百萬噸級費托合成石蠟過濾分離設(shè)備創(chuàng)新與應(yīng)用

李飛宇 陳星星

陜西未來能源化工有限公司 陜西 榆林 719000

1 實施背景

陜西未來能源化工有限公司煤制油項目是國內(nèi)首套百萬噸級煤間接液化示范項目，于2015年8月23日一次投料試車成功并生產(chǎn)出合格油品，采用自主研發(fā)的低溫費托合成技術(shù)，利用豐富的煤炭資源轉(zhuǎn)化為液體燃料，對保障我國能源安全，促進煤炭清潔高效利用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

2015年8月23日，一期100萬噸/年煤間接液化示范項目打通全流程，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)油品。一期煤制油項目的核心裝置是費托合成，費托合成產(chǎn)生的高溫冷凝物和石蠟產(chǎn)品需經(jīng)過濾去除催化劑顆粒后，和低溫冷凝物一并送往油品加工得到合格的油品。一期費托合成裝置共有11套過濾設(shè)備，全部引進南非SLFC公司的產(chǎn)品。一、二級廢催化劑過濾機采用壓力式過濾器，通過5um的濾布進行液固分離。由于石蠟漿液中催化劑含量較高（33%）且小顆粒較多，采用壓濾方式過濾時，小顆粒催化劑容易透濾，一次過濾很難得到合格的產(chǎn)品。廢催化劑過濾機自開車運行以來一直未能得到合格的產(chǎn)品，需進行改進。在催化劑正常更新及系統(tǒng)波動需要排放時，含催化劑的漿液無法進行回收，直接排放至粗蠟排放池。排放池中的催化劑漿液雖然可以作為粗蠟直接銷售，但相對于合格的石蠟產(chǎn)品價格較低，而且排放的石蠟煙氣較大，容易造成污染，露天排放還存在安全隱患，易引發(fā)安全事故。

2 內(nèi)涵和主要做法

2.1 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點

2.1.1 石蠟漿液存儲超大容量設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新

費托合成反應(yīng)器高固含量石蠟漿液長距離輸送及儲存是反應(yīng)器漿液能否高效再處理的重要因素，本項目實現(xiàn)費托合成反應(yīng)器漿液（濃度約33%）可遠距離安全穩(wěn)定輸送，防止管道堵塞，設(shè)計超大容量儲罐，該儲罐頂部設(shè)計攪拌器，錐底設(shè)置鼓泡裝置，實現(xiàn)高固含量反應(yīng)器漿液儲存。

2.1.2 石蠟漿液過濾圓盤過濾器的技術(shù)創(chuàng)新

該項目采用分級過濾技術(shù)對費托合成反應(yīng)器石蠟漿液進行過濾回收，一級過濾采用水平圓盤式過濾器對費托合成反應(yīng)器石蠟漿液進行一級過濾，實現(xiàn)催化劑漿液與液體石蠟的簡單分離。

2.1.3 石蠟漿液過濾豎直葉片式過濾器的技術(shù)創(chuàng)新

該項目二級過濾創(chuàng)新使用豎直葉片式過濾器對一級濾后產(chǎn)品進行過濾，二級過濾為新增豎直葉片預(yù)涂式過濾器，采用硅藻土預(yù)涂及助劑添加的方式，利用微孔結(jié)構(gòu)的硅藻土形成過濾涂層，對一級后濾液進行循環(huán)過濾，得到約固含量100ppm的石蠟液體。

2.1.4 石蠟漿液過濾保安過濾器的技術(shù)創(chuàng)新

該項目三級過濾創(chuàng)新使用新增豎直葉片預(yù)涂式過濾器和保安過濾器，采用硅藻土預(yù)涂及助劑添加的方式，處理二級后濾液，且三級過濾系統(tǒng)內(nèi)部可實現(xiàn)串、并聯(lián)操作，最終得到固含量20ppm以下的合格石蠟產(chǎn)品。

2.1.5 過濾器系統(tǒng)控制程序的技術(shù)創(chuàng)新

該項目對國內(nèi)外石蠟過濾系統(tǒng)的邏輯控制研究，學習當前國內(nèi)外頂尖的石蠟過濾系統(tǒng)的控制水平和有關(guān)技術(shù)，設(shè)定并不斷優(yōu)化了一套適應(yīng)陜西未來能源有限公司的石蠟過濾系統(tǒng)，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，分散了危險性，解決了目前國內(nèi)豎直葉片式過濾器DCS邏輯控制系統(tǒng)不穩(wěn)定性等問題。

