第8章 液化油提質(zhì)加工

1、12022-4-18122022-4-182 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì) 液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué)液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué) 液化粗油的提質(zhì)加工工藝液化粗油的提質(zhì)加工工藝32022-4-183煤直接液化第一節(jié)第一節(jié) 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品及其提質(zhì)加工煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品及其提質(zhì)加工u由于煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品保留了原料煤的一些特性，如芳由于煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品保留了原料煤的一些特性，如芳烴和雜原子含量高，色相和儲(chǔ)存穩(wěn)定性差等，不能直接使烴和雜原子含量高，色相和儲(chǔ)存穩(wěn)定性差等，不能直接使用，與石油原油一樣，必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提質(zhì)加工，才能獲用，與石油原油一樣，必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步提質(zhì)加工，才能獲得像石

2、油制品那樣的不同級(jí)別液體燃料。得像石油制品那樣的不同級(jí)別液體燃料。由于不同煤種的反應(yīng)性差別甚大，即使在同一操作條由于不同煤種的反應(yīng)性差別甚大，即使在同一操作條件下使用同一方法，由褐煤得到的液體產(chǎn)物的性質(zhì)與件下使用同一方法，由褐煤得到的液體產(chǎn)物的性質(zhì)與來(lái)自高揮發(fā)煙煤的產(chǎn)物肯定不同。來(lái)自高揮發(fā)煙煤的產(chǎn)物肯定不同。對(duì)同一種原料煤由于采用不同的加氫液化方法，也會(huì)對(duì)同一種原料煤由于采用不同的加氫液化方法，也會(huì)使液體產(chǎn)物發(fā)生大幅度的變化，再加上液體產(chǎn)物在儲(chǔ)使液體產(chǎn)物發(fā)生大幅度的變化，再加上液體產(chǎn)物在儲(chǔ)存過(guò)程中也會(huì)發(fā)生變化，這就使煤液體產(chǎn)物的性質(zhì)更存過(guò)程中也會(huì)發(fā)生變化，這就使煤液體產(chǎn)物的性質(zhì)更加不同。加不同

3、。42022-4-184煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物和煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物和6 6號(hào)燃料油的性質(zhì)比較號(hào)燃料油的性質(zhì)比較 % %（質(zhì)量）（質(zhì)量）52022-4-185煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)項(xiàng)目SRCH-CoalSynthoil6號(hào)燃料油C87.989.087.686.4H5.77.98.011.2O3.52.12.10.3N1.70.770.970.41S0.570.420.431.96灰分0.010.020.68-u煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物和煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物和6 6號(hào)燃料油的性質(zhì)比較號(hào)燃料油的性質(zhì)比較

4、 由煤制得的初級(jí)液體通常含有較多的碳，氫含量則大大低于石油由煤制得的初級(jí)液體通常含有較多的碳，氫含量則大大低于石油原料。原料。 煤液化初級(jí)產(chǎn)物中雜原子氧和氮含量比石油餾分高，而煤液化初級(jí)產(chǎn)物中雜原子氧和氮含量比石油餾分高，而H-coalH-coal和和SynthoilSynthoil中雜原子低于中雜原子低于SRCSRC法。法。 煤液化初級(jí)產(chǎn)物中的硫含量比石油原料油低。煤液化初級(jí)產(chǎn)物中的硫含量比石油原料油低。 煤液化初級(jí)產(chǎn)物中氮含量較高，為典型石油液體的煤液化初級(jí)產(chǎn)物中氮含量較高，為典型石油液體的2 2倍，且氮化合倍，且氮化合物幾乎全部呈堿性。物幾乎全部呈堿性。 煤液化油中含有比石油中多得多的瀝

5、青烯。瀝青烯含量與煤液化煤液化油中含有比石油中多得多的瀝青烯。瀝青烯含量與煤液化工藝密切相關(guān)，工藝密切相關(guān)，SRCSRC法液體中瀝青烯和前瀝青烯幾乎是法液體中瀝青烯和前瀝青烯幾乎是SynthoilSynthoil法法的的4 4倍。倍。62022-4-186煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)u煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物中存在的瀝青烯對(duì)其化學(xué)性質(zhì)和物理煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物中存在的瀝青烯對(duì)其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的影響性質(zhì)的影響 隨著瀝青烯含量的提高，隨著瀝青烯含量的提高，C/HC/H原子比和芳烴度都有所增加，密度和原子比和芳烴度都有所增加，密度和黏度也增加。黏度也增加。 SRCS

6、RC中瀝青烯含量特別高，瀝青烯中的硫化物較難脫除。中瀝青烯含量特別高，瀝青烯中的硫化物較難脫除。 從煤液體進(jìn)一步加工提質(zhì)的從煤液體進(jìn)一步加工提質(zhì)的輸送和處理過(guò)程來(lái)看，必須考慮的是輸送和處理過(guò)程來(lái)看，必須考慮的是高瀝青烯含量導(dǎo)致黏度增加，從而導(dǎo)致一系列工程問(wèn)題，給進(jìn)一高瀝青烯含量導(dǎo)致黏度增加，從而導(dǎo)致一系列工程問(wèn)題，給進(jìn)一步提質(zhì)加工造成嚴(yán)重困難。步提質(zhì)加工造成嚴(yán)重困難。作業(yè)：論述降低煤直接液化產(chǎn)物中瀝青烯含量的措施。作業(yè)：論述降低煤直接液化產(chǎn)物中瀝青烯含量的措施。72022-4-187煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)u 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物的一些

7、共同特性：的一些共同特性：1 1）煤液化粗油中雜原子含量特別高。）煤液化粗油中雜原子含量特別高。 硫含量范圍從硫含量范圍從0.05%0.05%到高達(dá)到高達(dá)2.5%2.5%，大多在，大多在0.3%-0.7%0.3%-0.7%，低于石油的平均硫含量，低于石油的平均硫含量，且比較均勻地分布于整個(gè)液化油餾分中，但在高沸點(diǎn)餾分中含量有增加的傾且比較均勻地分布于整個(gè)液化油餾分中，但在高沸點(diǎn)餾分中含量有增加的傾向。向。 氮含量范圍為氮含量范圍為0.2-2.0%0.2-2.0%，典型值在，典型值在0.9-1.1%0.9-1.1%范圍，遠(yuǎn)高于石油的平均氮含量范圍，遠(yuǎn)高于石油的平均氮含量。 液化油中的氧含量范圍可

8、從液化油中的氧含量范圍可從1.5%1.5%到到7%7%以上，其值取決于液化煤種和工藝方法，以上，其值取決于液化煤種和工藝方法，大多在大多在4%-5%4%-5%，氧對(duì)液化粗油提質(zhì)加工不會(huì)像硫、尤其不像氮元素那樣造成，氧對(duì)液化粗油提質(zhì)加工不會(huì)像硫、尤其不像氮元素那樣造成許多問(wèn)題，但會(huì)增加加氫操作中的氫消耗量，導(dǎo)致成本增加。許多問(wèn)題，但會(huì)增加加氫操作中的氫消耗量，導(dǎo)致成本增加。 在近期開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)加氫聯(lián)合液化工藝中，由于初級(jí)液化油經(jīng)歷了一次加氫精在近期開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)加氫聯(lián)合液化工藝中，由于初級(jí)液化油經(jīng)歷了一次加氫精制，所以液化工藝的液化油中的雜原子含量大大降低，如德國(guó)的制，所以液化工藝的液化油中的雜原子含

