李 俊

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046100)

煤制油費(fèi)托合成產(chǎn)物烯烴分離工藝研究

李 俊

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046100)

高溫費(fèi)托合成工藝產(chǎn)品中不但有大量油品，而且有大量的α-烯烴產(chǎn)品。重點(diǎn)介紹了高溫費(fèi)托合成產(chǎn)物中α-烯烴分離工藝技術(shù)的研究，使烯烴產(chǎn)品進(jìn)行有效的分離，同時降低運(yùn)行成本，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

費(fèi)托產(chǎn)品；分離工藝；熱源的選擇

引 言

石油是當(dāng)前世界所使用的最主要燃料，為經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展提供強(qiáng)大動力。石油作為不可再生資源，面臨著日趨枯竭的危機(jī)。從世界范圍看，煤的儲量遠(yuǎn)超過石油儲量。將煤以高效潔凈的工藝轉(zhuǎn)化為液體油品，會有效地緩解油品供應(yīng)的緊張狀況。因此，通過煤炭間接液化技術(shù)——費(fèi)托(F-T)合成生產(chǎn)液體油品日趨受到關(guān)注[1]。

現(xiàn)有煤炭間接液化技術(shù)主要以生產(chǎn)各種液體油品為目的，煤基合成油品經(jīng)加工后得到優(yōu)質(zhì)的液體油品，產(chǎn)品中基本不含硫、氮及二烯烴等雜質(zhì)，但其生產(chǎn)成本高于石油煉制生產(chǎn)的汽油和柴油，無法充分發(fā)揮煤基合成油的優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)合理性差。

高溫費(fèi)托合成過程主要產(chǎn)品為汽油、柴油和α-烯烴。對高溫費(fèi)托產(chǎn)品，開發(fā)出以油品、烯烴等化學(xué)品為目標(biāo)產(chǎn)品的精細(xì)化工產(chǎn)品深加工技術(shù)，以化補(bǔ)油，增強(qiáng)費(fèi)托合成的油品在市場上與石化行業(yè)油品的競爭力，對于緩解我國能源供應(yīng)緊張局面、提高煤炭的清潔高效利用、減少對環(huán)境影響具有重要的意義[2]。

1 α-烯烴的應(yīng)用

烯烴是石油化工行業(yè)非常重要的基礎(chǔ)原料，在石油化工中占有重要的地位。而其中α-烯烴作為一種重要的有機(jī)原料和中間體產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于聚乙烯共聚單體、表面活性劑、潤滑油、增塑劑和精細(xì)化學(xué)品。

我國的α-烯烴生產(chǎn)方法主要以蠟裂解為主。其中，蠟裂解裝置產(chǎn)品雜質(zhì)較多，僅適合用于合成潤滑油、烷基苯等。

費(fèi)托合成產(chǎn)物中富含大量的烯烴，且基本不含硫、氮及二烯烴等，經(jīng)精餾分離可得到各種富含α-烯烴的窄餾分組分，精制后可得到α-烯烴。

α-烯烴按其碳鏈長度有不同的應(yīng)用。較低碳鏈α-烯烴，如C4(丁烯-1)、C6(己烯-1)，用作HDPE和LLDPE生產(chǎn)用共聚單體；C8～C12可以聚合生產(chǎn)高品質(zhì)的聚α-烯烴(PAO)四類潤滑油；C12～C16用于生產(chǎn)洗滌劑；C14～C18用于生產(chǎn)AOS；C16～C18用于生產(chǎn)造紙上漿劑；大于C18的α-烯烴直接用于潤滑劑和鉆井液。α-烯烴還可用于生產(chǎn)其余多種精細(xì)化學(xué)品和功能化學(xué)品中間體，有制乳化劑、潤滑油添加劑、防銹劑等用途。

因此，分離出高濃度的不同碳鏈長度的烯烴具有長足的意義和廣闊的市場前景。

2 α-烯烴原料性質(zhì)及產(chǎn)品規(guī)格

費(fèi)托合成產(chǎn)物中的較輕組分主要碳數(shù)分布如表1。其中，α-烯烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)約51%。

表1 碳數(shù)分布

通過精餾分離得到窄碳數(shù)分布的混合烴XT0、XT1、XT2及XT3(>C18)。主規(guī)格見表2。

3 α-烯烴精餾分離工藝的選擇

3.1 分離塔序的選擇

表2 產(chǎn)品規(guī)格

精餾分離得到多種產(chǎn)品，需要進(jìn)行分離塔序選擇。各種組分分離難度均差別不大，主要在依次分離及等摩爾分離2種塔序進(jìn)行選擇優(yōu)化。2種分離塔序流程模擬見圖1和第30頁圖2。

在進(jìn)行工藝模擬、優(yōu)化塔序選擇過程中發(fā)現(xiàn)，若第1個塔先得到XT0及XT1混合油，塔底得到XT2及>C18混合油，雖存在重復(fù)蒸餾XT0產(chǎn)品現(xiàn)象，但可以利用最后一個塔的>C18產(chǎn)品的熱源，作為XT0及XT1分離的熱源。經(jīng)模擬計(jì)算，雖換熱器有所增加，但能耗減少顯著，見表3。

圖1 依次分離塔序流程模擬

項(xiàng)目依次分離塔序等摩爾分離塔序使用地點(diǎn)熱負(fù)荷/kW熱負(fù)荷/kWT101再沸21642177T102再沸(僅開工)1042758T103再沸24862509小計(jì)(未含開工量)56924686

比較2種流程，等摩爾分離塔序比依次分離塔序節(jié)約能耗約5 692 kW-4 686 kW=1 006 kW，折蒸汽約1.7 t/h。蒸汽價格按照120元/t，則年可節(jié)約運(yùn)行成本約1.7×120×0.8=163萬元/a。選擇等摩爾分離塔序是比較合適的。

