煤制油尾氣綜合利用技術分析

白明強

摘 要：在煤制油進行液化的過程中，會產生一定的尾氣排放，為了響應國家的可持續發展戰略，需要讓產生的廢氣再次使用在生產中，減少對環境的破壞。由于內部具備H2、CO、N2，與烴類等物質，需要合理提升對其的使用。基于此，本文重點分析了煤制油尾氣在使用之前的脫碳工藝，以及對該工作產生的影響與優化措施，同時細致地闡述了國內當前對其的利用技術，供參考。

關鍵詞：煤制油尾氣;閃蒸槽溫度;制氫工藝

引言：在目前看來，油、氣資源較少，煤礦多是國內的基本情況，同時煤炭還是國內中、長期發展進步的關鍵依靠。當下，開展煤制油的項目非常多，根據國家7年前的規劃內容，預計在去年煤制油的生產總量能夠達到3000萬噸，與此同時產出的尾氣將會超過4100m3/d。煤制油尾氣市場具備非常良好的發展前景。

一、煤制油尾氣使用前的脫碳工藝

在進行脫碳工作時，使用的原理是：二氧化碳與塔內的碳酸鉀溶液在高壓強、低溫的環境內發生反應，并因此生成碳酸氫鉀，通過吸收內部的溶液進入再生塔內部，并在高溫度、低壓強的環境條件下生成了碳酸鉀與二氧化碳，其再經過放空系統向外排放出，碳酸鉀便在再生后，重新被循環使用[1]。

二、煤制油尾氣的脫碳工藝影響與優化

（一）吸收塔壓力

伴隨著吸收塔壓力值的不斷提升。凈化氣中存在的二氧化碳體積分數呈現逐漸下降的趨勢。但吸收塔設備中的壓力數值會受到設計、上下游壓力等方面的影響，不能在實驗的過程中被無限制提升，依據費托反應設備的壓力數值顯示，最佳的壓力為2.469Mpa。

（二）閃蒸槽溫度

在正常的情況下，如果提升試驗環境的溫度，勢必會減少在反應過程中使用的時間。但是內部存在的二氧化碳，會在整體的吸收反應過程中，放射一定的熱量，過高的溫度會導致平衡轉化率下降。同時該使用裝置在實驗的過程中，屬于聯合操作的類型，再生塔的內部如溫度過高，會對吸收工作產生影響，過低的情況下，還會對溶液的再生功能產生破壞，使其沒辦法進行再生。溶液內部的循環系統測溫點相對較多，同時在壓力數值不同時，還會產生各異的影響，由于在貧液閃蒸槽內的變化并不明顯，還能夠對二氧化碳的體積分數發揮決定性作用，為此便將其作為分析溫度點[2]。

從圖中能夠看出尾氣值在6.50*105m3/h時，吸收塔的壓力是2.469Mpa，在溫度為達到98.52攝氏度時，碳酸鉀溶液沒辦法進行再生，吸收二氧化碳的能力逐步降低;在溫度高于98.52攝氏度時，平衡轉化率下降、二氧化碳體積分數劇增，由此能夠看出98.52為最佳。

（三）脫碳尾氣量

脫碳尾氣數量主要是指進入到吸收塔內部，并且被脫除的氣體總量。在吸收塔內部的壓力數值達到2.469Mpa，同時貧液閃蒸槽的溫度在98.52攝氏度時，脫碳尾氣的處理總量最小;在尾氣超過6.50*105m3/h時，凈化氣內部二氧化碳的體積明顯增加，超過該時間之后，雖然相應氣體的體積依舊在增加，但容易產生塔外的液泛情況。為此整體處理總量不能大于6.50*105m3/h。

（四）活性劑濃度

當吸收塔內的壓力在2.469Mpa、貧液閃蒸槽的溫度在98.52攝氏度、脫碳尾氣6.50*105m3/h、活化劑濃度為68.21g/L的基礎上時，隨著碳酸鉀的濃度不斷提高。凈化氣中的二氧化碳體積分數降低，但濃度過高的碳酸鉀會提高使用的成本，還會增加溶液自身密度，從而發生結晶的情況。

由于碳酸鉀在高溫條件下，會降低對二氧化碳的吸收速率。為了改善該情況可在溶液內部加定量的活化劑，以此加快二氧化碳的吸收、分解速度，在碳酸鉀的濃度達到333g/L時，同時伴隨著活化劑的濃度提高，凈化氣中的二氧化碳體積分數降低。

從真實操作數據中能夠得出，碳酸鉀、活化劑質量濃度在達到321.37與68.21時，凈化氣內部二氧化碳低至0.17%，從而能夠看出碳酸鉀、活化劑濃度在324.78g/L為最佳。