9、量大大降低，如德國(guó)的IGORIGOR工藝用工藝用于液化云南先鋒褐煤，液化油中氮和硫的含量分別為于液化云南先鋒褐煤，液化油中氮和硫的含量分別為2mg/kg2mg/kg和和7mg/kg7mg/kg，氧含，氧含量也低于量也低于0.1%0.1%。82022-4-188煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)u煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物的一些共同特性：的一些共同特性：2 2）煤液化粗油中的灰分。）煤液化粗油中的灰分。 煤液化粗油中的灰含量主要取決于液化產(chǎn)物的分離方法，采用過(guò)濾、煤液化粗油中的灰含量主要取決于液化產(chǎn)物的分離方法，采用過(guò)濾、旋流和溶劑萃取沉降等分離方法獲得

10、的液化粗油都含灰，有些灰含旋流和溶劑萃取沉降等分離方法獲得的液化粗油都含灰，有些灰含量高達(dá)量高達(dá)3%3%以上，高于石油重油。以上，高于石油重油。 煤液化粗油中的灰的組成遠(yuǎn)比石油重油復(fù)雜，石油重油中灰分主要煤液化粗油中的灰的組成遠(yuǎn)比石油重油復(fù)雜，石油重油中灰分主要是鐵、鎳和釩，而煤液化油中灰所含元素的范圍要寬的多，尤其是是鐵、鎳和釩，而煤液化油中灰所含元素的范圍要寬的多，尤其是富含鐵、鈦、硅和鋁，其中有些元素是由催化劑帶入的，這些灰易富含鐵、鈦、硅和鋁，其中有些元素是由催化劑帶入的，這些灰易導(dǎo)致提質(zhì)加工過(guò)程的催化劑中毒、失活。導(dǎo)致提質(zhì)加工過(guò)程的催化劑中毒、失活。 采用減壓蒸餾進(jìn)行固液分離獲得的液

11、化粗油一般不含灰。采用減壓蒸餾進(jìn)行固液分離獲得的液化粗油一般不含灰。92022-4-189煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)u煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物煤直接液化初級(jí)產(chǎn)物的一些共同特性：的一些共同特性：3 3）煤液化粗油的組分與石油餾分顯著不同，瀝青烯含量高。）煤液化粗油的組分與石油餾分顯著不同，瀝青烯含量高。 煤液化粗油的族組分在中、重餾分中以芳烴為主，一般約煤液化粗油的族組分在中、重餾分中以芳烴為主，一般約50%-70%50%-70%，含有較多的氫化芳烴；含有較多的氫化芳烴； 飽和烷烴組分中以環(huán)烷烴為主，尤其是在輕質(zhì)餾分中環(huán)烷烴占飽和烷烴組分中以環(huán)烷烴為主，尤其是在

12、輕質(zhì)餾分中環(huán)烷烴占50%50%以以上。上。 所以當(dāng)前的煤炭直接液化工藝都從催化劑、溶劑和工藝參數(shù)與工藝組合等方所以當(dāng)前的煤炭直接液化工藝都從催化劑、溶劑和工藝參數(shù)與工藝組合等方面采取措施，盡量降低粗化液中的瀝青烯含量。面采取措施，盡量降低粗化液中的瀝青烯含量。 降低瀝青烯含量最主要的措施是降低液化油餾程終餾點(diǎn)和在線(xiàn)加氫。降低瀝青烯含量最主要的措施是降低液化油餾程終餾點(diǎn)和在線(xiàn)加氫。 如德國(guó)的如德國(guó)的IGORIGOR工藝液化油餾程終點(diǎn)溫度從傳統(tǒng)的工藝液化油餾程終點(diǎn)溫度從傳統(tǒng)的520520降到降到331331 。 中國(guó)神華工藝的液化油餾程終點(diǎn)溫度從傳統(tǒng)中國(guó)神華工藝的液化油餾程終點(diǎn)溫度從傳統(tǒng)H-coa

13、lH-coal工藝的工藝的520520降到降到350350。102022-4-1810煤直接液化8.1 煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)煤直接液化初級(jí)產(chǎn)品的性質(zhì)u研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容： 加氫脫除雜原子加氫脫除雜原子 加氫裂解加氫裂解 重整重整 催化裂化催化裂化 脫烷基化脫烷基化 脫瀝青脫瀝青 蒸汽裂解蒸汽裂解 112022-4-1811煤直接液化8.2 煤直接液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué)煤直接液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué)u目標(biāo)產(chǎn)物目標(biāo)產(chǎn)物： 原油原油 汽油汽油 柴油柴油 噴氣燃料噴氣燃料 燃?xì)馔钙饺剂先細(xì)馔钙饺剂?化工產(chǎn)品化工產(chǎn)品 8.2.1 8.2.1 脫雜原子脫雜原子 1 1）脫氮）脫氮 2 2）脫硫）脫硫 3

14、3）脫氧）脫氧8.2.2 8.2.2 烴類(lèi)的加氫反應(yīng)烴類(lèi)的加氫反應(yīng) 1 1）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng) 2 2）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng)）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng) 3 3）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)122022-4-1812煤直接液化8.2 煤直接液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué)煤直接液化粗油的提質(zhì)加工化學(xué) 傳統(tǒng)的液化粗油中含有較多的氧、硫和氮等雜原子，尤其是硫和氮傳統(tǒng)的液化粗油中含有較多的氧、硫和氮等雜原子，尤其是硫和氮嚴(yán)重影響燃料油品的使用性能，且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響燃料油品的使用性能，且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生SOxSOx和和NOxNOx等大氣污等大氣污染物，是當(dāng)前清潔燃料行動(dòng)中特別關(guān)注的問(wèn)題

15、。染物，是當(dāng)前清潔燃料行動(dòng)中特別關(guān)注的問(wèn)題。n 脫氮的目的：氮化物是餾分油加氫反應(yīng)尤其是裂化、異構(gòu)化和氫解脫氮的目的：氮化物是餾分油加氫反應(yīng)尤其是裂化、異構(gòu)化和氫解反應(yīng)的強(qiáng)阻滯劑；油品的使用性能，特別是油的安定性與油品的加反應(yīng)的強(qiáng)阻滯劑；油品的使用性能，特別是油的安定性與油品的加氫脫氮深度和氮含量密切相關(guān)。氫脫氮深度和氮含量密切相關(guān)。n 脫硫的目的：隨著更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的出現(xiàn)，對(duì)油品的餾含硫含量脫硫的目的：隨著更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的出現(xiàn)，對(duì)油品的餾含硫含量提出了更苛刻的要求，因而對(duì)加氫脫硫更加關(guān)注。提出了更苛刻的要求，因而對(duì)加氫脫硫更加關(guān)注。 ( (歐洲汽柴油的硫含量的限值：歐洲汽柴油的硫含量的限

16、值：20002000年為年為0.035%0.035%；20052005年為年為0.005%0.005%）132022-4-1813煤直接液化8.2.1 脫雜原子脫雜原子u 氮可能存在的形式：咔唑、喹啉、苯并喹啉、丫啶和苯并丫啶等。氮可能存在的形式：咔唑、喹啉、苯并喹啉、丫啶和苯并丫啶等。u 液化粗油中的氮含量也是隨餾分沸點(diǎn)升高而增加，在較輕的餾分中，液化粗油中的氮含量也是隨餾分沸點(diǎn)升高而增加，在較輕的餾分中，單環(huán)、雙環(huán)雜環(huán)氮化物占主導(dǎo)地位，而稠環(huán)含氮化合物則濃縮在較重單環(huán)、雙環(huán)雜環(huán)氮化物占主導(dǎo)地位，而稠環(huán)含氮化合物則濃縮在較重的餾分中。的餾分中。u 氮化合物又分為堿性化合物和非堿性化合物兩類(lèi)，

