煤液化生产技术

三、煤的液化工艺有两大类
（1）、煤直接液化
已接近工业化的煤直接液化技术有：德国IGOR工艺，美国HTI工艺，日本 NEDOL工艺； （2）、煤间接液化 已商业化煤间接液化技术有：南非Sasol固定床高温工艺，浆态床低温工艺， 流化床高温工艺，壳牌公司固定床工艺。
四、煤炭液化的功能
与石油相比煤炭液化必须具备以下4大功能： （1）、将煤炭的大分子结构分解成小分子； （2）、提高煤炭的H/C原子比，以达到石油的H/C原子比水平； （3）、脱除每天中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的质量达到石油产品的标准； （4）、脱除煤炭中无机矿物质。
三、煤间接液化中催化剂的特点及种类
（1）催化剂的特点：
首先，催化剂的主金属组分应该具备加氢作用、使CO的C-O键削弱或解离作用以及叠 合作用。 其次，助剂对催化剂的结构特别是对活性表面的形成产生稳定影响，它可促使催化剂 表面结构的形成，防止熔融和再结晶，增加其稳定性。 再次，使用载体在于增大活性组分的分散和提高催化剂表面积，其作用与结构助剂相 似。并通过形选作用提高选择性。 最后，催化剂粒度及分散性对合成反应活性及选择性有重要影响。
二、世界能源组成
三、世界能源概况
据英国石油公司于2000年的统计数据显示，煤炭占世界化石能源剩 余可开采的64.1%，而石油占18.1%，天然气占17.8%，按目前化石能 源的开采量计算，石油可以开采约40年，天然气可以开采约60年，而煤炭 则可以开采200年以上。由于煤炭的资源量和储采比大大超过石油和天然气， 因此在未来50年内，煤炭仍将是世界主要能源之一，是世界经济发展的重要动力支柱。
（2）煤加氢液化催化剂种类
合成催化剂主要由Co、Fe、Ni等周期表第VIII族金属制成，为了提高催化剂的活性、 稳定性和选择性，除主成分外还要加入一些辅助成分，如金属氧化物或盐类。大部分催化 剂都需要载体，如氧化铝、二氧化硅、高岭土或硅藻土等。合成催化剂制备后只有经 CO+H2或H2还原活化后才具有活性。目前，世界上使用较成熟的间接液化催化剂主要有 铁系和钴系两大类，SASOL使用的主要是铁系催化剂。在SASOL固定床和浆态床反应器中 使用的是沉淀铁催化剂，在流化床反应器中使用的是熔铁催化剂。
煤是古代植物残骸经地下高温、高压作用，经过复杂的物理、 化学变化而形成的有机生物岩。
二、煤的形成过程
成煤过程分为两个阶段：泥炭化阶 段和煤化阶段，前者主要是生物化学过， 后者是物理化学过程。
三、煤的化学结构与原油化学结构 的区别（图）
煤与原油、汽油相比，煤中的氢含量低，氧含量高，H/C原 子比高。汽油只含C、H两种元素，不含O、N、S元素。 从相对分子质量来看，煤的相对分子质量很大，一般为 5000~10000或更大些，而石油的平均相对分子质量较小，一般 为200左右，汽油的平均相对分子质量为110左右。
1、煤的液化用于生产石油的代用品，可以缓解石油资源紧张的局面。 2、通过液化，将难处理的固体燃料转变成便于运输、储存的液体燃料， 减少了煤中含流、氮化合物和粉尘、煤灰渣对环境的污染。 3、煤的液化还可用于制取碳素材料、电级材料、针状焦及有机化工产品 等，以代替部分石油化工，扩大煤的综合利用范围。
一、煤的源自文库念
五、煤炭液化的基本原理
煤主要是由C、H元素所组成，如果能够创造适宜的条件，使煤的相对分子质量 变小，提高产物的H/C原子比，那么就有可能使煤转化为液体燃料油。为了将煤中的 有机质高分子化合物变成低分子化合物，就必须切断煤化学结构中的C-C化学键，切 断这些化学键久必须供给一定的热量，如热能。同时，为了提高H/C原子比，必须向 煤中加入足够的氢。
四、我国的能源概况和国情
（1）概况
国际能源机构（IEA）预测中国石油消费量依赖进口的程度2010年为61%， 2020年为76.9%，2020年我国石油年消费量可达到5亿吨以上，进口原油将超过国 产石油量。这样大的石油消费量和进口量将对中国的经济发展和能源安全造成很大压 力，因此，以煤炭为主要能源的格局在今后一个较长的时期内不会改变。
煤液化生产技术
深加工4班 王振栋
☆本节课的研讨内容☆
• • • • • 1、了解世界能源组成以及我国能源概况和国情 2、煤的形成（★★） 3、煤液化概述（★★★） 4、煤直接液化生产技术（★★★★） 5、煤间接液化生产技术（★★★★）
