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小贏預告：
通過煤間接液化技術，煤可以轉化為不含硫、氮和芳烴的優質石腦油、柴油和潤滑油等產品。費託合成工藝是煤間接液化技術的核心工藝，費託合成反應器是該工藝中的核心裝置。今天我們就從專利金獎聊一聊如何攻克這個核心裝置。
本文涉及第二十一屆中國專利金獎獲獎項目
專利號：ZL200710161575.1
專利名稱：用於費-託合成的氣-液-固三相懸浮床反應器及其應用
專利權人：中科合成油技術有限公司，中科合成油工程股份有限公司
根據第三屆「中國能源產業發展年會」公布的數據，全球能源消費中，石油和煤炭佔比分列前兩位，分別為33.62%和27.2%。
按照目前全球已探明儲量的石油與煤炭資源計算，石油資源日益緊張，而煤炭資源相對充足。對於我國，中國的煤炭儲量排名世界第一，「富煤、貧油、少氣」是我國的能源特點，如何將儲量豐富的煤炭資源安全、高效地轉變為石油類產品？如何在滿足日益嚴格的環保要求下，進一步提高煤制油轉換效率？
以費託合成工藝為核心的煤間接液化技術為解決上述難題提供了可能性。
費託合成是由氫和一氧化碳經化學合成而得的類似石油的產品，首先由德國費雪（FrauzFischer）和託羅普斯（HansTropsch）兩人提出而得名。費託合成是煤液化的主要方法之一，它可以得到的產品包括氣體和液體動力燃料以及所有沸點範圍的燃料油，還包括硬脂、乙醇、丙酮、氣體水溶性化合物以及有機化學基本原料，如乙烯、丙烯、丁烯和高級烯烴。
煤制油的工藝流程可見下圖：
作為間接液化工藝中的核心裝置，費託合成反應器的研究與開發貫穿於整個間接液化技術的發展過程中。費託合成反應器先後經歷了固定床、流化床和漿態床幾個發展階段。開發漿態床反應器最初的目的是為了解決固定床反應器的缺陷，後來逐漸發展成為費託合成反應器的主流方向。
漿態床反應器是一個氣液固三相反應器，合成氣從反應器底部進入，通過氣體分布板以氣泡形式進入漿液反應器，通過液相擴散到懸浮的催化劑顆粒表面進行反應，生成烴和水。氣態產品和未反應的合成氣通過床層到達頂端的氣體出口,熱量從漿相傳遞到冷卻盤管並產生蒸汽，氣態輕烴和未轉化的反應物被壓縮到冷阱中，而重質液態烴與漿相混合,通過分離工藝予以分離。
漿態床反應器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託合成反應熱移出反應器，保證床層溫度均勻。漿態床傳熱性好。床層徑向和軸向溫度均勻且容易控制，催化劑的能耗低，合成氣通過反應器床層的壓降較小。
今天介紹的是中科合成油技術有限公司（以下簡稱中科合成油）的獲得第二十一屆中國專利金獎的用於費託合成的氣液固三相懸浮床反應器即漿態床反應器。
中科合成油煤基高溫漿態床費託合成工藝主要分為三個部分：合成氣生產（煤氣化生產合成氣及其淨化）、費託合成（高溫漿態床費託合成及產物分離）、油品加工（產物加工生成清潔柴油和石腦油、液化氣）。
高溫漿態床費託合成工藝是將由煤、天然氣或生物質獲得的合成氣轉化成無硫清潔柴油的關鍵技術，具有柴油收率高、甲烷選擇性低、過程熱效率高等顯著特點，可提高工廠盈利能力。
本金獎專利帶給你的是更優化的氣液固三相懸浮床反應器即漿態床反應器，該反應器更適用於費託合成工業規模過程中的應用。
ZL200710161575.1說明書附圖
在反應過程中，僅進行流化就可以？No！本金獎專利考慮到三相懸浮床操作時的流體力學特性以及所使用的F-T合成催化劑的特點，提出了湍流操作狀態。高度湍流的操作條件，可以使三相懸浮床F-T 合成反應器突破氣體處理量的制約，增加其產能。
大型和可工業化是本金獎專利要首先考慮的問題，本金獎專利反應器的合理適用高度在30米以上，工業可操作的反應器內徑在0.28米以上。