17、一般五元氮雜環(huán)的氮化合物又分為堿性化合物和非堿性化合物兩類(lèi)，一般五元氮雜環(huán)的化合物為非堿性化合物，其余為堿性化合物?；衔餅榉菈A性化合物，其余為堿性化合物。 u 脫氮反應(yīng)是所有脫雜原子反應(yīng)中最難的，雜環(huán)氮化合物在脫氮反應(yīng)是所有脫雜原子反應(yīng)中最難的，雜環(huán)氮化合物在C-NC-N鍵氫解之鍵氫解之前，必須進(jìn)行雜環(huán)的加氫飽和。前，必須進(jìn)行雜環(huán)的加氫飽和。u 對(duì)于多環(huán)雜環(huán)氮化物的進(jìn)一步研究顯示，雜環(huán)氮化物的加氫活性順序?qū)τ诙喹h(huán)雜環(huán)氮化物的進(jìn)一步研究顯示，雜環(huán)氮化物的加氫活性順序?yàn)椋喝h(huán)為：三環(huán)雙環(huán)雙環(huán)單環(huán)單環(huán)u 苯環(huán)的存在可提高氮雜環(huán)的加氫活性，且在雜環(huán)氮化物中雜環(huán)的加氫苯環(huán)的存在可提高氮雜環(huán)的加氫活性，

18、且在雜環(huán)氮化物中雜環(huán)的加氫活性比芳烴高的多。活性比芳烴高的多。142022-4-1814煤直接液化1）脫氮）脫氮152022-4-1815煤直接液化1）脫氮）脫氮162022-4-1816煤直接液化1）脫氮）脫氮172022-4-1817煤直接液化2）脫硫）脫硫u 硫可能存在的形式：硫醇類(lèi)硫可能存在的形式：硫醇類(lèi)RSHRSH、二硫化物、二硫化物RSSRRSSR、硫醚類(lèi)、硫醚類(lèi)RSRRSR和雜環(huán)含硫和雜環(huán)含硫化合物（噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩和萘苯并噻吩及其衍生物）?；衔铮ㄠ绶浴⒈讲⑧绶?、二苯并噻吩和萘苯并噻吩及其衍生物）。u 一般煤液化粗油中的硫化合物含量低于石油餾分，硫醇通常富集于低沸一般

19、煤液化粗油中的硫化合物含量低于石油餾分，硫醇通常富集于低沸點(diǎn)餾分中，隨沸點(diǎn)上升，硫醇含量顯著下降；點(diǎn)餾分中，隨沸點(diǎn)上升，硫醇含量顯著下降；u 雜環(huán)硫化物普遍存在于各餾分中，隨沸點(diǎn)增加，多苯并噻吩和芳烴縮合雜環(huán)硫化物普遍存在于各餾分中，隨沸點(diǎn)增加，多苯并噻吩和芳烴縮合噻吩及其衍生物含量增加。噻吩及其衍生物含量增加。u 各種有機(jī)含硫化合物在加氫脫硫中的反應(yīng)活性與分子大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)，各種有機(jī)含硫化合物在加氫脫硫中的反應(yīng)活性與分子大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)分子大小相同時(shí)，一般按如下順序遞減：硫醇當(dāng)分子大小相同時(shí)，一般按如下順序遞減：硫醇二硫化物二硫化物硫醚硫醚噻噻吩類(lèi)吩類(lèi)u 同類(lèi)硫化物中，分子量較大，分子結(jié)構(gòu)

20、較復(fù)雜的，反應(yīng)活性一般較低。同類(lèi)硫化物中，分子量較大，分子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的，反應(yīng)活性一般較低。182022-4-1818煤直接液化2）脫硫）脫硫u二苯并噻吩的加氫脫硫活性影響因素有：二苯并噻吩的加氫脫硫活性影響因素有：溶劑與硫化物對(duì)加氫脫硫活性位的競(jìng)爭(zhēng)吸附，溶劑的吸附能力越溶劑與硫化物對(duì)加氫脫硫活性位的競(jìng)爭(zhēng)吸附，溶劑的吸附能力越強(qiáng)，對(duì)加氫脫硫反應(yīng)的阻滯作用越大，溶劑的競(jìng)爭(zhēng)吸附順序?yàn)椋簭?qiáng)，對(duì)加氫脫硫反應(yīng)的阻滯作用越大，溶劑的競(jìng)爭(zhēng)吸附順序?yàn)椋憾妆蕉妆?十氫萘十氫萘 四氫萘四氫萘若溶劑比硫化物更易氣化，則由于溶劑氣化使液相中硫化物濃度若溶劑比硫化物更易氣化，則由于溶劑氣化使液相中硫化物濃度的提高導(dǎo)致

21、加氫脫硫反應(yīng)速率增加，如二甲苯和正十六烷溶劑，的提高導(dǎo)致加氫脫硫反應(yīng)速率增加，如二甲苯和正十六烷溶劑，雖然二甲苯的吸附能力強(qiáng)，但它容易揮發(fā)，結(jié)果是二甲苯對(duì)二苯雖然二甲苯的吸附能力強(qiáng)，但它容易揮發(fā)，結(jié)果是二甲苯對(duì)二苯噻吩的加氫脫硫反應(yīng)的阻滯效應(yīng)小于正十六烷；噻吩的加氫脫硫反應(yīng)的阻滯效應(yīng)小于正十六烷；氫在溶劑中的溶解度也有影響，因?yàn)椴煌娜芙舛葧?huì)導(dǎo)致催化劑氫在溶劑中的溶解度也有影響，因?yàn)椴煌娜芙舛葧?huì)導(dǎo)致催化劑表面有效濃度改變而表現(xiàn)出不同的活性。表面有效濃度改變而表現(xiàn)出不同的活性。192022-4-1819煤直接液化2）脫硫）脫硫202022-4-1820煤直接液化2）脫硫）脫硫212022-4-

22、1821煤直接液化3）脫氧）脫氧u液化粗油中氧化物含量遠(yuǎn)高于石油餾分，石油餾分中的有機(jī)氧化物以液化粗油中氧化物含量遠(yuǎn)高于石油餾分，石油餾分中的有機(jī)氧化物以羧酸和酚類(lèi)為主，液化粗油中含氧化物主要是酚類(lèi)和呋喃類(lèi)。羧酸和酚類(lèi)為主，液化粗油中含氧化物主要是酚類(lèi)和呋喃類(lèi)。u不同類(lèi)型的氧化物加氫脫氧的活性變化很大，一般認(rèn)為，醚類(lèi)的加氫不同類(lèi)型的氧化物加氫脫氧的活性變化很大，一般認(rèn)為，醚類(lèi)的加氫脫氧相對(duì)容易，呋喃類(lèi)最難，酚類(lèi)介于二者之間，而醇和酮?jiǎng)t是最易脫氧相對(duì)容易，呋喃類(lèi)最難，酚類(lèi)介于二者之間，而醇和酮?jiǎng)t是最易轉(zhuǎn)化的。轉(zhuǎn)化的。222022-4-1822煤直接液化3）脫氧）脫氧232022-4-1823煤直

23、接液化3）脫氧）脫氧 1 1）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng) 2 2）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng)）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng) 3 3）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)242022-4-1824煤直接液化8.2.2 烴類(lèi)的加氫反應(yīng)烴類(lèi)的加氫反應(yīng)u 煤液化粗油中的不飽和烴以芳烴為主，烯烴含量相對(duì)較煤液化粗油中的不飽和烴以芳烴為主，烯烴含量相對(duì)較低，且烯烴加氫反應(yīng)很快。低，且烯烴加氫反應(yīng)很快。u 現(xiàn)代分析手段表面，煤液化粗油中的芳烴主要有四類(lèi)：現(xiàn)代分析手段表面，煤液化粗油中的芳烴主要有四類(lèi)： 單環(huán)芳烴，包括苯和烷基苯、苯基（或苯并）環(huán)烷烴；單環(huán)芳烴，包括苯和烷基苯、苯基（或苯并）環(huán)烷烴； 雙環(huán)芳烴

