國內(nèi)外煤直接液化發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、國內(nèi)外煤直接液化發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向摘要;煤液化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前景可行性研究煤的液化是先進(jìn) 的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。是以煤為原料制取液體烴類為主要產(chǎn) 品的技術(shù)。煤液化可分為煤的直接液化和間接液化兩大類。 煤的直接液化技術(shù)是煤直接催化加氫轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)物的技 術(shù)。我國煤炭液化技術(shù)研究開發(fā)和神華集團(tuán)煤直接液化示范 工程以及美國烴技術(shù)公司的煤炭直接液化工藝技術(shù)。一. 煤炭直接液化的原理煤和石油都是由古代生物在特定的歷史條件下,經(jīng)過漫 長的地質(zhì)化學(xué)演變而成的。煤和石油的本質(zhì)區(qū)別就在于:煤 的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的碳原子和較少的氫原子,與煤相 比,石油的分子結(jié)構(gòu)中氫原子多而碳原子少。通過加氫,改 變煤的分子結(jié)構(gòu),煤就

2、可以液化變成油。早在 1913年,德 國化學(xué)家柏吉烏斯 (Bergius首先研究成功了煤的高壓加氫, 為煤的直接液化奠定了基礎(chǔ)。煤的分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,它的有機(jī)質(zhì)是具有不規(guī)則構(gòu)造的 空間聚合體,其基本結(jié)構(gòu)單元是吼縮合芳香環(huán)為主的帶有側(cè) 鏈或官能團(tuán)的分子結(jié)構(gòu),煤炭直接液化技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化前景 單元之間又有各種橋鍵相連。作為結(jié)構(gòu)單元的縮臺芳香環(huán)的 環(huán)數(shù)有多有少,平均為 23個,有的芳環(huán)上還有氧、氮、 硫等雜原子, 結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵也有不同形態(tài), 有碳碳鍵、 碳氧鍵、碳硫健、氧氧鍵等。從煤的元素組成看,煤的氫碳原子比小于 l ,而石油的氫碳原子比是 1 8左右。所以,要使 煤轉(zhuǎn)化成油,就要對煤加氫。二

3、. 煤炭直接液化的典型工藝煤的直接液化是煤在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο?催化加氫裂化 (熱解、溶劑萃取、非催化液化等 生成液體烴類及少量氣體 烴,脫除煤中氮、氧和硫等雜原子的轉(zhuǎn)化過程。煤炭直接液化生產(chǎn)過程可分為 4個主要單元 (不包括制氫部 分 。煤漿制備單元:將煤破碎 2rnm 以下與溶劑、催化劑一起制 成煤漿;反應(yīng)單元:在反應(yīng)器內(nèi)在高溫 (420470t ; 高壓 (6-30MPa下進(jìn)行加氫反應(yīng) (氫氣用量一般為液化用煤的 6%10% ,生產(chǎn)以液態(tài)烴類為主的液化產(chǎn)物;分離單元:將反應(yīng)生成的液化油、氣體烴與殘?jiān)蛛x開,取 出重油作為循環(huán)溶劑配煤漿用;液化油提質(zhì)加工單元:根據(jù)需要將液化油加工成符合環(huán)保

4、要 求和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的汽油、柴油與航空煤油等成品。煤直接液化新工藝(1德國直接液化新工藝 IGOR+工藝。DMT公司研究 開發(fā)將煤液化粗油的加氫精制,飽和等過程與煤糊相加氫液 化過程結(jié)合成一體的新工藝技術(shù),即煤液化粗油精制聯(lián)合工藝(IGOB+ .此工藝的特點(diǎn); 1固液分離采用減壓蒸餾。 生產(chǎn)能力大, 效率高 2循環(huán)油不含固體,也基本上排除瀝青,溶劑的供 烴能力增強(qiáng),反應(yīng)壓力降至30MPa;3液化殘?jiān)苯铀?去汽化制氫;4把煤的糊相加氫與循環(huán)溶劑加氫和液化油提 質(zhì)加工串聯(lián)在一起套在高壓系統(tǒng)中,避免了分立流程物料降 溫降壓又升溫升壓帶來的能量損失量降低限度;5煤漿固體 濃度大于5%, 煤處理能力大,

5、反應(yīng)器供料空速可達(dá)0. 6% Kg.Lh(daf .經(jīng)過這樣的改進(jìn),油收率增加,產(chǎn) 品質(zhì)量提高,過程氫耗量降低。總的液化廠投資可節(jié)約2 0%左右。能量效率也有較大提高,熱效率超過60%。 (2氫煤發(fā)(H-Coal 氫煤法的開發(fā)始于 1963年,是美國能 源部等資助下有碳?xì)浠衔锕?HRI 研究開發(fā)的煤加氫 液化技術(shù),其工藝的基礎(chǔ)是對重油進(jìn)行催化加氫裂解的氫油 法 (H-Oil 此工藝特點(diǎn) 1氫煤法的最大特點(diǎn)是使用沸騰床三 相反應(yīng)器和鈷 -鉬加氫催化劑, 使反應(yīng)系統(tǒng)具有等溫, 物料分 布均衡,產(chǎn)品質(zhì)量高;反應(yīng)器內(nèi)溫度保持 450-460c 壓力為 20Mpa ; 3該法已完成煤處理量為 200

