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通过煤间接液化技术，煤可以转化为不含硫、氮和芳烃的优质石脑油、柴油和润滑油等产品。费托合成工艺是煤间接液化技术的核心工艺，费托合成反应器是该工艺中的核心装置。今天我们就从专利金奖聊一聊如何攻克这个核心装置。
本文涉及第二十一届中国专利金奖获奖项目
专利号：ZL.1
专利名称：用于费-托合成的气-液-固三相悬浮床反应器及其应用
专利权人：中科合成油技术有限公司，中科合成油工程股份有限公司
根据第三届“中国能源产业发展年会”公布的数据，全球能源消费中，石油和煤炭占比分列前两位，分别为33.62%和27.2%。
按照目前全球已探明储量的石油与煤炭资源计算，石油资源日益紧张，而煤炭资源相对充足。对于我国，中国的煤炭储量排名世界第一，“富煤、贫油、少气”是我国的能源特点，如何将储量丰富的煤炭资源安全、高效地转变为石油类产品？如何在满足日益严格的环保要求下，进一步提高煤制油转换效率？
以费托合成工艺为核心的煤间接液化技术为解决上述难题提供了可能性。
费托合成是由氢和一氧化碳经化学合成而得的类似石油的产品，首先由德国费雪（FrauzFischer）和托罗普斯（HansTropsch）两人提出而得名。费托合成是煤液化的主要方法之一，它可以得到的产品包括气体和液体动力燃料以及所有沸点范围的燃料油，还包括硬脂、乙醇、丙酮、气体水溶性化合物以及有机化学基本原料，如乙烯、丙烯、丁烯和高级烯烃。
煤制油的工艺流程可见下图：
作为间接液化工艺中的核心装置，费托合成反应器的研究与开发贯穿于整个间接液化技术的发展过程中。费托合成反应器先后经历了固定床、流化床和浆态床几个发展阶段。开发浆态床反应器最初的目的是为了解决固定床反应器的缺陷，后来逐渐发展成为费托合成反应器的主流方向。
浆态床反应器是一个气液固三相反应器，合成气从反应器底部进入，通过气体分布板以气泡形式进入浆液反应器，通过液相扩散到悬浮的催化剂颗粒表面进行反应，生成烃和水。气态产品和未反应的合成气通过床层到达顶端的气体出口,热量从浆相传递到冷却盘管并产生蒸汽，气态轻烃和未转化的反应物被压缩到冷阱中，而重质液态烃与浆相混合,通过分离工艺予以分离。
浆态床反应器内也设计了内置换热列管，通过管内流动的饱和水气化潜热将费托合成反应热移出反应器，保证床层温度均匀。浆态床传热性好。床层径向和轴向温度均匀且容易控制，催化剂的能耗低，合成气通过反应器床层的压降较小。
今天介绍的是中科合成油技术有限公司（以下简称中科合成油）的获得第二十一届中国专利金奖的用于费托合成的气液固三相悬浮床反应器即浆态床反应器。
中科合成油煤基高温浆态床费托合成工艺主要分为三个部分：合成气生产（煤气化生产合成气及其净化）、费托合成（高温浆态床费托合成及产物分离）、油品加工（产物加工生成清洁柴油和石脑油、液化气）。
高温浆态床费托合成工艺是将由煤、天然气或生物质获得的合成气转化成无硫清洁柴油的关键技术，具有柴油收率高、甲烷选择性低、过程热效率高等显著特点，可提高工厂盈利能力。
本金奖专利带给你的是更优化的气液固三相悬浮床反应器即浆态床反应器，该反应器更适用于费托合成工业规模过程中的应用。
ZL.1说明书附图
在反应过程中，仅进行流化就可以？No！本金奖专利考虑到三相悬浮床操作时的流体力学特性以及所使用的F-T合成催化剂的特点，提出了湍流操作状态。高度湍流的操作条件，可以使三相悬浮床F-T合成反应器突破气体处理量的制约，增加其产能。