3.2 操作壓力的選擇

原料碳數(shù)分布在C5～C22，餾程范圍63.5 ℃～367 ℃，終餾點(diǎn)已達(dá)367 ℃。第一塔塔頂?shù)玫絏T0+XT1的混合油，若采用常壓操作，再沸溫度將達(dá)到340 ℃，需要采用高品質(zhì)熱源作為塔底重沸(加熱爐)；同樣，第三塔分離得到XT2產(chǎn)品及>C18產(chǎn)品，也需要采用高品質(zhì)熱源作為塔底重沸(加熱爐)。因此，若按常壓操作，則需要設(shè)2臺加熱爐供兩塔底重沸，經(jīng)濟(jì)上不劃算。而且，塔底溫度過高，將顯著增加結(jié)焦的可能性。

鑒于此，第一塔及第三塔將采用減壓操作，并且采用壓降相對較小的填料塔。減壓操作各組分間的相對揮發(fā)度更高，更有利于分離，減少能耗。

3.3 加熱方式的選擇

1) 熱源的選擇

第一塔底重沸溫度均在255 ℃以上，第三塔塔底重沸溫度接近300 ℃，再沸溫度仍較高。目前，廠區(qū)可以提供的高壓蒸汽規(guī)格為9.8 MPaG、520 ℃、飽和溫度310 ℃。若采用高壓蒸汽作為熱源，壓力過高，設(shè)備成本過高(系統(tǒng)管廊、再沸器等)，同時也是潛在的危險源。

而若直接采用加熱爐作為塔底油的再沸熱源，2套裝置共計(jì)9個塔，將存在需要設(shè)置9個加熱爐的問題，從安全、占地、節(jié)能等角度考慮都是不適宜的。

鑒于以上原因，擬采用導(dǎo)熱油作為本項(xiàng)目的熱源。由于2套裝置為聯(lián)合布置，因此共設(shè)有一臺導(dǎo)熱油爐。其中，導(dǎo)熱油的循環(huán)溫度為300 ℃～340 ℃。

圖2 等摩爾分離塔序流程模擬

2) 導(dǎo)熱油的加熱方式

本項(xiàng)目采用的導(dǎo)熱油溫度較高，采用蒸汽加熱導(dǎo)熱油是不適宜的。

主要原因如下：1) 廠區(qū)提供的高壓蒸汽規(guī)格為9.8 MPaG、飽和溫度310 ℃，不足以作為導(dǎo)熱油的熱源。2) 即使能夠提供更高品位的蒸汽作為導(dǎo)熱油的加熱方式，但由于導(dǎo)熱油的循環(huán)量比較大，因此需要很大的換熱器，且設(shè)備材質(zhì)需用不銹鋼，這無疑大大增加了設(shè)備投資。3) 用蒸汽作為導(dǎo)熱油的加熱方式也很少見，中間多增加一個蒸汽熱量至導(dǎo)熱油的環(huán)節(jié)，能耗損失加大。

因此，蒸汽加熱方是不可行的，也不經(jīng)濟(jì)。

燃?xì)饧訜釋?dǎo)熱油和電加熱導(dǎo)熱油的運(yùn)行成本比較如下：

2套裝置總熱負(fù)荷為4.686 MW。

若用燃?xì)饧訜釋?dǎo)熱油，燃?xì)庥昧繕?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)674 m3/h，單價2.65元/m3，總費(fèi)用674×2.65=1 786.1元/h；

若用電加熱導(dǎo)熱油，電耗量4 686/0.95=4 933(kW·h)/h(取95%傳熱效率)，單價1元/(kW·h)，總費(fèi)用4 933×1=4 933元/h。

從以上分析可知，燃?xì)饧訜釋?dǎo)熱油成本低、經(jīng)濟(jì)合理。

因此，選擇采用燃料氣加熱導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油再作為各再沸器的熱源。

4 結(jié)論

1) 根據(jù)原料的組成及分離要求，采用等摩爾分離流程，能降低烯烴分離能耗約1 006 kW，節(jié)約企業(yè)年運(yùn)行成本約163萬，效益顯著。

2) 采用多塔負(fù)壓操作，提高待分離組分的相對揮發(fā)度，減少運(yùn)行能耗。采用導(dǎo)熱油爐作為塔器再沸熱源，節(jié)約加熱爐投資，同時減小高碳數(shù)組分結(jié)焦的可能性，有利于企業(yè)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 孫啟文，以油品、烯烴和化學(xué)品為目標(biāo)產(chǎn)品的高溫費(fèi)托合成煤液化技術(shù)[C].北京：2010中國國際煤化工發(fā)展論壇，2010.

[2] 郭琳，李文英，張宗森，等.高、低溫費(fèi)托合成聯(lián)產(chǎn)中烯烴的加工利用[J].太原理工大學(xué)學(xué)報，2012，43(3)：309-313.

Study on separation process of coal-to-oil Fischer Tropsch synthesis of olefins

LI Jun

(Shanxi Lu’an Coal-based Clean Energy Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046100, China)

High-temperature Fischer Tropsch synthesis products not only have a lot of oil, but also have a large number of α-olefin products. This paper focuses on α-olefin separation process technology of high-temperature Fischer Tropsch synthesis products, so as to effectively separate olefin products, and gain greater economic benefits by reducing operating costs.

Fischer Tropsch products; separation process; heat source selection

2017-03-26

李 俊，男，1984年出生，2008年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，助理工程師，本科，主要研究方向：煤化工。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.09

TQ529

A

1004-7050(2017)04-0028-03

綜述與論壇