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煤制油尾氣脫碳工藝影響因素分析與優(yōu)化

文檔作者：馬軍，屈志英，周波文檔來(lái)源：國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司		更新日期： 2026年07月19日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：煤化工空氣分離裝置的工藝優(yōu)化探討

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第３８卷　第２期
２０２０年３月　　　　　　　　　　　　石化技術(shù)與應(yīng)用
ＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．２

　　　Ｍａｒ．２０２０
工業(yè)技術(shù)（１２２～１２４）
煤制油尾氣脫碳工藝影響因素分析與優(yōu)化
馬軍，屈志英，周波
（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油分公司，寧夏銀川７５０４０９）
摘要：針對(duì)神華寧煤集團(tuán)有限公司４００萬(wàn)ｔ／ａ煤制油尾氣脫碳工藝，為了解決脫碳凈化氣中ＣＯ２ 超
標(biāo)、能耗高等問(wèn)題，分析了裝置運(yùn)行過(guò)程中吸收塔壓力、閃蒸槽溫度、尾氣處理量、Ｋ２ＣＯ３ 溶液質(zhì)量濃度、
活化劑質(zhì)量濃度等因素對(duì)脫碳凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響，優(yōu)化了降低凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的操
作條件。結(jié)果表明：提高尾氣脫碳工藝中吸收塔壓力、Ｋ２ＣＯ３ 溶液質(zhì)量濃度、活化劑質(zhì)量濃度均有利于
降低出口凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)；優(yōu)化工藝條件為吸收塔壓力２．４６９ＭＰａ、閃蒸槽溫度９８．５２℃，尾氣
處理量低于６．８０×１０５ ｍ３／ｈ，Ｋ２ＣＯ３ 溶液和活化劑質(zhì)量濃度分別為３２４，７８ｇ／Ｌ，在優(yōu)化操作條件下，凈
化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)可降低至０．１７％。
關(guān)鍵詞：尾氣脫碳；煤制油；費(fèi)托反應(yīng)；ＣＯ２；Ｋ２ＣＯ３；活化劑；工藝優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＱ１１１．２６＋９ 　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ 　　文章編號(hào)：１００９－００４５（２０２０）０２－０１２２－０３
　　神華寧煤集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)神華寧煤公
司）４００萬(wàn)ｔ／ａ煤制油項(xiàng)目油品合成裝置的費(fèi)托
合成單元、催化劑還原單元采用中科合成油技術(shù)
有限公司的高溫漿態(tài)床費(fèi)托合成工藝，尾氣脫碳
單元采用中國(guó)石化南京化工研究院有限公司開(kāi)
發(fā)的低供熱源變壓再生脫碳工藝。其中，費(fèi)托合
成單元有２條線(xiàn)，每條線(xiàn)分別有４臺(tái)費(fèi)托反應(yīng)器、
各對(duì)應(yīng)１套尾氣脫碳裝置。該項(xiàng)目２０１６年１２月
投產(chǎn)，主要產(chǎn)物為液態(tài)蠟，此外，反應(yīng)過(guò)程還產(chǎn)生
ＣＯ２、水、醇、酸、酮、醛、酯等含氧化合物［１］。隨著
反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，副產(chǎn)物ＣＯ２ 的體積分?jǐn)?shù)逐漸升
高，若不及時(shí)降低系統(tǒng)中ＣＯ２ 的體積分?jǐn)?shù)，會(huì)使
反應(yīng)速率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)璧K反應(yīng)的進(jìn)一步
發(fā)生。因此，必須將部分ＣＯ２ 脫除，使系統(tǒng)達(dá)到
設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化深度。然而，在脫除ＣＯ２ 的過(guò)程中面
臨脫碳凈化氣中ＣＯ２ 超標(biāo)、能耗高等問(wèn)題。本工
作利用神華寧煤公司尾氣脫碳裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)
據(jù)，考察了吸收塔壓力、閃蒸槽溫度、尾氣處理
量、Ｋ２ＣＯ３ 溶液濃度、活化劑濃度等因素對(duì)脫碳
凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響，提出了降低凈化
氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的優(yōu)化操作條件，可為同類(lèi)裝
置的操作提供借鑒。　
１　尾氣脫碳工藝
神華寧煤公司尾氣脫碳工藝流程如圖１所
示，其脫碳原理為：ＣＯ２ 吸收塔內(nèi)的Ｋ２ＣＯ３ 溶液
和ＣＯ２ 在高壓、低溫條件下反應(yīng)生成ＫＨＣＯ３，吸
收塔內(nèi)的溶液進(jìn)入再生塔后，在低壓、高溫條件
下生成Ｋ２ＣＯ３ 和ＣＯ２，ＣＯ２ 通過(guò)放空系統(tǒng)外排，
Ｋ２ＣＯ３ 溶液得到再生后重新送入吸收塔循環(huán)使
用。其反應(yīng)過(guò)程可表示為：
ＣＯ２ ＋Ｋ２ＣＯ３ ＋Ｈ２Ｏ２ＫＨＣＯ３ ＋Ｑ（放熱反應(yīng)）［２］
該工藝單線(xiàn)設(shè)計(jì)處理尾氣量為６．５０×１０５ ｍ３／ｈ，
圖１　尾氣脫碳工藝流程示意
收稿日期：２０１９－１０－２４；修回日期：２０２０－０１－０６
