煤炭间接液化项目工艺分析-孟庆鹏
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中国石化
煤炭间接液化项目工艺分析
孟庆鹏 ２０１５年１１月３日
中国石化
一、煤炭转化的主要形式 1.气化，2.液化，3.焦化 1. 气化技术很多，我们国家上世纪50年代70年代建设的化肥企业大多数都是采用块 煤常压气化技术，生产水煤气，经变换、 净化后生成符合要求的合成气,经合成生成 氨，再经过氨加工，生产碳铵、尿素、硝 铵、硫铵等氮肥。 2.液化，又叫CTL（coal to liquids)
中国石化
3.焦化是最古老的煤转化方式，其投资成本低，能 效低，环保问题多。焦化主要产品是焦炭和焦炉气。 焦炉气经分离生成焦油、萘、甲烷、氨水等； 二、关于煤炭间接液化即费托合成油品
1.费托合成油的简况 国际上领导煤炭间接液化合成油工业化运行的是南 非沙索尔公司，目前该公司拥有三套总能力近760 万吨/年油品投入商业化运行。 我国煤炭间接液化技术是由中国科学院山西煤化所 首先开发的，二十一世纪第一个十年先后建设了山 西潞安16万吨/年、内蒙大陆工业园伊泰16万吨/年 和内蒙鄂尔多斯神华16万吨/年三套采用国内技术 的F-T合成油装置示范工程。
中国石化
反应器顶部的气相出口经换热后去脱碳。 脱碳采用南化研究院开发的热钾碱法，二乙 醇胺作为活化剂，脱碳后的气体CO2浓度约 1.5%。 脱碳后的气体进入低温油洗装置，将气体冷 却至-10度左右，回收其中的C3、C4、C5及以 上组份。 低温油洗后的气体进入尾气处理装置，分成 两股，一股进入Prism膜分离单元提浓氢气， 膜分离的非渗透气作为部分氧化单元的原料， 进一步用水蒸气催化转化制取氢气；
氨裂解制氢 可得到75%的氢浓度，可通过除氮进一步提浓 氢。
电解水制氢 用量很少时，可采用此方法。
中国石化
谢谢！
中国石化
制天然气
中国石化
制天然气
变换采用青岛联信低水汽比耐硫变换催化 剂。
中国石化
净化
净化采用鲁奇低温甲醇洗技术； 净化气中H2S为0.1ppm，CO2为0.5%左右； 该气体在进入F-T反应器前要进一步脱硫， 使其含量水平降至30ppb，保证催化剂不受 伤害；CO2是F-T反应产物之一，因此对其 要求不十分严格，由于在合成油品过程中 CO2起惰性气作用，因此其含量也是越低越 好。本单元净化气全部进入F-T反应器。
中国石化
中国石化
三、主要工艺技术 气化 气化采用粉煤加压气化，引进德国西门子 GSP气化炉。GSP气化炉上炉置顶部烧嘴、 水冷壁，下炉是急冷室，与德士古急冷水 经由激冷环进入不同，GSP则由设置在下炉 体上的16根独立的急冷水管喷入急冷室。 出急冷室的工艺气温度和德士古一样， 也在210度左右。
中国石化
气化炉出口气体经由文丘里混合器后入洗 涤塔洗涤，然后分两股，一股直接进入低 温甲醇洗，另一股进入低水汽比变换炉， 调整变换和未变换气的比例，使得H2：CO 符合费托合成的要求。
气化炉的渣由炉底锁斗排出； 气化炉底部灰水送至黑水处理装置，经 多级闪蒸合格后，返回气化装置。
中国石化
变换 和制氢不同，F-T合成需要H2比CO大约是 1.67-1.69，因此本单元采用部分变换，经 由变换的气占54%，未变换气占44%； 经过变换的气体中CO不需要降的很低，大 约是7.3%左右。
中国石化
净化装置出口的CO2，一部分作为CO2压缩机 的入口气体，经压缩至5.5Mpa，作为送煤粉 进烧嘴的载气，绝大部分经水洗甲醇后排入大 气。
