徐志新

摘 要：費托合成反應器是間接液化的核心技術之一，該文介紹了費托合成反應器的種類、特點及其主要開發(fā)過程，對固定床、流化床和漿態(tài)床三種反應器的特點進行了分析對比。因漿態(tài)床具有生產能力大、傳熱效率高、可在線更新催化劑、制造成本低等優(yōu)點，也是費托合成工業(yè)開發(fā)的主要發(fā)展方向。漿態(tài)床反應器開發(fā)的關鍵是固液、分離、反應熱移取、氣體分布器的研究和開發(fā)。

關鍵詞：費托合成 固定床 流化床 漿態(tài)床 固液分離

中圖分類號：TQ53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0047-04

Technical Progress of Fischer-Tropsch Synthesis Reactor

XU Zhixin

（China Shenhua Coal To Liquid and Chemical Co.，Ltd.Xinjiang Turpan，838100，China）

Abstract：Fischer-Tropsch synthesis （FTS） reactor is one of the key technologies in indirect liquefaction.This paper introduces the types and characteristics of FTS reactors and its development process，The three-type reactors of fixed bed，fluidized bed and slurry bed reactor are analyzed and compared.Slurry bed reactor has great capacity of production， high heat transfer efficiency，online catalyst makeup， and low manufacturing cost，so it is also the development direction for FTS industrial development.The key research to develop slurry bed reactor is solid-liquid separation，heat transfer and gas distributor.

Key Words：Fischer-Tropsch synthesis Fixed bed Fluidized bed Slurry bed Solid-liquid separation

以費托合成工藝為核心的間接液化技術可以將煤或天然氣轉化優(yōu)質石腦油、柴油和潤滑油基礎油、高附加值化學品等多種產品，這些產品幾乎不含為不含硫、氮和芳烴。在石油資源緊張，價格看漲的背景下，間接液化是石油替代能源的重要技術路線。費托合成技術從催化劑體系而言可分為鈷基和鐵基；從反應溫度可分為低溫費托和高溫費托；作為費托合成工藝中的核心裝置，費托合成反應器又可分為固定床、流化床和漿態(tài)床三種。這三種反應器各有缺點，也都實現(xiàn)了工業(yè)化。固定床反應器從二戰(zhàn)期間就開始應用，至今Sasol和Shell還有部分裝置在正常運轉。流化床（循環(huán)流化床和固定流化床）只有南非Sasol公司掌握工業(yè)化技術，目前國內認為漿態(tài)床是大型費托合成裝置的主要發(fā)展方向。該文就費托合成床反應器的工業(yè)化技術過程、特點及開發(fā)重點作一概述。

1 費托合成反應器的發(fā)展概況

1.1 固定床反應器

固定床反應器也是催化劑篩選和化學工程開發(fā)的常用技術。固定床反應器用于低溫費托合成，鈷基和鐵基催化劑都適用。二戰(zhàn)期間的德國和因種族隔離遭到國際社會制裁的南非都開發(fā)和使用固定床反應器并進行工業(yè)化生產。1955年第一個商業(yè)化固定床反應器在南非Sasol公司建成投產，該反應器直徑3 m，內部由裝填催化劑的2千多根內徑5 cm、長12 m的管子組成；管外為飽和水，通過水的氣化潛熱將管內的反應熱移出。反應器的操作條件是225 ℃，2.6 MPa，液態(tài)的費托蠟和氣相產物等流出反應器后進行氣液分離。Sasol公司至今仍在使用一些固定床裝置[1]。1980年代后，Shell公司和Syntroleum公司開發(fā)了新型的固定床反應器，其中Shell在傳熱方面采用噴淋方法取得了突破提高了反應器散熱能力，也提高了單臺產量，采用多臺反應器并聯(lián)的方法也實現(xiàn)了商業(yè)化生產，Shell還開發(fā)了鈷基催化劑在線再生技術達到了2年不更換催化劑的水平。

1.2 流化床反應器[2]