作者簡(jiǎn)介：馬軍（１９８８—），男，寧夏銀川人，學(xué)士，助理工程師。
主要從事煤化工生產(chǎn)技術(shù)的管理工作，已發(fā)表論文１篇。
正常處理尾氣量為５．８０×１０５ ｍ３／ｈ，操作彈性為
５０％ ～１１０％ ，其中所用吸收劑的主要成分為
Ｋ２ＣＯ３、活化劑、Ｖ２Ｏ５ 等。
２　尾氣脫碳工藝影響因素分析與優(yōu)化
２．１　吸收塔壓力
由圖２可見(jiàn)，隨著吸收塔壓力的增加，凈化
氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)降低。但吸收塔壓力受到吸
收塔設(shè)計(jì)壓力（３．０００ＭＰａ）及上下游裝置壓力的
影響，在實(shí)際操作過(guò)程中不能無(wú)限提高［３］。根據(jù)
費(fèi)托反應(yīng)器的壓力，吸收塔最佳操作壓力
為２．４６９ＭＰａ。
圖２　吸收塔壓力對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響
２．２　閃蒸槽溫度
通常提高溫度會(huì)使反應(yīng)速率加快，但ＣＯ２ 吸
收反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，高溫會(huì)使平衡轉(zhuǎn)化率降
低［４］；同時(shí)該裝置為聯(lián)合操作，再生塔溫度太高
會(huì)使吸收塔溫度變高而不利于吸收，再生塔溫度
太低將使溶液無(wú)法徹底再生。溶液循環(huán)系統(tǒng)測(cè)
溫點(diǎn)較多且受壓力變化影響也較大，由于貧液閃
蒸槽壓力變化不大，且貧液對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 體積
分?jǐn)?shù)起到?jīng)Q定性作用，故取該測(cè)溫點(diǎn)為分析溫
度點(diǎn)。
圖３　貧液閃蒸槽溫度對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響
　　由圖３可見(jiàn)，在脫碳尾氣量６．５０×１０５ｍ３／ｈ、
吸收塔壓力２．４６９ＭＰａ、貧液閃蒸槽溫度低于
９８．５２℃時(shí)，Ｋ２ＣＯ３ 溶液無(wú)法充分再生，吸收ＣＯ２
能力下降；而貧液閃蒸槽溫度高于９８．５２℃時(shí)，吸
收塔平衡轉(zhuǎn)化率降低，從而導(dǎo)致脫碳凈化氣中
ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)急劇增加。因此，貧液閃蒸槽的操
作溫度以９８．５２℃為宜。
２．３　脫碳尾氣量
脫碳尾氣量指進(jìn)入吸收塔需要被脫除的尾
氣總量。由圖４可見(jiàn)，在吸收塔壓力２．４６９ＭＰａ、
貧液閃蒸槽溫度９８．５２℃的條件下，脫碳尾氣處
理量越小，凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)越少；脫碳尾
氣超過(guò)６．５０×１０５ ｍ３／ｈ時(shí)，凈化氣中ＣＯ２ 體積分
數(shù)明顯增加；而超過(guò)６．８０×１０５ ｍ３／ｈ時(shí)，凈化氣
中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)明顯增加，且易造成吸收塔發(fā)生
液泛現(xiàn)象。因此，脫碳尾氣處理量不宜超過(guò)
６．８０×１０５ ｍ３／ｈ。
圖４　脫碳尾氣量對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響
２．４　Ｋ２ＣＯ３ 與活化劑的質(zhì)量濃度
由圖５可見(jiàn)，在吸收塔壓力２．４６９ＭＰａ、貧液
閃蒸槽溫度９８．５２℃、脫碳尾氣處理量６．５０×
１０５ ｍ３／ｈ、活化劑質(zhì)量濃度為６８．２１ｇ／Ｌ的條件
下，隨著Ｋ２ＣＯ３ 質(zhì)量濃度增加，脫碳凈化氣中ＣＯ２
圖５　Ｋ２ＣＯ３ 質(zhì)量濃度對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)的影響
　第 ２期　　　　　　　　　　　　馬軍等．煤制油尾氣脫碳工藝影響因素分析與優(yōu)化 ·１２３·
體積分?jǐn)?shù)逐漸減少。但高Ｋ２ＣＯ３ 質(zhì)量濃度的成
本較高，同時(shí)使得溶液密度增大，且容易結(jié)晶
析出。
　　由于純Ｋ２ＣＯ３ 溶液在高溫環(huán)境下吸收ＣＯ２
的速率仍然較低，因此，需在溶液中加入一定量
的活化劑以提高ＣＯ２ 吸收和解析速率［５］。由圖６
可見(jiàn)，在Ｋ２ＣＯ３ 質(zhì)量濃度為３３３．００ｇ／Ｌ的條件
下，隨著活化劑質(zhì)量濃度增加，脫碳凈化氣中ＣＯ２
體積分?jǐn)?shù)逐漸減少。
　　由實(shí)際操作數(shù)據(jù)（見(jiàn)表１）可知，Ｋ２ＣＯ３ 和活
化劑質(zhì)量濃度分別為３２１．３７，６８．２１ｇ／Ｌ時(shí)，凈
化氣中ＣＯ２ 最低至０．１７％。因此，Ｋ２ＣＯ３ 和活
化劑的質(zhì)量濃度宜分別控制在設(shè)計(jì)值
３２４，７８ｇ／Ｌ為宜。
圖６　活化劑質(zhì)量濃度對(duì)凈化氣中ＣＯ２
體積分?jǐn)?shù)的影響
表１　Ｋ２ＣＯ３ 和活化劑質(zhì)量濃度對(duì)凈化氣中ＣＯ２ 的影響
日期
尾氣量×１０－５／
（ｍ３·ｈ－１）
吸收塔
壓力／ＭＰａ
閃蒸槽
溫度／℃
Ｋ２ＣＯ３ 質(zhì)量
濃度／（ｇ·Ｌ－１）
活化劑質(zhì)量
濃度／（ｇ·Ｌ－１）
凈化氣中ＣＯ２
體積分?jǐn)?shù)／％
２０１８－１２－１７ ６．７３ ２．２８５ ９８．３１ ２７０．０１ ５５．２１ ０．９８
２０１８－１２－１８ ６．９８ ２．３０２ ９７．４０ ２８４．１４ ５９．４３ ０．３２
２０１８－１２－１９ ６．７６ ２．２８８ ９７．６１ ２９０．３９ ６２．６１ ０．２２
２０１８－１２－２０ ６．７７ ２．２８９ ９７．４５ ２９０．３９ ６３．９８ ０．２１
２０１８－１２－２１ ６．８９ ２．３１１ ９７．６４ ３０７．９２ ６４．３１ ０．２０
２０１８－１２－２２ ６．９８ ２．２７５ ９７．５０ ３１４．５１ ６５．２７ ０．１８
２０１８－１２－２３ ７．０１ ２．２８３ ９７．６０ ３２１．３７ ６８．２１ ０．１７
３　結(jié)論
