_煤间接液化
煤间接液化
煤的间接液化
刘振宇 北京化工大学
煤基产品
燃烧
固体 – 焦炭、炭材料
煤
气体 – 工业用燃气、民用燃气、合成气
转化
化学品 – 焦油化学品（芳烃）、氨、甲醇
液体 – 车用燃料
间接液化（ICL）
汽油 柴油
直接液化（DCL）
含氧燃料
什么是煤间接液化
H/C=0.8
煤
• 核心是CO＋H2的反应 • 与煤种的关系不大 • 含炭物质都可作为原料
高晋生，张德祥《煤液化技术》2005
煤间接液化（F-T合成）的历史
－1980s 国家科委分工，山西煤化所进行煤间接液化研究
－两段固定床MFT工艺：F-T合成＋分子筛改质
低级烯烃聚合、环化与芳构化 高级烷、烯烃的加氢裂解 含氧化合物脱水
C1～C40 C5～C11
－实验室、工业单管模试（百吨级）和工业性试验(2000吨/年)
优质柴油等中间馏份油约60～75% 直馏柴油十六烷值：75-85 裂化柴油十六烷值：65-75
煤间接液化（F-T合成）的历史
• 2003 兖矿集团 建成1万吨级试验装置，2004年成功运行
• 2004 神华集团和宁夏煤业集团与南非SASOL 签署《可行性研究第一阶段合作谅解备忘录》
神华在陕西 宁煤在宁夏
• 2006 山西潞安 内蒙古伊泰 神华
两座F-T工厂， －首期规模产油品300万吨/年 －总投资分别约为300亿元
启动建设三个年产 16万吨/年F-T示范厂
淮化集团 建设1500吨/年的催化剂厂
• 2009 内蒙古伊泰、山西潞安 16万吨/年示范厂运行
F-T合成单元过程
煤
煤气化 （焦油、酚、氨）
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。
《煤间接液化》课件
04
煤间接液化的环境保护与经济效益
环境保护措施
减少污染物排放
采用先进的煤液化技术，降低生产过程中的污染物排放，减轻对 环境的压力。
总结词
合成气净化是确保费托合成高效稳定运行的关键环节，对于提高 产品纯度和延长催化剂寿命具有重要作用。
详细描述
合成气净化技术主要包括湿法脱硫、干法脱硫、脱硝和除尘等工 艺，根据不同需求进行选择和组合。
费托合成技术
费托合成技术
将净化后的合成气转化为烃类燃料和化学品。
总结词
费托合成是煤间接液化的核心环节，其技术水平和操作条件直接影 响产品的产量和质量。
政策支持和市场引
导
积极争取政府政策支持和市场引 导，推动煤间接液化产业的可持 续发展。
应对政策和环境变化
关注政策动态
及时了解和掌握国内外政策动态，调整产业发展战略 。
环保合规性
确保生产过程符合国家和国际环保法规要求，降低环 境影响。
资源循环利用
加强废弃物资源化利用，降低碳排放，实现绿色可持 续发展。
煤干燥
使用干燥机将煤干燥至一 定水分含量，提高煤气化 效率。
煤粉制备
将破碎后的煤粉制备成适 合煤气化的煤浆。
煤气化
气化剂
使用氧气、水蒸气等作为气化剂，与煤反应生成 气体。
气化反应
在高温、高压条件下，煤与气化剂发生化学反应 ，生成气体。
灰渣排出
气化过程中产生的灰反应
详细描述
费托合成技术主要采用铁基或钴基催化剂，在高温高压条件下将合成 气转化为烃类燃料和化学品，产物通过分馏和精制得到不同的产品。
煤的间接液化
煤间接液化技术的发展
BACK
F-T合成的主要化学反应
主 反 应
1. 生成烷烃:nCO+(2n+1)H2 = CnH2n+2+nH2O 2. 生成烯烃:nCO+(2n)H2 = CnH2n+nH2O 3. 另外还有一些副反应，如: 4. 生成甲烷:CO+3H2 = CH4+H2O 5. 生成甲醇:CO+2H2 = CH3OH 6. 生成乙醇:2CO+4H2 = C2H5OH+ H2O 7. 结炭反应:2CO = C+CO2
温度、压强
钴和镍催化剂的合适使用温度为170~190℃，铁 催化剂的适宜使用温度为200~350℃。镍剂在常下 操作效率最高，钴剂在0.1~0.2MPa时活性最好。 铁剂在1~3MPa时活性最佳，而钼剂则在10MPa时 活性最高。
BACK
F-T合成反应器
F-T合成反应器
固定床反应器 (Arge反应器)
浆态床反应器和固定床相比 要简单许多，它消除了后者 的大部分缺点。浆态床的床 层压降比固定床大大降低， 从而气体压缩成本也比固定 床低很多。可简易地实现催 化剂的在线添加和移走。
固定流化床反应器
固定流化床操作比较简单。 和商业循环流化床相比，它 们具有类似的选择性和更高 的转化率。在同等的生产规 模下，固定流化床比循环流 化床制造成本更低
BACK
中国煤化工产业发展现状
和业重中轻重扮将新可等原化如可新
发在大国燃要演在兴形，料石柴替型
展中意对煤发重中产成它、油油代煤
机国义进造展要国业煤与替气、石化
遇面。口成方的能。炭能代、汽油工