流化床反應器分為循環(huán)流化床和固定流化床反應器兩個發(fā)展階段（見圖1），它們都只能用于高溫費托和熔鐵催化劑，目前只有南非Sasol擁有工業(yè)化技術。最初Sasol采用循環(huán)流化床（Synthol reactors），其結構和原理類似于石油化工的FCC流化床，這種反應器對操作的要求很高，而且安全性、傳熱和催化劑性能發(fā)揮等等都存在問題。后來SASOL又開發(fā)成功了固定流化床反應器技術（SAS），SAS由以下部分組成：含氣體分布器的容器；催化劑流化床；床層內的冷卻管；以及從氣體產物中分離夾帶催化劑的旋風分離器。固定流化床操作比較簡單，氣體從反應器底部通過分布器進入并通過流化床層，床層內催化劑顆粒處于湍流狀態(tài)但整體保持靜止不動。Sasol用SAS替代了大部分循環(huán)流化床。這種反應器不僅在產能、傳熱和溫度控制上都要優(yōu)于循環(huán)流化床反應器，而且在優(yōu)化結構、降低建設投資和能耗、提高單程轉化率、降低催化劑的磨損上有了進一步發(fā)展。

首先從反應器床層的流化狀態(tài)看，循環(huán)流化床中只有約50%的催化劑停留在反應段內，而固定流化床幾乎所有的催化劑都停留在反應區(qū)，因此，催化劑的效能發(fā)揮更好；固定流化床的催化劑由于不參與固體循環(huán)，因此，催化劑因再生和磨耗造成的損失比循環(huán)流化床也要降低50%。從反應器結構和工藝上分析，固定流化床的結構簡單，費用是循環(huán)流化床的5%左右；由于降低了氣體循環(huán)比，壓縮機的投資也大大降低，同時也省去了循環(huán)流化床的催化劑還原工序，因此，的固定流化床工藝的整體裝置投資比循環(huán)流化床工藝減少50%；能量消耗降低40%，還副產部分高品質蒸汽。從反應器的產能和工程放大角度，對于費托合成反應，壓力高利于提高合成氣的轉化率和產率，固定流化床的操作壓力最高可達到4.0 MPa，直徑10.7 m的單臺反應器的產能可達到85萬噸/年，而循環(huán)流化床只有約30萬噸/年[2]。從循環(huán)流化床發(fā)展到固定流化床是工業(yè)實踐和多相流理論體系以及費托合成反應特性共同決定的，在固定流化床的操作條件下產物的鏈增長因子α值在0.7～0.8之間，不會像低溫固定床那樣出現(xiàn)重質的費托蠟液體，保證了床層的氣固相流化狀態(tài)下。

1.3 漿態(tài)床反應器

漿態(tài)床反應器（見圖2）不同于固定床和流化床，是一個氣液固三相反應器。合成氣從反應器底部的氣體分布器進入由費托蠟（液相）和催化劑（固相）形成的漿液中形成反應器床層，固體顆粒懸浮在床層內，氣泡床層上升過程中通過液膜擴散進入催化劑顆粒的孔道內進行費托合成反應。漿態(tài)床的操作溫度為230 ℃～270 ℃，操作壓力2.0～3.0 MPa，空塔氣速在0.1～0.4 m/s，傳統(tǒng)的漿態(tài)床反應器操作溫度在220～250 ℃之間，而中科合成油公司稱該公司在260～270 ℃下操作的漿態(tài)床為高溫漿態(tài)床反應器，這種工藝主要的變化是因操作溫度的提高，產物中重質費托蠟和重質的選擇性降低，低碳烴選擇性增加，同時還要保證較低的甲烷選擇性，這就對催化劑性能提出了更高的要求。

合成氣經漿態(tài)床層反應器后，床層頂部的輕質氣態(tài)烴、水以及未反應的合成氣從反應器頂部出口流出，進入下游的氣液分離流程進行分離，夾帶的固體細顆粒以及小液滴的分離區(qū)也會在下游通過專門的旋液分離等方法分離出來。費托合成反應生成的費托蠟和重質烴在反應條件下是液相成為漿態(tài)床層的一部分，為保持床層液位高度，這些產物通過固液分離技術抽出反應器，過濾分離技術也是漿態(tài)床反應器的關鍵技術。漿態(tài)床內也設計了內置換熱列管，通過管內流動的飽和水氣化潛熱將費托合成反應熱移出反應器，保證床層溫度均勻。

