一种费托催化剂还原反应器和费托催化剂还原方法技术

本发明专利技术公开了一种费托催化剂还原反应器，其特征在于，所述还原反应器包括还原段、缩径段、以及由过渡段和扩径段构成的粉尘分离段。本发明专利技术还公开了一种费托催化剂还原方法，该方法将待还原费托催化剂送入还原反应器在还原条件下进行还原处理，同时通过粉尘分离段将所述还原反应器中的催化剂细粉从还原费托催化剂产品中分离出来。采用本发明专利技术的费托催化剂还原反应器和还原方法进行催化剂还原，可实现催化剂的快速还原，并能够控制活化催化剂的粒度组成，提高合成反应器的工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种费托催化剂还原反应器和费托催化剂还原方法。
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。公开号为CN1562484A的中国专利申请，公开了一种浆态床费托合成铁基催化剂的还原方法。虽然浆态床还原装置和工艺能够将催化剂还原为可用的费托反应催化剂，但存在还原装置体积庞大、还原时间长、催化剂磨损严重、还原过程中产生的催化剂细粉无法分离、催化剂置换后活性难以保持和生产组织困难等一系列问题，使得一直未能实现工业规模的应用。此外，催化剂活化过程中产生的微小颗粒在进入费托合成反应器后，将严重堵塞反应器的过滤器，增加过滤器的过滤压降和反吹频率，不利于正常生产的组织。公开号为CN1814350A的中国专利申请公开了一种颗粒状铁基费托合成催化剂的工业还原方法，该方法为一个独立于费托合成过程的催化剂还原过程。还原过程在独立的还原反应器中进行，分为还原阶段和调整阶段，操作温度为260-450℃，压力为1.5-5.0MPa，入口线速为0.15-0.7m/s，流化床密相区催化剂体积浓度为5-60％。还原气体采用H2或CO，或者H2与CO的混合气。还原工艺流程包括以下设备：压缩机、加热换热器、冷却换热器、还原反应器、除尘装置、汽液分离器、催化剂还原原料槽和催化剂装料槽。该催化剂还原方法的气体入口线速为0.15-0.7m/s，操作于该高线速的还原反应器将造成催化剂在还原过程中的过度磨损，还原后产品中存在大量超细粉末。在还原催化剂进入浆态床合成反应器中参加反应时，还将大大增加费托合成工艺中过滤器的过滤压力，增加过滤器反冲次数，增加运行成本并缩短其使用寿命。并且，该方法的还原时间较长，一般为36-72小时；还原反应器运行压力较高，为1.5-5.0MPa，属于高温高压容器，制造、运行和维护成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种费托催化剂还原反应器和费托催化剂还原方法，使用该还原反应器和还原方法对费托催化剂进行还原，可实现催化剂的快速还原，并能够控制活化催化剂的粒度组成，提高合成反应器的工作稳定性。为了实现上述目的，本专利技术第一方面：提供一种费托催化剂还原反应器，其特征在于，所述还原反应器包括圆筒形的还原段1、与所述还原段1的上端一体连接且与所述还原段1同轴的缩径段2、以及由过渡段3和直径比所述还原段1大的扩径段4一体构成的粉尘分离段，所述过渡段3的下端与所述缩径段2的下端外表面密封连接使得所述缩径段2位于所述粉尘分离段的腔体内；所述还原段1上部设置有用于送入待还原催化剂的催化剂入口5，还原段1的底端设置有还原气体入口6，还原段1的下部设置有还原催化剂出口7；所述缩径段2的顶部设置有用于送出催化剂细粉和还原尾气的缩径段气体出口8以及相对间隔地位于所述缩径段气体出口8上方的气固快速分离器9；所述过渡段3的底部设置有催化剂细粉出口10；所述扩径段4的顶部密封板上设置有用于送出还原尾气的尾气出口11。优选地，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。优选地，所述还原段1的高径比为3-10，所述扩径段4的高径比为2-6。优选地，所述扩径段4的直径与所述还原段1的直径之比为1.5-5.0，优选为2-3；所述缩径段2的上端口直径与所述还原段1的直径之比为0.7-1.0，优选为0.85-0.95。优选地，所述还原段1腔体内的底部设置有用于分布送入所述还原段1的还原气体的气体分布器13。优选地，所述气体分布器13为选自直流式、侧流式、管式、泡帽式和金属网中的至少一种形式。优选地，所述气固快速分离器9为伞帽式、弹射式、侧槽式或T型弯头式气固快速分离器，优选伞帽式气固快速分离器。优选地，所述过渡段3的外周壁与水平面之间的夹角大于所述扩径段内沉积的催化剂细粉的休止角。优选地，其特征在于，所述尾气出口11通过粉尘过滤器12与所述扩径段4的内腔流体联通。本专利技术第二方面：提供一种费托催化剂还原方法，该方法包括：将待还原费托催化剂送入还原反应器在还原条件下进行还原处理，其特征在于，该方法还包括：在进行所述还原处理的同时通过粉尘分离段将所述还原反应器中的催化剂细粉从还原费托催化剂产品中分离出来。优选地，所述催化剂细粉的粒径为60微米以下。优选地，所述还原处理在本专利技术第一方面所提供的还原反应器中进行。