煤制油尾气脱碳处理工艺的原理分析

刘壮

陕西延长石油榆林煤化有限公司陕西榆林719000

摘要：煤制油技术主要就将煤炭作为基础原料，利用化学加工，形成油品与石油化工产品的技术。这种技术使我国石油能源紧缺的情况得到缓解，但煤制油时会在F-T合成反应中使生成气体存在CO2。若要保证后续工序正常，需要对煤制油合成尾气展开CO2的脱除。本文主要对几种煤制油尾气脱碳处理工艺进行原理分析，以期推动国内的煤制油尾气脱碳处理技术的进步。

关键词：煤制油；尾气脱碳；工艺原理

引言

在煤制油F-T合成这种化学反应条件下，会生成各种类别的烃类物质，也会生成CO2气体。CO2会影响接下来工艺反应，煤制油通过F-T合成工艺，CO与H₂反应生成碳氢化合物，多余氧气就产生了水与CO2。将液体产品分离提取后尾气，通过脱碳处理后能够再返回F-T合成，进而使产油率得到提升。如今，煤制油在生产的同时，使用最为广泛的处理工艺有溶剂吸收法、吸附法、低温分离法以及膜分离法等，下文对煤制油尾气脱碳处理工艺的原理进行具体的分析[1]。

1溶剂吸收工艺

目前最为成熟的尾气脱碳的方式是溶剂吸收法，而且这种方法运用最为普遍，而这种方式又能够分为物理吸收工艺与化学吸收工艺。

1.1化学吸收工艺

化学吸收工艺进行的脱碳，主要就是通过吸收塔，使CO2同吸收剂展开化学反应，使原料气内的CO2分离并回收。这种吸收工艺的优势是净化度比较高，其运用中发现的不足是消耗能量大，而且再生热耗比较大。在展开化学吸收工艺进行脱碳工序开展时，关键囊括活化热钾碱法与醇氨类法。在化工生产的过程中，比如天然气、制氢与合成气等，这时经常会运用活化热钾碱法，这样方法的脱碳处理质量比较高，当下的热钾碱脱碳相关的配套装置已经数以万计。其中最为关键的属于砷碱法与本菲尔德方法等。该种处理工艺的原理主要是利用碳酸钾溶液吸收C02，这样就能够通过反应生成碳酸氢钾，将已经吸收的CO2溶液加热至碳酸氢钾分解，以至于溶液再生，存在逆反应，进而释放出CO2，并生成碳酸钾，使最终的溶液可以实现多次重复运用。

当下，对于醇氨类法的研究最为深入，而且运用也比较普遍，在这类方法只能够最为关键的是MDEA多胺法。在MDEA多胺法的基础之上，研究发现出改性MDEA溶剂。处理工艺的核心原理主要是将固定含量的MDEA混合氨溶剂融入至MDEA中，这样能够使酸气负荷一定程度的提升，而且能够使对CO2的吸收速度得到提高，并保证MDEA的正常再生，保证其处理能力不发生变化。这种处理工艺的最大优势是脱碳处理能力比较强，而且消耗的能量比较低，若处于压力值低的状态中，脱碳工序处理净化水平比较高。因为MDEA溶液的腐蚀性能比较强，所以展开脱碳处理时并不需要其他缓蚀剂，MDEA多胺法脱碳处理属于煤制油尾气脱碳处理环节最关键的工艺技术。

1.2物理吸收工艺

作为CO2提纯分离脱除技术，物理吸收工艺的原理主要是通过有机溶剂对CO2吸收，需注意这种技术的条件是加压环境。物理吸收法最关键的部分就是选择吸收剂与吸收剂的使用。在选择吸收剂的过程中要注意选择高沸点高，并且对CO2溶解度高，能够对甲烷、氢气溶解度低，需要保证吸收剂的性能稳定，同时必须无毒性。物理吸收脱碳法的运用过程比较简洁，必须在高压低温环境下展开，而且吸收剂用量比较少，吸收能力强。物理吸收工艺更加容易再生，并不需要进行加热，往往会运用常温气提与降压闪蒸，该类工艺技术使用费用比较少，使用过程更加经济，而且对能源的消耗比较低。在现阶段煤制油时，物理吸收工艺更加适合在CO2分压比较高的状态时[2]。