開發(fā)漿態(tài)床反應器最初的目的是為了解決固定床反應器的缺陷[3]，二戰(zhàn)前后在德國開始小規(guī)模的生產，1950年代和1970年代K?lbel等做了很多漿態(tài)床反應器的研究。直到1980年代，Sasol也開始對漿態(tài)床反應器進行研究和開發(fā)。

Sasol的研究從實驗室規(guī)模發(fā)展到內徑為5 cm的小試裝置，再到直徑1 m的中試裝置[6]，在該裝置上考察了流體力學、傳熱性能和產物分離等。1993年Sasol在直徑5 m，高22 m的漿態(tài)床裝置進行工業(yè)示范運行，取得了很好的效果，因此，Sasol對開發(fā)直徑10 m規(guī)模的百萬噸級漿態(tài)床反應器信心很足。進入21世紀后計劃在尼日利亞和卡塔爾建立兩個采用鈷基催化劑漿態(tài)床反應器的間接液化廠，單臺反應器的設計生產能力均為70萬噸/年。但是在2006年卡塔爾工廠開工時漿態(tài)床反應器還是遇到了很多工程問題，甚至影響了Sasol公司的股票業(yè)績，直到3年后的2009年才基本解決技術難題，產能也達到了設計值，漿態(tài)床FT合成技術終于充分體現(xiàn)其技術經濟優(yōu)越性。

20世紀末，其它能源公司如美國Rent ech公司、Syntroleum公司、英國燃料試驗中心等[7～8]都進行漿態(tài)床費托合成技術的研究開發(fā)。國內的神華集團、中科合成油公司、山東兗礦等也，并且完成了最大直徑5～6 m，產能16萬噸/年的示范裝置運轉，形成了基于鐵基催化劑的百萬噸漿態(tài)床技術工藝包，目前神華寧煤采用中科的技術正在建設4百萬噸/年產量的間接液化廠，就是采用直徑10 m左右的漿態(tài)床反應器，將于2016年投產。

2 漿態(tài)床反應器的技術特點[8～10]

2.1 漿態(tài)床反應器的特點

漿態(tài)床反應器和固定床對比主要特點為：結構簡單，投資為固定床的22%，容易實現(xiàn)大規(guī)模生產，單個漿態(tài)床反應器最新的生產能力達到了70萬噸以上；漿態(tài)床傳熱性好，床層徑向和軸向溫度均勻且容易控制；催化劑的消耗低，而且可在線添加或移出催化劑，連續(xù)進行催化劑置換；合成氣通過反應器床層的壓降較小，一般只有固定床反應器的1/3～1/4，可節(jié)約氣體壓縮能耗。

漿態(tài)床相對固定床也有缺陷，主要有：漿態(tài)床反應器對硫含量的要求更高；漿態(tài)床反應器中由于液膜的存在造成CO的擴散速率比H2慢，可能不利于鏈增長；同流化床反應器一樣，漿態(tài)床也存在催化劑磨損問題；漿態(tài)床的固液分離比較復雜。

由于漿態(tài)床反應器和固定流化床是在不同的催化劑體系和工藝技術條件下使用，達到10 m直徑規(guī)模時兩者的單臺產能最高都可以達到80萬噸以上。這兩者選擇或對比更多是從整體工藝、產物選擇性、市場需求等方面考慮。固定流化床的產物是汽油和石腦油，而漿態(tài)床主要是柴油和費托蠟，這兩種技術路線在中國國內都是需要的，但是目前中國只進行了漿態(tài)床的工業(yè)化。

2.2 漿態(tài)床反應器的分離工程

漿態(tài)床費托合成由于自身的工藝特點和技術優(yōu)勢，特別在生產高附加值費托蠟方面的優(yōu)越性更加明顯。但是正常操作條件下，費托蠟以液態(tài)形式在反應器內積累，為保證正常操作的高轉化率、盡量降低催化劑損失和失活，必須定期或連續(xù)地將費托蠟排出，同時催化劑顆粒要留在反應器內繼續(xù)參與反應。因此開發(fā)連續(xù)有效、經濟合理的固液分離技術成為關鍵[11]。

