费托合成技术介绍

闫 秀 婷

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁 抚顺 113006）

近年来，随着石油资源的日趋枯竭，寻找替代能源已成为一项国家战略性的课题。我国煤炭资源丰富，发展煤制油化工产业，对于缓解石油供需矛盾，实现煤炭清洁利用具有重要意义[1]，因此具有广阔的发展前景。

费托合成技术是煤气化工艺的核心部分，费托合成工艺的产物直接是下游油品加工的原料，因此本单元工艺技术的好坏直接关系到产品的经济效益，要特别重视F-T 合成技术的选择。

1 费托合成工艺路线

1.1 费托合成总工艺路线

费托合成工艺的原料为来自煤气化工艺的净化合成气与F-T 合成工艺的尾气经处理后的氢气。原料气在浆态床费托合成反应器中转化为重质蜡、重质油、轻质油，并产生大量的合成尾气和合成水。重质蜡、重质油、轻质油送至下游的产品加工装置，合成尾气在 F-T 工艺内经处理后回收氢气和低碳烃。合成水在F-T 工艺内经合成水处理单元脱除醇类物质后，送去废水处理。

1.2 前脱甲烷与后脱甲烷工艺路线简介

如果煤气化单元采用KBR 炉或BGL 炉作为气化装置，气化单元所产生的合成气中会含有部分CH4，为了获得最大量的 CO+H2，这样就需要通过甲烷转化将合成气中的部分CH4转化为合成气，因此存在一个脱除CH4是在进F-T 反应器还是出F-T反应器后的优化问题，也就是所说的前脱甲烷与后脱甲烷工艺方案。

前脱甲烷工艺方案主要工艺装置包括净化合成气深冷分离单元、甲烷转化单元（一段转化）、F-T合成单元、苯菲尔脱碳单元、低温油洗单元、PSA制氢以及合成水处理单元；后脱甲烷工艺方案的工艺装置主要包括净化合成气F-T 合成单元、苯菲尔脱碳单元、低温油洗单元、甲烷转化单元、变换单元、低温甲醇洗单元、PSA 制氢以及合成水处理单元。

2 主要装置工艺技术比较选择

2.1 F-T 合成装置

F-T 合成技术经过近百年的发展，已经形成自己的特色，国外的工业化技术主要有南非SASOL 的F-T 合成技术、荷兰 Shell 公司的 SMDS 技术，EXXON-Mobil 公司的MTG 合成技术等，国内主要是中科合成油工艺技术、中国科学院山西煤炭化学研究所SYNFT 技术，神华集团低温浆态床费托合成技术[2]，上海兖矿低温煤间接液化技术[3]等。

在费托合成技术的各个发展阶段，以 SASOL为代表的技术提供商开发出固定床、循环流化床、固定流化床反应器、浆态床等多种费托合成反应器，其中浆态床和固定床技术应用最为成熟和广泛。固定床反应器是最为传统的反应器形式，有着操作方便、技术可靠的优点，但同时又有着技术大型化困难、制造成本高、操作费用高、催化剂更换困难且操作压降大的缺点。而浆态床反应器技术经过多年的发展，尤其是在突破气体均匀分布的技术瓶颈后，具有成本低、工程放大可靠、操作成本低、催化剂更换简便的优势，近年来，浆态床反应器已经成为费托合成技术的发展方向[4]。目前国内外的费托合成浆态床反应器技术都能够良好的控制反应器内的温差，促进催化剂活性的充分发挥[5]。

2.2 深冷分离

深冷分离装置主要是将来自气化单元的净化合成气中的甲烷分离出来，将分离出来的合成气送至F-T 反应器，甲烷送至甲烷转化单元。

因为合成气中CO 的含量相对较高，故采用低温CO 洗来脱除合成气中的甲烷。

2.3 甲烷转化

甲烷转化主要是将气化中生成的甲烷转化为CO 和H2，目前甲烷转化主要分为一段蒸汽转化和二段氧气转化，其中二段转化是在一段转化后，加适量氧气进入二段炉进行甲烷的深度转化。

在镍催化剂存在下其主要反应如下：

一段转化炉：

CH4+ H2O = CO + 3H2- Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

二段转化炉：

2H2+ O2= 2H2O + Q

2CH4+ O2= 2CO + 4H2– Q

CH4+ H2O = CO + 3H2– Q

CO + H2O = CO2+ H2+ Q

一段转化的特点是耗能大，转化率高，但要求甲烷的浓度高。二段转化的特点是耗氧量大，转化率低，但是在甲烷浓度较低时也能将甲烷转化。

2.4 尾气脱碳

脱碳装置的功能是将F-T 合成循环回路的部分CO2从回路中脱除，以保证系统达到设计的转化深度。脱碳过程有物理吸收法和化学吸收法。

由于F-T 合成的循环气流股中有机烃类含量较高，要求在完成脱碳过程的同时不会将流股中的有机烃类损失过高。一般多考虑化学吸收法。

2.5 低温油洗

F-T 合成过程是一个典型的由气体原料（合成气）生产液体（烃类）目的产物的复杂化工过程，因其目标产品分布很宽，其产品中的全部LPG 和部分轻烃产品随合成尾气排出合成系统，必须加以回收。

目前轻烃回收工艺主要有低温吸收和常温吸收，常温吸收适合于原料中不凝气组分含量较少的轻烃回收装置，蒸汽耗汽量较多，轻烃损失稍大，但不需制冷，不需注防冻剂，设备材质为常规材质；而低温吸收较适合于原料中不凝气组分含量较多的轻烃回收装置，耗汽量少，轻烃回收多，配套投资少。

2.6 变换

变换主要是针对后脱甲烷方案，因甲烷转化后存在未反应的CH4，而CO 与N2、CH4的性质接近，不利于N2和CH4的脱除，若要脱除N2和CH4，则有大部分的有效气CO 也被脱除，因此要通过变换将富氢气体中的CO 转变H2，有利于下游工序的操作。

2.7 低温甲醇洗

低温甲醇洗同样也是针对后脱甲烷方案，主要是脱除变换生成的酸性气CO2。

2.8 PSA 制氢

PSA 制氢的主要作用是使 H2进一步与其它组份如 N2等杂质组份分离，得到纯的 H2产品，用于调节合成气的H/C 比以及后续的油品加工装置。

3 结 论

煤制油是国内外广泛研究替代石油资源的一项重要技术，应根据其不同技术的成熟程度及应用效果、投资、操作费用等情况合理选择各项技术及工艺路线。

［1］ 张玉卓.中国煤炭液化技术发展前景[J].煤炭科学技术，2006，34(1)：19-23.

［2］ 周从文，林泉.费托合成技术应用现状与进展[J].神华科技，2010，8(4)：93-96.

［3］ 孙启文.煤间接液化的开发和应用[J].应用化工2006，10(35)：211-215.

［4］ 任杰，张怀科，李永旺.F-T 合成油品加工技术的研究进展[J].燃料化学学报，2009，37(6)：769-776.

［5］ 王建平，翁慧新.费-托合成油品的加工利用[J].炼油技术与工程，2006，36(1)：39-42.