煤制油技術路線綜述

1、煤制油技術路線綜述轉發(fā) 評論 2008-05-17 20:59 一、煤直接液化 煤直接液化技術又稱煤加氫液化,是將煤制成煤漿,在高壓下,通過催化加氫裂化,同時包括熱裂解、溶劑萃取、非催化液化,將煤降解、加氫轉化為液體烴類,然后再通過加氫精制等過程,脫除煤中氮、氧、硫等雜原子并提高油的品質。煤直接液化過程包括煤漿制備、反應、分離和加氫提質等單元。 （一）煤直接液化的經(jīng)濟性分析 目前,煤直接液化技術實現(xiàn)商業(yè)化應用的主要制約因素是其經(jīng)濟上與石油的競爭能力。隨著石油勘探與開采成本的日益提高和世界石油價格的不斷上漲,煤直接液化技術在特定地區(qū)實現(xiàn)商業(yè)化應用在經(jīng)濟上已經(jīng)具有較強的競爭能力。權威機構曾預測當石

2、油價格達到25 美元/ 桶,煤炭直接液化在經(jīng)濟上就有了競爭力。美國能源部通過對幾個起步工廠的初步經(jīng)濟分析后指出,如果煤炭直接液化廠與現(xiàn)有的工廠建在一起,可節(jié)約投資,降低液化成本,使生產(chǎn)的液體燃料價格可以達到相當于石油價格1923 美元/ 桶。煤直接液化成本高的主要原因是一次投資大、煤炭價格高。但是煤直接液化技術仍有很大的研究和發(fā)展?jié)摿?還能進一步降低成本。美國能源部計劃在2010 年后開始建設獨立的煤炭直接液化生產(chǎn)廠。從能源戰(zhàn)略上考慮,煤直接液化技術受到世界各工業(yè)發(fā)達國家的高度重視。 從20 世紀90 年代起,煤炭直接液化工藝又有了新的重大發(fā)展。主要表現(xiàn)在:將煤炭液化工藝和液化油提質加工工藝聯(lián)

3、合起來,將直接液化工藝分離出的高氣態(tài)烴、中質液化油直接引入二次加氫反應器,大大提高了熱效率,也改善了二次加氫條件,降低氫耗量,有效地簡化了液化廠的工藝流程;應用膠體化學新技術,制備納米級分散催化劑,使催化劑用量由3wt %(干煤) 左右降低至千分之一左右,既降低了成本,又提高了固液的分離能力和油收率;研究終端產(chǎn)品的利用,例如生產(chǎn)芳烴類化工原料,其效率高于傳統(tǒng)的焦油工藝路線,有利于提高液化工藝產(chǎn)品的市場價值。 我國于1980 年開展煤炭直接液化技術的研究。通過多年來與國外的合作與交流、對多聯(lián)產(chǎn)技術發(fā)展趨向的認識以及示范廠的前期研究,最終選擇神華集團在神府東勝礦區(qū)籌建中國第一座煤礦直接液化示范廠。

4、針對直接液化的聯(lián)產(chǎn)可考慮:配合示范工程,從增強副產(chǎn)品的綜合利用和運行靈活性出發(fā),首先從油灰渣氣化制甲醇起步,擴展為煤化工多聯(lián)產(chǎn)或者電力化學品多聯(lián)產(chǎn)。 （二）煤直接液化的煤種 煤直接液化的操作條件要求較高,對煤種有嚴格要求: (1) 煤中的灰分要低,一般小于5 % ,因此原煤要進行洗選,以得到精煤進行液化。煤的灰分組成對液化過程也有影響,灰中的Fe 、Co 、Mo 等元素對液化有催化作用,而Si 、Ca 、Mg 等元素則不利于液化,且容易引起設備結垢。 (2) 煤的可磨性好。直接液化過程要求先把煤磨成200 目左右的煤粉,并干燥到水分小于2 %。如果可磨性不好,生產(chǎn)過程能耗會很高,設備磨損嚴重,

