煤炭气化与液化技术

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-1.00
1.76
Baidu Nhomakorabea
1.94
4
相同点：二者均是由C,H,O,N,S组成。不同点：煤的H含量低，O含量高，C含 量相差不大。
由以上比较分析，可得煤转化为液体燃料的实质：
➢破坏煤的空间立体结构：大分子结构→较小分子结构；多环结构→单环结构 或双环结构；环状结构→直链；含O基团→ H2O；含N基团→ NH3；含S
煤炭气化 1）含义：煤炭地下气化是含碳元素为主的高分
子煤，在地下燃烧转变为低分子的燃气，直接送到 地面的化学采煤方法。
2）原因：安全、环境（污染、地沉）、材耗等。 3）三个区：氧化区→ 还原区→干馏区
(1)氧化区：空气中的氧与煤层中的碳发生多相化学反应， 产生大量的热，使煤层蓄热。
C+O2→CO2+393kJ/mol 2C+O2 →2CO+231.4kJ/mol (2)还原区：在高温下，CO2与水蒸气的煤层相遇，CO2 还原为CO，H2O分解为H2和O2，O2与C生成CO。 CO2+C →2CO-162.4kJ/mol H20+C →H2+CO-131.5kJ/mol (3)干馏区：当气化通道处于高温条件下时，无氧的高温 气流进入干馏干燥区时，热作用使煤中的挥发物析出形 成焦炉煤气。 经过以上三个反应区后，就形成了可燃气体组分（CO、 H2、CH4）的煤气。
➢ 使用合适的溶剂：使煤粒能很好的分散；让煤的热熔解过程有效进行（有助 于结构单元间的键断裂）；使煤热裂解后的自由基碎片得到一定的稳定；必须 有可利用的氢原子或自由基氢；使氢自由基有效的传递到煤裂解的自由基碎片 上；让催化剂能与氢自由基、煤碎片很好地接触。
所以有五大因素影响煤液化反应的有效进行（1）温度；（2）氢压；（3） 溶剂；（4）煤种本身的性质；（5）催化剂。
高挥发 分烟煤
80.3
褐煤 71.7
泥炭 50-70
石油
汽油
CH4
83-87
86
75
H
2.4
5.0
5.5
5.2
5.0-6.1
11-14
14
25
O
2.4
4.1
11.1
21.3
25-45
0.3-0.9
N
0.9
1.7
1.9
1.2
0.5-1.9
0.2
S
0.6
0.8
1.2
0.6
0.1-0.5
1.0
H/C(原子 比)
基团→ H2S：为了达到该目的，需要向系统输入一定的能量 （1）给系统加热， 温度应高于煤热分解的温度，因煤阶不同而不同，一般不超过500℃ ，否则成 焦反应和生成气体反应严重。（2）加压：通氢气，增加反应物的浓度。
➢增加H/C：需要向系统加氢气，以提高反应速度，相当高的氢气压力可以抑制 成焦反应和生成大量气体。另外，通过加入供氢溶剂也可以增加系统氢的浓度。
以上这些试验均因当时工业性试验不尽人意，以及石油天然 气开采力度的加大，使煤炭地下气化方面的研究投入不足，进 展缓慢，甚至一度终止。70年代的能源危机，煤炭地下气化技 术又一次引起几个煤炭大国的关注，英、法、德、意、日、比 利时、加拿大等许多国家的地下气化先后获得成功。80年代末， 美国能源部宣称，一旦能源危机再次发生，美国完全能利用煤 炭地下气化技术，生产高热能煤气解决国家燃眉之急。
二、煤液化的发展简史