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。
临 着 新 的 市 场 需 求
煤的直接液化与间接液化作业
煤的直接液化与间接液化装备0904 张康200906081214煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
直接液化（DCL）发展历史1923年，德国化学家首先开发出了煤炭间接液化技术。
40年代初，为了满足战争的需要，德国曾建成9个间接液化厂。
二战以后，同样由于廉价石油和天然气的开发，上述工厂相继关闭和改作它用。
之后，随着铁系化合物类催化剂的研制成功、新型反应器的开发和应用，煤间接液化技术不断进步，但由于煤炭间接液化工艺复杂，初期投资大，成本高，因此除南非之外，其它国家对煤炭间接液化的兴趣相对于直接液化来说逐渐淡弱。
煤炭间接液化技术主要有三种，即的南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的Mobil甲醇制汽油法和正在开发的直接合成法。
目前，煤间接液化技术在国外已实现商业化生产，全世界共有3家商业生产厂正在运行，它们分别是南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤炭间接液化厂。
新西兰煤炭间接液化厂采用的是Mobil液化工艺，但只进行间接液化的第一步反应，即利用天然气或煤气化合成气生产甲醇，而没有进一步以甲醇为原料生产燃料油和其它化工产品，生产能力1.25万桶/天。
马来西亚煤炭间接液化厂所采用的液化工艺和南非萨索尔公司相似，但不同的是它以天然气为原料来生产优质柴油和煤油，生产能力为50万吨/年。
因此，从严格意义上说，南非萨索尔公司是世界上唯一的煤炭间接液化商业化生产企业。
南非萨索尔公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生产燃料油的Sasol-1厂。
70年代石油危机后，1980年和1982年又相继建成Sasol-2厂和Sasol-3厂。
3个煤炭间接液化厂年加工原煤约4600万t，产品总量达768万t，主要生产汽油、柴油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113种产品，其中油品占60%，化工产品占40%。
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点一．煤间接液化介绍煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以合成气为原料，在一定温度、压力和催化剂存在下，通过F-T合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。
包括煤气化制取合成气、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。
煤炭间接液化技术主要有南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的Mobil（甲醇制汽油法）和荷兰SHELL的中质馏分合成（SMDS）间接液化工艺。
F-T合成的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0-3.0MPa；转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60％以上，循环比为2.0时，总转化率即达90％左右。
二．煤直接液化介绍煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。
煤化工监理目前国内外的主要工艺有：1.美国HTI工艺该工艺是在两段催化液化法和H－COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂（GelCatTM）。
反应温度420～450℃，反应压力17MPa；采用特殊的液体循环沸腾床反应器，达到全返混反应器模式；催化剂是采用HTI 专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂。
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。
2.日本NEDOL工艺该工艺由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。