ａ．提高尾氣脫碳工藝中的吸收塔壓力、
Ｋ２ＣＯ３ 溶液濃度、活化劑濃度均有利于降低脫碳
凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)。
ｂ．尾氣脫碳工藝的優(yōu)化操作條件為：吸收塔
壓力２．４６９ＭＰａ，閃蒸槽溫度９８．５２℃，尾氣處理
量低于６．８０×１０５ ｍ３／ｈ，Ｋ２ＣＯ３ 溶液和活化劑質(zhì)
量濃度分別為３２４，７８ｇ／Ｌ；在優(yōu)化操作條件下，
凈化氣中ＣＯ２ 體積分?jǐn)?shù)降低至０．１７％。
參考文獻(xiàn)：
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相關(guān)文獻(xiàn)鏈接：
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（下轉(zhuǎn)第１２８頁(yè)）
·１２４· 石　化　技　術(shù)　與　應(yīng)　用　　　　　　　　　　　　　　　第 ３８卷　
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｒｅｄｕｃｅｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｏｆｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｆｏｒｍｉｎｇｕｎｉｔ
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２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｎｚｈｏｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００６０，Ｃｈｉｎａ；
３．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｅｍｉｃａｌｓＭａｒｋｅｔｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３６，Ｃｈｉｎａ）
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１０５．０２ｔｉｎ２０１６ｔｏ５３．７０ｔｉｎ２０１７，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙ
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ｏｆｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ；ｃｌａｙ；ａｃｉｄｐｉｃｋｌｉｎｇｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；ｏｐｔｉ
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ｍｉｚａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅ
（上接第１２４頁(yè)）
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ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｗｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃａｒ
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ｔｉｖａｔｏｒｗｅｒｅａｌｌｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｏｕｔｌｅｔＣＯ２
ｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｐｕｒｉｆｉｅｄｇａｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｏｃｅｓｓ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
２．４６９ＭＰａ， ｌｅａｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｌａｓｈ ｔａｎｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
９８．５２℃，ｔａｉｌｇａｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｌｏｗｅｒｔｈａｎ
６．８０×１０５ ｍ３／ｈ，ｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｐｏｔａｓｓｉｕｍ
ｃａｒｂｏｎａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｃｔｉｖａｔｏｒａｔ３２４ａｎｄ７８ｇ／Ｌ．
Ｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ
ＣＯ２ ｉｎｐｕｒｉｆｉｅｄｇａｓｃｏｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄｔｏ０．１７％．
　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔａｉｌｇａｓｄｅｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｃｏａｌｔｏｏｉｌ；
Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈｒｅａｃｔｉｏｎ；ＣＯ２；Ｋ２ＣＯ３；ａｃｔｉｖａｔｏｒ；
ｐｒｏｃｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
·１２８· 石　化　技　術(shù)　與　應(yīng)　用　　　　　　　　　　　　　　　第 ３８卷

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07-19