5、配件、材料消耗大,增加生產(chǎn)成本。水分高將不利于磨礦和制煤漿。 (3) 煤中氫、氧含量差別越小越好,可以減少加氫量,同時減少生成的廢水。 (4) 煤中的硫分和氮等雜質含量越少越好,以降低油品加工提質的費用。 (5) 煤巖的組成也是液化的一項主要指標。絲質組成越高,煤的液化性能越好;鏡質組成量高,則液化活性差。因此用于直接液化的煤一般是褐煤、長焰煤等年輕煤種。神華的不粘煤、長焰煤和云南先鋒的褐煤都是較好的直接液化煤種 二、煤間接液化 所謂煤間接液化, 是區(qū)別于煤直接液化而言的,煤間接液化,是將煤首先氣化成有效成分為H2 和CO 的合成氣, 然后合成氣在催化劑作用下, 經(jīng)F- T合成反應生產(chǎn)有機烴類

6、。而直接液化是將年輕煤褐煤煙煤等在高高壓下直接加氫, 轉化成有機烴等化合物。煤間接液化技術是先將煤氣化生產(chǎn)合成氣,完全破壞煤原有的化學結構,然后以合成氣為原料通過費托合成( Fischer Trop sch Synt hesis) 生產(chǎn)出餾程不同的液態(tài)烴。煤間接液化包括煤氣化單元、氣體凈化單元、F T 合成單元、分離單元、后加工提質單元等。與直接液化技術相比,間接液化技術對煤質基本沒有要求。當前,煤間接液化最重要的3 個產(chǎn)品為烴類燃料、甲醇(CH3 OH) 和二甲醚(CH3OCH3 ) 。 （一）煤間接液化技術 目前,典型的工業(yè)化煤間接液化技術有南非的SASOL 的F T 合成技術、荷蘭She

7、ll 公司的SMDS 技術和Mobil 公司的MTG合成技術等。此外還有一些先進的合成技術但都未商業(yè)化,如丹麥Top se 公司的TIGAS ,美國Mobil 公司的STG,Exxon 公司的AGC-21 , Syntroleum 公司的Syntroleum ,中科院的MFT/SMFT 技術等。 1、SASOL 公司。采用德國魯奇加壓氣化技術。全公司有97臺魯奇氣化爐,其設備利用率達94 %。魯奇氣化爐采取固定床加壓氣化,使用575 mm 的塊煤,操作壓力為2. 83. 5 MPa ,利用水蒸氣和氧氣作為氣化劑,所得粗煤氣中含有CO2 ,N H3 , H2 S 和焦油等雜質,必須將其除去。凈化

8、裝置采用水洗脫除灰塵和焦油;采用低甲醇洗脫除煤氣中的H2 S ,CO2 和烴類;采用SASOL 公司開發(fā)的Sulp holin 硫化氫液相氧化法回收硫磺; 采用魯奇公司的Phenol solvan 技術凈化污水,最后得到純凈的合成氣(CO + H2 ) 和工業(yè)副產(chǎn)品。 2、中科院MFT/ SMFT 技術。20 世紀80 年代初,中科院山西煤炭化學研究所開始了合成油的研究開發(fā)工作,在分析了國外FT 合成和MTG工藝的基礎上,提出了將傳統(tǒng)的FT 合成與沸石分子篩擇形作用相結合的固定床兩段法合成工藝(簡稱MFT) 和漿態(tài)床固定床兩段合成工藝(簡稱SMFT) ,并先后完成了MFT 工藝的小試、模擬、中

9、試,取得了油收率較高,油品性能較好的結果。90 年代完成了2 000 t/ a 規(guī)模的煤基合成汽油中間實驗和SMF T 工藝的模擬試驗,并對自主開發(fā)的兩類催化劑分別進行了3 000 h 的長周期運行,取得了令人滿意的結果。近年來,該所針對新型漿態(tài)床合成反應器、共沉淀鐵系催化劑制備等進行了放大開發(fā)試驗,于2002 年建成合成油品1 000 t/ a裝置,其后進行了多次運行實驗,取得了開發(fā)自主知識產(chǎn)權技術的階段性成果。 （二）影響煤間接液化技術經(jīng)濟性能的因素 主要有:(1) 裝置的投資規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模; (2) 整個煤液化工藝流程的集成優(yōu)化程度; (3) F T 合成反應器生產(chǎn)效率及廉價高效工業(yè)鐵催