漿態(tài)床的蠟和催化劑分離分器內分離和器外分離。其中，在反應器內部的分離采用過濾分離，外部分離主要包括重力沉降分離、離心分離和過濾分離。

重力沉降分離就是利用重力使催化劑顆粒從漿液中沉降分離出來，再將費托蠟移出，調整沉降時間、內置構件、外加磁場和溶劑稀釋等方法都能促進沉降過程，圖3為示意圖。離心分離是將催化劑漿液送入離心設備，一般為結構簡單的旋液分離器，以加速催化劑的分離，旋液分離器容易放大，但分離精度也較低。但重力沉降換熱離心分離抽出反應器的液體蠟仍然含有一定含量的固體顆粒，這不僅會增加下游分離負荷，容易堵塞管道，也會增加催化劑的消耗。

過濾分離是提高分離效率的有效方法，反應器外過濾分離和器內過濾分離的原理相同，但普通的深層過濾理念和技術已經不適合與漿態(tài)床的固液分離。漿態(tài)床反應器過濾分離基本是采用錯流或接近錯流方式，兩種過濾形式的對比見圖4。錯流過濾中懸浮液在濾芯的表面以高速切過的方式做循環(huán)運動，這樣可盡量降低濾餅的厚度。錯流過濾選用不銹鋼燒結金屬或金屬絲網濾芯，盡管如此催化劑細顆粒仍然會堵塞濾芯，因此，還要設置自動反沖洗系統(tǒng)，甚至反沖洗的設計決定了過濾系統(tǒng)的性能。錯流過濾能力和固相含量、溫度、顆粒大小、過濾壓降、反吹介質等因素有關，過濾過程中的流體湍動可阻止濾餅的形成，而反吹效果主要受受顆粒大小、壓差、反吹時間影響[12]。

開發(fā)漿態(tài)床反應器過濾技術在公開的資料中只有一些大概的介紹，具體的過濾技術方案在很難見到。Sasol公司的漿液分離工藝為內置過濾[13]，在漿態(tài)床內有一個過濾區(qū)，內裝有特殊結構的過濾元件。當液體產物正向通過過濾介質時，由于壓差，固體粒子在過濾介質上形成濾餅，而液體蠟通過，當液體產物流通受阻時，則逆向反吹，固體粒子構成的濾餅很容易從過濾介質上卸下來，重新進入漿態(tài)床反應器參與反應。圖5為專利中的反應器內外過濾分離的示意圖[14～15]。

2.3 漿態(tài)床反應器的其它研究重點

費托合成是強放熱反應（反應熱165～204 kJ/mol）[10]，由于漿態(tài)床內流體的劇烈湍動以及液相比熱容大，傳熱效率很高，床層溫度均勻。漿態(tài)床反應器基本是采用內置一層或多層換熱列管，通過同溫飽和循環(huán)水汽化吸熱將反應熱移出反應器。換熱列管可采用與反應器同心的盤管、迂回多程的彎管等來增加換熱面積或提高換熱效果，床層的傳熱效果也受到漿態(tài)床內的流體狀態(tài)、固體催化劑的含量和特性、換熱設備流程的熱工條件影響[10，16]。但漿態(tài)床傳熱的主要決定于床層的流動狀態(tài)，一般情況傳熱元件都用換熱列管，列管的結構簡單，對床層的流體力學狀態(tài)和總的傳熱系數(shù)影響較小。

在漿態(tài)床反應器中，氣體分布器是保證氣體在床層中均勻分布的重要部件決定了進入反應器的合成氣的分布的狀態(tài)，將直接影響反應的效率。分布器結構不合理，會造成死區(qū)、溝流等，也會出現(xiàn)分布器堵塞、漿液倒流入分布器入口管、催化劑沉積等問題。傳統(tǒng)的分布器一般采用浮閥式或泡罩型式，但這種氣體分布器結構復雜，制造成本高，也增加了反應器的總壓降。兗礦開發(fā)的分布器由一個與反應器內徑相同的假板、多根氣體上升管、一個氣體分布管組和多個開口垂直朝下的噴嘴組成。這樣即保證了氣體經過氣體分布器后實現(xiàn)均勻分布，又有效地解決或緩解了在氣流壓力不穩(wěn)或供氣中斷時的堵塞問題、逆流問題或固體沉積問題。有些專利商如中科合成油公司和神華集團直接將氣體分布器設計為分支結構，在分布管上開孔，這種氣體分布器結構簡單，但是需要考慮氣體分布的均勻性和孔口氣速對催化劑的磨損問題。

