煤加氢直接液化工艺

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1983年日本0.1t/d~2.4t/d煤直接液化装置的开发,确立了 NEDOL煤直接液化工艺。
1985~1989年1t/d规模的NEDOL工艺开发装置的建设和 运转。
1991年开始150t/d中试规模的NEDOL装置的设计。 1996年完成建设试运转。 1997~1998 正式运转,累计进煤6200h。
进行溶剂萃取加氢,生产低灰、低硫的清洁固体燃料和液 体燃料。过程中除煤中所含的矿物质以外,不用其他催化 剂。 该法属加氢抽提液化工艺。通常根据产品形态不同又分为 SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ。SRC-Ⅰ是以生产低灰、低硫固体精炼 煤(发热量38.7MJ/kg)为主,煤浆在反应器中的操作条 件是:停留时间40min;出口温度450℃;压力10~13MPa 。SRC-Ⅱ以生产液体燃料为主,煤浆停留时间1小时。
个反应器进行,有效缩短工艺流程 采用沸腾床催化反应器和钴-钼加氢催化剂,反应器中物料混合
充分,所以H-Coal工艺在反应器温度控制上,产品性质的稳定性 上具有较大的优势。
4.3 溶剂精炼煤工艺(SRC法)
1960年美国煤炭研究局组织开始溶剂精炼煤的研究工作。 SRC法是煤在较高的压力和温度下,在有氢存在的条件下
对残渣进行焦化,发生干馏 和气化反应转化为液体产品 和低热值煤气;
减压蒸馏,避免了复杂的固 液分离技术难题。
4.4 埃克森供氢溶剂工艺(EDS工艺)
工艺流程图
17.5MPa 425~450℃
4.5 NEDOL工艺
1973年,通产省实施阳光计划,开始煤炭直接液化的基 础研究。
1980年日本成立新能源开发机构(NEDO,(the new Energy and Industrial Technology Development Organization))。
品。
4.6 俄罗斯低压液化工艺
前苏联在20世纪70~80年代针对世界上最大的、露天开 采煤矿坎斯克-阿钦斯克、库兹涅茨(西伯利亚)煤田的煤 质特点,开发了低压(6~10MPa)煤直接液化工艺。 该工艺采用乳化钼催化剂,反应温度425~435℃,液相 加氢阶段反应时间为30~60min。1983年在图拉州建成了处 理煤炭5~10t/d ~t/d的“CT-5”中试装置,实验工作进行了 7年。在此基础上前苏联先后完成了处理煤炭75t/d “CT75”和500t/d“CT-500”的大型中试厂的详细工程设计, 并初步完成年产50万吨油品的煤直接液化厂工程设计。
让循环溶剂在进入煤预处理过程之前,先经过固定床加氢 反应器对溶剂加氢,以提高溶剂的供氢能力,这是EDS工 艺的关键特征,工艺名称也由此得来。
4.4 埃克森供氢溶剂工艺(EDS工艺)
工艺流程图
17.5MPa 425~450℃
工艺特点
供氢溶剂催化加氢,提高了 催化剂的使用寿命,催化剂 是Co-Mo和Ni-Mo;
气体
汽油 柴油 航空燃料
残渣
380-390 oC 15-18 MPa
2、德国煤加氢液化老工艺
德国是世界上第一家拥有煤直接加氢液化工业化生产经验 的国家。其第一套生产装置由德国I.G.Farbenindustrie(燃 料公司)在1927年建成,也被称为IG工艺。德国煤加氢液 化老工艺是世界其他国家开发同类工艺的基础。
4.2 氢煤法(H-Coal)
H-Coal工艺始于1963年,由美国Hydrocarbon Research Inc.( HRI)开发。H-Coal工艺的许多基本概念都来源于HRI的用于 重油提质加工的H-Oil工艺。
在美国政府的支持下,HRI于1974年9月开始着手设计 200~600t/d的工业性试验装置,1976年12月15日200~600t/d的 工业性试验装置在肯塔基的Catlettsburg破土动工,1980年开 始运转, 1983年运转结束。
1981年鲁尔煤炭和菲巴石油在Bottrop建成了200t/d的中试 厂。该试验厂从1981年一直运行到1987年4月,从170,000 吨煤中生产出超过85,000吨的蒸馏产品,运行时间累计达 22,000小时。