（★
（注：“★”表示需要掌握的程度）
一、能源
能源亦称能量资源或能源资源，是指自然 界能为人类提供某种形式能量的物质资源。
四、煤间接液化的反应机理
煤预热处理→气化→合成气净化→F-T合成→粗油品加工→成品油 主要反应有：
（1）烃类生成反应
CO+2H2→(-CH2-)+H2O
（2）水气变换反应
CO+ H2O→H2+ CO2 由以上两式可得合成反应的通用式： 2CO+H2→(-CH2-)+ CO2 由以上两式可以推出烷烃和烯烃生成的通用计量式如下：
三、煤直接液化中催化剂的特点及种类
（1）催化剂的特点：
首先，催化剂要能够活化反应物，加速加氢反应速率，提高煤炭液化的转 化率和油收率。 其次，催化剂要能够促进溶剂的再氢化和氢源与煤之间的氢传递。 再次，催化剂要具有选择性。
（2）煤加氢液化催化剂种类
① 金属催化剂，主要为钴、钼、
镍、钨等，多用重油加氢催化剂。 ② 铁系催化剂，含氧化铁的矿物 或铁盐，也包括煤中含有的铁矿物。 ③ 金属卤化物催化剂，如SnCl2 , ZnCl2等是活性很好的加氢催化剂，但 由于回收和腐蚀方面的困难还没有正式 用于工业生产。
一、煤直接液化的工艺路线
就是把经过洗选加工的精煤磨细、干燥，制 备成干的细煤粉，干煤粉与装置自身生产的重溶 剂油制备成 可以用泵输送的油煤浆，油煤浆经泵 增压后与氢气混合经预热后在高温、高压的条件下， 在催化剂的作用下在反应器中发生加氢反应生成液 体油品的过程。
二、煤直接液化的工艺特点
（1）、液化油收率高，例如采用HTI工艺，我国神华煤的油收率可高达63%~68%。 （2）、煤消耗量小，如我国西部某直接液化项目，生产1吨液化油，需消耗原料洗精 煤2.4吨左右（包括23.3%气化制氢用原料煤，不计燃料煤）。 （3）、馏分油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高。 （4）、油煤浆进料，设备体积小，投资低，运输费用低。 （5）、制氢方法有多种选择，无需完全依靠于煤的气化。 （6）、反应条件相对较苛刻，如德国老工艺液化压力甚至高达70MPa，现代工艺如 IGOR 、HTI 、NEDOL等液化压力也达到17~30MPa，液化温度430~470℃。 （7）、出液化反应器的产物组成较复杂，液、固两相混合物由于黏度较高，分离相对 困难。 （8）、氢耗量大，一般在6%~10%，工艺过程中不仅补充大量新氢，还需要循环油 作供氧溶剂，使装置的生产能力降低。
（3）烷烃生成反应
nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O 2nCO+(n+1)H2→CnH2n+2+nCO2 3nCO+(n+1)H2O→CnH2n+2+(2n+1)CO2 nCO2+(3n+1)H2→CnH2n+2+2nH2O
（4）烯烃生成反应
nCO+2nH2→CnH2n+nH2O 2nCO+nH2→CnH2n+nCO2 3nCO+nH2O→CnH2n+2nCO2 nCO2+3nH2→CnH2n+2nH2O 间接液化的主要反应就是上面的反应，由于反应条件的不同，还有甲烷生成反应， 醇类生成反应（生产甲醇就需要此反应），醛类生成反应等等。
一、什么是煤液化
煤液化就是指将煤通过一系列化学加工，转化为液体燃料及其他化学品的过程。 煤液化是煤炭转化的高科技产业，是一种彻底的高级洁净煤技术，是我国的能源战略 储备技术。
二、煤液化工艺开发大致经历以下3个阶段
1、第二次世界大战前及二战期间，以德国为首的，因军事上需要，开发和建设 以压力为70.0MPa的高温高压加氢液化工艺的生产装置，是煤液化首次工业化阶段。 2、1973年中东石油危机以后，以美国、德国为代表的工业发达国家重新关注煤 液化技术研究与开发，主要目标是开发新工艺，为合成石油工业补充天然石油的不足 奠定基础。 3、进入20世纪90年代中后期，以中国、日本为代表的亚洲国家，由于石油资源 严重缺乏，积极开发煤液化技术，特点是以高分散催化剂为核心，液化反应压力在 20.0MPa左右，日本完成150t/d的工业示范试验，中国完成三套不同工艺的每年百万 吨以上液化油产品的工业生产装置的可行性试验研究报告，目前100万吨油的工业生 产示范装置已初具规模。
