煤制油尾氣綜合利用技術(shù)研究

龍海洋，蔣志明，王 毅，謝頂杉

（中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司 四川 成都 610041）

“缺油、少氣、富煤”是我國的基本國情，煤炭資源是我國中長期發(fā)展中可以依靠的重要能源資源[1-2]。

目前，煤制油項目較多。根據(jù)國家能源局2014 年2 月通報的初步規(guī)劃，2020 年規(guī)劃煤制油產(chǎn)能達到3000 萬噸，屆時產(chǎn)生的煤制油含烴尾氣將超過4000 萬m3/d。因此煤制油尾氣綜合利用具有良好的市場前景。

1 國外煤制油尾氣技術(shù)現(xiàn)狀

目前，以南非Sasol（薩索爾）公司為代表的國外煤制油工廠，2001 年生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過700萬噸/年。采用冷凝分離及制氫并聯(lián)合甲烷重整、烯烴分離工藝技術(shù)，實現(xiàn)煤制油尾氣的綜合利用。該技術(shù)的主要流程是通過淺冷分離，初步分離出重?zé)N，分離出的重?zé)N進入油品加工單元進行LPG、石腦油回收。剩余的尾氣進行PSA 變壓吸附制氫，PSA 解吸氣作為燃料氣進入燃料氣管網(wǎng)供全廠使用。此工藝相對復(fù)雜，投資較高。

2 國內(nèi)煤制油尾氣技術(shù)現(xiàn)狀

我國煤制油起步較晚，但是近年來，煤制油發(fā)展迅速，詳見表1 所示。

表1 國內(nèi)間接煤制油工廠一覽表

2.1 低溫油洗回收及制氫工藝

目前，國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的間接煤制油工廠（包括伊泰鄂爾多斯16 萬噸/年間接煤制油工廠、潞安山西長治16 萬噸/年間接煤制油工廠等），已采用此工藝方法進行尾氣處理。此方案的特點是工藝裝置簡單、投資較低，剩余尾氣直接供全廠使用，因此，該工藝主要用于小型煤制油工廠[3]。

2.2 低溫油洗及制氫并聯(lián)合轉(zhuǎn)化變換工藝

該工藝的主要目的是回收LPG、重?zé)N及剩余尾氣制氫，該方案首先是將尾氣經(jīng)過低溫油洗回收LPG 及重?zé)N，然后通過膜分離處理后，非滲透氣進行催化氧化轉(zhuǎn)化為CO 與H2，至變換單元實現(xiàn)CO 轉(zhuǎn)化為H2，經(jīng)低溫甲醇洗單元凈化后，與滲透氣一起經(jīng)PSA 回收H2。該工藝的主要特點是將剩余尾氣的C1、C2等轉(zhuǎn)化為H2，其制得的氫氣用于F-T 合成及油品加工裝置，此方案可用于國內(nèi)在建、擬建的大、中型煤制油工廠。

2.3 冷凝分離及制氫并聯(lián)合燃氣發(fā)電工藝

該工藝主要目的是回收LPG、重?zé)N、氫氣及剩余尾氣發(fā)電，是采用輕烴回收技術(shù)實現(xiàn)尾氣中回收LPG 和C5+；PSA 變壓吸附方法回收氫氣。LPG 和C5+產(chǎn)品至油品精制單元進行進一步處理，輕組分混合氣送至PSA 回收H2后剩余，尾氣用于燃氣發(fā)電。該工藝方案可用于國內(nèi)在建、擬建的大、中型煤制油工廠[4]。

3 膜分離及變壓吸附并聯(lián)合深冷工藝

本工藝擬回收LPG、重?zé)N及H2的同時，進一步回收C1、C2產(chǎn)品。由于氫氣、氮氣、一氧化碳的混合物中分離出甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷的常壓沸點分別為-252.8℃、195.8℃、-191.5℃、-161.6℃、-103.7℃、-88.6℃、-47.4℃、-42.1℃等，這些組分的分離屬于低溫分離范疇，需要通過分級冷凝、閃蒸等達到分離要求。為了提高分離效率，可采用逐級冷凝的低溫分離方式，因此，本工藝擬采用膜分離預(yù)處理脫氫；預(yù)冷、中冷及深冷多級冷凝回收LPG 及輕油（C3+）、C2以及LNG（C1）；同時液化閃蒸氣聯(lián)合膜分離滲透氣進行PSA 制氫。

具體工藝如下：

本工藝方案包括膜分離及PSA 工藝、脫碳工藝、脫水工藝、輕烴回收工藝以及液化工藝等，原料氣首先經(jīng)過膜分離工藝，提取出大部分氫氣，再通過PSA 變壓吸附提純氫氣，膜分離后的非滲透汽富含烴類，經(jīng)過脫碳脫水工藝預(yù)處理后，再通過預(yù)冷、中冷、深冷工藝多級冷凝回收LPG 及輕油（C3+）、C2以及LNG（C1），液化后的閃蒸氣再經(jīng)過PSA 制氫進一步提取氫氣，剩余的氣體均作為工廠燃料氣使用。

4 結(jié)語

隨著國家節(jié)能減排的要求，煤制氣尾氣綜合利用也必將成為未來的一個發(fā)展方向。而目前國內(nèi)外的利用方式主要集中對其氫氣、LPG 等進行回收，但是對其C1、C2利用效率較低，采用膜分離和變壓吸附綜合深冷技術(shù)的方式，可以充分回收煤制油尾氣中的氫氣、C1、C2、LPG 等，進一步提高了煤制油尾氣的經(jīng)濟價值，避免資源浪費。