1997年,中国煤炭科学研究总院与DMT和鲁尔煤炭公司 签订了2年的协议,进行中国云南先锋煤液化5000t/d示范 厂的可行性研究。
◎20世纪80年代工艺 CT-5(低压),俄罗斯,前苏联国家科学院 CTSL(两段液化),美国,HRI (HTI) HRI(煤油共炼),美国,HRI (HTI)
◎21世纪 (2004) 工艺 神华工艺(基于HTI和NEDOL), 中国, 神华
3.1 煤直接液化工艺分类
□单段液化工艺 通过一个主液化反应器生产液体产品。这种工艺 可能包含一个在线加氢反应器或离线加氢反应器,对液体产品提 质而不能直接提高总转化率。
3、典型煤直接液化工艺
通常人们所谓的典型工艺一般是已通过50t/d以上规模工业
性试验验证的较成熟的工艺。
◎20世纪60年代工艺 SRC (SRC I和SRC II),美国,OCR EDS (供氢溶剂法),美国,Exxon H-Coal (氢煤法),美国,HRI (HTI)
◎20世纪70年代工艺 IGOR (IG新工艺),德国,DMT HTI (基于H-Coal),美国,HTI NEDOL (基于EDS和IGOR), 日本, NEDO
4.4 埃克森供氢溶剂工艺(EDS工艺)
埃克森供氢溶剂工艺(EDS工艺),是 美国Exxon石油公 司开发的一种煤炭直接液化工艺。
Exxon公司从1966年对EDS工艺进行开发,并在0.5t/d的连 续试验装置上确认了EDS工艺的技术可行性。
1975年6月,在Baytown建立了250t/d的工业性试验厂,完 成了EDS工艺的研究开发工作。
煤糊加氢主要采用拜尔赤泥、硫化亚铁和硫化钠,后者 的作用是中和原料煤中的氯,以防止在加氢过程中生成氯 化氢引起设备腐蚀。
2.2 工艺特点
固液分离 该工艺的固液分离采用过滤分离,从热分离器底部流出
的淤浆在140~160℃温度下直接进入离心过滤机分离。对 1000kg干燥无灰基烟煤而言,当液化转化率为70%时,淤浆 总质量为1130kg,固体残渣重340kg;而液化转化率为96% 时,淤浆和固体残渣质量分别减少270kg和80kg。
以划到上述两种工艺中去。
HRI,CCLC
4.1 德国IGOR+工艺
IGOR+(Integrated Gross Oil Refining)工艺由德国矿业 研究院(DMT)、鲁尔煤炭公司(Ruhrkohle AG)和菲 巴石油公司(Veba Oil)在IG工艺基础上开发而成。该工 艺在DMT建立了0.2t/d连续试验装置。
过滤分离得到的滤液,即重质油,含有较多的沥青烯和 2%~12%的固体,作为煤浆加氢循环溶剂,其供氢能力较差 ,沥青烯积累会使煤浆黏度上升,这正是德国老工艺需要 70MPa反应压力的主要原因之一;滤饼含固体38%~40%, 为回收滤饼中的油,对滤饼进行干馏,可回收滤饼中约30% 的油。
2.2 工艺特点
煤加氢直接液化工艺
煤直接液化基本工艺流程 德国煤加氢液化老工艺 典型煤直接液化工艺 煤-油共处理
1、煤直接液化基本工艺流程
煤直接液化工艺流程简图
催化剂
氢气 氢循环

煤浆制
备单元
反应 单元
分离 单元
循环溶剂
煤:<0.2mm 催化剂: Fe-S系
420-470 oC 17-30 MPa
提质加 工单元
4.1 德国IGOR+工艺
工艺流程图
350~420℃
30MPa 470℃
4.1 德国IGOR+工艺
工艺特点
液化残渣的固液分离由过滤改为减压蒸馏,设备 处理能力增大,操作简单,蒸馏残渣在高温下仍 可用泵输送;
循环油由重油改为中油与催化加氢重油混合油, 不含固体,也基本上不含沥烯,煤浆黏度大大降 低,溶剂的供氢能力增强,反应压力由70MPa降 低到30MPa,反应条件相对缓和些;
4.3.1 SRC-Ⅰ直接液化工艺
SRC-Ⅰ工艺流程
工艺特点 不用外加催化剂,利用煤灰自身催化作用; 反应条件温和,反应温度400~450℃; 反应压力为10~15MPa; 氢耗量低,约2%。 主要产品为固体溶剂精炼煤,产率约占60%
4.3.2 SRC-Ⅱ直接液化工艺
SRC-Ⅱ工艺流程
4.3.1 SRC-Ⅰ直接液化工艺来自百度文库
SRC-I工艺
SRC-I工艺由美国匹兹堡密德威煤炭矿业公司 (Pittsburg and Midway Coal Mining Company , P&M)于六十年代初根据二次大战前德国的PottBroche工艺的原理开发出来的。
4.3.1 SRC-Ⅰ直接液化工艺
