别把费托合成技术看简单了

本文作者：孙启文 吴建民 张宗森

引

言

由于费托合成技术多用于国内现已建或在建的煤间接液化项目，因此人们形成了这样的认知，那就是费托合成技术的产物只能是单一的油品。

事实上，费托合成技术是当前碳一化工发展的重要方向，通过与不同工艺耦合可实现产品的多样化，可以实现高碳资源低碳化、过程效率最优化和经济效益最大化，是我国发展循环经济、实现石油替代的有效途。

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费托合成技术是以合成气（一氧化碳和氢气）为原料，在适宜的催化剂和反应条件下，产物由烃类、含氧有机化合物和水组成的合成过程。其按反应温度可分为低温费托合成技术和高温费托合成技术。通常将反应温度低于280摄氏度的称为低温费托合成技术；高于300摄氏度的称为高温费托合成工艺。

低温

费托合成

低温费托合成主要产物为石蜡、高温冷凝物（重质油）、低温冷凝物（轻质油)、含氧化合物、反应水及气相产物。其中，石蜡的碳数分布主要集中在碳二十到碳五十四，最高可达碳九十五以上，烷烃含量90%～95%；低温冷凝物碳数分布主要集中在碳五到碳十九，烷烃含量40%～50%，烯烃含量30%～33%；高温冷凝物碳数分布主要集中在碳十六到碳三十三，烷烃含量80%～87%。低温费托合成产物中90%～95%以上为直链烷烃，支链、环链烃及烯烃含量少，绝大部分为正构烷烃，产物馏分更重，碳六十以上组分含量大于12%，是生产110摄氏度、115摄氏度等高熔点费托蜡的优质原料。

根据低温费托合成产物的特点，可设计以下相关耦合工艺：气相部分有碳一、碳二和碳十六3个馏分段：

● 碳一通过甲烷化、深冷分离和氧化重整可生产合成气、液化天然气和燃料气；

● 碳二通过乙烷脱氢、烯烃聚合、氧化和水合可生产聚乙烯、环氧乙烷和乙二醇等乙烯衍生品；

● 碳十六通过轻烃裂解、烯烃聚合、氧化、酯化和合成等生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈、合成橡胶等丙烯衍生品。

石蜡及高温、低温冷凝物有碳五到碳十四、碳十一到碳四十和碳四十3个馏分段：

● 碳五到碳十四通过切合分、氢甲酰化、吸附、合成、蒸汽裂解等可生产戊烷、庚烷、乙烯、丙烯、脂肪醇、6号汽油、120号和200号溶剂油等；

● 碳十一到碳四十通过催化裂解、加氢异构、加氢裂化等可生产乙烯、丙烯、汽柴油、润滑油基础油、52号到84号蜡；

● 碳四十通过分子蒸馏、蜡异构等生产86号到115号高熔点蜡、高档润滑油基础油。反应水通过醇醛酮分离、酸水转化可生产甲烷、醇、醛、酮等产品。

高温

费托合成

高温费托合成的产物包括气相产物、低温冷凝物、高温冷凝物和反应水，碳数分布主要集中在碳一到碳十五。碳一到碳二十一的烃选择性为99.5%，碳二十二以上高碳烃选择性小于1%。

高温费托合成产物中，碳二到碳四的烯烃选择性达到22%～25%，总烯烃选择性达到53%～60%。碳四以上α-烯烃选择性28%～30%。气相产物中，正构烷烃含量为35%～38%，碳二到碳四烯烃占46%～50%。含氧有机物含量一般在7%～10%。含氧有机物中醇占60%～70%，醛占8%～15%，酮占10%～20%，酸占5%～8%，酯小于0.5%。其中，低温冷凝物（轻质油）的烃类碳数最高在碳二十一到碳二十三，碳数主要集中在碳五到碳十五，烯烃含量为50%～70%。其中α-烯烃含量为30%～45%，烷烃含量为10%～20%，环烃含量约5%，芳烃含量为8%～10%，烯烷比为3～4。高温冷凝物（重质油）碳数最高到碳四十七，碳数集中分布在碳十六到碳四十，占比86.9%左右，碳四十以上比例较小，占比2%左右。

高温费托合成在工艺流程、催化剂、反应条件等方面与低温费托合成工艺存在较大差别，其合成产物碳数分布较窄、烯烃含量更高，特别是α-烯烃含量高。采用先进的分离和深加工技术，可生产石油化工路线很难获取的精细化工品和专用化学品。尤其是1-辛烯产品作为高端聚烯烃合成的第三单体，其生产可打破国外垄断、填补我国生产空白。1-癸烯烃可生产聚α-烯烃，填补国内高端润滑油的空白。碳十一到碳十三组分经延伸加工可生产洗涤剂醇、线性烷基苯、α-烯烃磺酸盐。碳十四到碳十八组分可生产重烷基苯等高附加值化工品。另外，产物中奇数碳α-烯烃可通过氢甲酰化生产高碳醇等。

具体来说，气相部分、低温冷凝物和高温冷凝物馏分段包括碳一、碳二、碳三到碳四、碳五到碳十一、碳十二到碳二十五：

● 碳一、碳二、碳三到碳四的加工路线与主要产品与低温费托合成一致；

● 碳五到碳十一通过酯化、烷基化、氢甲酰化、烯烃裂解、蒸汽裂解等可生产汽油、脂肪醇、高碳酯烷基酚、聚α烯烃、乙烯、丙烯、丁二烯等；

● 碳十二到碳二十五通过加氢稳定、加氢异构、烷基化、氢甲酰化等可生产洗涤剂醇、烷基苯、柴油、高碳醇、钻井液等。

高低温

费托耦合处理

当然，还可以通过高低温费托耦合处理的方式，在拓展加工深度、延长产业链的同时，进一步优化项目资源配置、公用工程设施及整体工艺系统，从而提高项目的整体效率和经济效益。高低温费托合成尾气及炼油单元的液化石油气送深冷分离，得到富氢气、富甲烷气、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、混合碳四、深冷分离轻油。富氢气提氢后，氢气除满足全厂用氢外其余可返回高温费托合成系统，驰放气作为燃料气。富甲烷气可进一步制液化天然气或作为燃料气。混合碳四进一步分离得到正丁烷、异丁烷、1-丁烯、异丁烯。异丁烷和部分1-丁烯烷基化得到液化气和烷基化汽油。其余1-丁烯异构可得丙烯、异丁烯、异构化汽油。异丁烯和外购甲醇生产甲基叔丁基醚可作为汽油调和剂。深冷分离轻油和高温费托轻油混合送高温费托分馏。乙烷、丙烷、正丁烷作为乙烯裂解原料，可用于生成乙烯、丙烯、1-丁烯、丁二烯等。

总之，宜油则油，宜化则化是费托合成产业化加工利用的最佳途径。应充分发挥高温、低温费托合成的特点，向产业链高端迈进，实现项目效益最大化。规模化多联产是费托合成技术未来发展的方向。费托合成同传统的石油加工、煤直接液化、煤焦化、煤制烯烃、氯碱等产业结合可实现优质原料供给、产品质量提升，充分发挥产品价值、延长产业链。

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文章来源：《中国石油和化工产业观察》杂志，作者：孙启文 吴建民 张宗森，作者单位为上海兖矿能源科技研发有限公司