（2）国情
我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭储量远大于石油、天然气储量。 我国能源特点是“富煤、少油、少气”。我国能源利用存在着“综合利用效率低；能 耗高、节能潜力大；生产效率低、成本高；环境污染较为严重”等问题。
五、发展煤液化的意义
利用我国丰富的煤炭资源，实施“以煤代油”和“以煤造油” 是优化终端能源，实现石油供应多元化和保证能源安全的重大决 策 ，符合我国国情和可持续发展的需求。因此，煤液化技术的 开发和产业化具有重要意义。包括以下几点：
一、煤间接液化的工艺路线
煤炭首先与氧气发生部分氧化 反应生成以一氧化碳和氢气为主要 组分的合成气，净化后的合成气在 催化剂的作用下在反应器中发生 “费-托”合成反应，生成合成油品， 合成油品经进一步加工后生产汽油、 柴油等车用运输燃料。
二、煤间接液化技术的特点
（1）适用煤种广泛，由于使用CO和H2合成，故可以利用 任何廉价的碳资源。 （2）可以在现有化肥厂已有气化炉的基础上实现合成油。 （3）可以独立解决某一特定地区各种油品的要求。如F-T （4）可根据油品市场的需要调整产品结构，生产灵活。 （5）工艺过程中的各单元与石油炼制工业相似，有丰富 的操作运行经验可借鉴。 （6）油收率低于直接液化，产品油成本比直接液化高。
四、煤直接液化的反应机理
主要发生四类化学反应 （1）煤热裂解反应 （2）加氢反应 （3）脱O、S、N杂原子反应 （4）缩合反应
五、煤直接液化工艺
具有代表性的工艺有以下几种：
（1）溶剂精制煤工艺（SRC）（2）供氢溶剂法（EDS）（3）氢煤法（H-Coal）（4）德国IGOR工 艺 （5）俄罗斯低压加氢液体工艺 （6）日本NEDOL煤液化工艺 （7）煤催化两段液化工艺 (8)煤的HTI工艺 （9）煤共处理工艺 （10）神华煤液化工艺 （4）德国煤液化精制联合工艺-IGOR工艺。该工艺由德国鲁尔煤炭公司与VEBA石油公司和 DMT矿冶及检测技术公司合作开发。其主要特点是反应条件比较苛刻，温度470℃，压力30MPa； 催化剂使用炼铝工业的废渣(赤泥)；液化反应和液化油加氢精制在一个高压系统内进行，可一次得 到杂原子含量极低的液化精制油，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烧值汽油；循环溶剂是加氢油，供氢性能好，煤液化转化率高。 （6）日本NEDOL工艺。该工艺由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)组织十几家大公司合 作开发成功，其主要特点是反应压力较低，压力为17-19MPa，反应温度为455-465℃；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，还须加氧提质才能获得合格产品。 （7、8）美国两段催化煤直接液化工艺-HTI工艺。HTI工艺是在H-Coal工艺基础上发展起来的， 采用近10年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂，其主要特点是反应条件比较缓和， 反应温度440-450℃，反应压力17 MPa；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；催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状催化剂，此催化剂活性高，用量少；在 高温分离器后面串联有在线加氢同定床反应器，对液化油进行加氢精制；同液分离采用|临界溶剂萃 取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油，从而大幅度提高了液化油收率；液化油中大于 350℃馏分还可作为催化裂化原料。 （ 10 ）中国神华煤直接液化工艺。中国神华煤直接液化工艺的主要技术特点是煤浆制备全部 采用供氢性循环溶剂。由于循环溶剂预加氢，使得液化反应条件温和，系统操作稳定性提高；采用 两个强制循环悬浮床反应器，这样反应器温度分布较为均匀，产品性质也很稳定；采用减压蒸馏的 方法进行液化油和固体物的分离，残渣中含油量少，产品收率较高。