費托合成技術介紹

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略性的課題。我國煤炭資源豐富，發展煤制油化工產業，對于緩解石油供需矛盾，實現煤炭清潔利用具有重要意義[1]，因此具有廣闊的發展前景。

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

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 合成工藝的尾氣經處理后的氫氣。原料氣在漿態床費托合成反應器中轉化為重質蠟、重質油、輕質油，并產生大量的合成尾氣和合成水。重質蠟、重質油、輕質油送至下游的產品加工裝置，合成尾氣在 F-T 工藝內經處理后回收氫氣和低碳烴。合成水在F-T 工藝內經合成水處理單元脫除醇類物質后，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化將合成氣中的部分CH4轉化為合成氣，因此存在一個脫除CH4是在進F-T 反應器還是出F-T反應器后的優化問題，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、甲烷轉化單元（一段轉化）、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 主要裝置工藝技術比較選擇

2.1 F-T 合成裝置

F-T 合成技術經過近百年的發展，已經形成自己的特色，國外的工業化技術主要有南非SASOL 的F-T 合成技術、荷蘭 Shell 公司的 SMDS 技術，EXXON-Mobil 公司的MTG 合成技術等，國內主要是中科合成油工藝技術、中國科學院山西煤炭化學研究所SYNFT 技術，神華集團低溫漿態床費托合成技術[2]，上海兗礦低溫煤間接液化技術[3]等。

在費托合成技術的各個發展階段，以 SASOL為代表的技術提供商開發出固定床、循環流化床、固定流化床反應器、漿態床等多種費托合成反應器，其中漿態床和固定床技術應用最為成熟和廣泛。固定床反應器是最為傳統的反應器形式，有著操作方便、技術可靠的優點，但同時又有著技術大型化困難、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。而漿態床反應器技術經過多年的發展，尤其是在突破氣體均勻分布的技術瓶頸后，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勢，近年來，漿態床反應器已經成為費托合成技術的發展方向[4]。目前國內外的費托合成漿態床反應器技術都能夠良好的控制反應器內的溫差，促進催化劑活性的充分發揮[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 反應器，甲烷送至甲烷轉化單元。

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 甲烷轉化

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

在鎳催化劑存在下其主要反應如下：

一段轉化爐：

CH4+ H2O = CO + 3H2- Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

二段轉化爐：

2H2+ O2= 2H2O + Q

2CH4+ O2= 2CO + 4H2– Q

CH4+ H2O = CO + 3H2– Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

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

2.4 尾氣脫碳

脫碳裝置的功能是將F-T 合成循環回路的部分CO2從回路中脫除，以保證系統達到設計的轉化深度。脫碳過程有物理吸收法和化學吸收法。

由于F-T 合成的循環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）生產液體（烴類）目的產物的復雜化工過程，因其目標產品分布很寬，其產品中的全部LPG 和部分輕烴產品隨合成尾氣排出合成系統，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，設備材質為常規材質；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，因甲烷轉化后存在未反應的CH4，而CO 與N2、CH4的性質接近，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進一步與其它組份如 N2等雜質組份分離，得到純的 H2產品，用于調節合成氣的H/C 比以及后續的油品加工裝置。

3 結 論

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

［1］ 張玉卓.中國煤炭液化技術發展前景[J].煤炭科學技術，2006，34(1)：19-23.

［2］ 周從文，林泉.費托合成技術應用現狀與進展[J].神華科技，2010，8(4)：93-96.

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

［4］ 任杰，張懷科，李永旺.F-T 合成油品加工技術的研究進展[J].燃料化學學報，2009，37(6)：769-776.

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