反应压力17M～19MPa，反应温度为430～465℃；催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿。
离线加氢方式3.德国煤液化新工艺（IGOR工艺）1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70MPa降至30MPa，反应温度450～480℃，固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50％。
煤炭间接液化技术讲
应用先进的自动化和智能化控制技术，对生产过程进行实时监控 和优化调整，降低能耗和排放。
05
经济性分析与发展前景展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
投资成本估算方法介绍
静态投资成本估算
基于历史数据和市场价格，对煤炭间接液化 项目的设备、建设、人力等成本进行初步估 算。
ERA
定义与原理
定义
煤炭间接液化技术是指将煤炭首 先转化为合成气（主要由一氧化 碳和氢气组成），再进一步合成 液体燃料的过程。
原理
该技术基于费托合成反应，即一 氧化碳和氢气在催化剂作用下反 应生成烃类化合物，进而生产汽 油、柴油等液体燃料。
发展历程及现状
早期探索
工业应用
20世纪初，德国科学家开始研究从合成气 生产液体燃料的方法。
反应器类型及操作条件
反应器类型
固定床反应器、流化床反 应器、浆态床反应器等。
反应温度与压力
根据所选工艺和反应器类 型，确定合适的反应温度 和压力。
催化剂选择与装填
选用高效、稳定的催化剂， 并按要求进行装填。
产品分离与精制方法
产物分离
废气、废水处理
通过蒸馏、萃取等方法将产物从反应 混合物中分离出来。
THANKS
感谢观看
二战期间，德国为应对石油短缺，大力发 展煤炭间接液化技术并实现工业化。
现代发展
现状
随着环保要求的提高和技术的进步，煤炭 间接液化技术不断得到优化和改进。
目前，该技术已在全球多个国家得到应用 ，尤其在煤炭资源丰富而石油资源相对匮 乏的地区，如中国、南非等。
技术优势与局限性
原料来源广泛
可利用丰富的煤炭资源作为原料。
煤的间接液化工艺就是先对原料煤进行气化
煤的间接液化工艺就是先对原料煤进行气化，再做净化处理后，得到一氧化碳和氢气的原料气．然后在270C ~350C左右，2.5MPa以及催化剂的作用下合成出有关油品或化工产品。
即先将煤气化为合成气(CO+H2)，合成气经脱除硫、氮和氧净化后，经水煤气反应使H2/CO比调整到合适值，再Fischer-Tropsch催化反应合成液体燃料。
典型的(Fischer-Tropsch)催化反应合成柴油工艺包括：煤的气化及煤气净化、变换和脱碳；F-T合成反应；油品加工等3个步骤。
气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气，净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体脱除，得到成分合格的合成气．合成气进入合成反应器，在一定温度、压力及催化剂作用下，H2和CO转化为直链烃类、水及少量的含氧有机化合物．其中油相采用常规石油炼制手段，经进一步加工得到合格的柴油。
F-T合成柴油的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力为2.0~3.0MPa，且转化率高。
间接液化几乎不依赖于煤种(适用于天然气及其它含碳资源)，而且反应及操作条件温和。
间接法虽然流程复杂、投资较高，但对煤种要求不高，产物主要由链状烃构成，因此所获得的十六烷值很高，几乎不含硫和芳香烃。
由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。
“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。
南非也是个多煤缺油的国家，其煤炭储藏量高达553.33亿吨，储采比为247年。
煤炭占其一次能源比例为75.6%。
南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术，生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。
南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。
萨索尔（Sasol）公司现有二套“煤炭间接液化”装置，年生产液体烃类产品700多万吨（萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年），其中合成油品500万吨，每年耗煤4950万吨。