反應動力學和傳質特性也是當今漿態(tài)床反應器研究的熱點和難點[16]。在一定的固體催化劑濃度范圍內，費托合成反應器是控制步驟，當超過一定的催化劑濃度后，傳質過程對是整個反應的影響越來越大，它直接影響著反應速率的快慢以及產物分布。目前漿態(tài)床的重要指標有：床層氣含率、空塔氣速、催化劑顆粒大小、固含量等，這些參數(shù)之間的關系在冷?；驘崮嶒炑芯康牧黧w力學分析中有各種關聯(lián)式，這樣參數(shù)同反應動力學相結合可建立費托合成反應器模型。

3 結語

反應器的技術開發(fā)是一個綜合性的工程問題，而漿態(tài)床反應器是目前費托合成工業(yè)反應器發(fā)展的方向，其中反應器本身結構上的改進外，固液分離技術、傳質傳熱性能的提高是關鍵，工業(yè)化過程中存在的放大等也是必須要面對的問題。而固定流化床也是具有一定技術和市場前景的反應器。隨著費托合成工藝的日趨成熟，分離技術的進一步完善，催化劑工程的深入開發(fā)，將出現(xiàn)更先進的新型費托合成反應器。

參考文獻

[1] 趙玉龍，王佐.Sasol漿態(tài)床FT合成技術[J].煤碳轉化，1996，19（2）：54-58.

[2] Steynberg A P，Espinoza R L，Jager B，Vosloo A C.High temperature Fischer–Tropsch synthesis in commercial practice[J].Applied Catalysis A： General，1999（186）：41-54.

[3] 顏廷昭，徐榮.F-T合成技術進展[J].上?；?，2000（16）：28-32.

[4] 李影輝，徐顯明，肖海成，等.Sasol漿態(tài)床FT合成技術發(fā)展[J].石油化工，2003（32）：461-463.

[5] Van der Lann，Beenackers G. G.，A.A.C.M.Kinetics and selectivity of the Fischer-Tropsch synthesis：a literature review[J].Catal.Rev.-Sci.Eng，1999， 41（314）：255-318.

[6] Mark E.D.The Fischer-Tropsch Process：1950-2000[J].Catal. Today，2002，71（314）：227-241.

[7] Ledakowicz，S.H.Kinetics of the Fischer-Tropsch synthesis in the slurry phase on a potassium promoted iron catalyst[J].Ind. Eng.Chem.Process Des.Dev，1985（24）：1043-1049.

[8] 孫啟文，吳建民，張宗森，等.煤間接液化技術及其研究進展[J].化工進展，2013，32（1）：1-12.

[9] 石勇.費托合成反應器的進展[J].化工技術與開發(fā)，2008，37（5）：31-38.

[10] 高晉生，張德祥.煤液化技術[M].化學工業(yè)出版社，2005.

[11] 梁鵬，程樂明，趙玉龍，等.漿態(tài)床FT合成反應器中內部過濾操作研究[J].化學工程，2004（32）：38-41.

[12] 趙玉龍.漿態(tài)床FT合成反應器的固液分離現(xiàn)狀和進展[J].煤炭轉化，1996，3（19）：19-25.

[13] CharlesB.Benham，Arvada，MarkS.Bohn，Golden，Dennisl.Yako bson，Westminster，Process for production of hydrocarbons[P].US5504118，1996.

[14] Berend Jager，Andre Peter Steynberg，Juan Ricardo Inga， et al.Process for producing liquid and，optionally，gaseous products from gaseous reactions[P].US5844006，1998.

[15] Stephen C.Leviness，Charles J.Mart.Slurry hydrocarbon synthesis with downcomer fed product filtration （Law552）[P]. US5811469，1998.

[16] Krishna R.，Sie S.T. Design and scale-up of the Fischer-Tropsch bubble column slurry reacto r[J].Fuel Processing Technology，2000（64）：73-105.