费托合成
费托合成采用中科合成油公司高温浆态床技 术，催化剂为铁系，反应温度约240度、反应 压力为3.1Mpa，反应生成液相的蜡由反应器 中部取出，去蜡过滤。反应同时生成C1、C2、 C3、C4…..等，反应也生成CO2和水。
中国石化
2013年，国家发改委正式核准了神华宁煤 400万吨/年采用国内技术的F-T合成油装置 示范工程。
该工程批准投资550亿，项目占地370公 顷，是目前世界上最大的煤炭间接液化合 成油商业化项目。
该项目年转化1951万吨原煤，拥有12套 10万立O2/时空分、28台每天处理2200吨 煤的GSP气化炉、8台每台50万吨F-T反应器， 单台反应器自身重达3500吨。
中国石化
2.液化又分为直接液化和间接液化两种。 直接液化是煤粉在浆态床中催化剂作用下，
经高压加氢，反应压力19Mpa,温度为470 度左右，生成油品；
间接液化是煤经气化后生成水煤气由变 换净化后形成H2：CO=1.67的合成气，进 入费托反应器，在催化剂作用下生成石蜡， 经加氢后生成油品；
3. 焦化
每台反应器内设上下两台内取热器，公用 一个汽包副产2.2-2.4Mpa蒸汽，通过控制 汽包压力来控制浆态床温度。
该反应器是热壁临氢反应器。 还原反应器的构造和原理同主反应器。 四、煤制氢、制油、制甲醇、制天然气
前端工艺最大变化是变换
中国石化
制氢 制氢的目标产品是氢气，因此要求变换单
元CO转化率越高越好，CO浓度越低越好， 一般要低于0.5%的水平，具体要取决于下 游的氢提纯的工艺路线，是采用PSA，还是 甲烷化流程，采用PSA流程，允许CO浓度高 些，采用甲烷化流程，CO浓度必须控制在 反应器能接受的程度。
变换通常采用高水汽比、多段深度变换。
中国石化
制油 H2：CO一般控制在1.67-1.7左右，如本项目
变换采用部分（56%）变换，44%不参加变换 反应。 制甲醇 进甲醇合成塔原料气H2：CO一般控制在 2.02左右，因此也采用部分变换流程，气变换 深度高于煤制油。
中国石化
制天然气 H2：CO一般控制在3：1左右，如项目采用鲁 奇碎煤温和气化技术，参加变换的气体约30%， 如果采用粉煤气化或水煤浆气化技术，一般月 90%的气体参加变换反应。
中国石化
本单元8台F-T反应器分成两个系列，每 个系列200万吨。
每台反应器配一台循环压缩机，维持反 应器压力在3.0Mpa左右。
每台反应器配一台催化剂循环还原反 应器，将主反应器中催化剂取出在还原反 应器中进行再生活化。
每个系列反应器出口气相汇集至脱碳 单元，因此设置两个系列脱碳单元。
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中国石化
膜分离制氢能力为20万Nm3/时，纯氧部 分氧化催化转化制氢能力为10万Nm3/时；
氢气大部分返回费托反应器入口，另一部 分去油品加工装置做为加氢裂化和加氢精 制的原料；
每台反应器进入净化合成气量约33万 Nm3/时，生产约62吨/时费托合成蜡，75 吨/时合成水，外排22500Nm3/时二氧化碳；
1、煤制氢的精制单元源自文库般宜采用甲烷化流程 比较经济。
中国石化
2、煤制氢气化压力一般采用4.0Mpa，因为炼 化企业氢气管网压力一般采用2.5Mpa压力等 级。气化采用水煤浆或粉煤气化都可以。 3、变换一般采用较高水汽比三段深度变换， 使其出口CO浓度降低到甲烷化能接受的水平。
中国石化
