沉淀铁催化剂与工业化浆态床FTS产物分布适应性分析

谭代福

(山西潞安煤基合成油有限公司，山西 长治 046302)

引 言

1 潞安工业化FTS数据采集方法

2 潞安工业化FTS流体力学特征

由于FTS的产物分布偏离ASF分布，因此，对于浆态床反应器中FIS的本征动力学目前没有一个准确、合理、科学的解释。Li，Shi等[3-4]利用CFD软件对浆态床内部浆料的传热、传质、流动等进行模拟，给出了一种目前大家接受的解释。现实工业化运行中浆态床内部的合成气在浆料中并非处于混合均匀的层流状态，存在大面积的湍流、沟留现象[5-6]。故，催化剂的活性与产物收率不存在线性关系，各线性点催化剂颗粒的失活率均不相同。

3 沉淀铁催化剂理化特性

目前，潞安16万t/a煤基合成油项目的浆态床FIS反应单元中，所采用的催化剂是由中科合成油公司提供的沉淀铁基催化剂。

其工业技术参数为：粒径为50 μm～1 800 μm、比表面积为205.9 m2/g、堆密度为0.80 g/cm3、磨损率为4.85%/h、平均孔径为10.82 nm。

其化学成分参数为：铁质量分数≥40%(主要形态为络合α-Fe)、硫质量分数≤0.5%。

其性能活性参数为：甲烷选择性≤5%、二氧化碳选择性≤35%、一氧化碳转化率≥50%、老化失活率≤0.5%/24 h。

4 还原活化温度对FTS产物分布的影响

还原活化温度是影响沉淀铁催化剂还原度的主要因素，还原活化温度的不同直接决定沉淀铁催化剂表面活性位(碳化铁)的数量及其活性物晶态[7-8]。潞安煤基合成油公司在示范生产过程中采用了不同的还原活化温度，采集到的数据如表1(FTS反应时间均为48 h)。

表1 不同还原活化温度对FTS产物分布影响

5 反应温度对FTS产物分布的影响

反应温度是影响FTS反应的主要因素，从热力学条件分析可知，低温有利于FTS反应的进行，但是，低温不利于沉淀铁催化剂的活性位释放[9]。潞安煤基合成油公司在示范生产过程中采用了不同的FTS反应温度，采集到的数据如表2(FTS反应时间均采用48 h，还原活化温度采用260 ℃)。

表2 不同反应温度对FTS产物分布影响

6 床层压降对FTS产物分布的影响

浆态床的床层压降也是影响FTS反应产物分布的一个重要因素，从其本征动力学分析，增大浆态床的床层压降有利于FTS反应进行，有利于加快链增长的速率，使其产物向高分子烃类方向偏移[10]。潞安煤基合成油公司在示范生产过程中采用了不同的浆态床床层压降，采集到的数据如表3(FTS反应时间均采用48 h，还原活化温度采用260 ℃，FTS反应温度为270 ℃)。

表3 不同床层压降对FTS产物分布影响

7 空塔气速对FTS产物分布的影响

FTS的空塔气速也是影响FTS反应产物分布的一个重要因素，提高浆态床中空塔气速有利于合成气在沉淀铁的表面分布覆盖，会提高沉淀铁催化剂的活性反应速率，增加碳链增长的速率[11]。潞安煤基合成油公司在示范生产过程中采用了不同的空塔气速，采集到的数据如表4(FTS反应时间均采用48 h，还原活化温度采用260 ℃，FTS反应温度为270 ℃，浆态床床层压降为2.95 MPa)。

表4 不同空塔气速对FTS产物分布影响

8 结语

本文以山西潞安16万t/a国家煤基合成油品示范项目中基于沉淀铁基催化剂的浆态床FTS反应单元为背景，分析了工业运行过程中影响产物分布的因素，研究发现，潞安煤基合成油公司在工业化生产中采用还原活化温度为260 ℃、反应温度为270 ℃、浆态床床层压降为2.95 MPa、空塔气速为5 000 mL·g-1·h-1的条件时，FTS的运行为最佳。本文为工业化浆态床FTS提供了一种合理性运行方案，有较强的工业运用前景。