開發(fā)漿態(tài)床反應器過濾技術在公開的資料中只有一些大概的介紹，具體的過濾技術方案在很難見到。Sasol公司的漿液分離工藝為內置過濾[13]，在漿態(tài)床內有一個過濾區(qū)，內裝有特殊結構的過濾元件。當液體產物正向通過過濾介質時，由于壓差，固體粒子在過濾介質上形成濾餅，而液體蠟通過，當液體產物流通受阻時，則逆向反吹，固體粒子構成的濾餅很容易從過濾介質上卸下來，重新進入漿態(tài)床反應器參與反應。圖5為專利中的反應器內外過濾分離的示意圖[14～15]。

2.3 漿態(tài)床反應器的其它研究重點

費托合成是強放熱反應（反應熱165～204 kJ/mol）[10]，由于漿態(tài)床內流體的劇烈湍動以及液相比熱容大，傳熱效率很高，床層溫度均勻。漿態(tài)床反應器基本是采用內置一層或多層換熱列管，通過同溫飽和循環(huán)水汽化吸熱將反應熱移出反應器。換熱列管可采用與反應器同心的盤管、迂回多程的彎管等來增加換熱面積或提高換熱效果，床層的傳熱效果也受到漿態(tài)床內的流體狀態(tài)、固體催化劑的含量和特性、換熱設備流程的熱工條件影響[10，16]。但漿態(tài)床傳熱的主要決定于床層的流動狀態(tài)，一般情況傳熱元件都用換熱列管，列管的結構簡單，對床層的流體力學狀態(tài)和總的傳熱系數(shù)影響較小。

在漿態(tài)床反應器中，氣體分布器是保證氣體在床層中均勻分布的重要部件決定了進入反應器的合成氣的分布的狀態(tài)，將直接影響反應的效率。分布器結構不合理，會造成死區(qū)、溝流等，也會出現(xiàn)分布器堵塞、漿液倒流入分布器入口管、催化劑沉積等問題。傳統(tǒng)的分布器一般采用浮閥式或泡罩型式，但這種氣體分布器結構復雜，制造成本高，也增加了反應器的總壓降。兗礦開發(fā)的分布器由一個與反應器內徑相同的假板、多根氣體上升管、一個氣體分布管組和多個開口垂直朝下的噴嘴組成。這樣即保證了氣體經過氣體分布器后實現(xiàn)均勻分布，又有效地解決或緩解了在氣流壓力不穩(wěn)或供氣中斷時的堵塞問題、逆流問題或固體沉積問題。有些專利商如中科合成油公司和神華集團直接將氣體分布器設計為分支結構，在分布管上開孔，這種氣體分布器結構簡單，但是需要考慮氣體分布的均勻性和孔口氣速對催化劑的磨損問題。

反應動力學和傳質特性也是當今漿態(tài)床反應器研究的熱點和難點[16]。在一定的固體催化劑濃度范圍內，費托合成反應器是控制步驟，當超過一定的催化劑濃度后，傳質過程對是整個反應的影響越來越大，它直接影響著反應速率的快慢以及產物分布。目前漿態(tài)床的重要指標有：床層氣含率、空塔氣速、催化劑顆粒大小、固含量等，這些參數(shù)之間的關系在冷?；驘崮嶒炑芯康牧黧w力學分析中有各種關聯(lián)式，這樣參數(shù)同反應動力學相結合可建立費托合成反應器模型。

3 結語

反應器的技術開發(fā)是一個綜合性的工程問題，而漿態(tài)床反應器是目前費托合成工業(yè)反應器發(fā)展的方向，其中反應器本身結構上的改進外，固液分離技術、傳質傳熱性能的提高是關鍵，工業(yè)化過程中存在的放大等也是必須要面對的問題。而固定流化床也是具有一定技術和市場前景的反應器。隨著費托合成工藝的日趨成熟，分離技術的進一步完善，催化劑工程的深入開發(fā)，將出現(xiàn)更先進的新型費托合成反應器。

參考文獻

[1] 趙玉龍，王佐.Sasol漿態(tài)床FT合成技術[J].煤碳轉化，1996，19（2）：54-58.

[2] Steynberg A P，Espinoza R L，Jager B，Vosloo A C.High temperature Fischer–Tropsch synthesis in commercial practice[J].Applied Catalysis A： General，1999（186）：41-54.

[3] 顏廷昭，徐榮.F-T合成技術進展[J].上海化工，2000（16）：28-32.

[4] 李影輝，徐顯明，肖海成，等.Sasol漿態(tài)床FT合成技術發(fā)展[J].石油化工，2003（32）：461-463.