第七章 煤的间接液化
第七章煤的间接液化煤液化的另一条技术路线就是间接液化，其主要思路是以煤气化生成的合成气为原料，在一定的工作条件下，利用催化剂的作用将合成气合成为液体油。
煤的间接液化技术的核心是费托合成，因此又称为FT合成法。
1923年，德国人F．Fischer和H．Trropsh发现在铁催化剂的作用下，一氧化碳和氢可以反应生成烃类液体产品，这个过程即费托合成(FT合成)，如图6-17所示。
二次大战期间，基于军事的目的，德国建成了9个FT合成油厂，总产量达57万吨，此外在日本，法国和中国锦州还共有6套合成油装置，世界总生产能力超过100万吨。
20世纪50年代，随着廉价石油和天然气的供应，以上FT合成油因竞争力差而全部停产。
但南非比较例外，由于本国不产石油，而且因种族歧视而受到石油封锁，进口较难，所以南非政府为了解决液体燃料的供应，充分利用其丰富的煤炭资源，大力开发FT、合成油技术。
在1956年，由Sasol公司建成了煤间接液化制油工厂Sasol-I，其后在80年代又相继新建了Sasol-II、Sasol-III，成为迄今世界惟一一家煤炭间接液化制油生产厂。
据报道，1996年，该公司年耗煤4200万吨，生产各类油品和化工产品130多种，总产量达700万吨。
除Sasol外，许多大石油公司也以FT合成为核心的开发了许多制油工艺(MDS、ASC-21，Syntroletlm)等，但其大多是以天然气生产的合成气为原料，不能称之为煤的间接液化技术，本书在此不做介绍。
此外，还有一类煤制油技术工艺是以甲醇生产为中间过程，利用甲醇合成汽油、二甲醚等液体燃料，又称为甲醇转化油工艺MTG。
甲醇在化工领域有着广泛的应用，除制备液体燃料外，也可生产乙烯等化工原料，或是直接作为发动机燃料，且其工艺流程比较灵活，我们将在煤制备其他燃料的章节中单独介绍。
7.1 FT合成法的基本原理及工艺(1)FT合成反应FT合成反应十分灵活，可以通过控制反应条件和H2/CO比，在高选择型催化剂作用下，调整反应产物的分布。
《煤化工工艺学》——煤的间接液化
为了提高活性和选择性，还加入了各种助剂和载体，载体 的加入，导致了催化剂中的金属组分高度分散，并提高了催 化剂的抗烧结性。
① 钴、镍催化剂 条件温和，合成产品主要是脂肪烃，但稍提高反应温度 则甲烷含量大增。 ② ThO2和ZnO催化剂 条件苛刻，只能生成烃醇混合物，但氧化性催化剂对硫 不敏感。
用在固定床反应器的中压合成时，反应温度为220～240 ℃ 铁催化剂加钾活化，具有比表面积高和热稳定性好的结构，可用的载体为 Al2O3、CaO、MgO、SiO2、ZSM-5分子筛．其操作温度为220～340 ℃,操 作压力为1～3 MPa。
第6章 煤间接液化
§6.1 费托合成
费托合成
具体到中国的发展来说，关键在于技术，中国人 不掌握这个技术，南非转让要价非常高。国内的 技术尚不成熟。因此发改委是限制发展，除了兖 矿榆林100万吨、山西潞安、内蒙伊泰的16万吨 中试，神华和神华宁煤的3个300万吨/年项目外， 短期内不会核准类似项目。而国内的项目同样遇 到了技术来源、可靠性的问题。
煤液化是提高煤炭资源利用率，减轻燃煤污染的有效途径之一，是 洁净能源技术之一。
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，故认为液化煤是石油最理想的替代能源。
煤与石油的异同点
名称 状态 分子 量 煤 固体 5000~10000 吡啶萃取物的分子量约2000 石油 液体 平均值200 高沸点渣油的分子量600
F-T合成催化剂
单一催化剂
铁、钴、镍和钌（沉淀铁催化剂、熔铁型催化剂 ）
F-T合成 催化剂
复合催化剂
Fe、Co、Fe-Mn等与ZSM-5分子筛混合组成的 复合催化剂 首先：复合催化剂可以将F-T合成的宽馏分烃类 由C1~C40缩小到 C1~C11，抑制了C11以上的高分 子量烃类的生成。 其次，复合催化剂还大幅度提高了汽油馏分 C5~C11 的比例，并且合成产物中基本上不含有 含氧化合物。 故：复合催化剂将得到广泛的应用。
煤的液化和气化
煤的液化和气化煤的液化是先进的煤炭转化技术之一, 是以煤为原料制取液体烃类为主要产品的技术。
煤液化分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类.一.煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。
典型的煤直接液化技术是在400摄氏度、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。
一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。
煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。
煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。
裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。
因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
二.煤间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。
间接液化首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。
特点在煤炭液化的加工过程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及无机矿物质（燃烧后转化成灰分）均可脱除，硫还可以硫磺的形态得到回收，而液体产品品质较一般石油产品更优质。
编辑本段煤间接液化技术的发展70 年代以后, 德国、美国、日本等主要工业发达国家, 为提高效率、降低生成成本, 相继开发了许多我国煤炭直接液化技术的开发研究为了解决我国石油短缺的问题, 寻求廉价生产人造石油的有效途径, 我国自1980 年重新开展煤炭直接液化技术研究。
在煤炭科学研究总院北京煤化学研究所建成具有先进水平的煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检验实验室, 开展了基础和技术研究, 取得了一批科研成果, 培养了一支技术队伍, 为深入进行工艺开发和筹建大型煤炭直接液化生产厂奠定了基础。
煤间接液化
煤间接液化煤间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。
目录11简介2▪目标产物3▪特点42煤间接液化技术的发展5▪产生6▪发展7▪现状83F-T合成的主要化学反应9▪主反应10▪副反应114F-T合成催化剂12▪组成13▪温度、压强145F-T合成反应器15▪简介16▪固定床反应器（Arge反应器）17▪浆态床反应器18▪循环流化床反应器19▪固定流化床反应器206间接液化工艺21▪SASOL工艺22▪SHELL公司的SMDS合成工艺23▪中科院山西煤化所浆态床合成技术的开发24▪兖矿煤制油技术开发257中国煤化工产业发展现状1煤间接液化简介煤间接液化目标产物煤间接液化首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。
煤间接液化特点在煤炭液化的加工过程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及无机矿物质（燃烧后转化成灰分）均可脱除，硫还可以硫磺的形态得到回收，而液体产品品质较一般石油产品更优质。
2 煤间接液化技术的发展煤间接液化产生煤间接液化中的合成技术是由德国科学家Frans Fischer 和Hans Tropsch 于1923首先发现并以他们名字的第一字母即F-T命名的，简称F-T合成或费托合成。
依靠间接液化技术，不但可以从煤炭中提炼汽油、柴油、煤油等普通石油制品，而且还可以提炼出航空燃油、润滑油等高品质石油制品以及烯烃、石蜡等多种高附加值的产品。
煤间接液化发展自从Fischer和Tropsch发现在碱化的铁催化剂上可从CO和H2生成烃类化合物以来，费托合成技术就伴随着世界原油价格的波动以及政治因素而盛衰不定。
费托合成率先在德国开始工业化应用，1934年鲁尔化学公司建成了第一座间接液化生产装置，产量为7万吨/年，到1944年，德国共有9个工厂共57万吨/年的生产能力。
煤的间接液化
煤的间接液化煤间接液化主要有两个工艺路线，一个是合成气费托合成（Fischer-Tropsch），另一个是合成气-甲醇-汽油（MTG）的Mobil工艺。
这两个工艺都已实现工业化生产。
费托合成在南非已建立三个合成油工厂。
甲醇转化制汽油工艺已在新西兰建成工业化装置。
煤直接液化，所产轻油及中油主要含芳烃。
费托合成所产液体产品，主要是脂肪族化合物，适合用作发动机燃料。
这样煤直接液化和间接液化互相补充，各自以芳香族和脂肪族产品为主，以满足不同产品要求。
煤的间接液化还包括合成气制甲醇与醋酐等内容，由于篇幅限制，这里仅对制取液体燃料作简要介绍。
1．费托（F-T）合成⑴概述费托合成是用合成气为原料生产各种烃类以及含氧化合物的方法。
它合成的产品包括气体和液体燃料，以及石蜡、乙醇、丙酮和基本有机化工原料，如乙烯、丙烯、丁烯和高级烯烃等。
