一种循环尾气处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种循环尾气处理系统。
背景技术
费托(F-T)合成油技术的核心反应是F-T合成反应，该反应一次通过反应率较低，需要将反应器出口排出未反应的尾气循环回反应器重新参加反应，以提高F-T合成气的转化率。费托合成反应尾气中除未反应的CO(26.5％)和氢气(42.2％)外，还含有22％左右的CH4，1％的CO2，3％的Ar+N2，5％的C2+，这些组份虽然对合成反应影响不明显，但长时间累积会占据反应器的有效空间，降低合成气的有效分压，对F-T合成反应不利。
F-T合成的二次反应与烯烃再吸附理论表明，反应系统中活性较高的α-烯烃容易在催化剂表面发生再吸附而引发新的表面链重新参加聚合，最后以大分子量的长链烃脱附，从而引起链增长几率的增长，获得高选择性的长链烃。进一步研究表明协同进料的烯烃和反应生成的烯烃有所不同，反应生成的烯烃约95％以上可以作为链引发剂，而少于5％作为加氢产物。
在一定温度下，甲烷分子在无氧芳构化催化剂的活性位上易被活化，生成的活性物种在催化剂酸性位上可双聚生成低碳烯烃，该低碳烯烃易在催化剂表面发生二次反应，这对提高F-T合成合成气转化率和高附加值长链烃的选择性有促进作用。
本发明将F-T合成反应的循环尾气引入一甲烷无氧芳构化反应器中，使循环尾气中的甲烷(包括其它低碳烃)在催化剂作用下活化，生成乙烯(包括其它低碳烯烃)，既解决了非反应组份甲烷占据反应器的有效空间，降低合成气有效分压问题，又可增加 F-T合成反应器内对提高F-T合成合成气转化率和长链烃的选择性有促进作用的低碳烯烃量，这对提高F-T合成原料碳利用率、增加F-T合成蜡油产量具有重要意义。
通过查新发现，无氧活化循环尾气中的甲烷(包括其它低碳烃)生成低碳烯烃，用于F-T合成反应二次吸附以促进F-T合成转化率和长链烃选择性的提高这样类似的技术方案目前还没有，最接近的技术方案只有单独的循环尾气处理(如专利号： CN103666518A，专利名称：一种费托合成尾气高值化利用的方法)和利用低碳烯烃增加F-T合成产率和高碳烃产率(如专利号：CN105062544A；专利名称：一种能净化原料气并增产的费托合成方法)这样的技术方案。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能提高F-T合成合成气转化率、增加F-T合成蜡油产量的循环尾气处理系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种循环尾气处理系统，其特征在于：包括加热器、固定流化床反应器及冷却器，所述加热器具有供反应尾气输入的输入端及供加热后的反应尾气输出的输出端，所述固定流化床反应器的下端具有与加热器的输出端相连接的输入口，所述固定流化床反应器中装填有甲烷活化催化剂，所述固定流化床反应器的顶部具有供气体输出的输出口，所述冷却器具有与固定流化床反应器的输出口相连接的输入端及供冷却后的气体输出的输出端。
优选地，所述甲烷活化催化剂装填在固定流化床反应器的下部。该结构便于在循环尾气进入固定流化床反应器中之后，保持活化温度，吸附在甲烷活化催化剂的活性位上，与活性金属相互作用发生极化，极化的甲烷分子(Hδ-—CH3δ+)与甲烷活化催化剂的质子酸中心相互作用，构成生成金属类碳烯中间物的催化循环，金属类碳烯中间物通过“卡宾双聚”等进一步转化，生成具有活性的乙烯初始物，该低碳烯烃对提高F-T合成合成气转化率和高附加值长链烃的选择性有促进作用。
优选地，所述固定流化床反应器的上部设置有能将气体与固体进行分离的旋风分离器。该结构便于将乙烯初始物、循环尾气中其它组份气体与固体催化剂进行分离后排出。
