煤制油尾氣脫碳處理工藝的原理分析

吳 洲

（山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200）

0 引言

想要在煤制油尾氣脫碳處理工藝具體運用過程中，獲得良好的效果，應當深入了解基本原理，實現對技術原理的全面認知，在此基礎上制定適合的技術方案。

1 煤制油尾氣脫碳分析

1.1 煤制油中CO2 的形成

原料煤篩選后，在氣化爐設備的氣化處理作用下，轉變為粗煤氣，粗煤氣經由低溫甲醇洗凈化處理，被處理成費托反應過程中需要使用的H2氣體+CO氣體的混合物，上述兩種氣體的混合物在適當壓力和溫度下，被送入到反應器設備內部，在催化劑作用下，在反應器內部完成費托合成反應過程，生成并且對外輸出輕質餾分油、重質餾分油、重質蠟、合成水，以及CO2等多種物質。在經過費托反應環節之后，實際形成的合成類產品、尾氣，在依次經歷換熱環節、分離環節和收集環節后，其中包含的大多數氣體成分將會通過加壓循環機設備得到循環使用[1]。除此之外，有小量的尾氣，在利用脫碳工藝脫除其中包含的CO2氣體后，開展脫碳油洗工序，完成低碳烴類物質回收。

1.2 煤制油尾氣脫碳重要性

在煤制油生產過程中，對煤炭能源開展液化處理，通常會生成并釋放數量較多的CO2，在費托合成反應推進過程中，能夠產生多種烴類物質，還會生成數量較多的CO2氣體[2]。

一方面，在環境內部有數量較多的CO2氣體時，通常會對后續工藝涉及的化學反應帶來不良影響；另一方面，在煤制油生產活動過程中，通過利用費托合成工藝，CO 與H2反應下會生成烴類物質，而在較多的O2參與下，通常會生成H2O 和CO2。在完成液體產品物質分離后，實際剩余的尾氣在經過脫碳處理后，能再次開展費托合成，客觀上能夠較大程度改善總體產油率。通過上述分析可知，開展圍繞尾氣脫碳處理，是非常有必要的[3]。

2 煤制油尾氣脫碳處理工藝原理

2.1 溶劑吸收法

2.1.1 化學吸收法

化學吸收法的脫碳處理工藝就是利用吸收塔設備，將CO2與吸收劑在吸收塔設備內部開展化學，將原料氣中的CO2展開分離與回收。高凈化度及高吸收度是化學吸收法的最大優點，其主要缺點在于能量消耗較多，再生過程熱耗相對較大。開展化學吸收脫碳處理過程中，通常可以考慮選擇活化熱鉀堿方法以及醇氨類方法。在天然氣生產、制氫生產及合成氣物質生產等多種化工生產活動過程中，活化熱鉀堿方法已經在脫碳處理工藝流程中得到廣泛運用[4]。現階段，與熱鉀堿脫碳工藝流程相關聯的生產裝置在全世界范圍內已經有1 000 余套，最具代表性的包含砷堿方法，以及本菲爾德方法等。

此處介紹的處理工藝，其基本原理就是通過運用碳酸鉀溶液，完成對CO2的吸收，且碳酸鉀在與CO2相互反應過程中將會產生碳酸氫鉀，溶液物質的再生過程，就是要將已經完成CO2吸收過程的溶液，在持續加熱處理下，促進碳酸氫鉀物質發生分解，也就是逆反應過程，在釋放CO2后再次生成碳酸鉀，完成再生環節后的溶液能夠循環使用[5]。

當前階段，應用普及程度最高且得到深入研究分析的是醇氨類方法，其中最具代表性的是MDEA 方法。我國早在20 世紀80 年代初期，在MDEA 方法的基礎上，研究開發形成了經由改性的MDEA 溶劑。此處使用的處理工藝，就是要將某種MDEA 混合氨溶劑添加到MDEA 內部，客觀上不但能夠顯著提升酸氣負荷強度，還能同時提高CO2的吸收速度，并且還不會顯著破壞MDEA 物質的再生過程及處理能力。

