閆 秀 婷

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

近年來，隨著石油資源的日趨枯竭，尋找替代能源已成為一項國家戰(zhàn)略性的課題。我國煤炭資源豐富，發(fā)展煤制油化工產(chǎn)業(yè)，對于緩解石油供需矛盾，實現(xiàn)煤炭清潔利用具有重要意義[1]，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

費托合成技術(shù)是煤氣化工藝的核心部分，費托合成工藝的產(chǎn)物直接是下游油品加工的原料，因此本單元工藝技術(shù)的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，要特別重視F-T 合成技術(shù)的選擇。

1 費托合成工藝路線

1.1 費托合成總工藝路線

費托合成工藝的原料為來自煤氣化工藝的凈化合成氣與F-T 合成工藝的尾氣經(jīng)處理后的氫氣。原料氣在漿態(tài)床費托合成反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化為重質(zhì)蠟、重質(zhì)油、輕質(zhì)油，并產(chǎn)生大量的合成尾氣和合成水。重質(zhì)蠟、重質(zhì)油、輕質(zhì)油送至下游的產(chǎn)品加工裝置，合成尾氣在 F-T 工藝內(nèi)經(jīng)處理后回收氫氣和低碳烴。合成水在F-T 工藝內(nèi)經(jīng)合成水處理單元脫除醇類物質(zhì)后，送去廢水處理。

1.2 前脫甲烷與后脫甲烷工藝路線簡介

如果煤氣化單元采用KBR 爐或BGL 爐作為氣化裝置，氣化單元所產(chǎn)生的合成氣中會含有部分CH4，為了獲得最大量的 CO+H2，這樣就需要通過甲烷轉(zhuǎn)化將合成氣中的部分CH4轉(zhuǎn)化為合成氣，因此存在一個脫除CH4是在進(jìn)F-T 反應(yīng)器還是出F-T反應(yīng)器后的優(yōu)化問題，也就是所說的前脫甲烷與后脫甲烷工藝方案。

前脫甲烷工藝方案主要工藝裝置包括凈化合成氣深冷分離單元、甲烷轉(zhuǎn)化單元（一段轉(zhuǎn)化）、F-T合成單元、苯菲爾脫碳單元、低溫油洗單元、PSA制氫以及合成水處理單元；后脫甲烷工藝方案的工藝裝置主要包括凈化合成氣F-T 合成單元、苯菲爾脫碳單元、低溫油洗單元、甲烷轉(zhuǎn)化單元、變換單元、低溫甲醇洗單元、PSA 制氫以及合成水處理單元。

2 主要裝置工藝技術(shù)比較選擇

2.1 F-T 合成裝置

F-T 合成技術(shù)經(jīng)過近百年的發(fā)展，已經(jīng)形成自己的特色，國外的工業(yè)化技術(shù)主要有南非SASOL 的F-T 合成技術(shù)、荷蘭 Shell 公司的 SMDS 技術(shù)，EXXON-Mobil 公司的MTG 合成技術(shù)等，國內(nèi)主要是中科合成油工藝技術(shù)、中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所SYNFT 技術(shù)，神華集團低溫漿態(tài)床費托合成技術(shù)[2]，上海兗礦低溫煤間接液化技術(shù)[3]等。

在費托合成技術(shù)的各個發(fā)展階段，以 SASOL為代表的技術(shù)提供商開發(fā)出固定床、循環(huán)流化床、固定流化床反應(yīng)器、漿態(tài)床等多種費托合成反應(yīng)器，其中漿態(tài)床和固定床技術(shù)應(yīng)用最為成熟和廣泛。固定床反應(yīng)器是最為傳統(tǒng)的反應(yīng)器形式，有著操作方便、技術(shù)可靠的優(yōu)點，但同時又有著技術(shù)大型化困難、制造成本高、操作費用高、催化劑更換困難且操作壓降大的缺點。而漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，尤其是在突破氣體均勻分布的技術(shù)瓶頸后，具有成本低、工程放大可靠、操作成本低、催化劑更換簡便的優(yōu)勢，近年來，漿態(tài)床反應(yīng)器已經(jīng)成為費托合成技術(shù)的發(fā)展方向[4]。目前國內(nèi)外的費托合成漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)都能夠良好的控制反應(yīng)器內(nèi)的溫差，促進(jìn)催化劑活性的充分發(fā)揮[5]。