优选地，所述还原处理的条件为：温度为240-350℃，还原压力为0.1-0.3兆帕，还原反应器入口线速为0.04-0.25米/秒，密相流化区催化剂体积浓度为40-75％，还原气体为氢气、一氧化碳和/或合成气。优选地，所述还原处理的条件为：温度为250-300℃，还原压力为0.15-0.25兆帕，还原反应器入口线速为0.06-0.12米/秒，密相流化区催化剂体积浓度为55-65％，还原气体中氢气与一氧化碳的摩尔比为(5-20)：1。本专利技术提供的费托催化剂还原反应器以及催化剂还原方法，具有如下优点：1、将浆态床活化反应器中的气液固三相反应转换为气固两相反应，提高了催化剂还原反应的传质速率和反应速率，降低了反应器规模、提高了装置的生产能力；2、通过活化反应器的设计，将催化剂还原过程中产生的细粉与大颗粒催化剂进行了分离，使得还原催化剂产品中细粉含量降低，减轻了费托合成反应器的过滤压力；3、还原催化剂可以直接储存于有合成气保护的密闭容器内，方便运输和使用，合成反应器中催化剂需要更换时可以快速更换，生产组织方便。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的费托催化剂还原反应器的一种具体实施方式的结构示意图，同时也是本专利技术提供的费托催化剂还原方法的一种具体实施方式所采用的还原反应器的结构示意图。附图标记说明1还原段2缩径段3过渡段4扩径段5催化剂入口6还原气体入口7还原催化剂出口8缩径段气体出口9气固快速分离器10催化剂细粉出口11尾气出口12粉尘过滤器13气体分布器14催化剂排放管路15细粉排放管路具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术第一方面：提供一种费托催化剂还原反应器，其特征在于，所述还原反应器包括圆筒形的还原段1、与所述还原段1的上端一体连接且与所述还原段1同轴的缩径段2、以及由过渡段3和直径比所述还原段1大的扩径段4一体构成的粉尘分离段，所述过渡段3的下端与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种费托催化剂还原反应器，其特征在于，所述还原反应器包括圆筒形的还原段(1)、与所述还原段(1)的上端一体连接且与所述还原段(1)同轴的缩径段(2)、以及由过渡段(3)和直径比所述还原段(1)大的扩径段(4)一体构成的粉尘分离段，所述过渡段(3)的下端与所述缩径段(2)的下端外表面密封连接使得所述缩径段(2)位于所述粉尘分离段的腔体内；所述还原段(1)上部设置有用于送入待还原催化剂的催化剂入口(5)，还原段(1)的底端设置有还原气体入口(6)，还原段(1)的下部设置有还原催化剂出口(7)；所述缩径段(2)的顶部设置有用于送出催化剂细粉和还原尾气的缩径段气体出口(8)以及相对间隔地位于所述缩径段气体出口(8)上方的气固快速分离器(9)；所述过渡段(3)的底部设置有催化剂细粉出口(10)；所述扩径段(4)的顶部密封板上设置有用于送出还原尾气的尾气出口(11)。

【技术特征摘要】
1.一种费托催化剂还原反应器，其特征在于，所述还原反应器包括圆筒形的还原段(1)、与所述还原段(1)的上端一体连接且与所述还原段(1)同轴的缩径段(2)、以及由过渡段(3)和直径比所述还原段(1)大的扩径段(4)一体构成的粉尘分离段，所述过渡段(3)的下端与所述缩径段(2)的下端外表面密封连接使得所述缩径段(2)位于所述粉尘分离段的腔体内；所述还原段(1)上部设置有用于送入待还原催化剂的催化剂入口(5)，还原段(1)的底端设置有还原气体入口(6)，还原段(1)的下部设置有还原催化剂出口(7)；所述缩径段(2)的顶部设置有用于送出催化剂细粉和还原尾气的缩径段气体出口(8)以及相对间隔地位于所述缩径段气体出口(8)上方的气固快速分离器(9)；所述过渡段(3)的底部设置有催化剂细粉出口(10)；所述扩径段(4)的顶部密封板上设置有用于送出还原尾气的尾气出口(11)。2.根据权利要求1的还原反应器，其特征在于，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。3.根据权利要求1的还原反应器，其特征在于，所述还原段(1)的高径比为3-10，所述扩径段(4)的高径比为2-6。4.根据权利要求1的还原反应器，其特征在于，所述扩径段(4)的直径与所述还原段(1)的直径之比为1.5-5.0，优选为2-3；所述缩径段(2)的上端口直径与所述还原段(1)的直径之比为0.7-1.0，优选为0.85-0.95。5.根据权利要求1的还原反应器，其特征在于，所述还原段(1)腔体内的底部设置有用于分布送入所述还原段(1)的还原气体的气体分布器(13)。6.根据权利要求5的还原反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向辉，门卓武，许明，翁力，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