煤直接液化技术现状与发展趋势解读

醚键和杂

（2）脱硫反应 煤有机结构中的硫以硫醚、硫醇和噻吩等形式存在，脱硫反应 与上述脱氧反应相似。由于硫的负电性弱，所以脱硫反应更容易进行。 （3）脱氮反应 煤中的氮大多存在于杂环中，少数为氨基，与脱硫和脱氧相比，脱 氮要困难得多。一般脱氮需要激烈的反应条件和有催化剂存在时才能 进行，而且是先被氢化后再进行脱氮，耗氢量很大。
5t/d
12套，42.3Mt/a 100t/d 300t煤/d 200t煤/d 600t煤/d 150t煤/d 7t煤/d 0.1t煤/d
试验装置
70MPa 烟煤，70MMP 30-40Mpa 470°、30Mpa 工业试验厂 17~20Mpa 低压法 小型连续试验装置
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中国神华煤直接液化工艺
新氢 高压蒸汽 液化油
煤直接液化技术现状与发展 趋势
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目 录

1、背景 2、煤直接液化 3、发展


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研究背景
中国是一个富 煤贫油少气的 国家，而煤炭 液化技术也将 成为新型煤化 工产业的重要 方向之一
在应对当今石油 供需矛盾和贯彻 节能减排政策中， 煤炭液化不仅具 有重大的环保意 义，而且具有保 障能源安全的战 略意义。
•煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除,产品为洁净燃料 。
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一、煤制油技术分类
直接液化 间接液化
煤
燃料、化工品 燃料、化工品 汽 油
液体燃料
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MTG
干 馏
二、煤直接液化基本原理
煤炭的直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高 分子结构直接转化为较低分子的液体燃料，转化过程 是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、 解聚，需要较高的压力和温度。
分离 单元
加氢 精制
油 品 化工品
催化剂
循环溶剂 残 渣
CO2 、CO 热解
加氢
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四、煤加氢液化过程中的化学反应

1、煤的热解
煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度，煤的化学结构 中键能最弱的部位开始断裂，呈自由基碎片： 煤 自由基碎片∑R·
热裂解
随温度升高，煤中一些键能较弱和较高的部位也 相继断裂，呈自由基碎片。
（4）降低循环油中沥青烯含量 （5）缩短反应时间
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五、煤加氢液化催化剂种类
（1）金属氧化物催化剂 对煤加氢液化催化活性大小顺序： SnO2、ZnO2、GeO2、MoO3、PbO、 Fe2O3、TiO2、 Bi2O3、V2O5. （2）铁系催化剂 主要为三氯化铁、硫酸亚铁、或者加入无水氧化铁，有的加硫 或者不加硫。 （3）卤化物催化剂 使用卤化物催化剂有两种方式： 一种是使用少量催化剂；另一种是使用大量催化剂，熔融金属 卤化物，催化剂与煤的质量比可高达1。
煤 浆 预 热 器 煤浆
2018/9/24
第 一 反 应 器
第 二 反 应 器
高 温 分 离 器
中 温 分 离 器
低 温 分 离 器
常 减 压 蒸 馏
加 氢 反 应 装 置
常 压 蒸 馏
煤直接液化
残渣
循环溶 剂去制 15 15 煤浆
工艺特点：
①采用两段反应，反应温度455℃、压力１9Ｍ Ｐａ，提高了煤浆空速； ②采用人工合成超细铁基催化剂 ③固液分离采用成熟的减压蒸馏； ④循环溶剂全部加氢，提高溶剂的供氢能力； ⑤液化粗油精制采用离线加氢方案。

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3、脱氧、硫、氮杂原子反应
加氢液化过程中，煤结构中的一些氧、硫、氮也产生断裂，分别生成H2O (或CO2、CO）、H2和NH3气体而被脱除。

（1）脱氧反应 煤有机结构中的氧存在形式主要有： 含氧官能团，如－COOH、－OH、－CO和醌基等 环 上述基团在加热条件下可生成H2O、CO2或CO

Байду номын сангаас
要将煤转化为液体产物，首先要将煤的大分子裂解为较小 的分子，而要提高H/C原子比，降低O/C比，就必须增加H 原子或减少C原子。 煤液化的实质就是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件 下，比提高H/C ，使固体煤转化为液体的油。

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直接液化
制 氢 煤制备 油煤浆 制 备 加氢液化
450OC，20MPa
优点: 热效率较高，液体产品收率高；
缺点:煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。
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三、煤与液体油的差异

煤与石油都是由碳、氢、氧为主的元素组成的天然有机矿 物燃料，但它们在外观和化学组成上都有明显差别。 煤与石油、汽油在化学组成上最明显的差别就是煤中氢含 量低、氧含量高、H/C原子比低、O/C原子比高。
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直接液化
1979年～1996年：
国家支持下，进行了50多种中国煤种评价，筛选了十
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六、煤炭直接液化的工艺

煤炭直接液化的工艺过程主要包括 ：煤的破碎与干燥、 煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分 馏和精制，以及煤气化制取氢气等部分。 目前，煤炭直接液化工艺已经发展到第三代，典型的工艺 有：德国IGOR公司和美国碳氢化合物研究（HTI）公司的 两段催化液化工艺和日本的NEDOL工艺等。我国从八十年 代初开始开展煤炭直接液化技术研究，目前具有自主知识 产权的神华煤直接液化工艺及成套技术已在神华鄂尔多斯 百万吨直接液化项目上成功应用。
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2、对自由基“碎片”的供氢
煤热解产生的自由基碎片是不稳定的，它只有与氢 结合后才能变得稳定，成为分子量比原料煤要低得多 的初级加氢产物，其反应为： ∑R· ＋H ∑RH 供给自由基的氢源主要来自以下几个方面： （1）溶解于溶剂油中的氢在催化剂的作用下变为活 性氢； （2）溶剂油可供给的或传递的氢； （3）煤本身可供应的氢； （4）化学反应生成的氢
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4、缩合反应
在加氢液化过程中，由于温度过高或供氢不足，煤热解 的自由基“碎片”彼此会发生缩合反应，生成半焦和焦炭。 缩合反应将使液化产率降低，它是煤加氢液化中不希望发 生的反应。
为提高煤液化过程的液化效率，可采取以下措施防止结焦：
（1）提高系统的氢分压 （2）提高供氢溶剂的浓度
（3）反应温度不要太高

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国内外煤直接液化技术简介
开发国 工艺名称 开发时间 形成规模 技术特点
德国
德国 英国 美国 德国 美国 日本 前苏 中国
Betgirs法
IG I.C.I C.C.C IGOR H-Coal NEDOL ST-S NEDOL
1921
1935~39 1929 1952 1981-87 1979-82 1996 1986~90 1982