24、，包括萘和烷基萘、聯(lián)苯和萘苯并環(huán)烷烴；雙環(huán)芳烴，包括萘和烷基萘、聯(lián)苯和萘苯并環(huán)烷烴； 三環(huán)芳烴，如蒽、菲及其烷基化物；三環(huán)芳烴，如蒽、菲及其烷基化物； 多環(huán)化合物多環(huán)化合物252022-4-1825煤直接液化1）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)u 芳烴加氫的目的是生產(chǎn)芳烴含量滿(mǎn)足產(chǎn)品規(guī)格要求的汽油、柴油，芳烴加氫的目的是生產(chǎn)芳烴含量滿(mǎn)足產(chǎn)品規(guī)格要求的汽油、柴油，特別是新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油品中的芳烴含量由更加嚴(yán)格的要求。特別是新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油品中的芳烴含量由更加嚴(yán)格的要求。u 芳烴特別是多環(huán)芳烴在催化劑表面的吸附較強(qiáng)，易進(jìn)一步縮聚，最芳烴特別是多環(huán)芳烴在催化劑表面的吸附較強(qiáng)，易進(jìn)一步縮

25、聚，最終形成焦炭，導(dǎo)致催化劑失活，因此芳烴飽和加氫反應(yīng)對(duì)延長(zhǎng)加氫終形成焦炭，導(dǎo)致催化劑失活，因此芳烴飽和加氫反應(yīng)對(duì)延長(zhǎng)加氫裝置的操作周期也是十分重要的。裝置的操作周期也是十分重要的。u 多環(huán)芳烴中，最容易加氫的環(huán)是芳香性最低的環(huán)，第一加氫活性順多環(huán)芳烴中，最容易加氫的環(huán)是芳香性最低的環(huán)，第一加氫活性順序?yàn)椋狠煨驗(yàn)椋狠燧凛练品票奖絬 同是三環(huán)的蒽和菲的加氫活性差別可能是由于菲電子密度較低，其同是三環(huán)的蒽和菲的加氫活性差別可能是由于菲電子密度較低，其吸附強(qiáng)度較弱所致。吸附強(qiáng)度較弱所致。262022-4-1826煤直接液化1）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)）不飽和烴的加氫飽和反應(yīng) 從化學(xué)角度看，加氫裂化反應(yīng)

26、是催化裂化反應(yīng)疊加加氫裂化反從化學(xué)角度看，加氫裂化反應(yīng)是催化裂化反應(yīng)疊加加氫裂化反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理是正碳離子機(jī)理。應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理是正碳離子機(jī)理。 烴類(lèi)最初在酸性位上被催化異構(gòu)化和裂化的反應(yīng)規(guī)律與催化裂烴類(lèi)最初在酸性位上被催化異構(gòu)化和裂化的反應(yīng)規(guī)律與催化裂化反應(yīng)是一致的，所不同的是由于大量氫和催化劑中加氫組分的存化反應(yīng)是一致的，所不同的是由于大量氫和催化劑中加氫組分的存在而生成加氫產(chǎn)物（如二次裂化和生焦反應(yīng)）的進(jìn)行，這正是導(dǎo)致在而生成加氫產(chǎn)物（如二次裂化和生焦反應(yīng)）的進(jìn)行，這正是導(dǎo)致加氫裂化與催化裂化兩種工藝過(guò)程在設(shè)備、操作條件、產(chǎn)品分布和加氫裂化與催化裂化兩種工藝過(guò)程在設(shè)備、操作條件、產(chǎn)品分布和

27、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面不同的原因所在。產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面不同的原因所在。烷烴的加氫裂化反應(yīng)烷烴的加氫裂化反應(yīng)環(huán)烷烴的加氫裂化反應(yīng)環(huán)烷烴的加氫裂化反應(yīng)芳烴的加氫裂化反應(yīng)芳烴的加氫裂化反應(yīng)272022-4-1827煤直接液化2）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng)）烴類(lèi)的加氫裂化反應(yīng)烷烴的加氫裂化，其產(chǎn)品的典型特征有：烷烴的加氫裂化，其產(chǎn)品的典型特征有：a)a) 在低、中等原料轉(zhuǎn)化率情況下，原料異構(gòu)物的選擇性在低、中等原料轉(zhuǎn)化率情況下，原料異構(gòu)物的選擇性高；高；b)b) 原料異構(gòu)物的純一次裂化在碳數(shù)上對(duì)稱(chēng)分布；原料異構(gòu)物的純一次裂化在碳數(shù)上對(duì)稱(chēng)分布；c)c) 不生成甲烷，乙烷、丙烷的生成量也相對(duì)較少。不生成甲烷，乙烷、

28、丙烷的生成量也相對(duì)較少。282022-4-1828煤直接液化烷烴的加氫裂化反應(yīng)烷烴的加氫裂化反應(yīng) 環(huán)烷烴在加氫裂化催化劑上的反應(yīng)主要是脫烷基，環(huán)烷烴在加氫裂化催化劑上的反應(yīng)主要是脫烷基，六元環(huán)的異構(gòu)和開(kāi)環(huán)反應(yīng)，由于環(huán)烷烴正碳離子比烷烴六元環(huán)的異構(gòu)和開(kāi)環(huán)反應(yīng)，由于環(huán)烷烴正碳離子比烷烴正碳離子裂化困難得多，只有在苛刻條件下環(huán)烷正碳離正碳離子裂化困難得多，只有在苛刻條件下環(huán)烷正碳離子才能發(fā)生子才能發(fā)生斷裂。斷裂。292022-4-1829煤直接液化環(huán)烷烴的加氫裂化反應(yīng)環(huán)烷烴的加氫裂化反應(yīng)u由于苯環(huán)是穩(wěn)定的，不能直接開(kāi)環(huán)，因而芳烴在開(kāi)環(huán)前由于苯環(huán)是穩(wěn)定的，不能直接開(kāi)環(huán)，因而芳烴在開(kāi)環(huán)前必須先經(jīng)歷芳烴加

29、氫飽和反應(yīng)，經(jīng)環(huán)烷烴的途徑開(kāi)環(huán)。必須先經(jīng)歷芳烴加氫飽和反應(yīng)，經(jīng)環(huán)烷烴的途徑開(kāi)環(huán)。u烷基苯加氫裂化反應(yīng)主要有異構(gòu)化、脫烷基、烷基轉(zhuǎn)移烷基苯加氫裂化反應(yīng)主要有異構(gòu)化、脫烷基、烷基轉(zhuǎn)移和環(huán)化反應(yīng)，造成產(chǎn)品的多樣性。和環(huán)化反應(yīng)，造成產(chǎn)品的多樣性。u烷基苯側(cè)鏈的裂化既可以是脫烷基，也可以是側(cè)鏈中的烷基苯側(cè)鏈的裂化既可以是脫烷基，也可以是側(cè)鏈中的C-CC-C鍵斷裂。鍵斷裂。302022-4-1830煤直接液化芳烴的加氫裂化反應(yīng)芳烴的加氫裂化反應(yīng)312022-4-1831煤直接液化芳烴的加氫裂化反應(yīng)芳烴的加氫裂化反應(yīng)u多環(huán)芳烴的加氫裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，包括逐環(huán)加氫，開(kāi)多環(huán)芳烴的加氫裂化反應(yīng)非常復(fù)雜，包括逐環(huán)加

30、氫，開(kāi)環(huán)和脫烷基等一些列平行和順序反應(yīng)。環(huán)和脫烷基等一些列平行和順序反應(yīng)。322022-4-1832煤直接液化3）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng) 由于異構(gòu)烴可明顯改善汽油的辛烷值和柴油、潤(rùn)滑油由于異構(gòu)烴可明顯改善汽油的辛烷值和柴油、潤(rùn)滑油的低溫穩(wěn)定性，所以異構(gòu)化反應(yīng)對(duì)煤液化餾分的加工十分的低溫穩(wěn)定性，所以異構(gòu)化反應(yīng)對(duì)煤液化餾分的加工十分重要，它直接影響煤液化燃料的最終產(chǎn)品質(zhì)量。重要，它直接影響煤液化燃料的最終產(chǎn)品質(zhì)量。 原料中碳鏈長(zhǎng)度對(duì)異構(gòu)化速率也有影響，碳鏈越長(zhǎng)，原料中碳鏈長(zhǎng)度對(duì)異構(gòu)化速率也有影響，碳鏈越長(zhǎng)，生成質(zhì)子化環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的數(shù)目越多，異構(gòu)化活性液越高。生成質(zhì)子化環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的數(shù)目越多