甲醇裂解制氢 专项用氢可采用甲醇裂解制氢。 通过脱除CO2获得纯氢 甲醇裂解催化剂
煤炭间接液化项目工艺分析
孟庆鹏 ２０１５年１１月３日
中国石化
一、煤炭转化的主要形式 1.气化，2.液化，3.焦化 1. 气化技术很多，我们国家上世纪50年代70年代建设的化肥企业大多数都是采用块 煤常压气化技术，生产水煤气，经变换、 净化后生成符合要求的合成气,经合成生成 氨，再经过氨加工，生产碳铵、尿素、硝 铵、硫铵等氮肥。 2.液化，又叫CTL（coal to liquids)
中国石化
3.焦化是最古老的煤转化方式，其投资成本低，能 效低，环保问题多。焦化主要产品是焦炭和焦炉气。 焦炉气经分离生成焦油、萘、甲烷、氨水等； 二、关于煤炭间接液化即费托合成油品
1.费托合成油的简况 国际上领导煤炭间接液化合成油工业化运行的是南 非沙索尔公司，目前该公司拥有三套总能力近760 万吨/年油品投入商业化运行。 我国煤炭间接液化技术是由中国科学院山西煤化所 首先开发的，二十一世纪第一个十年先后建设了山 西潞安16万吨/年、内蒙大陆工业园伊泰16万吨/年 和内蒙鄂尔多斯神华16万吨/年三套采用国内技术 的F-T合成油装置示范工程。
中国石化
反应器顶部的气相出口经换热后去脱碳。 脱碳采用南化研究院开发的热钾碱法，二乙 醇胺作为活化剂，脱碳后的气体CO2浓度约 1.5%。 脱碳后的气体进入低温油洗装置，将气体冷 却至-10度左右，回收其中的C3、C4、C5及以 上组份。 低温油洗后的气体进入尾气处理装置，分成 两股，一股进入Prism膜分离单元提浓氢气， 膜分离的非渗透气作为部分氧化单元的原料， 进一步用水蒸气催化转化制取氢气；
氨裂解制氢 可得到75%的氢浓度，可通过除氮进一步提浓 氢。
电解水制氢 用量很少时，可采用此方法。
中国石化
谢谢！
中国石化
制天然气
中国石化
制天然气
变换采用青岛联信低水汽比耐硫变换催化 剂。
中国石化
净化
净化采用鲁奇低温甲醇洗技术； 净化气中H2S为0.1ppm，CO2为0.5%左右； 该气体在进入F-T反应器前要进一步脱硫， 使其含量水平降至30ppb，保证催化剂不受 伤害；CO2是F-T反应产物之一，因此对其 要求不十分严格，由于在合成油品过程中 CO2起惰性气作用，因此其含量也是越低越 好。本单元净化气全部进入F-T反应器。
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中国石化
三、主要工艺技术 气化 气化采用粉煤加压气化，引进德国西门子 GSP气化炉。GSP气化炉上炉置顶部烧嘴、 水冷壁，下炉是急冷室，与德士古急冷水 经由激冷环进入不同，GSP则由设置在下炉 体上的16根独立的急冷水管喷入急冷室。 出急冷室的工艺气温度和德士古一样， 也在210度左右。
中国石化
气化炉出口气体经由文丘里混合器后入洗 涤塔洗涤，然后分两股，一股直接进入低 温甲醇洗，另一股进入低水汽比变换炉， 调整变换和未变换气的比例，使得H2：CO 符合费托合成的要求。
气化炉的渣由炉底锁斗排出； 气化炉底部灰水送至黑水处理装置，经 多级闪蒸合格后，返回气化装置。
中国石化
变换 和制氢不同，F-T合成需要H2比CO大约是 1.67-1.69，因此本单元采用部分变换，经 由变换的气占54%，未变换气占44%； 经过变换的气体中CO不需要降的很低，大 约是7.3%左右。
中国石化
净化装置出口的CO2，一部分作为CO2压缩机 的入口气体，经压缩至5.5Mpa，作为送煤粉 进烧嘴的载气，绝大部分经水洗甲醇后排入大 气。
