tropsch发明的，简称F-T合成，即CO在金属催化剂上发生非均相催化氢化反应，生成以直链烷烃和烯烃为主的混合物的过程。二十世纪90年代以来，石油资源日趋短缺和劣质化，同时煤炭和天然气探明储量却不断增加，费托合成技术再次引起广泛关注。

费托合成工艺从所使用的反应器类型分为三大类：固定床费托合成工艺，流化床费托合成工艺(有早期的循环流化床以及以后在循环流化床基础上发展出来的固定流化床)以及浆态床费托合成工艺。其中的固定床与浆态床一般应用于低温费托工艺，多用于重质油以及蜡的生产，而流化床则更适用于生产较为轻质的烃类的高温费托工艺。目前费托合成工艺所要解决的难点之一是反应热的排出。

热力学上合成气催化转化生成烷烃和烯烃的过程均为放热反应，平均放热约170kJ/C原子(mol)。其中生成烷烃的反应中，反应热与产物碳数的关系如下式：

ΔH_298k＝-163n-43.5(KJ/mol)(n为反应中合成的烃碳数)。

合成气制低碳烯烃是强放热反应，极易导致反应器飞温，温度过高催化剂结焦迅速、失活加快。反应热迅速移出反应床层是保证系统稳定运行的关键。

现有的费托合成设备都是采用换热器直接对反应原料和产物换热，例如专利申请CN101396647A、CN102861539A和CN1824378A等，这些设备的缺点是：反应过程中催化剂与换热器直接碰撞接触，导致催化剂和换热器均易损坏。以CN1824378A为例，其公开了一种用于费托合成的流化床反应器，该反应器内部采用一层或多层对床层进行加热或冷却的换热器部件。由于反应器内部催化剂颗粒剧烈运动，与换热部件进行接触时发生剧烈的碰撞，容易造成催化剂磨耗加大，增加催化剂成本，同时换热器部件不断磨损，容易发生泄漏。换热器部件在反应器内部，需要定期停工检修，增加后期运营成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于费托合成的系统，所述的系统能够及时将反应器的反应热移出，而且避免热量移出过程中催化剂磨耗和设备易损坏的问题，还能将移出的热量回收利用。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：