31、，異構(gòu)化活性液越高。332022-4-1833煤直接液化3）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)）烴類(lèi)的異構(gòu)化反應(yīng)8.3.1 8.3.1 實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝8.3.2 8.3.2 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝342022-4-1834煤直接液化8.3 液化粗油的提質(zhì)加工工藝液化粗油的提質(zhì)加工工藝352022-4-1835煤直接液化8.3.1 實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝 下圖為由兩個(gè)容積為下圖為由兩個(gè)容積為25mL25mL反應(yīng)管串聯(lián)的滴流床連續(xù)反應(yīng)反應(yīng)管串聯(lián)的滴流床連續(xù)反應(yīng)器構(gòu)成的煤液化粗油提質(zhì)加工流程示意圖。器構(gòu)成的煤液化

32、粗油提質(zhì)加工流程示意圖。 362022-4-1836煤直接液化8.3.1 實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可獲得以下結(jié)果：從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可獲得以下結(jié)果：兩段加氫精制工藝適合于煤液化中油餾分的加氫脫氮。兩段加氫精制工藝適合于煤液化中油餾分的加氫脫氮。隨著反應(yīng)壓力的增加，脫氮率、隨著反應(yīng)壓力的增加，脫氮率、H/CH/C原子比增加，芳香原子比增加，芳香度下降。度下降。隨著反應(yīng)溫度的增加，脫氮率增加，隨著反應(yīng)溫度的增加，脫氮率增加，H/CH/C原子比亦增加，原子比亦增加，芳香度也下降。芳香度也下降。反應(yīng)條件影響產(chǎn)物族組成，雙環(huán)芳烴較單環(huán)芳烴易加反應(yīng)條件影響產(chǎn)物族組成，雙環(huán)

33、芳烴較單環(huán)芳烴易加氫。氫。 372022-4-1837煤直接液化8.3.1 實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝實(shí)驗(yàn)室的液化粗油提質(zhì)加工工藝 在上述研究的基礎(chǔ)上，中國(guó)煤炭科學(xué)研究總院北京煤在上述研究的基礎(chǔ)上，中國(guó)煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工分院開(kāi)發(fā)了適合煤液化粗油的提質(zhì)加工工藝：化工分院開(kāi)發(fā)了適合煤液化粗油的提質(zhì)加工工藝：針對(duì)液化粗油氮含量高，在進(jìn)行加氫精制前，用低氮針對(duì)液化粗油氮含量高，在進(jìn)行加氫精制前，用低氮的加氫裂化產(chǎn)物進(jìn)行混合，降低原料氮含量；的加氫裂化產(chǎn)物進(jìn)行混合，降低原料氮含量；為防止反應(yīng)器結(jié)焦和中毒，采用了預(yù)加氫反應(yīng)器，并為防止反應(yīng)器結(jié)焦和中毒，采用了預(yù)加氫反應(yīng)器，并在精制催化劑中添加脫鐵

34、催化劑，同時(shí)控制反應(yīng)器進(jìn)在精制催化劑中添加脫鐵催化劑，同時(shí)控制反應(yīng)器進(jìn)口溫度在口溫度在180180，避開(kāi)結(jié)焦溫度區(qū)，對(duì)易結(jié)焦物進(jìn)行預(yù)，避開(kāi)結(jié)焦溫度區(qū)，對(duì)易結(jié)焦物進(jìn)行預(yù)加氫和脫鐵；加氫和脫鐵；針對(duì)液化精制油柴油餾分十六辛烷值低的不足，對(duì)柴針對(duì)液化精制油柴油餾分十六辛烷值低的不足，對(duì)柴油以上餾分進(jìn)行加氫裂化，既增加了柴油產(chǎn)量，又提油以上餾分進(jìn)行加氫裂化，既增加了柴油產(chǎn)量，又提高了辛烷值。高了辛烷值。 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝流程由四部分組成：日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝流程由四部分組成：液化粗油全餾分一次加氫；液化粗油全餾分一次加氫；一次加氫產(chǎn)物中的煤、柴油餾分的二次加氫；一次加氫產(chǎn)物中的煤、柴油

35、餾分的二次加氫；一次加氫產(chǎn)物中石腦油餾分的二次加氫；一次加氫產(chǎn)物中石腦油餾分的二次加氫；二次加氫石腦油餾分的催化重整。二次加氫石腦油餾分的催化重整。382022-4-1838煤直接液化8.3.2 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝液化粗油全餾分一次加氫液化粗油全餾分一次加氫 在一次加氫過(guò)程中，是將全餾分液化粗油與氫氣在一次加氫過(guò)程中，是將全餾分液化粗油與氫氣混合在加熱爐預(yù)熱后進(jìn)入固定床一次加氫反應(yīng)器，用混合在加熱爐預(yù)熱后進(jìn)入固定床一次加氫反應(yīng)器，用Ni/WNi/W系催化劑作為加氫催化劑，加氫后的液化粗油經(jīng)系催化劑作為加氫催化劑，加氫后的液化粗油經(jīng)分離塔分為石腦油餾分和煤、柴油

36、餾分。分離塔分為石腦油餾分和煤、柴油餾分。 一次加氫的目的是降低液化油中的氮含量，即控一次加氫的目的是降低液化油中的氮含量，即控制精制產(chǎn)品的氮含量。制精制產(chǎn)品的氮含量。392022-4-1839煤直接液化8.3.2 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝 煤、柴油餾分的二次加氫的過(guò)程與一次煤、柴油餾分的二次加氫的過(guò)程與一次加氫基本相同，目的是為了提高柴油的加氫基本相同，目的是為了提高柴油的十六烷值，使油的質(zhì)量達(dá)到設(shè)定要求。十六烷值，使油的質(zhì)量達(dá)到設(shè)定要求。 石腦油餾分的二次加氫目的是進(jìn)一步降石腦油餾分的二次加氫目的是進(jìn)一步降低一次加氫的石腦油產(chǎn)物中的氮、硫含低一次加氫的石腦油產(chǎn)物

37、中的氮、硫含量，以防止催化重整催化劑中毒。量，以防止催化重整催化劑中毒。402022-4-1840煤直接液化8.3.2 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝u煤直接加氫液化是在臨氫、高壓和較高溫度下操作，煤直接加氫液化是在臨氫、高壓和較高溫度下操作，所以對(duì)工藝過(guò)程所用的設(shè)備必須具有耐壓和耐氫腐蝕所以對(duì)工藝過(guò)程所用的設(shè)備必須具有耐壓和耐氫腐蝕等性能。等性能。u液化過(guò)程中的物料流含有煤、催化劑等固體顆粒，這液化過(guò)程中的物料流含有煤、催化劑等固體顆粒，這些固體顆粒會(huì)在設(shè)備和管路中形成沉積、磨損和沖刷些固體顆粒會(huì)在設(shè)備和管路中形成沉積、磨損和沖刷等，造成密封更加困難，這都給煤液化設(shè)備賦

