催化剂活化与在线更新系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种催化剂活化与在线更新系统及方法，该系统包括还原反应器(1)，其下部设有还原气体入口(102)，上部设有尾气出口(103)；以及还原催化剂储罐(3)，其入口通过催化剂排放管道(2)与还原反应器相连，还原催化剂储罐还连接有用于通入保护气体的第一气体管道(8)。该系统还包括设有合成产品添加管(52)的加剂罐(5)，其入口通过中间连接管道(4)与还原催化剂储罐的出口相连，加剂罐的出口设有用于连接到合成反应器(7)的催化剂在线更新管道(6)。通过本发明专利技术的系统与方法可实现对催化剂的快速活化，有效去除活化催化剂所夹带的细粉，并且便于生产组织，可实现在需要时的活化催化剂的快速在线更换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种进行费托铁基催化剂活化和在线更新系统以及方法。
技术介绍
为提高费托催化剂的反应性能，在使用前必须通过还原反应进行活化。目前根据费托催化剂的特性和工艺要求开发了各种活化装置和方法。对于低温费托合成工艺常用的沉淀铁基催化剂，一般采用浆态床活化工艺。采用H2、CO或合成气对催化剂进行预处理(活化)，预处理过程包括两个过程：首先将含Fe2O3的催化剂快速转变为Fe3O4，而后将Fe3O4经历一个缓慢的转化过程，变为α-Fe和Fe3O4的混合物(使用H2还原)或χ-Fe5C2(使用CO或合成气还原)。研究发现：费托催化剂活化后的活性组分是α-Fe、χ-Fe5C2或二者的混合物，二者的比例与活化气氛、活化时间等活化条件有关。对于低温费托合成工艺常用的沉淀铁基催化剂，在催化剂活化后需进行相应的技术处理来保障催化剂的活性。在采用浆态床活化工艺时，催化剂活化后一直存放于活化反应器内，直到合成反应器需要更换催化剂时才将其压入合成反应器中。其中的活化反应器为一个高温、高压的容器，在催化剂保存过程中需要一直通入合成气，操作成本高、生产组织繁琐。例如，CN1297342C公开了一种浆态床费托合成铁基催化剂的分步还原方法，其在浆态床反应器或预还原反应器中加入烃类液相介质和催化剂，混合浆液中催化剂的含量为3-40wt％。常温常压下将反应器系统内的空气置换完毕后，先将反应器压力升至还原压力后再程序升温到还原温度，到达还原温度后催化剂首先用纯H2还原，然后再用CO还原。原位还原后催化剂直接在浆态床反应器进行费托合成反应；器外还原后催化剂浆料采用压料泵输送或高压压入浆态床反应器进行费托合成反应。其中，因浆态床中气-液-固三相反应物的复杂流动特性及内构件的影响，使得催化剂磨蚀非常严重，催化剂还原后浆液中含有相当比例的催化剂细粉，这样的细粉难以从液体产物中分离出来，无疑增加了费托合成工业化的复杂程度和运行成本。而且，破碎的催化剂细粉经常导致后续过滤装置堵塞而被迫停运，从而使得整个系统的运行周期大大缩短。此外，催化剂细粉粒径太小，当他们存在于费托蜡和/或馏分油中时，与费托蜡和/或馏分油产生很强的分子间引力，再加之费托蜡和/或馏分油有相当的粘度，因此，将这些催化剂细粉从费托蜡和/或馏分油中分离极其困难，导致产品中固含量居高不下，降低产品质量。此外，应用浆态床对催化剂进行还原后，为保证催化剂的性能，必须持续向还原反应器中通入合成气，一方面造成原料的浪费，另一方面会进一步增加催化剂的磨损。同时还应注意到：在浆态床费托合成系统及其工艺中，催化剂的损失和磨耗不仅存在于浆态床费托合成反应器中，也存在于浆态床费托催化剂还原活化反应器中，也就是说，一部分费托催化剂在进入浆态床费托合成反应器前就已经被磨损到非常小的粒径。如果把这些不合格的催化剂颗粒阻挡在浆态床费托合成反应器之外，费托合成液体产物中存在的催化剂细粉比例将会有明显的下降。