与直接液化不同，间接液化可以利用高灰煤。
F-T法最初是在1923年由费雪（F·Fischer）和托普斯（H·Tropsch）发现的。
后来在1936年由鲁尔化学公司实现工业化。
以后到1945年期间先后在德国、日本、中国和法国建成了十四套装置，总产量在136万吨/年。
50年代在廉价石油和天然气的大量供应的影响下，世界F-T合成发展受挫。
只有南非由于政治原因和资源特点，在1956年建成了F-T合成厂（Sasol-Ⅰ厂），后来在1980年以及1984年又先后建成Sasol-Ⅱ厂和Ⅲ厂。
年处理煤量达4000万吨。
⑵ F-T合成的原理①F-T合成过程中发生的反应包括一系列平行和连串反应，其中有两个最基本的反应，它们是：CO+2H2→(-CH2-)+H2O (1)2CO+H2→(-CH2-)+CO2 (2)在使用铁催化剂时，反应（1）产物水汽很容易再发生水煤气变换反应（3）：CO＋H2O→H2＋CO2 （3）这样，反应（2）实际上是由反应（1）和（3）组合而成的。
根据方程（1）和（2）生成烯烃，每标米立方（CO＋H2）合成气，完全转化时可得到的最大产率为208.5g。
煤的间接液化
第八章 煤的间接液化 8.1 F-T合成技术简介
8.2 间接液化对煤质的要求 8.3 费托合成的基本原理 8.4 费托合成工艺及反应器 8.5 煤间接液化的发展趋势及方向
8.1 F-T合成技术简介 三、什么是能源管理体系（1）
煤间接 液化
相对于煤直接液化而言的，指将煤全部气 化产生合成气(CO+H2)，再以合成气为原 料在一定温度、压力和催化剂下合成液体 燃料或其他化学产品的过程。
1923年
1936年
鲁尔化学公司建 成第一个间接液 化厂
到1944年德国共 有9套生产装置
1955 ～
1986年
Mobil公司20世 纪80年代开发 MTG技术
新西兰建成57万 吨/年工业装置
1996年
8.1.2 我国煤间接液化的发展
2016年 单套规模最大的年产400万吨神华宁煤试车成功 2008年 高温浆态床铁基催化剂工业化生产
nCO+2nH2→CnH2n+1OH+ (n-1)H2O (2n-1)CO+(n+1)H2→CnH2n+1OH + (n-1)CO2 3nCO+(n+1)H2O→CnH2n+1OH + 2nCO2
8.3.1 合成过程及反应 H2 有利于烷 烃； CO 烯
烃和含氧化
➢ 醛类生成反应
合物的增加
(n+1)CO+(n+1)H2→CnH2n+1CHO+nH2O
8.3.1 合成三过、程能及效反对应标活动的分类（2）
F-T合 成产品
低温费托 合成产品
• 主要产品柴油，75% •石脑油、液化气 •高品质石蜡
煤炭的间接液化
4
F-T合成工艺过程
F-T合成工艺过程
F-T合成典型工艺流程简图， 如需要的的和侧合成气可由煤经 汽化炉气化和天然气部分氧化等 造气工艺生产粗合成气，粗合成 气经变换、净化等H2/CO2调节 后进入合成反应器，合成不同链 长的烃，再经改质得到汽油、柴 油、煤油等。
F-T合成工艺过程
Shell公司的SMDS工艺 :
SMDS（shell middle distillate synthesis）由造 气、FT合成、中间产品转换和产品分离等部分组成。 采用茂金属钴基催化剂和列管固定床反应器，高选择性 生产蜡。该工艺的主要产品是石脑油、航空煤油、柴油 和蜡，可实施柴油方案，煤油方案。
※ 气流床反应器可在较高温度下操作，采用活
性较低但强度高的熔铁催化剂，生成气态和较低沸 点的产品，能阻止蜡的生成。液体产品中约78%为石 脑油，7%为重油，其余为醇和酸等。
※ 气流床中反应热的外传效率高，控制温度好，
催化剂可连续再生，单元设备生产能力大，结构比 较简单。
浆态床 反 应 器
浆态床反应器是一个气液固
F-T合成工艺上的问题及改进措施
F-T合成反应为强放热反应，要解决排除大量反应热的问题，为了达到产 品的最佳选择性和催化剂使用寿命长的要求，反应需在等温条件下进行。
㈠ 尽快去掉反应热，以保持合适的反应温度，防止催化剂，烧结失去 活性和大量的甲烷生成。
㈡ 降低反应器中的温度梯度，防止催化剂上积炭，使催化剂活性下降。 工业上用导热油在列管反应器壳程强制对流换热，及时移走反应热，保持 适宜的反应温度。
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9 April 2015
一、煤炭液化的定义 煤炭液化是把固体状态的煤炭经过一系 列化学加工过程，使其转化成液体产品的洁 净煤技术。这里所说的液体产品主要是指汽 油、柴油、液化石油气等液态烃类燃料，即 通常是由天然原油加工而获得的石油产品， 有时候也把甲醇、乙醇等醇类燃料包括在煤 液化的产品范围之内。
