費(fèi)托合成技術(shù)介紹

閆 秀 婷

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006）

近年來(lái)，隨著石油資源的日趨枯竭，尋找替代能源已成為一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略性的課題。我國(guó)煤炭資源豐富，發(fā)展煤制油化工產(chǎn)業(yè)，對(duì)于緩解石油供需矛盾，實(shí)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(fèi)托合成技術(shù)是煤氣化工藝的核心部分，費(fèi)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(jì)效益，要特別重視F-T 合成技術(shù)的選擇。

1 費(fèi)托合成工藝路線

1.1 費(fèi)托合成總工藝路線

費(fèi)托合成工藝的原料為來(lái)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(fèi)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(jiǎn)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(huì)含有部分CH4，為了獲得最大量的 CO+H2，這樣就需要通過(guò)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(gè)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(wèn)題，也就是所說(shuō)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(guò)近百年的發(fā)展，已經(jīng)形成自己的特色，國(guó)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(guó)內(nèi)主要是中科合成油工藝技術(shù)、中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所SYNFT 技術(shù)，神華集團(tuán)低溫漿態(tài)床費(fèi)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(fèi)托合成技術(shù)的各個(gè)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(fèi)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(diǎn)，但同時(shí)又有著技術(shù)大型化困難、制造成本高、操作費(fèi)用高、催化劑更換困難且操作壓降大的缺點(diǎn)。而漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)經(jīng)過(guò)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(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，漿態(tài)床反應(yīng)器已經(jīng)成為費(fèi)托合成技術(shù)的發(fā)展方向[4]。目前國(guó)內(nèi)外的費(fèi)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(lái)自氣化單元的凈化合成氣中的甲烷分離出來(lái)，將分離出來(lái)的合成氣送至F-T 反應(yīng)器，甲烷送至甲烷轉(zhuǎn)化單元。

因?yàn)楹铣蓺庵蠧O 的含量相對(duì)較高，故采用低溫CO 洗來(lái)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(diǎn)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(diǎn)是耗氧量大，轉(zhuǎn)化率低，但是在甲烷濃度較低時(shí)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(jì)的轉(zhuǎn)化深度。脫碳過(guò)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(jī)烴類含量較高，要求在完成脫碳過(guò)程的同時(shí)不會(huì)將流股中的有機(jī)烴類損失過(guò)高。一般多考慮化學(xué)吸收法。

2.5 低溫油洗

F-T 合成過(guò)程是一個(gè)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(guó)內(nèi)外廣泛研究替代石油資源的一項(xiàng)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(fèi)用等情況合理選擇各項(xiàng)技術(shù)及工藝路線。

［1］ 張玉卓.中國(guó)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(fèi)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(bào)，2009，37(6)：769-776.

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