煤制油費托合成產物烯烴分離工藝分析

趙 晶

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

隨著我國經濟發展的進一步加快，對能源需求的缺口也逐步加大，能源總量成為制約我國經濟社會發展的一大因素。有資料顯示，到2030年，我國將成為全球最大的石油消費國，其石油消費總量將達到1 750萬桶/d。液體燃料的儲備和生產是實現國家能源戰略的重要節點[1]，是經濟建設和人民福祉能夠順利實現的重要前提，越來越受到人民群眾和相關生產企業的關注。我國的能源資源總量中，煤炭儲量要遠遠高于石油和天然氣的儲量。將煤以費托合成技術實現液體油品轉化，是緩解人民日益增長的石油能源需求和供應總量矛盾的有效手段。同時，利用費托合成工藝，可以有效擴大石油化工企業的衍生產品，提升企業的經濟效益。本文針對煤制油費托合成產物烯烴分離工藝的現狀和問題展開研究，在此基礎上提出對應的生產操作調整和優化策略，將為我國煤制油費托合成產物烯烴分離工藝提供必要的探索。

1 煤制油費托合成產物烯烴分離工藝應用現狀

1.1 費托合成技術在煤制油項目中的應用現狀和發展前景

據統計，我國煤炭可供利用的儲量約占世界煤炭儲量的11.67%，位居世界第三。我國是當今世界上第一產煤大國，煤炭產量占世界的35%以上。我國也是世界煤炭消費量最大的國家，煤炭一直是主要能源和重要原料，在一次能源生產和消費構成中煤炭始終占一半以上，燃煤在我國一次性能源消費中的占比仍居首位[2]。煤炭資源開發和利用，是推動城市發展和工業建設的有力推手，成為確保國家能源戰略的重要組成。而傳統燃煤動力所帶來的環境危害已十分突出。煤炭液化技術的出現，為能源結構性改革提供了新的出路。2006年4月，中科合成油技術有限公司以中科院山西煤炭化學研究所自創技術費托合成、煤基液體燃料合成漿態床技術為核心工藝，開啟了中國的煤炭間接液化技術的產業化的新進程[3]。

1.2 煤制油費托合成產物烯烴分離工藝應用現狀

當前，雖以煤為原料的費托合成法制取輕質發動機燃料的油品成本較高，在經濟合理性上還不能與石油化工產品相競爭，但對諸如我國能源結構這樣的具有豐富煤炭資源而石油資源相對匱乏的國家或地區而言，這是解決燃料的需要的有效補充手段。在其技術的應用過程中，其費托合成物中除含有汽油、柴油外，還存有大量的優質烯烴，基本不含有S、N、CnH(2n-2)等，經精餾工藝的再加工可以出a-烯烴。同時，又以在精餾過程中可以實現對不同碳鏈長度的高濃度的生產能力，使費托合成產物烯烴分離工藝具有了較為廣闊的市場應用前景。各相關生產企業以高溫費托合成為主要手段，同時實現油品與烯烴的高精細化深加工，提高煤制油費托合成工藝與石化行業的企業競爭力[4]。

2 煤制油費托合成產物烯烴分離工藝調整、優化策略

2.1 a-烯烴精餾分離工藝分離塔序的選擇

在費托合成產物烯烴分離工藝的分離過程中，將得到窄碳數分離的多種混合烴類，涵蓋XT0、XT1等，如表1所示。可以選擇依次依次分離和等摩爾分離進行優化選擇。

表1 a-烯烴常見產品規格

通過工藝模型對比，在優化塔序過程性選擇中，第一分離塔獲得XT0混合油及XT1混合油，塔底得到XT2混合油和XT3混合油，雖存在一定的弊端，即需對XT0產品進行重復蒸餾。但在整個工藝流程中可以用最后一個塔的XT3產品作為熱源，實現對XT0及XT1工藝的有效分離。 在這一工藝模式中，換熱器在一定程度上有所增加，但基礎能耗可以有效降低。

通過對依次分離和等摩爾分離工藝流程的能耗對比，如表2所示。等摩爾分離塔序可以有效節約能耗約5 683 kW-4 675 kW=1 008 kW，折合蒸汽約1.7 t/h。按當前蒸汽價格核算，則可節約運行成本達163萬元/a，因此，選擇能摩爾分離塔序較符合當前的企業經濟效益和環保效益。

表2 依次分離和等摩爾分離能耗對比表

2.2 a-烯烴精餾分離工藝操作壓力的選擇

a-烯烴精餾分離的原料碳鏈分布在C5-C22之間，其餾程范圍約在64 ℃～368 ℃。按常壓操作往往需要增設塔底加熱爐進行二次加沸，造成成本精餾分離工藝上升，同時也會造成分離塔塔底結焦，給安全生產運營帶來隱患。在a-烯烴精餾分離過程中，可以對第1和第3分離塔實行減壓操作，有利于高效分離，減小能耗。

2.3 a-烯烴精餾分離工藝加熱源的選擇

當前，a-烯烴精餾分離工藝加熱源常規蒸汽規格可達到約10 MPaG、520 ℃，飽和溫度約315 ℃。從實踐效果上看，若熱源選擇為高壓蒸汽，往往造成運行壓力過高，設備投入增加，安全生產隱患出現等諸多問題。可以采用導熱油作為a-烯烴精餾分離工藝加熱源，可在工藝流程設計上可實現聯合布置，以減少導熱油爐數量。

2.4 a-烯烴精餾分離工藝導熱油加熱模式

若采用加熱爐作為a-烯烴精餾分離的直接熱源，因精餾分離工藝系統組成的分離塔加熱點分散，需提高加熱爐的數量以應對再沸的熱源需求，在一定程度上會導致占地及設備投入的增加；蒸汽加熱導熱油與燃氣加熱導熱油相比，其在設備投資，運行成本，環保負擔等方面，綜合指標要明顯低于燃氣加熱方式。生產中宜采用燃氣加熱導熱油，并以導熱油作為各個再沸器的有效熱原。

3 結語

煤炭液化技術的出現，為能源結構性改革提供了新的出路。煤炭資源開發和利用，是推動城市發展和工業建設的有力推手，是確保國家能源戰略的重要組成。在煤制油費托合成產物烯烴分離工藝中，通過等摩爾分離塔、多塔負壓操作、導熱油爐的綜合性的環節優化，確保相關運行企業的高效生產和安全運行。在實現烯烴精餾分離的同時，彌補其產業經濟性差異，對開拓煤炭企業的發展前景，緩解國家能源供應緊張局面，降低國家環保壓力具有多重效應，為國家煤制油費托合成產物烯烴分離工藝提供運行參考。