[发明专利]一种费托合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到化工工艺，具体指一种费托合成工艺。

背景技术

本世纪以来，煤和天然气将逐步取代石油，在能源结构中占据主导地位。为了适应能源和化工原料路线转变这一必然趋势，缓解日趋紧张的柴、汽油供需矛盾，研究开发替代液体燃料生产技术，就成为当前国内外石油化工专业技术人员的重要使命。

替代液体燃料的生产技术分为煤直接液化技术和煤或天然气间接液化技术。所谓间接液化技术是相对于煤直接液化的煤高压加氢路线而言，其是先将煤或天然气气化重整制成合成气，然后通过催化合成，得到以液态烃为主要产品的技术。煤或天然气间接液化技术的理论基础是费托合成反应，即在高温下对煤进行气化，在较低温度下进行催化合成。不同的反应条件，费托合成反应的反应速率、转化率、产品分布不同。费托合成反应的主要影响因素有：催化剂、反应器类型、原料气体的H₂/CO比、反应温度、反应压力、空速和操作时间。

原料气体的H₂/CO比对费托合成反应的产品产率和选择性有十分重要的影响，不同的催化剂，对于H₂/CO比有不同的要求。对于同一催化剂，H₂/CO比增加，硬蜡产率下降，甲烷产率增加。所以对于间接液化技术，H₂/CO比不同，所得到的产品分布也不同。对于一个煤间接液化项目，气化技术选择受项目建设地实际情况的影响。一旦所供原料煤确定，气化技术确定，气化所得的合成气组份也就确定。一般来说，煤气化所得的合成气中CO组份较高，要想得到煤间接液化项目费托合成反应所要求的H₂/CO比，就需要先将合成气中的一部分一氧化碳通过变换反应转换成氢气，以调节H₂/CO比满足费托合成催化反应的要求。一氧化碳变换反应（Water-Gas Shift Reaction,简称WGSR）是一个等摩尔可逆放热反应，需要在一定反应条件、催化剂作用下才能较快地反应达到平衡。目前的一氧化碳变换有常压和加压；有两段中温变换、三段中温变换、高低变串联等多个流程，具体采用何种流程需要根据合成气生产方法、合成气中CO含量和变换后残余CO含量的要求等因素确定。一氧化碳变换工序在整个合成气生产工序中占有相当大的投资份额。

费托合成是以合成气为原料在催化剂的作用下，以液态烃类为主要产品的复杂反应系统。在实际生产中，为了增加装置的生产能力，常常增大催化反应的空速。空速增加，原料的转化率会相应下降。因此实际生产上常常采用尾气循环来保证原料的转化率。尾气循环会使进入反应系统中的非反应组份，如氮、氩等富集，当这些组份富集到一定含量就需要排放，以免影响装置的生产能力。费托合成系统排放的弛放气中含有许多有用组份，如弛放气中氢气干基体积含量约为40%~50%，一氧化碳干基体积含量为20%~30%，甲烷干基体积含量（包括C2~C7等其它轻烃）为13%~26%，这些有用组份低硫，附加值高，不能轻易烧掉，应加以回收利用。

目前的煤间接液化技术都是采用原料煤气化→粗合成气净化→一氧化碳变换→加氢调整合成气H₂/CO比→费托合成反应→油气分离→大部分尾气循环回反应器，剩余部分作为弛放气分离掉其中的惰性组份→有用组份返回反应系统循环利用。一氧化碳变换反应目的是生产尽可能多的氢气，生产用于调整合成气H₂/CO比的氢气，而且在弛放气排放前还要设置氢气、一氧化碳和低碳烃回收工序以降低产品消耗，因此工艺流程长，工艺控制参数复杂，所需固定资产投资大。而合成油工序后段的弛放气回收工序，需要分离弛放气中的无用组份，如惰性组份N₂、Ar和二氧化碳等排放，将剩余下来有用组份CO、H₂、CH₄等低碳烃回收，一起送回反应系统作为原料气利用。也有一些工艺仅回收弛放气中的氢气和CO，作为原料气循环利用。

目前弛放气回收工艺主要有四种，即变压吸附法（PSA）、深冷分离法、膜分离法和组合工艺。变压吸附法是在较高的压力下进行吸附，在较低的压力下完成解吸，对原料气的压力要求高，设备投资大。深冷分离法即传统的低温分离法，它利用进料各组份的沸点不同将原料压缩、冷却、液化达到分离效果，该法投资较大，运行费用较高，适用于大规模、多组份同时回收的项目。膜分离法原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力及膜内溶解–扩散上的差异，即渗透速率差别，来分离气体混合物。