只有大型號並不完美，本金獎專利同時考慮到解決液-固分離、換熱和反應器的溫度控制、氣體分布以及消除皂沫效應和控制反應器出口氣體流股中霧沫夾帶等一系列技術問題，對系統配套裝置進行了優化布局：
從氣體入口著手，入口氣體分布器結構簡單，且設置了處理沉積漿液的輔助系統，實現了氣體分布、漿液有效流化，並可防止任何情況下分布器的堵塞；
採用靈活的換熱-溫度控制系統可保障漿態床反應器中進行充分有效的F-T合成反應；
結合反應器整體結構的、分布在一層的高效液-固分離系統可以實現有效的固-液分離，濾出的F-T重質產物中固含量很小，且濾餅中的催化劑在線回收到反應器床層、並保持高活性；
三相懸浮床F-T合成反應器設計採用強化的催化劑分布和有效的霧沫分離等措施，保證了本金獎專利的F-T合成反應器在可靠完成F-T合成各種工藝技術功能的同時，簡化了結構和操作、降低了反應器的造價和操作成本。看到這，是不是對本金獎專利的工業化很有信心了呢！
那在了解了本金獎專利的基礎上，我們先來了解下中科合成油到底是什麼樣的一家公司呢？
中科合成油技術有限公司是中國科學院山西煤炭化學研究所在經過多年煤基漿態床合成液體燃料技術研究的基礎上，聯合產業界夥伴內蒙古伊泰集團有限公司、神華集團有限責任公司、山西潞安礦業（集團）有限責任公司、徐州礦務集團有限公司和北京連順能源有限公司共同投資組建的高新技術公司。中科合成油技術有限公司基礎研究工作涉及煤基費託反應過程的催化反應機理、催化劑製備、催化反應工程等最前沿和基礎的研究領域。
中科合成油的成立旨在開發我國煤炭間接液化完全自主技術產業化生產線，加快推進國家煤制油能源戰略實施的重要工程，保障國家能源戰略安全。
中科合成油不僅在費託合成反應器方面擁有先進的技術，而且重點開展煤間接液化合成液體燃料的催化劑和催化反應過程基礎的研究。
中科合成油申請了100項以上專利，構建了煤基合成油技術的專利群，中科在費託合成方面具有完整全面的專利布局，下表摘錄了與本專利相關的技術。
中科合成油的專利主要都是圍繞費託合成工藝路線進行有效布局的。
中科合成油要充分實施煤炭間接液化完全自主技術產業化生產線，也就是專利開發的核心目的，就是進行充分的工業化應用，使其產能效益最大化。
上文所提到的本金獎專利的氣液固三相懸浮床反應器就是在工業化的背景下優化應運而生的，我們來看看中科合成油的費託合成路線工業化應用情況。
山西潞安煤基合成油示範項目採用了中科合成油自主研發的煤基液體燃料合成漿態床工業化技術（見上圖）。2009年7月7日，潞安示範項目的核心費託合成反應裝置開始裝填催化劑，經過70多小時試車運轉後，於2009年7月10日成功產出高質量的油品。該示範項目的成功運轉，證明了中科合成油技術有限公司自主研發的催化劑、反應器及合成工藝技術，完全達到了國際領先水平。
神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化示範項目採用中科合成油技術有限公司研發的具有自主智慧財產權的煤基液體燃料合成漿態床工業化技術（見上圖）。2016年12月，神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化示範項目投料試車，產出費託輕質油、費託重質油、費託蠟、穩定重質油和合格柴油，各項指標分析合格，煤制油全流程貫通。
中科合成油的發展告訴我們，企業只有以技術研究為根本，以自主創新為動力，以產品投入工業化為目的，才能提升企業的影響力，有利於企業的長遠發展，值得相關企業學習。
本文作者：
審協北京中心材料部 趙瑩 李丹
本文為作者授權原創首發，文中觀點僅代表作者個人觀點，未註明圖片均來自網絡搜尋引擎。文中ZL……為中國專利號 ，轉載請進入公眾號回復「轉載」。
責任編輯：劉鶴 | 編輯：賀嘉