費托合成油品加氫精制的工藝條件及產品分析

李增杰，袁煒，羅春桃

（神華寧夏煤業集團有限責任公司，寧夏銀川750001）

費托合成油品加氫精制的工藝條件及產品分析

李增杰，袁煒，羅春桃

（神華寧夏煤業集團有限責任公司，寧夏銀川750001）

重點闡述了費托合成油品的加氫精制反應特點，主要工藝條件，包括反應溫度、反應壓力、空速和氫油比，以及工藝流程和反應產物，對下一步的產品優化提出建議。

費托合成油品；加氫精制；柴油；產品分析

費托合成（Fischer-Tropsch synthesis）是煤間接液化技術之一，可簡稱為F-T反應。它以合成氣（CO和H2）為原料在催化劑（主要是鐵系）和適當反應條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程。合成油的優點是無硫、無氮、低芳烴，符合現代發動機和環保的苛刻要求，通過F-T反應合成的柴油硫含量小于10 mg/kg，芳烴含量小于1%，十六烷值大于74，是未來的清潔優質柴油［1］。

加氫精制單元以來自費托合成單元的石腦油、穩定重油和中間罐區的合格蠟為混合原料，通過加氫精制工藝，主要生產粗石腦油、精制尾油、精制重柴油及柴油產品。

本加氫精制裝置設計規模是4 Mt/a，采用的是中科合成油技術有限公司開發的一次通過加氫技術，并提供工藝包。催化劑采用的是中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院（FRIPP）開發的FZC系列的催化劑，產品以柴油為主，結構比較單一。本文首先介紹裝置操作的工藝條件和工藝流程，然后針對產品特點提出一些建議。

1　主要反應

1.1含氧化合物的加氫脫氧反應

油品合成裝置的油品中含有一定的有機酸和有機醇。在上游F-T裝置的汽提穩定過程中，這些化合物都按照熱力學平衡關系轉入各餾分中。含氧化合物的氫解反應，能有效脫除餾分中的氧，達到精制的目的。幾種含氧化合物的氫解反應如下：

1.2不飽和烴的加氫飽和反應

原料油中的烯烴和二烯烴含量較高，這些不飽和烴在加氫條件下很容易飽和，烯烴的加氫速度很快，常溫下即可進行，二烯烴加氫速度比單烯更快，代表性反應如下：

1.3脫金屬反應

金屬有機化合物大部分存在于重質油中，特別是蠟油。但在F-T合成產品中形成金屬有機物的條件并不充分，F-T合成產品中的微量催化劑組分主要以極為微小的機械顆粒存在，加氫精制過程中，所有的金屬有機化合物都發生氫解，生成的以及懸浮的金屬沉積在催化劑表面會使催化劑活性降低，導致床層壓降上升，沉積在催化劑表面上的金屬隨反應周期的延長而向床層深處移動。

2　工藝條件

2.1溫度

本加氫精制裝置采用固定床工藝，一共三個床層，床層間設置急冷氫控制床層溫升，反應床層溫度300℃～350℃。反應入口溫度主要靠加熱爐來控制，只要能達到所需的加氫深度，反應溫度就不需要提高，在催化劑末期，為了保證產品的收率，需要用提升來控制。正常反應狀態下過高的溫度將導致裂解反應加快，氣體產率增加，油的收率下降。

2.2反應壓力

在加氫過程中，有效的壓力是指氫氣的分壓，氫分壓主要由氫氣的純度、系統壓力、冷高分溫度、循環氫排放量及反應物中輕烴含量等多種因素決定。較高的氫分壓可以使反應末期提高反應溫度，保證產品質量并延長裝置運轉周期。所以在操作中盡量接近冷高分安全閥起跳壓力下運行，適當排放循環氫氣保證氫氣的純度，控制好冷高分的溫度減少循環氫中輕烴的量也很重要。

2.3空速

空速是指單位時間通過單位催化劑的原料油的量。對于確定的裝置，進料量增大，空速就變大，原料油在催化劑表面停留時間短，反應深度淺，反之亦然。

2.4氫油比

氫油比是指單位時間進入反應器的氣體流量與原料油量的比值。在工業裝置中，為了降低成本，新氫的量基本恒定，循環氫流量大小近似表示為反應氫油的大小。氫油比加大，參與反應的氫氣分子數目增加，有利于提高反應深度，抑制結焦前驅物的脫氫縮合反應，使催化劑表面積炭量下降，延長使用壽命（見表1）。

表1　加氫精制工藝條件

3　工藝流程

3.1反應流程

加氫精制單元（見圖1）采用中科合成油技術有限公司開發的加氫精制一次通過加氫技術。反應部分采用爐前混氫工藝，爐前混氫的優點是減少了傳熱面積，流程簡單，節約投資成本，但必須解決兩相流和爐管結焦的問題。

3.2反應物分離

反應部分采用熱高分流程，由于加氫精制單元處理量較大，從節能和節省高壓冷換面積角度考慮，熱高分方案是經濟的，采用熱高分的優點如下：（1）換熱量大大減少，減少高壓換熱器面積；（2）空冷負荷減少，空冷面積大大減少；（3）生成油分餾的換熱和加熱爐負荷降低；（4）費托合成油中部分蠟凝點高，必須在降到一定溫度前進行一次汽液分離；（5）可以避免冷高分的乳化，特別是在開停工期間的乳化；（6）降低裝置的能耗。