优选地，所述循环尾气处理系统还包括能对反应尾气进行压缩的压缩机，该压缩机设于加热器的上游，所述压缩机具有供反应尾气输入的输入端及供压缩后的尾气输出的输出端，该输出端与所述加热器的输入端相连接。该结构便于在对反应尾气加热之前进行压缩，提高效率。
优选地，所述循环尾气处理系统还包括气体混合罐，该气体混合罐设于所述冷却器的下游，所述气体混合罐具有供新鲜合成气输入的第一输入端、与冷却器的输出端相连接的第二输入端及供混合气体输出的输出端。该结构便于将富含活性低碳烯烃的反应尾气与新鲜合成气进行混合得到F-T合成反应的原料气。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型设置了固定流化床反应器并在其中填装甲烷活化催化剂，将反应尾气中的非反应组份甲烷转化成具有活性的低碳烯烃，减少了非反应组份在F-T合成反应器中占据的反应空间，促进了F-T合成反应转化率的提高，有利于增加F-T合成蜡油产量；将甲烷活化生成的低碳烯烃直接送入F-T合成反应器，其二次吸附重新进行链增长反应，大大提高了具有高价值长链烃的选择性，对促进企业经济效益的提高具有重要意义；将反应尾气中的非反应组份甲烷转化成具有活性的低碳烯烃，减少了弛放气排放量，提高了碳利用率；且本实用新型系统的流程简明，设备投资小。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例的循环尾气处理系统包括压缩机1、加热器2、固定流化床反应器3、冷却器4及气体混合罐5，加热器2具有供反应尾气输入的输入端及供加热后的反应尾气输出的输出端，固定流化床反应器3的下端具有与加热器2的输出端相连接的输入口，固定流化床反应器3中装填有甲烷活化催化剂，固定流化床反应器3的顶部具有供气体输出的输出口，冷却器4具有与固定流化床反应器3的输出口相连接的输入端及供冷却后的气体输出的输出端。压缩机1用于对反应尾气进行压缩，该压缩机1 设于加热器2的上游，压缩机1具有供反应尾气输入的输入端及供压缩后的尾气输出的输出端，该输出端与加热器2的输入端相连接。气体混合罐5设于冷却器4的下游，气体混合罐5具有供新鲜合成气输入的第一输入端、与冷却器4的输出端相连接的第二输入端及供混合气体输出的输出端。
在本实施例中，甲烷活化催化剂装填在固定流化床反应器3的下部，该结构便于在循环尾气进入固定流化床反应器3中之后，保持活化温度，吸附在甲烷活化催化剂的活性位上，与活性金属相互作用发生极化，极化的甲烷分子(Hδ-—CH3δ+)与甲烷活化催化剂的质子酸中心相互作用，构成生成金属类碳烯中间物的催化循环，金属类碳烯中间物通过“卡宾双聚”等进一步转化，生成具有活性的乙烯初始物，该低碳烯烃对提高 F-T合成合成气转化率和高附加值长链烃的选择性有促进作用。固定流化床反应器3的上部设置有能将气体与固体进行分离的旋风分离器31，该结构便于将乙烯初始物、循环尾气中其它组份气体与固体催化剂进行分离后排出。
使用本实施例的循环尾气处理系统时，除去合成油产品和水分后的反应尾气经循环尾气压缩机1加压成温度约60℃、压力2.20MPa的循环尾气，然后经加热器2加热到甲烷活化催化剂所需的活化温度(不同的甲烷活化催化剂所需的活化温度不同，现有的甲烷活化催化剂所需的甲烷活化温度范围为127℃～1100℃)，将加热后的反应尾气送入内装有甲烷活化催化剂的固定流化床反应器3中，在活化温度(温度范围为127℃～1100℃)、2.20MPa压力条件下，反应尾气中的甲烷吸附在甲烷活化催化剂的活性位上，然后与活性金属相互作用发生极化，直至生成具有活性的乙烯初始物。生成的乙烯初始物与循环尾气中其它组份一起，从固定流化床反应器3顶部通过旋风分离器31分离固体催化剂后排出，经甲烷芳构化催化剂催化活化后富含活性低碳烯烃的循环尾气送入冷却器4，快速冷却到200℃左右得到富含活性的低碳烯烃循环尾气，该低碳烯烃循环尾气与原料净化工段送来的新鲜合成气在气体混合罐5中混合，得到F-T合成反应原料气，送入F-T合成反应器进行F-T合成油反应。
