入塔氣中N2和CO2含量對費托合成反應的影響

王耀麟， 馬秀平， 楊晉垣

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046031)

引 言

煤制油項目中氮氣(N2)和二氧化碳(CO2)對于費托合成反應來說是惰性組分，它們不參與費托合成反應。但是費托反應中入塔氣中N2和CO2的含量會影響費托合成有效組分H2和CO含量的變化，進而影響費托合成反應效率。山西潞安煤基清潔能源有限責任公司油品合成裝置經歷了多次系統開車過程中的凈煤氣高氮氣工況。在此工況下，本文結合入塔氣中N2和CO2含量歷史數據對費托合成反應的影響進行了考察和分析。

為了考察費托入塔氣中N2和CO2含量對反應的影響，分析了開車階段費托合成單元的運行數據，以當日耗氣量以及油蠟產量對比，具體數據見表1。

1 氮氣含量對費托反應系統影響

由表1可知，運行期間入塔氣中N2含量有所波動，范圍在34.475%～43.62%，跨度范圍達到9.145%。將入塔氣按照氮氣體積分數進行劃分，分為34%～37%，37%～40%，40%～43%以及43%以上四檔進行分析，數據見第67頁表2。

表1 費托合成單元運行記錄

針對表2對入塔氣不同氮氣含量的費托反應情況進行分析。從不同工況下接氣量與日產量曲線基本可以看出，相近接氣負荷條件下，入塔氣氮氣含量低的工況一般具有更高的日產量，反映出入塔氣氮氣含量增加不利于費托合成反應發生；入塔氣氮氣含量變化不大的條件下，一般隨著接氣量的增加，日產量增加，這反映出在該工況條件下，催化劑保有量超過系統接氣負荷的匹配量，還具有繼續提升接氣負荷的能力。 表2比較了將近接氣量前提下入塔氣N2含量不同工況下的日產量。由表2可知，入塔氣氮氣含量35%時的日產量明顯高于入塔氣氮氣含量高于42%工況下的日產量，入塔氣氮氣含量高于42%時氮氣含量的增高對日產量的影響不明顯。

表2 入塔氣中不同濃度的N2工況下費托合成單元生產情況對比

2 CO2含量對費托反應系統影響

運行期間入塔氣中CO2含量有所波動，范圍在2.31%～8.5%，跨度范圍達到6.19%。將入塔氣按照二氧化碳含量進行劃分，分為2%～3%，3%～4%，5%～7%以及7%～9%四檔進行分析，數據見表3。

針對表3對入塔氣中不同二氧化碳含量的費托反應情況進行分析。從不同工況下接氣量與日產量曲線基本可以看出，相近接氣負荷條件下，入塔氣CO2含量在所選范圍內對日產量的影響無一定規律。這可能是由于，所選入塔氣CO2含量范圍均未對費托合成反應有明顯影響所致；入塔氣氮氣含量變化不大的條件下，一般隨著接氣量的增加，日產量增加，這反映出在該工況條件下，催化劑保有量超過系統接氣負荷的匹配量，還具有繼續提升接氣負荷的能力。 表3比較了將近接氣量前提下入塔氣CO2含量不同工況下的日產量，由曲線也未能表現出在2%～7%范圍內入塔氣CO2含量對日產量有明顯的規律性影響。

表3 入塔氣中不同濃度的CO2工況下費托合成單元生產情況對比

3 結論

通過對潞安煤化電熱一體化項目費托合成裝置工況分析可知，受氣化爐運行影響，費托入塔氣N2含量遠超設計值，通過分析入塔氣N2體積分數34.475%～ 43.62%內的運行數據，可發現在同等負荷下隨著入塔氣N2的增加，產品日產量有著明顯的下降趨勢；在入塔氣N2含量接近的情況下，隨著接氣負荷的提升，產品日產量有著明顯增加的規律。

通過考察該工況下入塔氣CO2對產品日產量的影響，未發現明顯規律，說明在該工況下入塔氣CO2的含量不是影響費托合成反應發生的重要因素。