2.1.6 石蠟漿液過濾自動排查系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新

本項目費托合成過濾排渣系統(tǒng)創(chuàng)新采用一套自動輸送機：埋刮板輸送機，實現(xiàn)了過濾器排渣機械化升級優(yōu)化，降低了人工勞動強度，將過濾系統(tǒng)排放的高溫催化劑濾渣輸送至界區(qū)外，創(chuàng)造良好舒適工作環(huán)境。

2.2 創(chuàng)新成果內(nèi)涵

本技術(shù)方案中創(chuàng)新成果，提供一種費托合成烴類產(chǎn)品過濾分離的方法，建立一套烴類產(chǎn)品過濾分離裝置，解決了費托合成烴類產(chǎn)品固液過濾分離技術(shù)中存在的難題。本方案為費托合成烴類產(chǎn)品過濾分離技術(shù)：設(shè)計多臺超大容量儲罐存儲費托合成反應(yīng)器漿液，首先采用圓盤過濾器對費托合成漿液產(chǎn)品進行粗分，其次通過豎直葉片式過濾器采用硅藻土預(yù)涂、助濾劑進行精細過濾，最后通過保安過濾器進行過濾，除去費托合成烴類產(chǎn)品中的催化劑，得到合格烴類產(chǎn)品。

2.3 創(chuàng)新成果主要做法

2.3.1 設(shè)計費托合成反應(yīng)器漿液超大儲罐

本項目是費托合成反應(yīng)器漿液分離過濾工業(yè)化項目，主要是處理費托合成反應(yīng)器內(nèi)長時間反應(yīng)后催化劑破碎產(chǎn)生的漿液，以及催化劑活性置換時排出的石蠟漿液。

設(shè)計超大儲存儲費托合成反應(yīng)器漿液，超大儲罐規(guī)格型號為：Φ6800×H7000 mm，攪拌器攪拌槳直徑Φ2900mm，介質(zhì)：粗蠟漿液（固含量10%～33%），針對罐體高徑比較大，因固含量較高，固體顆粒為催化劑，對機封要求太苛刻，攪拌器及底支撐耐磨材料采用噴涂司太立合金，超大儲罐內(nèi)部設(shè)置頂攪拌器，設(shè)備錐底部及底部出料口管線設(shè)置了氮氣鼓泡裝置，防止高固含量漿液（濃度約33%）的催化劑在儲槽內(nèi)部及管線中沉積。使高固含量反應(yīng)器漿液（濃度約33%）攪拌充分、分布均勻，采用8臺超大儲罐可一次性存儲約2400m3反應(yīng)器漿液。

2.3.2 費托合成石蠟漿液分離過濾系統(tǒng)

本項目采用三級過濾去除石蠟漿液中的催化劑顆粒，得到合格的石蠟產(chǎn)品。

過濾是將懸浮在液體或氣體中的固體顆粒分離出來的工藝。其基本原理是:在壓力差的作用下，懸浮液中的石蠟液透過可滲性介質(zhì)（催化劑濾餅、硅藻土濾餅），固體顆粒被可滲性介質(zhì)所截留，從而實現(xiàn)液體和固體的分離。

一級過濾主要利用新增加的水平圓盤式過濾器對合成反應(yīng)器排放的石蠟漿液進行過濾，采用水平圓盤式過濾機，過濾后濾液的固含量約2000ppm。

二級過濾為新增豎直葉片預(yù)涂式過濾器，采用硅藻土預(yù)涂及助劑添加的方式，利用微孔結(jié)構(gòu)的硅藻土形成過濾涂層，對一級后濾液進行循環(huán)過濾，得到約固含量100ppm的石蠟液體。

三級過濾為新增豎直葉片預(yù)涂式過濾器和保安過濾器，采用硅藻土預(yù)涂及助劑添加的方式，處理二級后濾液，系統(tǒng)內(nèi)部可實現(xiàn)串并聯(lián)操作，最終得到固含量15ppm以下的合格石蠟產(chǎn)品，輸送至油品精制車間深加工處理。