10、化劑的研制,或長壽命高活性工業(yè)鈷催化劑的研制; (4) 建廠地理位置,原料煤的價格和品質,原油、成品油價格等。 （三）煤間接液化裝置的大型工業(yè)化 煤制油是一個具有規(guī)模經(jīng)濟性的大型綜合性產(chǎn)業(yè),要取得明顯的經(jīng)濟效益,煤制油裝置規(guī)模應在1000kt/a 以上,裝置規(guī)模越大,噸油投資越少,物料和能量利用率越高,其綜合效益越好。按照Shell氣化爐配漿態(tài)床反應器和廉價鐵催化劑工藝,規(guī)模為1000kt/a 合成油商業(yè)裝置估算,總耗煤4506kt/a ,折合成油品1020 kt/a ,1t 油品耗煤4.5t ,噸油成本可以達到240 美元左右。 目前百萬噸級的合成油裝置在國內沒有實現(xiàn)工業(yè)化的根本問題是設計基

11、礎數(shù)據(jù)不夠,實質上是科研的投入不足而造成工業(yè)化研究不夠完善,因此在建立百萬噸級合成油裝置前,建立工業(yè)示范廠是十分必要的。示范廠是百萬噸級工業(yè)基地的前期試驗性生產(chǎn)裝置,其主要目的是在中試后,進行流程的工業(yè)性運轉,考察系統(tǒng)的物料和能量轉化行為及大型煤氣爐和氣體凈化等成熟技術與漿態(tài)床F T 合成過程的匹配情況,獲取數(shù)據(jù)、優(yōu)化流程,以便實施大型化裝置。煤間接液化技術產(chǎn)業(yè)化帶動性強,技術覆蓋面廣,與未來的燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等先進潔凈煤技術可以實現(xiàn)有機的結合,因此以煤制油技術為主導的大型綜合性煤化工產(chǎn)業(yè)將是中國具有蓬勃生機的革命性的新興產(chǎn)業(yè)。 （四）煤間接液化裝置的集團化：最佳聯(lián)產(chǎn)方案 煤炭間接液化項目的投

12、資額非常大,研究表明:一般情況下,按每年噸產(chǎn)品能力計算的工程投資,大約為800010000元/ (ta)。降低投資的一個可能途徑是裝置的集團化,即煤炭液化和煉油廠有機結合,如共享一些產(chǎn)品混合和輸出設備。即使最低程度的設備聯(lián)合使用也可大大降低投資成本。研究表明,一座日產(chǎn)15 萬桶油的煉油廠可以接受一座日產(chǎn)5 萬桶燃料的液化廠的全部產(chǎn)品,而煉油廠的最終產(chǎn)品質量幾乎沒有變化,因此,煉油廠可以很容易達到日產(chǎn)20 萬桶油的生產(chǎn)能力。 煤制油生產(chǎn)裝置是由多個工藝單元組成的,工藝流程的好壞決定了投資的多少和能耗的高低,通過煤制油工藝模擬軟件的應用,對煤制油整個工藝流程進行集成優(yōu)化和合理配置,使物料和能量得到

13、充分合理的利用,完全有可能使噸油能耗降低10%15%。通過工藝和操作條件的優(yōu)化,調整煤制油生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品結構也是提高煤制油技術經(jīng)濟性的一個重要措施。20 世紀90 年代,中科院通過對MFT合成油氣、油硬蠟煤氣聯(lián)產(chǎn)方案進行比較,認為兩者在經(jīng)濟效益上有較大差別,前者的投資利潤率為3.10%,而后者達9.68%。 （五）煤間接液化技術的工業(yè)應用前景 煤炭是世界儲量最豐富的化石能源,在一次能源中煤占31%,20世紀70年代后發(fā)生的2次石油危機以及近期原油價格暴漲,使各國普遍認識到未來能源中煤炭的戰(zhàn)略地位。我國作為最大的發(fā)展中國家,無論從全球經(jīng)濟一體化,還是地區(qū)資源條件和國家安全考慮,都必須重視以煤為基

14、礎的能源結構。發(fā)展相對成熟的煤間接液化技術可以滿足國內對液體燃料日益增長的需求,降低對石油進口的依賴,是解決清潔二次能源的途徑;同時對于我國合理、有效利用能源,對于國家安全和可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。因此,盡快研究和開發(fā)出煤炭能源就地轉化的高效潔凈利用技術,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 三、兩種技術路線比較 煤直接液化的操作條件苛刻, 對煤種的依賴性強。典型的煤直接液化技術是在450、150- 300 大氣壓(氫壓) 左右將合適的年輕煤(褐煤等) 催化加氫液化, 工藝過程對設備要求高, 設備維修費用大, 產(chǎn)出的油品芳烴含量高, 硫、氮等雜質需要經(jīng)過后續(xù)深度加氫精制才能達到目前石油產(chǎn)品的等級