38、予特殊等，造成密封更加困難，這都給煤液化設(shè)備賦予特殊的要求。的要求。412022-4-1841煤直接液化第二節(jié)第二節(jié) 煤直接液化的關(guān)鍵設(shè)備和若干工程問(wèn)題煤直接液化的關(guān)鍵設(shè)備和若干工程問(wèn)題2.1 2.1 煤漿預(yù)熱器煤漿預(yù)熱器2.2 2.2 反應(yīng)器反應(yīng)器2.3 2.3 高溫氣體分離器高溫氣體分離器2.4 2.4 高壓低溫分離器高壓低溫分離器2.5 2.5 高壓換熱器高壓換熱器2.6 2.6 加氫設(shè)備的主要損傷形式加氫設(shè)備的主要損傷形式2.7 2.7 催化劑催化劑2.8 2.8 液化殘?jiān)蛛x和高效利用液化殘?jiān)蛛x和高效利用2.9 2.9 磨損與堵塞磨損與堵塞422022-4-1842煤直接液化2 煤

39、直接液化的關(guān)鍵設(shè)備和若干工程問(wèn)題煤直接液化的關(guān)鍵設(shè)備和若干工程問(wèn)題u煤漿預(yù)熱器的主要作用是將煤漿和氫氣的溫度加熱至反應(yīng)煤漿預(yù)熱器的主要作用是將煤漿和氫氣的溫度加熱至反應(yīng)器入口的溫度。在此期間，大部分煤發(fā)生溶解。器入口的溫度。在此期間，大部分煤發(fā)生溶解。u許多研究者用管式預(yù)熱器進(jìn)行了研究，但對(duì)預(yù)熱器內(nèi)物料許多研究者用管式預(yù)熱器進(jìn)行了研究，但對(duì)預(yù)熱器內(nèi)物料物理性質(zhì)的變化、流體流動(dòng)情況、傳熱情況等都了解得很物理性質(zhì)的變化、流體流動(dòng)情況、傳熱情況等都了解得很不夠。不夠。u用用3333次煙煤和次煙煤和6767重餾分制成煤漿，向上流重餾分制成煤漿，向上流經(jīng)內(nèi)徑經(jīng)內(nèi)徑3.13.1，總長(zhǎng)，總長(zhǎng)18.6m18.

40、6m的盤(pán)管預(yù)熱器，加熱至一定溫的盤(pán)管預(yù)熱器，加熱至一定溫度，得出一定溫度下空時(shí)與轉(zhuǎn)化為可溶物的轉(zhuǎn)化率度，得出一定溫度下空時(shí)與轉(zhuǎn)化為可溶物的轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系，即：空時(shí)增大，轉(zhuǎn)化率增大，至一定空時(shí)后，之間的關(guān)系，即：空時(shí)增大，轉(zhuǎn)化率增大，至一定空時(shí)后，轉(zhuǎn)化率不再增大。溫度增高，此最高值增大。由試驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)化率不再增大。溫度增高，此最高值增大。由試驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)化為可溶物的轉(zhuǎn)化過(guò)程約已基本上轉(zhuǎn)化為可溶物的轉(zhuǎn)化過(guò)程約已基本上完成，而轉(zhuǎn)化為苯可溶物的轉(zhuǎn)化速度則要慢得多。完成，而轉(zhuǎn)化為苯可溶物的轉(zhuǎn)化速度則要慢得多。432022-4-1843煤直接液化2.1 煤漿預(yù)熱器煤漿預(yù)熱器 設(shè)計(jì)預(yù)熱器時(shí)，必須要了解煤漿在

41、預(yù)熱器內(nèi)的流體流動(dòng)情設(shè)計(jì)預(yù)熱器時(shí)，必須要了解煤漿在預(yù)熱器內(nèi)的流體流動(dòng)情況，尤其是在加熱情況下的流體力學(xué)。為此，可將預(yù)熱器況，尤其是在加熱情況下的流體力學(xué)。為此，可將預(yù)熱器沿軸向模擬劃分為三個(gè)區(qū)域，如下圖所示，這三個(gè)區(qū)域的沿軸向模擬劃分為三個(gè)區(qū)域，如下圖所示，這三個(gè)區(qū)域的界限如圖所示。界限如圖所示。442022-4-1844煤直接液化2.1.1 預(yù)熱器設(shè)計(jì)預(yù)熱器設(shè)計(jì)部位部位I部位部位II部位部位III假塑性狀態(tài)假塑性狀態(tài)氣體氣體G1煤漿煤漿S1膠質(zhì)部位膠質(zhì)部位煤漿煤漿S2氣體氣體G2 在此三個(gè)區(qū)域內(nèi)煤漿被加熱，煤粒膨脹，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和在此三個(gè)區(qū)域內(nèi)煤漿被加熱，煤粒膨脹，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解，并開(kāi)始

42、發(fā)生加氫作用：溶解，并開(kāi)始發(fā)生加氫作用： 區(qū)域區(qū)域：在此區(qū)域是原料剛剛?cè)腩A(yù)熱器，固體尚未溶解，：在此區(qū)域是原料剛剛?cè)腩A(yù)熱器，固體尚未溶解，可以把煤漿氣體混合物看作是兩組分兩相牛頓型流體，可以把煤漿氣體混合物看作是兩組分兩相牛頓型流體，溫度增高時(shí)，黏度平穩(wěn)地下降。當(dāng)黏度達(dá)最低值時(shí)，此區(qū)溫度增高時(shí)，黏度平穩(wěn)地下降。當(dāng)黏度達(dá)最低值時(shí)，此區(qū)域結(jié)束。此時(shí)，各組分的流速實(shí)際上無(wú)大變化，兩相流體域結(jié)束。此時(shí)，各組分的流速實(shí)際上無(wú)大變化，兩相流體流動(dòng)為渦流層流或?qū)恿鲗恿?。流?dòng)為渦流層流或?qū)恿鲗恿鳌?52022-4-1845煤直接液化2.1.1 預(yù)熱器設(shè)計(jì)預(yù)熱器設(shè)計(jì) 區(qū)域區(qū)域：流體黏度達(dá)最低值以后，開(kāi)始進(jìn)入?yún)^(qū)域

43、：流體黏度達(dá)最低值以后，開(kāi)始進(jìn)入?yún)^(qū)域，此區(qū)，此區(qū)域中主要發(fā)生煤粒聚結(jié)和膨脹，并發(fā)生溶解，因此煤漿黏域中主要發(fā)生煤粒聚結(jié)和膨脹，并發(fā)生溶解，因此煤漿黏度急劇增大，達(dá)最大值，且能保持一段不變，成為非牛頓度急劇增大，達(dá)最大值，且能保持一段不變，成為非牛頓流體，其流體流動(dòng)多為層流。此區(qū)域又可稱(chēng)為流體，其流體流動(dòng)多為層流。此區(qū)域又可稱(chēng)為“膠體區(qū)膠體區(qū)”。 區(qū)域區(qū)域：在：在區(qū)域生成的膠體，進(jìn)入?yún)^(qū)域區(qū)域生成的膠體，進(jìn)入?yún)^(qū)域后由于發(fā)生化后由于發(fā)生化學(xué)變化，煤質(zhì)解聚和溶解，流體黏度急劇下降，在預(yù)熱器學(xué)變化，煤質(zhì)解聚和溶解，流體黏度急劇下降，在預(yù)熱器出口前，溫度升高黏度平緩下降。此混合物也是非牛頓型出口前，溫度升

44、高黏度平緩下降。此混合物也是非牛頓型流體，可能呈現(xiàn)渦流流動(dòng)。流體，可能呈現(xiàn)渦流流動(dòng)。462022-4-1846煤直接液化2.1.1 預(yù)熱器設(shè)計(jì)預(yù)熱器設(shè)計(jì) 加熱爐是為油煤漿和氫氣進(jìn)料提供熱源的關(guān)鍵設(shè)備。它加熱爐是為油煤漿和氫氣進(jìn)料提供熱源的關(guān)鍵設(shè)備。它在使用上具有如下一些特點(diǎn)：在使用上具有如下一些特點(diǎn)：管內(nèi)被加熱的是易燃、易爆的氫氣和烴類(lèi)物質(zhì)，危險(xiǎn)性管內(nèi)被加熱的是易燃、易爆的氫氣和烴類(lèi)物質(zhì)，危險(xiǎn)性大；大；它的加熱方式為直接受火式，使用條件更為苛刻；它的加熱方式為直接受火式，使用條件更為苛刻；必須不間斷的提供工藝過(guò)程所要求的熱源；必須不間斷的提供工藝過(guò)程所要求的熱源；所需熱源是依靠燃料（氣體或流體