[5] Van der Lann，Beenackers G. G.，A.A.C.M.Kinetics and selectivity of the Fischer-Tropsch synthesis：a literature review[J].Catal.Rev.-Sci.Eng，1999， 41（314）：255-318.

[6] Mark E.D.The Fischer-Tropsch Process：1950-2000[J].Catal. Today，2002，71（314）：227-241.

[7] Ledakowicz，S.H.Kinetics of the Fischer-Tropsch synthesis in the slurry phase on a potassium promoted iron catalyst[J].Ind. Eng.Chem.Process Des.Dev，1985（24）：1043-1049.

[8] 孫啟文，吳建民，張宗森，等.煤間接液化技術及其研究進展[J].化工進展，2013，32（1）：1-12.

[9] 石勇.費托合成反應器的進展[J].化工技術與開發(fā)，2008，37（5）：31-38.

[10] 高晉生，張德祥.煤液化技術[M].化學工業(yè)出版社，2005.

[11] 梁鵬，程樂明，趙玉龍，等.漿態(tài)床FT合成反應器中內部過濾操作研究[J].化學工程，2004（32）：38-41.

[12] 趙玉龍.漿態(tài)床FT合成反應器的固液分離現(xiàn)狀和進展[J].煤炭轉化，1996，3（19）：19-25.

[13] CharlesB.Benham，Arvada，MarkS.Bohn，Golden，Dennisl.Yako bson，Westminster，Process for production of hydrocarbons[P].US5504118，1996.

[14] Berend Jager，Andre Peter Steynberg，Juan Ricardo Inga， et al.Process for producing liquid and，optionally，gaseous products from gaseous reactions[P].US5844006，1998.

[15] Stephen C.Leviness，Charles J.Mart.Slurry hydrocarbon synthesis with downcomer fed product filtration （Law552）[P]. US5811469，1998.

[16] Krishna R.，Sie S.T. Design and scale-up of the Fischer-Tropsch bubble column slurry reacto r[J].Fuel Processing Technology，2000（64）：73-105.

開發(fā)漿態(tài)床反應器過濾技術在公開的資料中只有一些大概的介紹，具體的過濾技術方案在很難見到。Sasol公司的漿液分離工藝為內置過濾[13]，在漿態(tài)床內有一個過濾區(qū)，內裝有特殊結構的過濾元件。當液體產物正向通過過濾介質時，由于壓差，固體粒子在過濾介質上形成濾餅，而液體蠟通過，當液體產物流通受阻時，則逆向反吹，固體粒子構成的濾餅很容易從過濾介質上卸下來，重新進入漿態(tài)床反應器參與反應。圖5為專利中的反應器內外過濾分離的示意圖[14～15]。

2.3 漿態(tài)床反應器的其它研究重點

費托合成是強放熱反應（反應熱165～204 kJ/mol）[10]，由于漿態(tài)床內流體的劇烈湍動以及液相比熱容大，傳熱效率很高，床層溫度均勻。漿態(tài)床反應器基本是采用內置一層或多層換熱列管，通過同溫飽和循環(huán)水汽化吸熱將反應熱移出反應器。換熱列管可采用與反應器同心的盤管、迂回多程的彎管等來增加換熱面積或提高換熱效果，床層的傳熱效果也受到漿態(tài)床內的流體狀態(tài)、固體催化劑的含量和特性、換熱設備流程的熱工條件影響[10，16]。但漿態(tài)床傳熱的主要決定于床層的流動狀態(tài)，一般情況傳熱元件都用換熱列管，列管的結構簡單，對床層的流體力學狀態(tài)和總的傳熱系數(shù)影響較小。

在漿態(tài)床反應器中，氣體分布器是保證氣體在床層中均勻分布的重要部件決定了進入反應器的合成氣的分布的狀態(tài)，將直接影響反應的效率。分布器結構不合理，會造成死區(qū)、溝流等，也會出現(xiàn)分布器堵塞、漿液倒流入分布器入口管、催化劑沉積等問題。傳統(tǒng)的分布器一般采用浮閥式或泡罩型式，但這種氣體分布器結構復雜，制造成本高，也增加了反應器的總壓降。兗礦開發(fā)的分布器由一個與反應器內徑相同的假板、多根氣體上升管、一個氣體分布管組和多個開口垂直朝下的噴嘴組成。這樣即保證了氣體經過氣體分布器后實現(xiàn)均勻分布，又有效地解決或緩解了在氣流壓力不穩(wěn)或供氣中斷時的堵塞問題、逆流問題或固體沉積問題。有些專利商如中科合成油公司和神華集團直接將氣體分布器設計為分支結構，在分布管上開孔，這種氣體分布器結構簡單，但是需要考慮氣體分布的均勻性和孔口氣速對催化劑的磨損問題。