为此，CN103551207A公开了一种固定流化床或气固鼓泡床费托催化剂还原活化系统及其工艺，所述系统包括：至少一个固定流化床反应器或气固鼓泡床反应器，费托催化剂在其中被还原活化，和至少一个旋风分离器，将费托催化剂中不合格的细小颗粒和/或细粉以及还原活化产生的尾气与还原活化后的费托催化剂相分离。此还原活化工艺的方法简单，操作容易，适用范围广，可避免还原活化反应器内出现催化剂烧结，并可同时进行费托反应和催化剂还原活化。其中，所采用的还原反应器为固定流化床或气固鼓泡床，在反应器上部增加旋风分离器对细小颗粒和/或细粉以及还原活化产生的尾气与还原活化后的费托催化剂相分离，但在工艺实现上难以实现旋风分离器的安装与细粉完全分离，首先旋风分离器具有较窄的操作范围，难以使用一个旋风分离器达到细小颗粒和/或细粉的分离，旋风分离器的自身保温等环境要求也较高；此外，一个旋风分离器也难以同时实现对细小颗粒和/或细粉的分离以及活化尾气的分离。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术提供了一种催化剂活化与在线更新系统及方法，便于生产组织，可实现对催化剂的快速活化，有效去除活化催化剂所夹带的细粉，实现在需要时的活化催化剂的快速在线更换。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种催化剂活化与在线更新系统，该系统包括：还原反应器，该还原反应器设有用于添加待还原催化剂的催化剂入口，所述还原反应器的下部设有还原气体入口，上部设有尾气出口；还原催化剂储罐，该还原催化剂储罐的入口通过催化剂排放管道与所述还原反应器相连以导入并存储还原催化剂产品，所述还原催化剂储罐还连接有用于通入保护气体的第一气体管道；以及设有合成产品添加管的加剂罐，该加剂罐的入口通过中间连接管道与所述还原催化剂储罐的出口相连，以导入来自所述还原催化剂储罐的所述还原催化剂产品，所述加剂罐的出口设有用于连接到合成反应器的催化剂在线更新管道。优选的，所述加剂罐还连接有用于通入保护气体的第二气体管道。优选的，所述还原反应器为气固两相流化床反应器或内循环无梯度反应器，优选为固定流化床反应器。优选的，所述还原反应器包括上部的上筒段和下部的下筒段，所述下筒段的筒腔形成为还原反应腔，所述上筒段的筒腔形成为扩容腔；所述还原反应腔中的还原尾气通过所述下筒段的顶端开口进入所述扩容腔，所述还原尾气夹带的催化剂细粉能够沉降于所述扩容腔内。优选的，所述还原反应器的尾气出口处设有细粉过滤器。优选的，该系统还包括依次管道连接以形成还原气体循环路径的冷凝器、循环压缩机和预热器，所述冷凝器的入口管道连接所述尾气出口，所述预热器的出口管道连接所述还原气体入口并将还原气体输送至所述还原反应器下部的气体分布器。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种利用上述系统进行催化剂活化与在线更新的方法，该方法包括：还原活化步骤：往还原反应器内添加待还原的催化剂并通入还原气体，控制所述还原气体的流速、催化剂还原温度以及所述还原反应器内的气体压力，以还原活化所述催化剂；存储步骤：向与所述还原反应器相连的还原催化剂储罐中通入保护气体，并将还原催化剂产品冷却后导入并存储于充满所述保护气体的所述还原催化剂储罐中；以及加剂调浆步骤：将所述还原催化剂储罐中存储的所述还原催化剂产品导入加剂罐中，向该加剂罐中添加合成产品并通入保护气体，根据合成反应器中合成反应的需要，控制所述还原催化剂产品与所述合成产品的配比并调合成混合浆液，将所述混合浆液输送至所述合成反应器内以完成催化剂的在线更新。优选的，所述还原气体为氢气、一氧化碳或者含有氢气和一氧化碳的合成气，所述保护气体为惰性气体、氢气或者含有氢气和一氧化碳的合成气。优选的，在所述还原活化步骤中，所述催化剂还原温度控制在200～300℃，优选为250-280℃，所述还原反应器内的气体压力控制在0.05～0.3MPa，优选为0.15～0.25MPa。