45、）在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)所所需熱源是依靠燃料（氣體或流體）在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)所產(chǎn)生的高火焰和煙氣來(lái)獲得。產(chǎn)生的高火焰和煙氣來(lái)獲得。472022-4-1847煤直接液化2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備 對(duì)于加熱爐來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)滿(mǎn)足下面的基本要求：對(duì)于加熱爐來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)滿(mǎn)足下面的基本要求：滿(mǎn)足工藝過(guò)程所需的條件；滿(mǎn)足工藝過(guò)程所需的條件；能耗省、投資合理；能耗省、投資合理；操作容易、且不易誤操作；操作容易、且不易誤操作；安裝、維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。安裝、維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。482022-4-1848煤直接液化2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備 用于煤漿加熱的主要爐型有：用于煤漿加熱的主要爐型有：箱式爐箱式

46、爐圓筒爐圓筒爐階梯爐階梯爐492022-4-1849煤直接液化2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備箱式爐箱式爐u在箱式爐中，對(duì)于輻射爐管布置方式有在箱式爐中，對(duì)于輻射爐管布置方式有立管和臥管排列兩類(lèi)。這主立管和臥管排列兩類(lèi)。這主要是從熱強(qiáng)度分布和爐管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)特點(diǎn)等工藝角度以及經(jīng)濟(jì)性要是從熱強(qiáng)度分布和爐管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)特點(diǎn)等工藝角度以及經(jīng)濟(jì)性上考慮確定的。上考慮確定的。u對(duì)于氫和油煤漿混合料進(jìn)入加熱爐加熱的混相流情況，大都采用臥對(duì)于氫和油煤漿混合料進(jìn)入加熱爐加熱的混相流情況，大都采用臥管排列方式。這是因?yàn)橹灰捎米銐虻墓軆?nèi)流速時(shí)就不會(huì)發(fā)生氣液管排列方式。這是因?yàn)橹灰捎米銐虻墓軆?nèi)流速時(shí)就不會(huì)發(fā)

47、生氣液分層流，且還可避免如立管排列那樣，每根爐管都要通過(guò)高溫區(qū)，分層流，且還可避免如立管排列那樣，每根爐管都要通過(guò)高溫區(qū)，這對(duì)于兩相流來(lái)說(shuō)，當(dāng)傳熱強(qiáng)度過(guò)高時(shí)很容易引起局部過(guò)熱、結(jié)焦這對(duì)于兩相流來(lái)說(shuō)，當(dāng)傳熱強(qiáng)度過(guò)高時(shí)很容易引起局部過(guò)熱、結(jié)焦現(xiàn)象，而臥管排列就不會(huì)使每根爐管都通過(guò)高溫區(qū)，可以區(qū)別對(duì)待?，F(xiàn)象，而臥管排列就不會(huì)使每根爐管都通過(guò)高溫區(qū)，可以區(qū)別對(duì)待。502022-4-1850煤直接液化2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備 典型的臥式加熱爐典型的臥式加熱爐爐型選擇：爐型選擇：u在爐型選擇時(shí)，還應(yīng)注意到加熱爐的管內(nèi)介質(zhì)中都存在在爐型選擇時(shí)，還應(yīng)注意到加熱爐

48、的管內(nèi)介質(zhì)中都存在著高溫氫氣，有時(shí)物流還含有較高濃度的硫或硫化氫，著高溫氫氣，有時(shí)物流還含有較高濃度的硫或硫化氫，將會(huì)對(duì)爐管產(chǎn)生各種腐蝕，在這種情況下，爐管往往選將會(huì)對(duì)爐管產(chǎn)生各種腐蝕，在這種情況下，爐管往往選擇比較昂貴的高合金爐管。擇比較昂貴的高合金爐管。u為了能充分利用高合金爐管表面積，應(yīng)優(yōu)先選用雙面輻為了能充分利用高合金爐管表面積，應(yīng)優(yōu)先選用雙面輻射的爐型，可節(jié)約昂貴的高合金鋼材，同時(shí)又可使?fàn)t管射的爐型，可節(jié)約昂貴的高合金鋼材，同時(shí)又可使?fàn)t管受熱均勻。受熱均勻。522022-4-1852煤直接液化2.1.2 煤漿加熱設(shè)備煤漿加熱設(shè)備 煤漿在進(jìn)入反應(yīng)器前，必須經(jīng)過(guò)預(yù)熱爐將其加熱到煤漿在進(jìn)入

49、反應(yīng)器前，必須經(jīng)過(guò)預(yù)熱爐將其加熱到340-340-430430。預(yù)熱爐管內(nèi)流體狀態(tài)可分三段：。預(yù)熱爐管內(nèi)流體狀態(tài)可分三段：第一段：從進(jìn)料口開(kāi)始，雙組分（煤漿第一段：從進(jìn)料口開(kāi)始，雙組分（煤漿- -氫氣）為牛頓氫氣）為牛頓性液體，黏度隨管長(zhǎng)增加而降低，即隨性液體，黏度隨管長(zhǎng)增加而降低，即隨T T增加而降低，增加而降低，達(dá)到最低點(diǎn)，液體類(lèi)型為渦流達(dá)到最低點(diǎn)，液體類(lèi)型為渦流- -層流，層流層流，層流- -層流；層流；第二段：煤粒發(fā)生溶脹、溶解、聚結(jié)，黏度隨管長(zhǎng)增加第二段：煤粒發(fā)生溶脹、溶解、聚結(jié)，黏度隨管長(zhǎng)增加而增加，即隨而增加，即隨T T增加迅速增高至最大，非牛頓液體，層增加迅速增高至最大，非牛頓

50、液體，層流，又稱(chēng)膠態(tài)區(qū)；流，又稱(chēng)膠態(tài)區(qū)；第三段：煤解聚、溶解，液體黏度先急劇下降后緩慢下第三段：煤解聚、溶解，液體黏度先急劇下降后緩慢下降，非牛頓流體，可能呈現(xiàn)渦流。降，非牛頓流體，可能呈現(xiàn)渦流。532022-4-1853煤直接液化2.1.3 煤漿預(yù)熱爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視的問(wèn)題煤漿預(yù)熱爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視的問(wèn)題 影響影響煤漿預(yù)熱爐結(jié)焦的主要因素：煤漿預(yù)熱爐結(jié)焦的主要因素：預(yù)熱管壁溫預(yù)熱管壁溫 溫差不能太高；溫差不能太高；溶劑質(zhì)量溶劑質(zhì)量 溶解力強(qiáng)，供氫好，可抑制結(jié)焦；溶解力強(qiáng)，供氫好，可抑制結(jié)焦；煤種煤種 據(jù)美國(guó)試驗(yàn)結(jié)果：結(jié)焦傾向：次煙煤據(jù)美國(guó)試驗(yàn)結(jié)果：結(jié)焦傾向：次煙煤褐煤褐煤煙煙煤；煤；煤漿濃度煤漿濃度