煤液化经历了漫长的发展历程，大致可分为三个阶段： 第一阶段第二次世界大战前及大战期间。德国因为军事上的需要大力发展煤 液化工作。德国的柏吉乌斯（Bergius）于1913年研究了在高温高压氢条件下， 从煤中得到液体产品： 煤粉和重油（ 1：1 ）+催化剂（ 5% ）在450 ℃， 20MPa 条 件 下 。 1921 年 在 Manheim Reinan 建 立 了 5t/d 的 中 试 厂 。 1927 年 I.G.Farben公司在Leuna建成第一个工业厂：褐煤 +重油+氧化钼（催化剂） +(30MPa)H2。 第一步液化生成汽油、中油（180-325℃）、重油（>325℃）； 第二步气相加氢，将中油在固定床催化剂上进行异步加氢得到汽油。至1943年德 国共建了12个煤和焦油加氢液化工厂。提供了战时所需的航空汽油的98%.因此， 该阶段为煤液化的发展期。 第二阶段煤液化新工艺的开发期，从五十年代到七十年代后期。50年代中东 发现大量油田，致使石油生产迅猛发展，而煤液化生产处于停滞状态。
煤液化的实质
煤液化的目的之一是寻找石油的替代能源。煤炭资源10 倍于石油，所以认为液化煤是石油最理想的替代能源。下面 是煤与石油的异同点：
名称
煤
石油
状态
固体
液体
分子 量
5000-10000 吡啶萃取物的分子量约2000
平均值200 高沸点渣油的分子量600
结构
以烟煤的有机结构为例：2-4个环或更多的 芳香环构成的芳核，环上含有氧、氮、硫
等官能团及侧链，成为煤的结构单元。由 非芳香结构—CH2—，—CH2—CH2—或醚键 —O—，—S—连接几个结构单元（5-10个 ）呈现空间立体结构的高分子聚合物。
主要由直链烷烃、环烷烃和芳香烃组成 的混合物。但芳香烃含量少。
煤和石油的元素组成（%）
元素 C
无烟煤 93.7
中等挥 发分烟
煤
88.4
第08讲 煤炭气化与液化技术
煤炭地下气化技术概述 煤炭液化技术概述
煤制油技术现状和发展前景
1、提出：1888年，俄国化学家门捷列夫，1868年，英国威 廉·西蒙（德国与英国人认为） 2、试验：英国，1912年，威廉·拉姆赛在都贺姆煤田试验，并 用煤气发了电。前 苏 联，1928年，进行早期试验,因二战中断 美国，1946～1958在亚拉巴马的格尔加斯进行首次试验。欧 洲国家， 二战以后，大部分国家进行了试验 。
3、我国研究现状 1958年，我国曾在几个矿区进行了地下气化试验，
因技术不成熟而失败。 1984年，中国矿业大学的余力教授重新提出了煤炭
地下气化的设想，并在四年后，即1988年在徐州矿务 局马庄矿成功地进行了现场实验，产气16万立方米。 1994年在徐州新河2 号井又成功进行了试验。1997 年在开滦矿务局刘庄矿又进行了一次实验，煤气热值 达到1.58MJ/M3,且产气连续稳定, 1M3煤气可含 10%～20%的甲烷和40%～60%的氢气。
3、我国研究现状 1958年，我国曾在几个矿区进行了地下气化
试验，因技术不成熟而失败。 1984年，中国矿业大学的余力教授重新提出
了煤炭地下气化的设想，并在四年后，即1988 年在徐州矿务局马庄矿成功地进行了现场实验， 产气16万立方米。1994年在徐州新河2号井又成 功进行了试验。1997年在开滦矿务局刘庄矿又 进行了一次实验，煤气热值达到1.58MJ/M3,且 产气连续稳定, 1M3煤气可含10%～20%的甲烷 和40%～60%的氢气。
空气贯通.MOV
一、煤液化定义及其液化的实质
煤液化的定义：
基本公式：煤+氢气→液体产物+气体产物+固体残渣
❖狭义定义：将煤与某种溶剂充分混合后，通入氢气， 在一定温度和压力下，经过复杂的物理、化学过程， 使固体煤转化为液体产物的过程称为煤的直接液化。
❖广义定义：将固态煤经过一定的物理、化学作用转 化为液态产物的过 程称为煤液化。