优选的，在所述存储步骤中，控制所述还原催化剂储罐内的保护气体压力为0.05～0.3MPa，优选为0.1～0.2MPa。优选的，在所述加剂调浆步骤中，控制所述加剂罐内的保护气体的压力高于所述合成反应器内的压力0.2～2MPa，优选为0.8～1.2MPa，以将所述混合浆液气力输送至所述合成反应器中。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂活化与在线更新系统，该系统包括：还原反应器(1)，该还原反应器(1)设有用于添加待还原催化剂的催化剂入口(101)，所述还原反应器(1)的下部设有还原气体入口(102)，上部设有尾气出口(103)；还原催化剂储罐(3)，该还原催化剂储罐(3)的入口通过催化剂排放管道(2)与所述还原反应器(1)相连以导入并存储还原催化剂产品，所述还原催化剂储罐(3)还连接有用于通入保护气体的第一气体管道(8)；以及设有合成产品添加管(52)的加剂罐(5)，该加剂罐(5)的入口通过中间连接管道(4)与所述还原催化剂储罐(3)的出口相连，以导入来自所述还原催化剂储罐(3)的所述还原催化剂产品，所述加剂罐(5)的出口设有用于连接到合成反应器(7)的催化剂在线更新管道(6)。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂活化与在线更新系统，该系统包括：还原反应器(1)，该还原反应器(1)设有用于添加待还原催化剂的催化剂入口(101)，所述还原反应器(1)的下部设有还原气体入口(102)，上部设有尾气出口(103)；还原催化剂储罐(3)，该还原催化剂储罐(3)的入口通过催化剂排放管道(2)与所述还原反应器(1)相连以导入并存储还原催化剂产品，所述还原催化剂储罐(3)还连接有用于通入保护气体的第一气体管道(8)；以及设有合成产品添加管(52)的加剂罐(5)，该加剂罐(5)的入口通过中间连接管道(4)与所述还原催化剂储罐(3)的出口相连，以导入来自所述还原催化剂储罐(3)的所述还原催化剂产品，所述加剂罐(5)的出口设有用于连接到合成反应器(7)的催化剂在线更新管道(6)。2.根据权利要求1所述的催化剂活化与在线更新系统，其中，所述加剂罐(5)还连接有用于通入保护气体的第二气体管道(9)。3.根据权利要求1所述的催化剂活化与在线更新系统，其中，所述还原反应器(1)为气固两相流化床反应器或内循环无梯度反应器，优选为固定流化床反应器。4.根据权利要求1～3中任一项所述的催化剂活化与在线更新系统，其中，所述还原反应器(1)包括上部的上筒段(11)和下部的下筒段(12)，所述下筒段(12)的筒腔形成为还原反应腔，所述上筒段(11)的筒腔形成为扩容腔；所述还原反应腔中的还原尾气通过所述下筒段(12)的顶端开口(122)进入所述扩容腔，所述还原尾气夹带的催化剂细粉能够沉降于所述
\t扩容腔内。5.根据权利要求1～4中任一项所述的催化剂活化与在线更新系统，其中，所述还原反应器(1)的尾气出口(103)处设有细粉过滤器(14)。6.根据权利要求1所述的催化剂活化与在线更新系统，其中，该系统还包括依次管道连接以形成还原气体循环路径的冷凝器(15)、循环压缩机(16)和预热器(17)，所述冷凝器(15)的入口管道连接所述尾气出口(103)，所述预热器(17)的出口管道连接所述还原气体入口(102)并将还原气体输送至所述还原反应器(1)下部的气体分布器(18)。7.一种利用权利要求1～6中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向辉，门卓武，翁力，许明，卜亿峰，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11