2吸附工艺

吸附法主要就是通过活性炭及分子筛与天然沸石等固体吸附剂来吸收CO2的方法，这种工艺的运作形式主要有2种，关键就是变压吸附法与通过温度变化的TSA法，深度吸脱附CO2，偶尔也可以同时运用2种方法，进行组合运用。在根据实际的经验，运用频率比较大的是变压吸附法，对CO2进行深度的脱除以及提纯。这种方法的基础原理就是通过气体组分在固体材料中的吸附特性差异，与吸附量会根据压力变化而变化的特点，利用周期性压力变化得以完成气体深度分离以及提纯。在变压吸附法对CO2进行分离时，运用的吸附剂针对CO2存在强性的选择吸附能力。需要注意的是变压吸附法深度脱除与提纯CO2的工艺更加适合CO2体积分数为20%～60%之间的气体，而CO2提取率不小于75%[3]。

3低温分离工艺

低温分离工艺的运用是物理过程，利用低温冷凝的方法将CO2进行分离，这种处理的方法的基本原理注意就是按照煤制油尾气内不同组挥发度各种气体将尾气展开重复压缩与冷冻，从而使CO2变成液体，进一步实现煤制油尾气脱碳处理。这种工艺的优势是分离出液态CO2纯度比较高，而且因为其密度大，所以致使液体CO2能够便捷的通过汽运与管道运输。这种工艺技术的缺点是相关配套设备的投入比较大，而且这种方法的能源消耗比较高。这种技术方法能够在高浓度CO2原料气内正常实现CO2回收，在这里需要说明高浓度主要具体是说明CO2含量占总混合气体60%之上。如今，油田现场强化采油时对CO2回收中运用比较普遍。在西方国家，最常见的低温分离工艺主要是美国的KPS公司的三塔、四塔工艺技术，这种低温分离工艺流程回收主要就是属于对乙烷、脱除甲烷和回收添加剂与CO2的回收[4]。

4膜分离工艺

膜分离工艺关键就是利用各种气体的相应的渗透速度，在此基础上展开气体分离，在这种技术运用过程中的薄膜主要是通过固定的聚合材料形成制作的，这也是膜分离工艺的核心原理。同时，需要注意气体性质、薄膜特性、薄膜两边压力差，这些因素直接影响着不同组分透过膜速度。膜分离驱动力是压力差，一旦压差存在膜两边时，这种情况渗透率高的气体传过薄膜的速度更快，能够形成渗透气流，但是渗透率低的气体会形成残留的气流，并将这两股气体展开引出，这样能够保证气体分离的完成。煤制油时，CO2、硫化氢、氢气皆存在着强渗透力，可是氮气等气体穿透力弱。当下，运用煤制油技术的相关企业对于煤制油过程中提取高浓度CO2的膜分离工艺愈加成熟[5]。

结束语

总而言之，煤制油的技术能够使国内存在着的石油产品与能源紧缺的情况得到缓解，对于我国现实能源紧张的缓解有巨大的实际价值。但煤制油液化中会生成CO2，而这会使后续工作产生干扰，所以CO2脱碳处理极为重要。上文对煤制油合成尾气的CO2脱碳处理的若干种工艺展开分析，并介绍了工艺的原理，但是在实际的生产过程中相关的企业需要结合具体需求选择合适的工艺技术，针对性的进行的脱碳处理，这样才能保证相关得到发展，也能够是我国对此技术的研发不断进步[6]。

参考文献

[1]李百航.CO_2气化反应对焦炭富氧燃烧的影响机理研究[D].中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所),2018.

[2]张永刚.天然气脱碳技术在冀东油田的应用[J].化工管理,2018(12):67.

[3]王永良,高辉,袁生斌.煤制油尾气脱碳处理工艺的原理分析[J].科技资讯,2015,13(28):72-73.

[4].二氧化碳压缩纯化关键技术获突破[J].深冷技术,2015(07):59.

[5]舟丹.碳捕集与封存[J].中外能源,2014,19(06):41.

[6]刘书群,王龙龙,刘理华.二氧化碳捕集技术研究进展[J].广州化工,2014,42(02):10-12.