4.5 NEDOL工艺
工艺流程图
10MPa 320~400℃
4.5 NEDOL工艺
工艺特点
反应压力较低,压力为17~ 19MPa ,反应温度430~465 ℃; 催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿; 固液分离采用减压蒸馏的方法; 配煤浆用的循环溶剂单独加氢,以提高溶剂的供氢能力; 液化油含有较多的杂原子,还须加氢提质才能获得合格产
14MPa
438~466℃
371~399℃
4.3.2 SRC-Ⅱ直接液化工艺
SRC-Ⅱ工艺特点 SRC-Ⅱ法与SRC-Ⅰ法的不同点: 气液分离器底部分出的热淤浆的一部分作为循环溶剂返回
制煤浆,另一部分进减压蒸馏,部分淤浆循环的优点有, 一是延长中间产物在反应器内的停留时间,增加反应深度; 二是矿物含有硫铁矿,提高了反应器内硫铁矿浓度,相对 而言添加了催化剂,有利于加氢反应,增加液体油产率; 用减压蒸馏替代残渣过滤分离,省去过滤、脱灰和产物固 化等工序; 产品以油为主,氢耗量比SRC-Ⅰ高一倍。
液化残渣不再采用低温干馏,而直接送去气化制 氢;
4.1 德国IGOR+工艺
把煤的糊相加氢与循环溶剂加氢和液化油提质加 工串联在一套高压系统中,避免了分立流程物料 降温降压又升温升压带来的能量损失,并且在固 定床催化剂上还能把CO2和CO甲烷化,使碳的损 失量降到最低限度;
煤浆固体浓度大于50%,煤处理能力大,反应器 供料空速可0.5kg/(l·h) (daf煤)。
SRC-II,EDS,H-Coal,IGOR,NEDOL,CT-5
□两段液化工艺 通过两个液化反应器生产液体产品。第一段的主 要功能是煤的热解,在此段中不加催化剂或加入低活性可弃性催 化剂。第一段的反应产物在第二段反应器中在高活性催化剂存在 下加氢再生产出液体产品。
CTSL,HTI,神华工艺
□煤油共炼工艺 煤和石油混合处理,生产液化产品。此工艺也可
它的主要特点是采用了沸腾床催化反应器,这是H-Coal工艺 区别于其他液化工艺的显著特点,属于一段催化液化工艺。
4.2 氢煤法(H-Coal)
工艺流程
20MPa 425~455

4.2 氢煤法(H-Coal)
工艺特点 操作灵活性大,对原料煤种的适应性和对液化煤种的可调性好 流化床内传热传质效果好,有助于提高煤的转化率。 煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反应和液化产物精制过程在一
产品产率 在糊相加氢阶段,当氢耗量为7%时,100t高挥发分烟
煤(daf)可得到13.8t 汽油、47.7t 中油和24.3t C1~C4气 态烃产品。每生产1t 汽油和液化气需要煤3.6t,其中38% 用于制氢、27%用于动力和约35%用于液化本身,故液化 效率约为44%。 可见,德国煤直接加氢液化的老工艺能源转化效率低,再 加上反应条件苛刻,缺乏竞争性,人们纷纷寻求降低反应 压力和提高过程效率,最终降低液化过程成本的新工艺。
煤粉
煤制浆
循环溶剂
430℃ 10~15MPa
萃取器
过滤
加氢
60%
蒸馏
半焦
40%
干馏
加氢
德国:Pott-Broche 液化工艺(溶剂萃取法)
氢 液化油
◎液化反应器(萃取器):不加氢,不使用催化剂; ◎循环溶剂:离线加氢; ◎缺点:易结焦,过滤困难,传热差。
4.3.1 SRC-Ⅰ直接液化工艺
SRC-Ⅰ工艺流程
德国的IG工艺可分为两段加氢过程,第一段加氢是在高 压氢气下,煤加氢生成液体油(中质油等),又称煤浆液 相加氢。第二段加氢是以第一段加氢的产物为原料,进行 催化气相加氢制得成品油,又称中油气相加氢,所以IG 法也常称作两段加氢法。
2.1 工艺流程
第一段液相加氢
30~70 MPa
470~480℃
第二段气相加氢
32MPa
360~450℃
2.2 工艺特点
温度和压力 德国煤直接加氢液化老工艺的煤糊加氢段的压力高达
30~70MPa,因煤种和所用催化剂的不同而异,反应塔温 度470~480℃,煤糊预热器的出口温度比预定反应温度低 20~60℃;液化粗油的气相加氢段反应温度为360~450℃, 催化加氢反应系统压力大约32MPa。 催化剂
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