3.3分餾流程

由于原料油中基本不含硫、氮、芳烴等雜質，因此該單元高壓空冷器前不設注水措施。分餾進料加熱爐前設置了閃蒸罐，避免兩相流的分配。

分餾部分設置了分餾塔+減壓塔方案，不采用汽提塔+分餾塔+減壓塔。經過比較，無汽提塔方案和有汽提塔方案綜合投資大致相當。無汽提塔方案加熱爐負荷較低，可以節省燃料氣；有汽提塔方案加熱爐負荷較高，但發生低壓蒸汽較多，綜合能耗方面有汽提塔方案稍占優勢。工廠燒燃料氣的最終來源為合成氣，多燒燃料氣即為少產油，而工廠一般低壓蒸汽比較富裕，所以，綜合考慮分餾部分采用無汽提塔方案（見圖2）。

圖1　加氫精制反應工藝流程

圖2　加氫精制分餾工藝流程圖

4　產品分析及加工方案建議

精制分餾塔的產品主要是石腦油、中間餾分油和減壓塔底油，石腦油主要去裂解裝置生產烯烴，中間餾分油主要是柴油組分，直接作為產品出售，減壓塔底油設計是作為加氫裂化的原料。費托合成產物的主要特點是以直鏈烴為主，精制減壓塔底油依然以直鏈烴為主，從C25～C70都有，碳數分布較廣，是生產高熔點費托蠟的理想原料［2］（見表2）。

費托合成的柴油低硫、低氮而且基本不含芳烴，是理想的清潔油品，符合國家Ⅴ類柴油對清潔性的要求，不足之處是密度較低，需要將一部分柴油去異構降凝，降低凝點和提高密度（見圖3）。

精制塔頂石腦油組分以正構烷烴（C5～C9）為主，其辛烷值在30～50，不適合作為汽油餾分油，可通過催化裂解制取乙烯、丙烯，然后生產聚乙烯和聚丙烯。

精制常一線產品正構烷烴（C10～C14）和精制常二線產品中正構烷烴（C14～C18）含量在80%以上，可以作為滿足石化標準液體石蠟原料的要求。作為烷基苯產品、洗滌醇產品和氯化石蠟產品的原料使用的話，還需要進一步經過分子篩脫蠟，得到正構烷烴＞98.5%的輕、重液體石蠟產品。

精制減底尾油中富含C25以上的正構烷烴，也可通過進一步加工生產蠟產品。其中的C25～C40組分經過溶劑脫油后，可以生產54#、58#石蠟產品［3］。大于C40的組分經過F-T蠟加工裝置，采用分子蒸餾方法得到85#、90#高熔點的費托蠟產品。

圖3　產品深加工方案流程

表2　柴油產品指標

5　結論

費托油品的加氫精制與傳統的石油煉制有所不同，石油煉化中的加氫精制主要解決深度脫硫脫氮，生產清潔油品；降低芳烴和多環芳烴的含量，降低產品密度，提高柴油的十六烷值［4］。

費托油品中低硫低氮，基本上不含芳烴，而且柴油的十六烷值高，主要問題是密度低。所以費托裝置的加氫精制無論反應條件還是工藝技術都跟煉油裝置有所不同。費托產品中正構烷烴含量較高，針對這一特點，可以采取相應的工藝生產溶劑油、液體石蠟和高熔點費托蠟等產品，優化產品結構，增加企業效益，為煤炭間接液化的發展提供方向。

［1］KnottenbeltC.Mossgas"gas-to-liquid"diesel fuels-An environmentally friendly option［J］.Catal Today，2002，71（3/4）：437-445.

［2］雙玥.高熔點費托合成蠟的應用及發展趨勢［J］.化學工業，2012，30（10）：11-15.

［3］屈清洲.大連石化提升全精煉石蠟質量措施綜述［J］.中外能源，2014，19（8）：77-81.

［4］于國文，王德會，劉廣廈.柴油加氫裝置設計和改造問題探討［J］.煉油技術與工程，2006，36（1）：16-20.

Process conditions and product analysis of the hydrofining for Fischer-Tropsch synthesis

LI Zengjie，YUAN Wei，LUO Chuntao
（Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.，Ltd.，Yinchuan Ningxia 750001，China）

It focuses on the characteristics of the hydrofining reactor for Fischer-Tropsch synthesis，main process conditions.Including reaction temperature，hydrogen pressure，liquid hourly space velocity and hydrogen/feedstock volume ratio，process flow and reaction products，and puts forward suggestions for the next step of product optimization.

Fischer-Tropsch synthesis；hydrofining；diesel fuel；product analysis

TE624.431

A

1673-5285（2016）09-0117-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.028

2016－07-27

國家國際科技合作專項項目，項目編號：2015DFA40660。

李增杰，男（1988-），助理工程師，研究方向為煤炭間接液化油品研究，郵箱：lizengjie1231@163.com。