15、。煤間接液化幾乎不依賴于煤種, 并且間接液化過程的操作條件和, 典型的間接液化的合成過程在250、15- 40 大氣壓下操作。間接液化的合成技術可用于天然氣以及其它含碳有機物的轉化。合成產(chǎn)品不含硫、氮等污染物, 合成汽油的辛烷值不低于90 號, 合成柴油的十六烷值高達75, 且不含芳烴, 質量高于第四代潔凈油品。另外, 煤間接液化在南非已形成大規(guī)模的、盈利的產(chǎn)業(yè)。國內技術開發(fā)已產(chǎn)業(yè)化, 而且包括反應器在內的所有設備和控制系統(tǒng)均可在國內制造, 其催化劑開發(fā)已達到了國際先進水平。從技術的發(fā)展來看, 間接液化合成油技術在我國將具有廣闊的市場前景。 煤間接液化合成油品在南非已經(jīng)形成了百萬噸級的盈利產(chǎn)業(yè)

16、; 并且國內已開發(fā)出工業(yè)化生產(chǎn)高效催化劑的技術, 在漿態(tài)床反應器技術方面也取得了重大突破。目前國內五大煤炭企業(yè): 內蒙古伊泰集團、山西潞安集團、徐州礦務集團、神華集團及連順能源集團等五家企業(yè)已聯(lián)手中科院山西煤化所, 建立數(shù)十萬噸級的煤間接液化示范廠, 將我國自主知識產(chǎn)權的煤液化技術產(chǎn)業(yè)化。 煤炭液化的經(jīng)濟性在很大程度上決定于煤炭成本, 并且將煤炭運到液化廠的運費比較低。由于煤炭運輸比石油困難, 因此, 從原則上講, 煤炭液化廠最好選在煤礦上。但是, 如果煤礦所處位置比較偏僻, 則液化廠的建設費用比較高, 或者礦區(qū)鐵路設施比較完善的情況下, 也可以不將液化廠建在煤礦附近。同時優(yōu)化整個生產(chǎn)工藝流程

17、, 最大限度地降低能耗和原、輔材料的消耗, 降低生產(chǎn)成本。 從柴油餾分產(chǎn)物的性質看, 煤直接液化法直鏈烴少, 環(huán)烷烴及芳烴含量高, 十六烷值低, 凝點較低,硫、氮等雜質含量較高煤低間接液化法則以鏈烷烴組分為高, 十六烷值過剩, 不含硫、氮等雜質, 但凝點較高。兩者的柴油餾分均須經(jīng)過較苛刻的加氫提質工藝, 花費較大的代價才可生產(chǎn)出合格的柴油產(chǎn)品。因此, 若將煤直接液化與間接液化結合起來, 建立聯(lián)合裝置, 將二套裝置的柴油餾分調合地一起, 即可直接生產(chǎn)出滿足世界燃料規(guī)范類以上要求的柴油, 這樣可省去復雜的后加工提質工藝系統(tǒng), 顯著降低煤液化裝置的投資和加工成本, 大大提高其市場競爭能力。若在現(xiàn)有柴

18、油質量較差的煉油廠建設一套煤低間接液化裝置, 也可極大地提升煉油廠生產(chǎn)符合世界燃料規(guī)范類標準要求的柴油以及產(chǎn)品綜合利用的能力。(來自網(wǎng)友zhangfeibin)沁園春雪北國風光， 千里冰封， 萬里雪飄。望長城內外，惟余莽莽；大河上下，頓失滔滔。山舞銀蛇， 原馳蠟象， 欲與天公試比高。須晴日， 看紅裝素裹，分外妖嬈。江山如此多嬌， 引無數(shù)英雄競折腰。惜秦皇漢武，略輸文采；唐宗宋祖，稍遜風騷。一代天驕，成吉思汗，只識彎弓射大雕。俱往矣，數(shù)風流人物， 還看今朝。 克 出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及