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第三阶段 1982 年至今，煤液化新工艺的研究期。 1982 年后期石油市场供大于求，石油价格不断下跌， 各大煤液化试验工厂纷纷停止试验.但是各发达国家 的实验室研究工作及理论研究工作仍在大量的进行。 如近年来开发出来的煤油共处理新工艺和超临界抽 提煤工艺等。 近两年，由于中东形势的复杂性，石油原油的价 格迅猛升高，最高价格已超过 150 美元 / 桶，目前仍 然维持在 100 美元 / 桶左右。必将促进煤液化工艺的 发展。
煤液化是提高煤炭资源利用率，减轻燃煤污染的有效途径之一，是 洁净能源技术之一。 -3-
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1.2.2 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 煤 石油 称
状态 分子 量
固体 5000~10000 吡啶萃取物的分子量约2000
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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。1973年后，由于中东石油发生危机，以美国等为 首的资本主义国家重新重视以煤为原料制取液体燃料技术 的开发，建立了各种类型大中型示范液化厂。 二次世界大战后，美国在德国煤液化工艺的基础上开 发了SRCⅠ(solvent refain coals) 和SRCⅡ工艺,1973年 美国利用催化液化原理开发了氢煤法（H-Coal）、供氢溶 剂法（EDS），还有德国液化新工艺（NewTG）、日澳褐煤 液化法。该阶段在煤液化的实验室研究和新技术开发研究 方面做了许多工作。
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1.3 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。
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7-1 F-T合成原理
一、F-T合成的化学反应
二、影响F-T合成反应的因素
三、F-T合成催化剂
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二、影响F-T合成反应的因素
1.反应 温度
化学平衡:温度升高．对F-T合成反应不利。而积炭反应为吸 热反应．升高温度有利于积炭反应的发生.过高的温度易使 催化剂超温烧结，缩短了使用寿命 动力学角度考虑:温度升高，反应速度加快，同时副反应速 度也随之加快。操作温度取决于所用催化剂。 增大压力，F-T合成反应速度加快，但副反应速度也加快。 过大的压力降低了催化剂的活性，需要高压容器，设备的投 资费用高；压力增太，能耗随之增大 增加空间速度，可提高其生产能力，并有利于及时移走反 应热，防止催化剂超温。但空速增大，能耗增大。空速过 小，不能满足生产需求 。 原料气中的(CO+H2)含量高，反应速度快，转化率高，但反 应放出的热量多，易使催化剂床层温度升高。原料气中V(H2) ／V(CO)的比值高，有利于饱和烃的生成；V(H2)／V(CO)的 比值低，有利于生成烯烃及含氧化合物。
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溶解、萃取 三个过程 a.煤的直接液化 煤的热解，生成自由基 加氢反应，活性氢与自由基反应 行为是共存的。 b.煤的间接液化：先将煤气化成CO2和H 2的合成气，再合成为 煤液化 液体产物( F T 合成甲醇)，进一步合成为汽、柴油类。 c.煤的干馏：焦化过程中的液体产物约占煤重的15~20%. d. 煤的抽提：在煤热分解温度之下的过程，是纯物理溶解过 程所生成的产物。
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1.５ 煤液化研究的现实意义
能源技术。 合理、综合利用煤炭资源（得到不可合成的化学品，
不 可再生的宝贵财富）
煤科学理论研究，探讨煤的结构和煤转化机理等。
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常见的煤液化催化剂可以分为三大类：
4.1 卤化物催化剂
4.2 过渡金属催化剂
4.3 铁基催化剂
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4.1 卤化物催化剂
