浆态床费托合成反应催化剂的数值计算与应用.pdf

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1、浆态床费托合成反应催化剂的数值计算与应用李书坡(山西潞安煤基合成油有限公司，山西长治046103)冷伟(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西长治046299)摘要：以山西潞安煤基合成油有限公司的铁基浆态床费托合成反应器为工业背景，详细阐述了浆态床费托合成反应器有关催化剂保有量、有效量、有效率及泄放量等数值的计算方法，分析了影响这些数值准确度的可能因素，有助于维持原料气量与催化剂量之间平衡关系和制定合理的催化剂补加、更新方案及生产计划，具有一定的实用价值。关键词：浆态床反应器；费托合成；催化剂；数值计算费托(Ffr)合成技术是煤基清洁能源发展的优选技

2、术路线，浆态床反应器具有结构简单、传热、传质和混合性能良好、以持液量大、能实现催化剂在线补加和更换等优点”。31，已成功应用于费托合成工业生产中，而费托合成催化剂是费托合成反应的载体，费托合成催化剂价格昂贵、活性衰减快、再生性差，导致购买催化剂费用在总生产成本中占较大比例，因此对工业生产而言，保持催化剂较高活性，提高时空收率(即指定条件下单位时间、单位体积或单位质量催化剂上所得产物的量)M，从而降低生产成本，增大盈利空间。催化剂的反应活性、时空收率，受多种因素制约，如温度、压力、空速等，温度、压力较直观，便于控制，而空速跟原料气量和催化剂量有关，因此

3、适时核算反应器中催化剂的持有量，有效量、有效率及卸放量等数值，有助于制定催化剂补加、更新方案和生产计划，从而维持原料气量和催化剂量之间平衡关系。1基本假定浆态床反应器内部特征未得到很好地理解，CFD模拟可以为反应器的流动、传质、传热提供合理预测M，但其内部呈湍流状态，并非均匀混合，不同单位空间的催化剂失活速率不同，为便于计算，提出以下三个基本假定：(1)浆态床反应器内，气、液、固三相混合均匀，即不同反应体积单位质量混合物中，催化剂颗粒固含率相同，(2)催化剂的失活速率不变，即寿命一定；(3)浆态床反应器不同高度单位截面积的反应混合物流通量相同。2催化

4、剂相关数值的计算2．1浆态床反应器液位计量方法度量液位的量通常有高度(1nln)、百分比(％)和压差(kPa)，高度指液体的实际高度或深度，百分比指液体实际高度占容器高度的百分比，对密度一定的介质来说，通常采用前二者计量液位。对浆态床费托合成反应器而言，需要不断补加和更新催化剂，反应器中催化剂总量不断发生变化，导致反应器中混合物的密度不断变化，在核算催化剂有关数值的过程中，无需计算反应混合物的床层高度；对给定的浆态床反应器来说，反应器流通截面积恒定，在反应器垂直方向上任意两点a、b之间产生单位压差的反应混合物质量为一定值。如图1所示，薷汽出12反欢气

5、A口寨汽出口图1浆态床费托合成反应器Fig．1SlurrybubblecolumnreactorforFischer-TropschSynthesis流通截面积：小订(分㈩因反应器内部有换热管、过滤组件等内件，反应器流通截面积小于反应器实际截面积，所以用系数矗加以修正。在浆态床反应器垂直方向上任意两点a、b之间的压差哦=等，lipM。=丁kPL／,*A0，取△PCb=1胁，则‰=iao(2)因此，采用压差计量浆态床费托合成反应器液位更实用、方便。2．2催化剂数值的计算方法根据以上基本假定，对反应器中催化剂做物料衡算，可得出：m卸J=￡卸J坳矗(3)峨

6、=罢(4)vm；直(·一瓮卜川，m钔=mi，．

7、}=m(6)重质蜡(油)从费托合成反应器中分离后，由于分离精度的限制，重质蜡(油)中会含有破碎的催化剂颗粒，造成反应器中催化剂量随着费托产品的产出不断损失，所以要定期根据产品的总量和产品中催化剂含量计算出催化剂的损失量，用以修正反应中催化剂的持有量、有效量等数值。催化剂损失量本质上20ZS年S,EJ化工彳鳕I43就是离开反应器的催化剂量，所以，进行一次修正，可视为一次卸放，在这种情况下，m蛳和△P卸。应由式(7)和(8)算出。m卸。=∑m，儿(7)缸。一甓h(8)将催化剂运行时间与其寿命相比较，得出有效

8、催化剂量计算式(9)、(10)。，n活．i=，n余．‘，At．<￡寿(9)m话，‘=O，At。≥≮(10)催化剂持有量m拧、有效量m穗和有效率叼话分别由式(11)、(12)、(13)算出。m持=∑m知(11)m括=∑m都(12)驴意“o‰(13)2．3示例计算给定浆态床反应器直径咖=6000ram，V=20m3，P混=0．85t／m3(为精确起见，该值．-I钡lJ定)，≮=700h，取矗=0．93，结合工业生产操作记录数据(见表1、表2)，利用以上(I)一(10)计算式，得出主要过程参数，汇总于表1和表2中。表1催化加入批次及参数Table1Theb

9、atchesandparametersofcatalystadded批次ire(t)km·．I(t)△tI(