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费托合成工艺让同样原料效益翻番

来源科技日报2018-10-23 15:59

    石科院研发替代石油资源的费托合成技术,提升其经济性. 

费托合成油是指通过费托合成工艺制取性质类似石油基燃料的合成油,其原料可以为煤、天然气、生物质、炼厂气、沥青和石油焦等。在全球面临石油资源不断劣质化、供应持续紧张的情况下,费托合成技术为能源的多元化及安全保障提供了一条重要途径。

目前,国外一些大能源公司均在大力开发费托合成技术,部分技术已投入商业运用。近年来,石油化工科学研究院在这方面开展研究,并取得突破。

费托合成技术将成替代石油资源的重要技术

我国的能源结构呈现富煤、缺油、少气的特点,2013年原油对外依存度达到58.1%,国际原油市场的波动对我国经济发展乃至社会稳定的影响迅速增加。利用费托合成技术,将丰富的煤炭资源转化为液体燃料和润滑油产品,减少对石油基原料的依赖,对保障我国能源战略安全具有重大意义。

费托合成技术生产出来的合成油,国内主要采用加氢精制和加氢裂化等技术生产石脑油和柴油调和组分,经济效益不明显。“费托合成油具有碳数长、不含环状烃和硫氮杂质等特点,可以生产出石油馏分无法生产的高黏度润滑油基础油和特种蜡。现在生产石脑油和柴油组分是大材小用了。”石科院一位科研人员说。

这位科研人员算了一笔经济账:“生产石脑油、柴油,每吨分别可以卖到7000~8000元。生产高档润滑油基础油,每吨最高可以卖到4万元;生产特种蜡可以卖到1.5万元左右。同样的原料,生产高附加值产品,经济效益可以翻倍。”

因此,石科院立项开展费托合成油加氢提质生产高品质润滑油基础油及特种蜡技术的研究,立志开发高附加值产品,提高费托合成技术的经济性。

降凝幅度达100摄氏度以上是面临的世界性难题

石科院早在2005年便开展了实验室研究。费托合成油碳链长,凝固点高达70~80摄氏度,在夏天的室温下都是凝固状态。实验装置全流程都要在100摄氏度以上的温度下才能稳定进料、完全反应,任何一个部位保温不好都会导致费托合成油凝固,堵塞管线。对此,科研人员设计出全流程保温的实验设备,让整个油路系统的温度保持在150摄氏度以上。

“技术开发最大的难点在于降凝幅度要高达100摄氏度以上。”科研人员介绍。原料的凝固点高达70~80摄氏度,而优质润滑油基础油的凝固点要低于零下30摄氏度,“这是项世界性难题,对催化剂的开发及工艺技术都是严峻的考验”。在石科院开展费托合成油加氢提质生产高档润滑油技术研发之前,只有少数国外公司掌握了该技术,并且不转让给其他用户。

采用常规的异构降凝催化剂和降凝工艺无法达到降低凝固点100摄氏度以上的目的,必须研发出更加高效的异构降凝催化剂和异构降凝工艺。在20余年降凝催化剂研发经验的基础上,科研人员创新研制出催化剂新载体和金属活性组分,优化催化剂制备技术,针对高凝点原料开发出高活性、高选择性的异构降凝催化剂。在工艺上开发出两段加氢工艺来生产优质基础油产品。

这两段加氢工艺,并不是简单的流程叠加与串联,需要有机结合起来才能发挥“1+1>2”的作用。科研人员不断调整参数,最终找到最佳操作条件,实验室取得了160摄氏度以上的降凝效果,同时保证了高附加值润滑油基础油产品的高收率。

为检验实验成果,科研人员在中型试验装置上试生产了40多升润滑油基础油,送到润滑油研究室进行调和试验。几天后,负责调和的科研人员打来电话报喜:“调和的部分润滑油质量达到PAO(聚a烯烃)产品水平!”

工业试验结果显示产品综合性能优良

由于费托合成油凝固点高的特性,工业试验装置也要全流程高保温,这种工业装置在国内很少见。该院科研人员通过调研和寻找,最终在南阳精蜡厂找到一套保温效果较好的装置。

为尽量减少工业试验对精蜡厂正常生产造成的影响,集团公司科技部组织攻关课题和经费落实,炼油事业部协调生产安排,石科院与工程建设公司、南阳精蜡厂精心安排试验方案,在装置检修期间完成对装置的完善改造工作,没有耽误一天正常生产。

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