2.3.3 過濾系統(tǒng)邏輯控制系統(tǒng)研究

過濾器邏輯控制詳見附圖1，主要包括以下幾方面：

附圖1 石蠟過濾裝置的邏輯控制圖

（1）過濾器閥門調(diào)試及準備；

（2）系統(tǒng)氣密；

（3）葉片清洗；

（4）預(yù)涂液和助劑液配制；

（5）過濾器系統(tǒng)預(yù)涂；。

（6）過濾器循環(huán)過濾；

（7）循環(huán)過濾與合格石蠟外送切換；

（8）過濾器退殘液；

（9）濾餅失活處置：干燥、鈍化、冷卻；

（10）過濾器系統(tǒng)卸渣處置；

此邏輯控制圖基本囊括了在石蠟過濾過程中，可能出現(xiàn)和已經(jīng)出現(xiàn)的問題設(shè)置了邏輯控制程序，提高了系統(tǒng)的可靠性，分散了危險性，并且設(shè)定了適應(yīng)公司的石蠟過濾系統(tǒng)，解決了目前國內(nèi)豎直葉片式過濾DCS系統(tǒng)缺失問題。

通過對石蠟過濾系統(tǒng)的邏輯控制研究，對反應(yīng)器外部過濾單元設(shè)定包括：預(yù)涂罐系統(tǒng)、助劑罐系統(tǒng)、主過濾器系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、濾液緩沖罐系統(tǒng)、預(yù)涂和助劑加料系統(tǒng)等。學習當前國內(nèi)外頂尖的石蠟過濾系統(tǒng)的控制水平和有關(guān)技術(shù)，設(shè)定并不斷優(yōu)化了一套適應(yīng)陜西未來能源有限公司的石蠟過濾系統(tǒng)，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，分散了危險性，解決了目前國內(nèi)豎直葉片式過濾器DCS邏輯控制系統(tǒng)缺失問題。

2.4 過濾系統(tǒng)濾渣自動化處置

一級、二級、三級過濾器設(shè)計排料筒與下方的埋刮板輸送機（詳見附圖8）連接，排出的廢渣落入埋刮板輸送機，輸送機將濾渣輸送至機頭料倉，最終排放至運渣車上完成自動化卸渣。實現(xiàn)了過濾器排渣機械化升級優(yōu)化，降低了人工勞動強度，降低了人工卸渣操作中的安全隱患及環(huán)境影響，有利于過濾器卸渣操作，創(chuàng)造良好舒適工作環(huán)境。

埋刮板輸送機主要由封閉矩形斷面的殼體（機槽）、刮板鏈條，驅(qū)動裝置、張緊裝置及安全保護裝置等部件組成，刮板鏈條在電動機和減速機的傳動下，助于運動著的刮板鏈條帶動刮板連續(xù)輸送散狀物料的運輸設(shè)備。

本設(shè)備型號為RMSM80，埋刮板輸送機主要技術(shù)參數(shù)詳見附表2，設(shè)有卸料口，卸料口直徑600mm，輸送機槽寬為800mm，主要輸送物料為固含量60%～70%固含量（其余成分主要為水份及石蠟介質(zhì)）的鐵劑催化劑散狀物料，封閉式輸送，可改善工人的勞動條件，防止環(huán)境污染。

過濾器研究與應(yīng)用主要是通過過濾器國產(chǎn)化研究，設(shè)計一套石蠟漿液過濾工業(yè)化試驗裝置，以處理反應(yīng)器內(nèi)部催化劑正常更新及系統(tǒng)波動需要排放的石蠟漿液，以及當系統(tǒng)波動、合成系統(tǒng)出現(xiàn)異常或大修停車，石蠟產(chǎn)品不合格時，將部分不合格石蠟輸送到新增石蠟過濾工業(yè)化試驗裝置進行處理，得到合格的石蠟產(chǎn)品。

3 實施效果

通過對本項目技術(shù)的研究，2018年5月建成石蠟過濾技改裝置并順利投產(chǎn)，解決石蠟漿液過濾困難問題，為后續(xù)項目提供技術(shù)保障，且相關(guān)技術(shù)得到廣泛推廣應(yīng)用。

該技術(shù)成果填補了國內(nèi)低溫費托合成反應(yīng)器漿液分離技術(shù)的空白，該項目生產(chǎn)的超硬蠟和潔凈費托蠟產(chǎn)品質(zhì)量與與國際標準接軌，可完全替代進口產(chǎn)品。同時費托合成反應(yīng)器過濾裝置自動化水平提高，實現(xiàn)國內(nèi)石蠟過濾邏輯控制技術(shù)、石蠟漿液過濾技術(shù)、三級過濾分離設(shè)備、自動運輸催化劑濾渣等設(shè)備的國產(chǎn)化，為響應(yīng)國家煤化工總體布局和陜北能源化工基地及榆橫煤化工基地整體規(guī)劃，我公司大力推動發(fā)展創(chuàng)新應(yīng)用煤制油費托合成技術(shù)，促進煤炭行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級，為有力推動煤炭深加工以及潔凈化利用技術(shù)的發(fā)展起到示范作用。