6、-600t/d的中式運(yùn)行考 驗(yàn),并完成 50000bb/d規(guī)模生產(chǎn)裝置的概念設(shè)計(jì)。后來開發(fā) 了倆個反應(yīng)器串聯(lián)工藝,又演變?yōu)?hii 工藝。Hii 工藝的主要技術(shù)特征有; 1用膠態(tài) Fe 催化劑,降低催 化劑成本 2采用外循環(huán)全反混三相鼓泡床反應(yīng)器, 強(qiáng)化傳熱,床熱提高反應(yīng)器的處理能力 3反應(yīng)條件溫和(3日本 NEDOL 工藝20世紀(jì) 80年代,日本開發(fā)了 NEDOL 煙煤液化工藝,該工 藝世紀(jì)是 EDS 工藝的改進(jìn)型,在液化反應(yīng)器內(nèi)加入鐵催化 劑,反應(yīng)壓力也提高到 17-19MPa ,循環(huán)溶劑是液化重油加 氫溶劑,供氫性能優(yōu)于 EDS 工藝。日本 NEDOL 工藝過程與日本 BCL 工藝類似,

7、 他是由 5個主 要部分組成 1煤漿制備 2加氫液化反應(yīng) 3液固蒸餾分離 4液 化粗油二段加氫 5溶劑催化加氫反應(yīng)。此工藝的特點(diǎn); 1總 體流程與德國工藝相似 2反應(yīng)溫度 455-465c 反應(yīng)壓力 17-19MPa ,空速 36t/m3,h 3催化劑使用合成硫化鐵或天然黃 鐵礦; 4固液分離采用減壓蒸餾的方法 5配煤漿用的循環(huán)溶 劑單獨(dú)加氫提高溶劑的供氫能力,循環(huán)溶劑加氫技術(shù)是引用 美國 eds 工藝的成果, 6液化油含有較多的雜原子。進(jìn)行加 氫精制,必須加氫提高來獲得合格產(chǎn)品; 7 150t/d裝置建在 鹿島煉焦廠旁邊。(4神華集團(tuán)煤直接液化示范工程煤直接液化項(xiàng)目所選廠址位于陜西省榆林地區(qū)

8、和內(nèi)蒙古 伊克昭盟境內(nèi),神府東勝煤田屬世界七大煤田之一,資源賦 存條件好,埋藏淺,煤炭屬低灰、特低硫、特低磷、中高發(fā) 熱量優(yōu)質(zhì)動力煤和化工用煤 .1優(yōu)化的核心技術(shù)是關(guān)鍵神華集團(tuán)與美國 123 公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓許可證協(xié)議為確保第一條生產(chǎn)線的穩(wěn)定可靠,神華集團(tuán)對 123 工藝進(jìn)行了重大修改,最終確定采用此項(xiàng)世界上最先進(jìn) 的煤直接液化工藝。突出特點(diǎn)如下(1在反應(yīng)器設(shè)置外動力循環(huán)方式來實(shí)現(xiàn)液化反應(yīng)器的全 返混運(yùn)轉(zhuǎn)模式,油收率較高。(2使用新一代的高效催化劑,添加量少,成本低。(3全餾分離線加氫,供氫溶劑配制煤漿,實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。神華煤直接液化示范工程是利用世界上煤直接液化新技術(shù) 建設(shè)商業(yè)化工程的首

9、例,該工程建設(shè)本身也是煤直接液化技 術(shù)應(yīng)用和工程再開發(fā)的過程,其成功實(shí)施對中國能源結(jié)構(gòu)的 戰(zhàn)略調(diào)整,對中國煤直接液化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有非常重要的示 范作用。三 煤炭直接液化的經(jīng)濟(jì)性分析煤炭液化技術(shù)已經(jīng)成熟。早在 1927年德國在萊那建立了世界上第一個煤直接液化廠,規(guī)模 10萬 t /a 。 50年代后,中東地區(qū)大量廉價(jià)石油的開發(fā), 使煤直接液化失去了競爭力。 1973年后,由于中東戰(zhàn)爭,西 方世界發(fā)生了一場能源危機(jī),煤液化研究又開始活躍起來, 德國、美國、日本、俄羅斯等國的煤化學(xué)家相繼開發(fā)了煤炭液化新工藝， 陸續(xù)成功地完成了日處理 150-600t 煤的大型工 業(yè)性試驗(yàn)并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)廠的設(shè)計(jì)工作。能夠顯著降低 生產(chǎn)成本的先進(jìn)的煤液化工藝以預(yù)防 未來天然石油資源的大量消耗。開發(fā)了新型催化劑和聯(lián)合工 藝，有的用 1t 煤可以生產(chǎn) 45 桶油，有的操作壓力町以降 到 610MPa，生產(chǎn)成本有所下降。自 1997 年至今，經(jīng)過中 德、中 13、中美政府間的科技合作進(jìn)行了在我國建設(shè)煤炭直 接液化示范廠的可行性研究工作。與發(fā)達(dá)國家相比，我國煤 炭液化油比較便宜。 我國面臨的能源供應(yīng)形勢和能源的特點(diǎn)，決定了煤炭必定成 補(bǔ)充和代替石油的的最主要和最可靠的有機(jī)礦物質(zhì)資源。建 立和發(fā)展煤炭直接液化工業(yè)是保障石油產(chǎn)品長期穩(wěn)定供應(yīng) 的必然選