费托合成
费托合成采用中科合成油公司高温浆态床技 术，催化剂为铁系，反应温度约240度、反应 压力为3.1Mpa，反应生成液相的蜡由反应器 中部取出，去蜡过滤。反应同时生成C1、C2、 C3、C4…..等，反应也生成CO2和水。
中国石化
2013年，国家发改委正式核准了神华宁煤 400万吨/年采用国内技术的F-T合成油装置 示范工程。
该工程批准投资550亿，项目占地370公 顷，是目前世界上最大的煤炭间接液化合 成油商业化项目。
该项目年转化1951万吨原煤，拥有12套 10万立O2/时空分、28台每天处理2200吨 煤的GSP气化炉、8台每台50万吨F-T反应器， 单台反应器自身重达3500吨。
中国石化
2.液化又分为直接液化和间接液化两种。 直接液化是煤粉在浆态床中催化剂作用下，
经高压加氢，反应压力19Mpa,温度为470 度左右，生成油品；
间接液化是煤经气化后生成水煤气由变 换净化后形成H2：CO=1.67的合成气，进 入费托反应器，在催化剂作用下生成石蜡， 经加氢后生成油品；
3. 焦化
每台反应器内设上下两台内取热器，公用 一个汽包副产2.2-2.4Mpa蒸汽，通过控制 汽包压力来控制浆态床温度。
该反应器是热壁临氢反应器。 还原反应器的构造和原理同主反应器。 四、煤制氢、制油、制甲醇、制天然气
前端工艺最大变化是变换
中国石化
制氢 制氢的目标产品是氢气，因此要求变换单
元CO转化率越高越好，CO浓度越低越好， 一般要低于0.5%的水平，具体要取决于下 游的氢提纯的工艺路线，是采用PSA，还是 甲烷化流程，采用PSA流程，允许CO浓度高 些，采用甲烷化流程，CO浓度必须控制在 反应器能接受的程度。
变换通常采用高水汽比、多段深度变换。
中国石化
制油 H2：CO一般控制在1.67-1.7左右，如本项目
变换采用部分（56%）变换，44%不参加变换 反应。 制甲醇 进甲醇合成塔原料气H2：CO一般控制在 2.02左右，因此也采用部分变换流程，气变换 深度高于煤制油。
中国石化
制天然气 H2：CO一般控制在3：1左右，如项目采用鲁 奇碎煤温和气化技术，参加变换的气体约30%， 如果采用粉煤气化或水煤浆气化技术，一般月 90%的气体参加变换反应。
中国石化
本单元8台F-T反应器分成两个系列，每 个系列200万吨。
每台反应器配一台循环压缩机，维持反 应器压力在3.0Mpa左右。
每台反应器配一台催化剂循环还原反 应器，将主反应器中催化剂取出在还原反 应器中进行再生活化。
每个系列反应器出口气相汇集至脱碳 单元，因此设置两个系列脱碳单元。
中国石化
中国石化
膜分离制氢能力为20万Nm3/时，纯氧部 分氧化催化转化制氢能力为10万Nm3/时；
氢气大部分返回费托反应器入口，另一部 分去油品加工装置做为加氢裂化和加氢精 制的原料；
每台反应器进入净化合成气量约33万 Nm3/时，生产约62吨/时费托合成蜡，75 吨/时合成水，外排22500Nm3/时二氧化碳；
1、煤制氢的精制单元源自文库般宜采用甲烷化流程 比较经济。
中国石化
2、煤制氢气化压力一般采用4.0Mpa，因为炼 化企业氢气管网压力一般采用2.5Mpa压力等 级。气化采用水煤浆或粉煤气化都可以。 3、变换一般采用较高水汽比三段深度变换， 使其出口CO浓度降低到甲烷化能接受的水平。
中国石化
甲醇裂解制氢 专项用氢可采用甲醇裂解制氢。 通过脱除CO2获得纯氢 甲醇裂解催化剂