三、國內煤制油尾氣應用技術

（一）制氫工藝

在當下，國內投產的間接煤油工廠，例如：伊泰鄂爾多斯位置的煤制油工廠，每年能夠生產16萬噸產品、潞安山西長治的間接煤制油工廠，每年能夠生產16萬噸等，都通過低溫油回收、制氫工藝的方法開展尾氣處理工作。通過該方式制定成的方案特點，主要包括使用設備裝置簡單、投資成本數量低、剩余尾氣能夠供給全廠的日常使用，為此，該方法主要使用在規模范圍較小的煤制油工廠內部。

（二）制氫聯合變換

低溫油洗及制氫并聯合轉化變換工藝方法使用目標主要是：對LPS、重烴、剩余尾氣制氫等進行回收。該方式的主要操作流程是，先讓產出的尾氣經過低溫油洗程序后，回收內部的重烴與LPS物質，之后再讓其經過膜分離后，不具備滲透性質的氣體，經過催化氧化的轉化工作，成為一氧化碳與氫氣。再經過低溫度甲醇洗單元凈化之后，與滲透性氣體一起經過PSA程序，并收集其中的氫氣。該方式的主要特點是，能夠將剩余尾氣內部的碳一化合物、碳二化合物轉變成為氫氣，經過加工制成的氫氣主要使用在F-T合成、油品加工等方面工作裝置中，同時該方法在國內在建、擬建的大型、中型煤制油工廠內，能夠取得良好的效果[3]。

（三）冷凝分離發電工藝

冷凝分離及制氫并聯合燃氣發電工藝的主要是為了能夠通過回收LPG、重烴、氫氣、剩余尾氣方面的氣體，用于發電工作中使用。主要是通過輕烴回收手段，來達到現實工作中尾氣回收LPG與C5+等物質;并利用PSA的變壓吸附手段，來對氫氣進行回收。LPG與C5+產品、油品精制單位等方面，都需要對其開展進一步的處理，通過將輕組分混合氣送達至PSA中，對氫氣地開展回收，再將剩余的尾氣作為燃氣發電的主要材料。該方法更加適用于當下國內處于在建、即將建設的大型、中型煤制油工廠內部。

三、膜分離及變壓吸附并聯合深冷工藝

在膜分離及變壓吸附并聯合深冷工藝使用的過程中，不僅是對LPG、重烴、氫氣進行回收，還會逐漸進行回收碳一化合物、碳二化合物等相應產品。由于氫氣、氮氣，一氧化碳一系列氣體內部能夠被分離出甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等氣體，其在正常壓力下的沸點是零下的252.8攝氏度、195.8攝氏度、191.5攝氏度、161.6攝氏度、103.7攝氏度、88.6攝氏度、47.4攝氏度，與42.1攝氏度等，以上組內分離范疇都是在低溫的條件下，其需要在概念中依據分級冷凝、閃蒸等手法來完成工作。為能夠將工作效率提升，還可使用主機冷凝中低溫度分離的方法。為此，通過模擬采用膜分離與處理脫氫的方式，在預冷、中冷、深冷等多個界別的冷凝模式中回收LPG、輕油、碳二化合物與LNG。還能利用液化閃蒸氣聯合膜分離滲透氣的方法，完成PSA制氫工作。

具體工藝手法如下：

在該工藝方案內部設計方案包括了：膜分離及其PSA、脫碳、脫水、輕烴回收、液化等多種工藝手法。原材料第一需要經過膜分離的工藝，在其中提取出大量氫氣。之后再利用PSA變壓吸附的方法，來將該氣體進行提純工藝，膜分離之后不具備滲透性的烴類氣體，在經過脫碳、脫水等工藝之后，完成預冷、中冷、深冷等工藝，多級冷凝回收其中的LPG、輕油、碳二化合物、碳一化合物等，液化之后的閃蒸氣，在完成PSA的制氫時，對相應氣體進一步提取，剩余的氣體均成為工廠發電的主要燃料。

總結：從以上文章中能夠看出，煤制油尾氣的使用，能夠符合國家提出的節能減排、可持續發展的環保要求，勢必會在未來的發展中具備良好前景。通過對其的脫碳處理，分析其中存在的影響與解決措施，了解到尾氣處理過程中的具備過程與反應，依據國內煤制油尾氣應用技術、膜分離及變壓吸附并聯合深冷工藝的細致講解，了解到煤制油尾氣的經濟價值，防止出現資源浪費情況的出現。

參考文獻：

[1]崔山山.我國煤制油技術發展現狀與產業發展方向[J].山西化工，2020，v.40;NO.185（01）：29-31.

[2]步學朋，俞珠峰，王強，等.煤制油化工建設項目技術經濟指標與參數研究[J].煤炭科學技術，2020，048（001）：120-124.

[3]]譚代福，李昌倫，魏亞軍.低油價沖擊下煤制油產業發展的思考[J].山西化工，2020，v.40;NO.186（02）：28-30+33.