煤间接液化技术及其发展状况

煤间接液化技术及其发展状况

摘要:介绍了煤间接液化技术的发展历程,详细阐述了当前间接液化技术的现状,并分析其工业化前景。

关键词:煤间接液化;技术;工业应用;前景

煤炭是我国最丰富的燃料资源 ,全国累计探明的储量超过 1 000 Gt ,经济开采储量 11415 Gt,位列美国、俄罗斯之后。煤通过液化技术可以制油 ,其工艺包括直接液化技术和间接液化技术 ,是解决我国石油资源短缺的一条重要途径。煤直接液化技术又称煤加氢液化 ,是将煤制成煤浆 ,在高温高压下 ,通过催化加氢裂化 ,同时包括热裂解、溶剂萃取、非催化液化 ,将煤降解、加氢转化为液体烃类 ,然后再通过加氢精制等过程 ,脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油的品质。煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。

煤间接液化技术是先将煤气化生产合成气 ,完全破坏煤原有的化学结构,然后以合成气为原料通过费托合成( Fischer Trop sch Synthesis)生产出馏程不同的液态烃。煤间接液化包括煤气化单元、气体净化单元、F T 合成单元、分离单元、后加工提质单元等。与直接液化技术相比 ,间接液化技术对煤质基本没有要求。当前 ,煤间接液化最重要的 3 个产品为烃类燃料、甲醇和二甲醚。

1煤间接液化技术发展历程

1923 年德国科学家 Fischer 和 Trop sch 发明了用 Fe 催化剂进行一氧化碳加氢反应得到液态烃燃料产品,简称 F T合成。1934 年 ,德国鲁尔化学公司用 F T合成技术,开始创建第一个煤间接液化合成油工厂 ,1936 年投产 ,年产32 kt ,1935～194年间德国共建设 9 个合成油厂 ,油品生产能力达590 kt / a ,其中汽油占23 % ,润滑油占3 % ,石蜡和化学工业品占 28 %。二战结束时 ,德国、法国、日本美国和中国等共建了 16 套以煤基合成气为原料的合成油装置 ,1945 年以后因不能与廉价的石油天然气竞争而纷纷停产。

南非开发煤炭间接液化历史悠久 ,政府基于本国富煤缺油现状 ,1927 年开始寻找煤基合成液体燃料的途径。1939 年首先购买了德国 F T合成技术在南非的使用权 ,1950 年成立了南非煤油气公司(Sout h Af rican Coal Oil and Gas Corp ,简称 SA2SOL) 。1955 年建成了SASOL I 厂 , 1980 年和1982 年又相继建成了 SASOL II 厂和 SASOLIII厂 ,形成世界上最大的煤气化合成液体燃料企业 ,年消耗煤炭约 45 000 kt ,合成产品 7 500 kt ,其产品包括发动机燃料(4 500 kt) 、聚烯烃及工业副产品等。目前 SASOL 公司的煤间接液化工厂运行良好 ,其间接液化技术发展历程见表 1。

目前 ,典型的工业化煤间接液化技术有南非的SASOL 的 F T 合成技术、荷兰 Shell 公司的SMDS技术和 Mobil 公司的 MTG合成技术等。此外还有一些先进的合成技术但都未商业化 ,如丹麦Top sΦe 公司的 TIGAS ,美国 Mobil 公司的 STGExxon公司的 A GC 21 , Synt roleum 公司的 Synt roleum ,中科院的MF T/ SMF T技术等。

2 煤间接液化技术的现状

2. 1 南非 SASOL 的 F T合成技术SASOL 公司采用德国鲁奇加压气化技术。

全公司有97台鲁奇气化炉 ,其设备利用率达94 %。鲁奇气化炉采取固定床加压气化 ,使用5～75 mm 的块煤 ,操作压力为2. 8～3. 5 MPa ,利用水蒸气和氧气作为气化剂 ,所得粗煤气中含有 CO2 ,N H3 , H2 S 和焦油等杂质 ,必须将其除去。净化装置采用水洗脱除灰尘和焦油;采用低温甲醇洗脱除煤气中的H2 S , CO2和烃类;采用 SASOL 公司开发的 Sulp holin 硫化氢液相氧化法回收硫磺;采用鲁奇公司的 Phe2nol solvan技术净化污水 ,最后得到纯净的合成气(CO + H2 )和工业副产品。

SASOL 公司在 F T 合成技术基础上开发了先进的工艺和设备。SASOL I厂最初选择了德国的 Arge 固定床和美国 Kelloge 公司的 Synt hol 流化床 F T 合成反应器。目前 SASOL I厂有 6 台Arge 固定床反应器 ,该反应器每台装有 2 052 根<25 mm 管束 ,反应器尺寸为 <2 950 mm ×12 800mm ,钴催化剂装填量 40 m3反应器操作温度220～245 ℃,压力 2. 5 MPa ,设计原料气空速 500 h - 1,循环比1. 5～2. 5 ,单台生产能力18 kt / a。产品主要是汽油、柴油和蜡 ,其中蜡的产量占总产量的 50 %～60 %。SASOL 公司 20 世纪 90 年代自主开发了先进的浆态床反应器,其直径为 5 000 mm ,反应温度250 ℃,压力3. 0 MPa ,处理合成气量110 000 m / h。使用浆态床反应器合成中间馏分油的新工艺称为SSPD 工艺[8 ]它是基于传统的 F T 反应 ,合成过程采用粒度为 22～300μm(小于 22μm的颗粒含量低于 5 %)铁催化剂。整个过程分 3 个基本步骤:第一步是天然气转化为合成气;第二步是在浆态床反应器中由 F T 工艺将合成气转化为含蜡烃类 ,重质烃产品从反应器中分离出来 ,轻馏分则从排出的尾气中冷凝回收;第三步通过冷凝液分馏和产品石蜡的缓和加氢裂解/异构化可生产出柴油、煤油等中间馏分油。SSPD 浆态床反应器是一个三相鼓泡塔 ,原料气(气相)在熔融石蜡(液相)和催化剂颗粒(固相)中鼓泡 ,预热的合成气从反应器底部进入 ,然后扩散到生成的液体石蜡和催化剂颗粒组成的淤浆中。气泡上升的过程中合成气不断发生 F T 合成反应生成大量的产品蜡 ,其产生的热通过内置式冷却盘管取出。浆态床合成技术具有气固相工艺无法相比的技术经济优势 ,表现在以下方面: (1)可以直接使用现代大型气化炉生产的低 H2 / CO 比值(0. 6～0. 7)的合成原料气; (2)单台处理气量大 ,单程转化率高 ,且操作弹性大; (3)反应器热效率高 ,温度容易控制; (4)反应器结构简单 ,易于安装维护 ,且放大效果好; (5)产品结构合理 ,符合高标准环保要求。

SASOL 公司 20 世纪 80 年代应用较多且较成熟的是循环流化床反应器 ,该反应器最初由美国Kelloge 公司设计 ,后经多次技术改进及放大 ,现称为“SASOL Synthol”反应器。SASOL Ⅱ厂和 SA2SOL Ⅲ厂曾使用 <3 600 mm ,