2.2 深冷分離

深冷分離裝置主要是將來自氣化單元的凈化合成氣中的甲烷分離出來，將分離出來的合成氣送至F-T 反應(yīng)器，甲烷送至甲烷轉(zhuǎn)化單元。

因為合成氣中CO 的含量相對較高，故采用低溫CO 洗來脫除合成氣中的甲烷。

2.3 甲烷轉(zhuǎn)化

甲烷轉(zhuǎn)化主要是將氣化中生成的甲烷轉(zhuǎn)化為CO 和H2，目前甲烷轉(zhuǎn)化主要分為一段蒸汽轉(zhuǎn)化和二段氧氣轉(zhuǎn)化，其中二段轉(zhuǎn)化是在一段轉(zhuǎn)化后，加適量氧氣進(jìn)入二段爐進(jìn)行甲烷的深度轉(zhuǎn)化。

在鎳催化劑存在下其主要反應(yīng)如下：

一段轉(zhuǎn)化爐：

CH4+ H2O = CO + 3H2- Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

二段轉(zhuǎn)化爐：

2H2+ O2= 2H2O + Q

2CH4+ O2= 2CO + 4H2– Q

CH4+ H2O = CO + 3H2– Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

一段轉(zhuǎn)化的特點是耗能大，轉(zhuǎn)化率高，但要求甲烷的濃度高。二段轉(zhuǎn)化的特點是耗氧量大，轉(zhuǎn)化率低，但是在甲烷濃度較低時也能將甲烷轉(zhuǎn)化。

2.4 尾氣脫碳

脫碳裝置的功能是將F-T 合成循環(huán)回路的部分CO2從回路中脫除，以保證系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計的轉(zhuǎn)化深度。脫碳過程有物理吸收法和化學(xué)吸收法。

由于F-T 合成的循環(huán)氣流股中有機烴類含量較高，要求在完成脫碳過程的同時不會將流股中的有機烴類損失過高。一般多考慮化學(xué)吸收法。

2.5 低溫油洗

F-T 合成過程是一個典型的由氣體原料（合成氣）生產(chǎn)液體（烴類）目的產(chǎn)物的復(fù)雜化工過程，因其目標(biāo)產(chǎn)品分布很寬，其產(chǎn)品中的全部LPG 和部分輕烴產(chǎn)品隨合成尾氣排出合成系統(tǒng)，必須加以回收。

目前輕烴回收工藝主要有低溫吸收和常溫吸收，常溫吸收適合于原料中不凝氣組分含量較少的輕烴回收裝置，蒸汽耗汽量較多，輕烴損失稍大，但不需制冷，不需注防凍劑，設(shè)備材質(zhì)為常規(guī)材質(zhì)；而低溫吸收較適合于原料中不凝氣組分含量較多的輕烴回收裝置，耗汽量少，輕烴回收多，配套投資少。

2.6 變換

變換主要是針對后脫甲烷方案，因甲烷轉(zhuǎn)化后存在未反應(yīng)的CH4，而CO 與N2、CH4的性質(zhì)接近，不利于N2和CH4的脫除，若要脫除N2和CH4，則有大部分的有效氣CO 也被脫除，因此要通過變換將富氫氣體中的CO 轉(zhuǎn)變H2，有利于下游工序的操作。

2.7 低溫甲醇洗

低溫甲醇洗同樣也是針對后脫甲烷方案，主要是脫除變換生成的酸性氣CO2。

2.8 PSA 制氫

PSA 制氫的主要作用是使 H2進(jìn)一步與其它組份如 N2等雜質(zhì)組份分離，得到純的 H2產(chǎn)品，用于調(diào)節(jié)合成氣的H/C 比以及后續(xù)的油品加工裝置。

3 結(jié) 論

煤制油是國內(nèi)外廣泛研究替代石油資源的一項重要技術(shù)，應(yīng)根據(jù)其不同技術(shù)的成熟程度及應(yīng)用效果、投資、操作費用等情況合理選擇各項技術(shù)及工藝路線。

［1］ 張玉卓.中國煤炭液化技術(shù)發(fā)展前景[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34(1)：19-23.

［2］ 周從文，林泉.費托合成技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].神華科技，2010，8(4)：93-96.

［3］ 孫啟文.煤間接液化的開發(fā)和應(yīng)用[J].應(yīng)用化工2006，10(35)：211-215.

［4］ 任杰，張懷科，李永旺.F-T 合成油品加工技術(shù)的研究進(jìn)展[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2009，37(6)：769-776.

［5］ 王建平，翁慧新.費-托合成油品的加工利用[J].煉油技術(shù)與工程，2006，36(1)：39-42.