反應動力學和傳質特性也是當今漿態(tài)床反應器研究的熱點和難點[16]。在一定的固體催化劑濃度范圍內，費托合成反應器是控制步驟，當超過一定的催化劑濃度后，傳質過程對是整個反應的影響越來越大，它直接影響著反應速率的快慢以及產物分布。目前漿態(tài)床的重要指標有：床層氣含率、空塔氣速、催化劑顆粒大小、固含量等，這些參數(shù)之間的關系在冷模或熱模實驗研究的流體力學分析中有各種關聯(lián)式，這樣參數(shù)同反應動力學相結合可建立費托合成反應器模型。

3 結語

反應器的技術開發(fā)是一個綜合性的工程問題，而漿態(tài)床反應器是目前費托合成工業(yè)反應器發(fā)展的方向，其中反應器本身結構上的改進外，固液分離技術、傳質傳熱性能的提高是關鍵，工業(yè)化過程中存在的放大等也是必須要面對的問題。而固定流化床也是具有一定技術和市場前景的反應器。隨著費托合成工藝的日趨成熟，分離技術的進一步完善，催化劑工程的深入開發(fā)，將出現(xiàn)更先進的新型費托合成反應器。

參考文獻

[1] 趙玉龍，王佐.Sasol漿態(tài)床FT合成技術[J].煤碳轉化，1996，19（2）：54-58.

[2] Steynberg A P，Espinoza R L，Jager B，Vosloo A C.High temperature Fischer–Tropsch synthesis in commercial practice[J].Applied Catalysis A： General，1999（186）：41-54.

[3] 顏廷昭，徐榮.F-T合成技術進展[J].上?；ぃ?000（16）：28-32.

[4] 李影輝，徐顯明，肖海成，等.Sasol漿態(tài)床FT合成技術發(fā)展[J].石油化工，2003（32）：461-463.

[5] Van der Lann，Beenackers G. G.，A.A.C.M.Kinetics and selectivity of the Fischer-Tropsch synthesis：a literature review[J].Catal.Rev.-Sci.Eng，1999， 41（314）：255-318.

[6] Mark E.D.The Fischer-Tropsch Process：1950-2000[J].Catal. Today，2002，71（314）：227-241.

[7] Ledakowicz，S.H.Kinetics of the Fischer-Tropsch synthesis in the slurry phase on a potassium promoted iron catalyst[J].Ind. Eng.Chem.Process Des.Dev，1985（24）：1043-1049.

[8] 孫啟文，吳建民，張宗森，等.煤間接液化技術及其研究進展[J].化工進展，2013，32（1）：1-12.

[9] 石勇.費托合成反應器的進展[J].化工技術與開發(fā)，2008，37（5）：31-38.

[10] 高晉生，張德祥.煤液化技術[M].化學工業(yè)出版社，2005.

[11] 梁鵬，程樂明，趙玉龍，等.漿態(tài)床FT合成反應器中內部過濾操作研究[J].化學工程，2004（32）：38-41.

[12] 趙玉龍.漿態(tài)床FT合成反應器的固液分離現(xiàn)狀和進展[J].煤炭轉化，1996，3（19）：19-25.

[13] CharlesB.Benham，Arvada，MarkS.Bohn，Golden，Dennisl.Yako bson，Westminster，Process for production of hydrocarbons[P].US5504118，1996.

[14] Berend Jager，Andre Peter Steynberg，Juan Ricardo Inga， et al.Process for producing liquid and，optionally，gaseous products from gaseous reactions[P].US5844006，1998.

[15] Stephen C.Leviness，Charles J.Mart.Slurry hydrocarbon synthesis with downcomer fed product filtration （Law552）[P]. US5811469，1998.

[16] Krishna R.，Sie S.T. Design and scale-up of the Fischer-Tropsch bubble column slurry reacto r[J].Fuel Processing Technology，2000（64）：73-105.