51、 濃度高容易結(jié)焦；濃度高容易結(jié)焦；流體狀態(tài)流體狀態(tài) 速度快，湍急，能防止黏料和不生成團(tuán)聚物，速度快，湍急，能防止黏料和不生成團(tuán)聚物，不易結(jié)焦。不易結(jié)焦。542022-4-1854煤直接液化2.1.3 煤漿預(yù)熱爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視的問(wèn)題煤漿預(yù)熱爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視的問(wèn)題p 加加氫反應(yīng)器是煤加氫液化裝置的核心設(shè)備。它操作于高溫氫反應(yīng)器是煤加氫液化裝置的核心設(shè)備。它操作于高溫高壓臨氫環(huán)境下，且進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi)的物料中往往含有硫高壓臨氫環(huán)境下，且進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi)的物料中往往含有硫和氮等雜質(zhì)，將與氫反應(yīng)分別形成具有腐蝕性的硫化氫和和氮等雜質(zhì)，將與氫反應(yīng)分別形成具有腐蝕性的硫化氫和氨。氨。p 另外，由于加氫液化反應(yīng)是放熱

52、反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中，其另外，由于加氫液化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中，其反應(yīng)熱較大（約反應(yīng)熱較大（約18801880中油產(chǎn)品），會(huì)使床層溫中油產(chǎn)品），會(huì)使床層溫度升高，但又不應(yīng)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，同時(shí)也要保證液固度升高，但又不應(yīng)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，同時(shí)也要保證液固氣三相傳熱、傳質(zhì)。如此苛刻的使用條件給設(shè)計(jì)、制造帶氣三相傳熱、傳質(zhì)。如此苛刻的使用條件給設(shè)計(jì)、制造帶來(lái)很大難度。來(lái)很大難度。552022-4-1855煤直接液化2.2 液化反應(yīng)器液化反應(yīng)器 用于反應(yīng)器的本體上的結(jié)構(gòu)有兩大類(lèi)，一是單層結(jié)構(gòu)，二用于反應(yīng)器的本體上的結(jié)構(gòu)有兩大類(lèi)，一是單層結(jié)構(gòu)，二是多層結(jié)構(gòu)。是多層結(jié)構(gòu)。 在單層結(jié)構(gòu)中又有鋼板卷焊

53、結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)兩種。在單層結(jié)構(gòu)中又有鋼板卷焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)兩種。 多層結(jié)構(gòu)也有繞帶式、熱套式等多種形式。多層結(jié)構(gòu)也有繞帶式、熱套式等多種形式。 至于選擇哪種結(jié)構(gòu)，主要取決于使用條件、反應(yīng)器尺寸、至于選擇哪種結(jié)構(gòu)，主要取決于使用條件、反應(yīng)器尺寸、經(jīng)濟(jì)性和制造周期等諸多因素。經(jīng)濟(jì)性和制造周期等諸多因素。562022-4-1856煤直接液化2.2.1 液化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)液化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)572022-4-1857煤直接液化2.2.1 液化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)液化反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 煤直接液化工藝除了德國(guó)在二戰(zhàn)期間曾經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)外，目前煤直接液化工藝除了德國(guó)在二戰(zhàn)期間曾經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)外，目前世界上還沒(méi)有大規(guī)模的生產(chǎn)裝置和長(zhǎng)時(shí)間的

54、運(yùn)行考驗(yàn)。世界上還沒(méi)有大規(guī)模的生產(chǎn)裝置和長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)。 早期的煤液化反應(yīng)器都是柱塞流鼓泡反應(yīng)器，油煤漿和氫氣三早期的煤液化反應(yīng)器都是柱塞流鼓泡反應(yīng)器，油煤漿和氫氣三相之間缺少相互作用，液化效果欠佳。相之間缺少相互作用，液化效果欠佳。 從世紀(jì)年代開(kāi)始，液化反應(yīng)器研究主要集中于美國(guó)，從世紀(jì)年代開(kāi)始，液化反應(yīng)器研究主要集中于美國(guó)，如的前期工藝采用固、液、氣三相沸騰床如的前期工藝采用固、液、氣三相沸騰床催化反應(yīng)器，工藝的全返混漿態(tài)反應(yīng)器采用外循環(huán)方式催化反應(yīng)器，工藝的全返混漿態(tài)反應(yīng)器采用外循環(huán)方式加大油煤漿混合程度，促使固、液、氣三相充分接觸，加速煤加大油煤漿混合程度，促使固、液、氣三相充分接觸，

55、加速煤加氫液化反應(yīng)過(guò)程，提高煤液化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。加氫液化反應(yīng)過(guò)程，提高煤液化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。582022-4-1858煤直接液化2.2.2 液化反應(yīng)器種類(lèi)液化反應(yīng)器種類(lèi)592022-4-1859煤直接液化2.2.2 液化反應(yīng)器種類(lèi)液化反應(yīng)器種類(lèi)602022-4-1860煤直接液化2.2.2 液化反應(yīng)器種類(lèi)液化反應(yīng)器種類(lèi)612022-4-1861煤直接液化2.3 高溫氣體分離器高溫氣體分離器 反應(yīng)產(chǎn)物和循環(huán)氣的混合物，從反應(yīng)塔出來(lái)，進(jìn)入高溫氣體反應(yīng)產(chǎn)物和循環(huán)氣的混合物，從反應(yīng)塔出來(lái)，進(jìn)入高溫氣體分離器。在高溫氣體分離器種氣態(tài)和蒸氣態(tài)的碳?xì)浠衔镉诜蛛x器。在高溫氣體分離器種氣態(tài)和蒸氣態(tài)的碳?xì)浠衔镉谟晌?/p>

56、反應(yīng)的固體煤、灰分和固體催化劑組成的固體物和凝縮由未反應(yīng)的固體煤、灰分和固體催化劑組成的固體物和凝縮液體分開(kāi)。液體分開(kāi)。 在高溫氣體分離器中，分離過(guò)程是在高溫下進(jìn)行的。氣體和在高溫氣體分離器中，分離過(guò)程是在高溫下進(jìn)行的。氣體和蒸汽從設(shè)備的頂端引出，聚集在分離器底部的液體和殘?jiān)M(jìn)蒸汽從設(shè)備的頂端引出，聚集在分離器底部的液體和殘?jiān)M(jìn)入殘?jiān)鋮s器。入殘?jiān)鋮s器。 為了防止在液體出來(lái)和排除殘?jiān)鼤r(shí)漏氣，在分離器底部自動(dòng)為了防止在液體出來(lái)和排除殘?jiān)鼤r(shí)漏氣，在分離器底部自動(dòng)地維持一定的液面。地維持一定的液面。622022-4-1862煤直接液化2.3 高溫氣體分離器高溫氣體分離器632022-4-1863煤

57、直接液化2.4 高壓低溫分離器高壓低溫分離器 凝縮的反應(yīng)產(chǎn)物與循環(huán)氣體一起經(jīng)過(guò)高壓產(chǎn)品冷卻器以后，凝縮的反應(yīng)產(chǎn)物與循環(huán)氣體一起經(jīng)過(guò)高壓產(chǎn)品冷卻器以后，以以40-5040-50的溫度進(jìn)入低溫分離器，在這里氣體從液體（加氫的溫度進(jìn)入低溫分離器，在這里氣體從液體（加氫生成油）中被分離出來(lái)。生成油）中被分離出來(lái)。 低溫分離器是一種高壓容器。低溫分離器是一種高壓容器。642022-4-1864煤直接液化2.5 高壓換熱器高壓換熱器 煤直接液化系統(tǒng)用的換熱器壓力高，并且含有氫、硫化氫和煤直接液化系統(tǒng)用的換熱器壓力高，并且含有氫、硫化氫和氨氣等腐蝕性介質(zhì)，需要使用特殊結(jié)構(gòu)的換熱器。氨氣等腐蝕性介質(zhì)，需要使用特殊結(jié)構(gòu)的換熱器。 根據(jù)石油加工工業(yè)的長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果，采用螺紋環(huán)鎖緊式密封根據(jù)石油加工工業(yè)的長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果，采用螺紋環(huán)鎖緊式密封結(jié)構(gòu)高壓換熱器較為合適。結(jié)構(gòu)高壓換熱器較為合適。6520