煤化工技术的发展与新型煤化工技术

2007年第4期 甘肃石油和化工 2007年12月

煤化工技术的发展与新型煤化工技术

马中学,杨 军,陈金城

(甘肃省石化工业协会,甘肃兰州 730030)

摘要:世界已进入能源和化工原料多元化的时代,不同国家或者地区应根据资源和经济发展

的需求选择现实、优质的原料和技术。以煤炭为原料生产化学品和通过转化生产高效洁净

能源(燃料油、电力等)的技术将与石油和天然气化工形成并列竞争发展的趋势,煤化工在各

成熟单项技术的支撑下,面临新的发展机遇。

关键词:煤化工;新型煤化工;煤炭

煤炭是世界上储量最丰富的化石能源。在当前世界石油价格居高不下和倡导保护环境的情况下,发展煤化工特别是新型煤化工,调整我国的能源化工结构,就显得日益重要。本文综述了国内外煤化工技术和新型煤化工的发展情况。

1 煤化工概念

煤化工是以煤为原料,经过化学加工,使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品,并生产出各种化工产品的工业。煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工,煤的焦化、气化、液化,煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等等。根据生产工艺与产品的不同主要分为煤焦化、煤电石、煤气化和煤液化4条主要生产链。其中,煤焦化、煤电石、煤气化中的合成氨等属于传统煤化工,而煤气化制醇醚燃料,煤液化、煤气化制烯烃等则属于现代新型煤化工领域。

2 煤化工技术

2.1 煤焦化

将煤隔绝空气加强热使其分解的过程,也称做煤的干馏。煤焦化产品主要有焦炭、煤焦油(苯、甲苯等)、焦炉气(氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等)精氨水等。这些产品已广泛应用于化工、医药、染料、农药和炭素等行业。有些甚至是石油化学工业无法替代的,如吡啶喹啉类化合物和许多稠环化合物等。

2 2 煤气化

煤在高温条件下借助气化剂的化学作用将固体碳转化为可燃气体(气体混合物)的热化过程。用空气、水蒸气、二氧化碳作为气化剂。它们与煤中的碳发生非均相反应。此外,煤热分解出的气态产物如CO2、H2O及烃类等也能与赤热的碳发生均相反应。依气化法、气化条件及煤的性质不同,气化气的组成也不同。根据煤气发生炉内所进行的气体过程特点,可以将煤层自上而下地分为干燥带、干馏带、还原带、氢化带和灰层,在干燥带和干馏带中,煤受到高温炉气的加热而放出水分并挥发。剩下的焦炭在还原带和氧化带中进行氧化反应。

煤经过气化后得到的是粗煤气,再经过净化和加工后,可以得到各种化学品。

常用于煤气化的方式有:固定床常压气化气,鲁奇加压气化气、考伯斯一托茨气流床气化气(K-

收稿日期:2007-05-31。

作者简介:马中学(1955-),男,甘肃民勤人,工学学士,高级工程师,从事石化行业管理工作。

发展动态 甘肃石油和化工 2007年第4期

T)、德士古流床气化气(Texaco)、改良型温克勒流化床气化气等。

2 3 煤液化

所谓煤液化,是将煤中有机质转化为流质产物,其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物来替代石油及其制品,包括直接液化技术和间接液化技术两部分,产品市场潜力巨大,工艺、工程技术集中度高,是中国新型煤化工技术和产业发展的重要方向。

2 3 1 煤的直接液化

煤的直接液化首先是德国科学家F.Berg ius于1913年发明的。其原理是煤炭在溶剂作用和高温高压条件下,直接与气态氢发生反应,使煤的氢含量增加,最后转变为液体的过程。1927年德国燃料公司Pier等人开发了硫化钨和硫化铜催化剂,将液化过程分为糊相加氢和气相加氢两阶段进行,解决了工程化问题,建成了世界第一座工业化规模生产的煤直接液化企业,并陆续建设了20套煤直接液化装置。

2 3 2 煤的间接液化

煤的间接液化是德国皇家煤炭研究所的F.Ficher和H.Tropsch两个化学家于1923年首先提出的,所以又称为F.Ficher-H.T ropsch(简称为F-T)合成或者费托合成。其原理是以煤为原料先经气化制合成气(CO+H2),再以合成气为原料,在催化剂的作用下合成(F-T合成)液态烃类产品。

受两次世界石油危机的影响,美国、德国、英国、日本和前苏联等国家重新重视煤炭直接液化的新技术开发工作,纷纷组织了一批科研开发机构及企业开展了大量的研究开发工作,相继开发了多种工艺,其中最具代表性的工艺有以下几种。

(1)溶剂精制煤工艺(SRC):是由美国煤炭研究局(OCR)于1962年与Spencev化学公司联合开发的煤直接加氢液化工艺,最初是为了洁净利用美国高硫煤而开发的一种生产以重质燃料油为目的的煤液化转化技术,不使用催化剂,反应条件比较温和,利用煤自身的黄铁矿将煤转化为低灰低硫的常温下为固体的SRC-1。后来又改进工艺,采用增加残渍循环,减压蒸馏方法进行固液分离,获得常温下也是液体的重质燃料油,即SRC- 。

(2)供氢溶剂法(EDS)。是美国埃克森研究和工程公司于1966年首先开发使用供氢溶剂的煤液化工艺。在液化反应组分中也不加催化剂,从而避免了煤中矿物质对催化剂的毒害作用,延长了高性能活性催化剂的使用寿命。其与SRC法的区别是对循环溶剂单独进行催化加氢,从而提高了溶剂的供氧能力,液化油率提高,主要产品是轻质油和中质油。

(3)氢煤法(H-Coal):是由美国碳氢化合物公司(HRI)在氢油法(H-Oil)工艺基础上开发的与SRC法和EDS法完全不同的氢煤法(H-Coal)工艺,它采用高活性催化剂和沸腾床反应器,使得液化转化率和液体收率都有很大的提高,并且提高了液化粗油的品质,液化油中的杂原子含量也降低了。

(4)德国IGOR工艺:是由德国环保与原材料回收公司与德国矿冶技术检测有限公司(DM T)在德国老工艺的基础上开发的煤加氢液化与加氢精制一体化联合工艺,原料煤经该工艺过程液化后,可直接得到加氢裂解及催化重整工艺处理的合格原料,从而改变了以往煤加氢液化制备合成油还需再单独进行加氢精制工艺处理的传统煤液化模式。后来IGOR工艺又将煤糊相加氢和液化粗油加氢精制串联,既简化工艺,又可获得杂原子含量很低的精制油,代表着煤直接液化技术的发展方向。

(5)俄罗斯低压加氢液体工艺:是由前苏联国家科学院、国家可燃物研究所和图拉煤业公司共同开发的工艺,利用黄煤和煤焦油加氢液化的生产经验和丰富的褐煤煤资源,采用煤糊相加氢应用高活性铜系催化剂的工艺,从而降低了加氢反应压力,提高了油品收率。

(6)煤催化两段液化(CT SL)工艺:是由美国碳氢化合物公司HRI于1982年开发的煤液化工艺,其特点是:煤液化的第一阶段和第二阶段都装有高活性的加氢和加氢裂解催化剂,两段反应器既分开