MDEA 處理工藝應用過程最顯著的特點，在于其具備著相對較強的脫碳處理能力，且其在具體使用過程中能耗水平相對較低，在壓力強度較低情況下，脫碳處理過程的凈化實現程度相對較高。由于MDEA溶液具備著相對良好的腐蝕性能，因此脫碳處理過程中不需要使用其他種類的緩蝕劑，MDEA 脫碳處理工藝是煤制油尾氣脫碳處理過程中最為關鍵的的工藝。

2.1.2 物理吸收法

物理吸收方法是一種對CO2氣體開展的提純或分離脫除方法，其運用的基本原理就是在有機溶劑環境中完成CO2氣體的吸收過程，且需要在加壓環境下完成[6]。

物理吸收方法運用過程中需要把握的關鍵點在于做好吸收劑的優化選擇，吸收劑的選擇過程要滿足沸點相對較高、性能穩定、無生物毒性且對CO2氣體的溶解度相對較高，對甲烷氣體及H2氣體的溶解度相對較低等條件。相對而言，物理吸收脫碳方法使用流程較為簡單，需要在高壓、低溫條件下運用，且針對吸收劑的使用量相對較少，吸收能力較強。除此之外物理吸收方法的再生過程容易實現，不需要實施加熱處置環節，經常選擇常溫氣提技術法或者是降壓閃蒸技術法，此種方法無論是投資數額、費用支出數量、還是能源物資要素消耗數量層面，均較為經濟。

2.2 吸附法

吸附方法就是要利用活性炭、分子篩、天然沸石等種類多樣的固體吸附劑類物質，開展針對CO2氣體的吸收，其主要操作方式分成2 種，分別為變壓吸附方法、基于溫度參數動態變化過程的TSA 方法[7]。

2.3 低溫分離法

低溫分離技術方法屬于物理方法，其應用主要目的在于針對CO2氣體借助于低溫冷凝處理方式完成分離，其處理工藝遵循的基本原理就是按照煤制油生產過程尾氣物質中各物質組成部分揮發度差異，對尾氣物質開展反復多次的壓縮處理過程以及冷凍過程，將CO2氣體轉變成液體，繼而完成煤制油尾氣的脫碳處理過程。低溫分離方法的主要優點，在于其能夠支持分離獲取到具備較高純度的液態CO2，且源于其密度相對較大，因而液體CO2更容易支持完成汽運或者是管道運輸。

2.4 膜分離法

膜分離方法的本質就是要運用不同種類氣體在滲透過程推進速度方面存在的差異，推進開展氣體的分離處理過程。

在膜分離方法具體運用過程中，實際使用的薄膜材料，在生產制備過程中，需要結合使用某些種類的聚合化學物質[8]。

氣體本身具備的物理化學性質、薄膜材料本身具備的特性，以及薄膜材料兩側的壓力強度差值關系，能夠影響制約氣體物質成分的過膜環節推進速度。

壓力差是膜分離技術的驅動力因素，當壓差出現在膜兩邊的時候，滲透率較高的氣體會以高速度穿過薄膜材料，形成一股滲透氣流，而滲透率較低的氣體就會形成殘留氣流，之后將這2 股氣體分別進行引出，從而實現氣體的分離。在煤制油過程中，CO2氣體、H2S 氣體，以及H2氣體具有較強的滲透能力，而N2氣體、CH4氣體等的穿透能力較低。現階段，有較多企業正在開發研究煤制油過程中捕集高濃度的CO2氣體的膜分離技術。

3 結語

綜合梳理現有研究成果可知，優質持續運作煤制油生產技術項目，對于有效改善緩解我國石油能源物資產品供應數量不足問題，以及支持實現能源物資要素的優質化轉化處理技術目標，發揮彰顯著關鍵性影響意義。在煤制油生產工藝體系的間接液化工藝環節推進開展過程中，基于合成氣體產物中存在分布的CO2氣體組成部分，能夠指向后續工段的生產加工活動過程施加影響制約作用，因此必須要推進開展指向合成尾氣物質的CO2氣體組成部分脫碳處理環節。如上所述的是對煤制油合成尾氣的CO2脫碳處理工藝分析過程，而在煤制油生產過程中，還需要遵照煤制油企業組織自身的客觀實際情況，具體選擇確定相對合適的脫碳處理方法。