卤化物催化剂最突出的特点是能有效地使沥青烯转化为油品和各种 馏分，并且转化为汽油的转化率较高。 比较了各种金属卤化物的催化活性 , 发现 ZnCl 2 ， ZnBr 2 ， ZnI 2 ， SnCl2· 2H2O的催化效果最好。 产物中苯不溶物很少，分别为ZnCl212％，ZnBr210％，ZnI210％， SnCl2· 2H2O18％. 油 品 产 率 较 高 , 分 别 为 Z n C l 2 6 1 ％ ， Z n B r 2 6 4 ％ ， Zn I 2 6 0 ％ ， SnCl2· 2H2O41％。 其中前三种产率所使用的催化剂为呈熔融状态的金属卤化物，催化 剂添加量为1：1，以浓度为1~5％浸渍在煤上。 熔融金属卤化物活性很高，使用1：1金属卤化物作催化剂时可以得 到45~55％转化率的汽油馏分（C4~200℃前馏分）。 用金属卤化物作催化剂时，在H2中加入5%HCl，可进一步提高煤液 化转化率，达到10~25%。 -21-
nCO (2n 1)H2 Cn H2n 2 nH2O
2nCO (n 1)H2 Cn H2n 2 nCO2
nCO 2nH2 Cn H2n nH2O
2nCO nH2 C n H 2n nCO2
nCO 2H2 Cn H 2n1OH (n 1) H 2O
H/C(原 子比)
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。 由以上四方面的比较分析，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 -5-
背景
随着现代社会的高速发展，世界各国石油、天然气用量加大，将出 现短缺现象，尤其是石油，许多国家靠国外进口来维持。相对于石 油、天然气，煤的储量比较丰富，如何将煤转化为人们所需要的各 种燃料及各种化工产品，费托(F-T)合成解决了这个问题。
F- T合成是F Fischer和H Tropsch在1925年首先研究成功的-该法 是用煤制合成气获得一氧化碳和氢气并在金属催化剂上合成出脂 肪烃和含氧化合物。
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影响煤液化的因素
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。 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。
(2n 1)CO (n 1)H 2 Cn H 2n 1OH (n 1)CO2
(n 1)CO (2n 1)H 2 Cn H 2nCHO nH2O
(2n 1)CO (n 1)H 2 Cn H 2nCHO nH2O
2CO C CO2
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煤间接液化
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1.2 煤液化定义及其液化的实质
1.2.1 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 ﻸ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。 ﻸ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。
F-T合成可能得到的产品包括气体和液体燃料，以及石蜡、水溶性含 氧化合物(如：醇、酮类等)、基本的有机化工原料(如乙烯，丙烯， 丁烯和高级烯烃等)。 -13-
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图
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一、F-T合成的化学反应
1.烷烃的生 成反应 2.烯烃的生 成反应
3.醇类的生 成反应 4.醛类生成 反应 5.积炭反应
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根据化学加工过程的不同路线，煤炭液 化可分为直接液化和间接液化两大类。 直接液化是把固体状态的煤炭在高压和一 定温度下直接与氢气反应 ( 加氢 ) ，使煤炭直接 转化成液体油品的工艺技术。 间接液化是先把煤炭在更高温度下与氧气 和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成 气 ( 一氧化碳和氢气的混合物 ) ，然后再在催化 剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。