大型和可工业化是本金奖专利要首先考虑的问题，本金奖专利反应器的合理适用高度在30米以上，工业可操作的反应器内径在0.28米以上。
只有大型号并不完美，本金奖专利同时考虑到解决液-固分离、换热和反应器的温度控制、气体分布以及消除皂沫效应和控制反应器出口气体流股中雾沫夹带等一系列技术问题，对系统配套装置进行了优化布局：
从气体入口着手，入口气体分布器结构简单，且设置了处理沉积浆液的辅助系统，实现了气体分布、浆液有效流化，并可防止任何情况下分布器的堵塞；
采用灵活的换热-温度控制系统可保障浆态床反应器中进行充分有效的F-T合成反应；
结合反应器整体结构的、分布在一层的高效液-固分离系统可以实现有效的固-液分离，滤出的F-T重质产物中固含量很小，且滤饼中的催化剂在线回收到反应器床层、并保持高活性；
三相悬浮床F-T合成反应器设计采用强化的催化剂分布和有效的雾沫分离等措施，保证了本金奖专利的F-T合成反应器在可靠完成F-T合成各种工艺技术功能的同时，简化了结构和操作、降低了反应器的造价和操作成本。看到这，是不是对本金奖专利的工业化很有信心了呢！
那在了解了本金奖专利的基础上，我们先来了解下中科合成油到底是什么样的一家公司呢？
中科合成油技术有限公司是中国科学院山西煤炭化学研究所在经过多年煤基浆态床合成液体燃料技术研究的基础上，联合产业界伙伴内蒙古伊泰集团有限公司、神华集团有限责任公司、山西潞安矿业（集团）有限责任公司、徐州矿务集团有限公司和北京连顺能源有限公司共同投资组建的高新技术公司。中科合成油技术有限公司基础研究工作涉及煤基费托反应过程的催化反应机理、催化剂制备、催化反应工程等最前沿和基础的研究领域。
中科合成油的成立旨在开发我国煤炭间接液化完全自主技术产业化生产线，加快推进国家煤制油能源战略实施的重要工程，保障国家能源战略安全。
中科合成油不仅在费托合成反应器方面拥有先进的技术，而且重点开展煤间接液化合成液体燃料的催化剂和催化反应过程基础的研究。
中科合成油申请了项以上专利，构建了煤基合成油技术的专利群，中科在费托合成方面具有完整全面的专利布局，下表摘录了与本专利相关的技术。
中科合成油的专利主要都是围绕费托合成工艺路线进行有效布局的。
中科合成油要充分实施煤炭间接液化完全自主技术产业化生产线，也就是专利开发的核心目的，就是进行充分的工业化应用，使其产能效益最大化。
上文所提到的本金奖专利的气液固三相悬浮床反应器就是在工业化的背景下优化应运而生的，我们来看看中科合成油的费托合成路线工业化应用情况。
山西潞安煤基合成油示范项目采用了中科合成油自主研发的煤基液体燃料合成浆态床工业化技术（见上图）。年7月7日，潞安示范项目的核心费托合成反应装置开始装填催化剂，经过70多小时试车运转后，于年7月10日成功产出高质量的油品。该示范项目的成功运转，证明了中科合成油技术有限公司自主研发的催化剂、反应器及合成工艺技术，完全达到了国际领先水平。
神华宁煤万吨/年煤炭间接液化示范项目采用中科合成油技术有限公司研发的具有自主知识产权的煤基液体燃料合成浆态床工业化技术（见上图）。年12月，神华宁煤万吨/年煤炭间接液化示范项目投料试车，产出费托轻质油、费托重质油、费托蜡、稳定重质油和合格柴油，各项指标分析合格，煤制油全流程贯通。
中科合成油的发展告诉我们，企业只有以技术研究为根本，以自主创新为动力，以产品投入工业化为目的，才能提升企业的影响力，有利于企业的长远发展，值得相关企业学习。
本文作者：
审协北京中心材料部赵莹李丹
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