煤直接液化和煤间接液化综述

煤直接液化和煤间接液化综述摘要：煤的直接液化和间接液化技术经过长期发展，已形成了各自的工艺特征和典型工艺。我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”，以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。经过长期不断努力，我国初步形成了“煤制油”产业化的雏形，在未来将迎来更多机遇和挑战。

关键字：煤直接液化煤间接液化发展历程现状前景

1.煤直接液化

煤直接液化又称煤加氢液化, 是将固体煤制成煤浆, 在高温高压下, 通过催化加氢裂化, 同时包括热解、溶剂萃取、非催化液化, 将煤降解和加氢从而转化为液体烃类, 进而通过稳定加氢及加氢提质等过程, 脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油品质量的技术。煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。煤的杂质含量越低, 氢含量越高, 越适合于直接液化。

1.1发展历程

煤直接液化技术始于二十世纪初, 1913年德国科学家Bergius首先研究了煤高压加氢, 并获得了世界上第一个煤液化专利, 在此基础上开发了著名的I G Farben工艺。该工艺反应条件较为苛刻, 反应温度为470℃, 反应压力为70MPa。1927年德国在Leuna建立了世界上第一个规模为0.1Mt/a的煤直接液化厂, 到第二次世界大战结束时,德国的18个煤直接液化工厂总油品生产能力已达约4.23Mt/a , 其汽油产量占当时德国汽油消耗量的50%。第二次世界大战前后, 英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤直接液化技术的研究。以后由于廉价石油的大量发现, 从煤生产燃料油变得无利可图, 煤直接液化工厂停工, 煤直接液化技术的研究处于停顿状态。20世纪70年代,石油危机发生后, 各发达国家投人大量人力物力进行煤直接液化技术的研发, 相继开发出多种煤直接液化工艺, 但由于从20世纪80年代后期起原油价格在高位维持的时间不长,从煤生产燃料油获利的可能性较低, 这些工艺都没有实现工业化。

1.2煤直接液化技术的工艺特征

典型的煤直接加氢液化工艺包括: ①氢气制备;②煤糊相(油煤浆)制备; ③加氢液化反应;

④油品加工等“先并后串”四个步骤。

氢气制备是加氢液化的重要环节,大规模制氢通常采用煤气化及天然气转化。液化过程中,将煤、催化剂和循环油制成的煤浆,与制得的氢气混合送入反应器。在液化反应器内,煤首先发生热解反应,生成自由基“碎片”,不稳定的自由基“碎片”再与氢在催化剂存在条件下结合,形成分子量比煤低得多的初级加氢产物。出反应器的产物构成十分复杂,包括气、液、固三相。气相的主要成分是氢气,分离后循环返回反应器重新参加反应;固相为未反应的煤、矿物质及催化剂;液相则为轻油(粗汽油) 、中油等馏份油及重油。

1.3典型工艺

自从1973年世界发生第一次石油危机以来,美国、德国、日本等国家相继开发了许多煤直接液化新工艺如(SRC,EDS , H-Coal,HTI , IGOR,NEDOL等), 其中比较有代表性的工艺是

HTI,IGOR和NEDOL工艺。其中IGOR和NEDOL工艺建设有大型中试厂, 而HTI工艺仅进行了规模为3t/d的实验室试验。

1.3.1德国的IGOR 工艺

20世纪70年代，世界石油危机发生后，德国以鲁尔煤炭公司为首与VEBA石油公司和DMT矿冶及检测技术公司合作, 开发出了比德国原工艺更先进的新液化(IGOR)工艺, 其特点是:

(1)反应条件苛刻温度470℃, 压力30MPa;

(2)催化剂使用炼铝工业的废渣(赤泥);

(3)两个液化油加氢精制反应器串联在一个高压系统内在其中进行的液化反应可一次得到杂原子含量极低的液化精制油;

(4)该液化油经过蒸馏就可以得到十六烷值大于45的柴油, 汽油馏分再经重整即可得到高辛烷值汽油;

(5)循环溶剂是加氢油, 供氢性能好, 煤液化油转化率高, 但投资高, 同时未对加氢催化剂寿命进行工业考核。

1.3.2美国的HTI工艺

美国的HTI工艺为两段催化液化工艺, 采用近十年来开发的悬浮床反应器和拥有专利的铁基催化剂。该工艺的主要特点是

(1)反应条件比较温和, 反应温度440~450℃, 反应压力17MPa;

(2)采用特殊的液体循环沸腾床(悬浮床)反应器, 达到全返混反应器模式;

(3)所采用的催化剂活性高, 用量少;

(4)在高温分离器后面串联一台加氢固定床反应器, 对液化油进行在线加氢精制

(5)固液分离采用超临界溶剂萃取方法, 从液化残渣中最大限度地回收重油, 从而大幅度提高了液化油收率。

1.3.3日本的NEDOL工艺

日本在20世纪80年代初专门成立了日本新能源产业综合开发机构(NEDO), 负责实施阳光计划, 在NEDO的组织下, 经过十几家大公司的合作, 开发出了称为的烟煤液化工艺。该工艺特点的是:

(1)反应压力较低, 为17~19MPa, 反应温度455~465℃

(2)催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿;

(3)采用蒸馏的方法进行固液分离;

(4)配煤浆用的循环剂单独加氢, 以提高溶剂的加氢能力;

(5)液化油含有较多的杂原子, 还需加氢提质才能得到合格产品;

(6)两个加氢提质反应器采用离线的方式, 操作灵活, 加氢催化剂寿命得到保障。

一般认为煤大分子的基本单元主体为缩合的芳烃核, 单元中的非芳烃核部分为杂环、氢化芳环脂肪族基团、含氧官能团和烷基侧链。而煤直接液化法是通过对煤进行催化加氢生产燃料油, 因而煤直接液化产物主要由芳烃和环烷烃构成, 并含有一定量的氮、氧和硫等杂原子。经后续提质加工后, 可降低其杂原子和芳烃的含量, 但无法大幅度降低环状烃的含量, 因而产物石脑油馏分的芳烃潜含量高, 产物柴油馏分的凝点低, 十六烷值偏低, 是煤直接液化油的主要特点。

2.煤间接液化技术

煤间接液化是先将煤气化生产合成气, 完全破坏了煤原有的化学结构, 然后以合成气为原料通过费托合成(F-T合成)生产出馏程不同的液态烃。煤间接液化包括造气单元、F-T合成单元、分离单元、后加工提质单元等, 其核心是合成反应单元。与直接液化技术相比, 间接液化技术对煤基本没有要求。