神华煤直接液化工艺简介.doc

神华煤直接液化工艺简介根据煤直接液化过程中溶剂的作用机理，即溶解煤并分散热解产生的自由基，和及时提供活性氢使自由基稳定，防止发生聚合反应，就要求循环溶剂具有对重质芳香物的溶解性好，同时又有能够释放出氢的化合物。显然，合适的循环溶剂只能是含有较多稠环芳香烃并经部分加氢的物料。一般认为，供氢溶剂中提供的氢的反应活性比气态氢要高许多，在高压催化加氢体系中，气相氢是通过与溶剂反应后再转移至煤的。所以，对循环溶剂的加氢深度要适宜，才能保证溶剂中氢的反应活性高，数量多。9 q7 r& L% Y9 r4 ?j: 0 ) R* 5 U5 z# i* K4 e3 N$ W8 d i3 L( k在神华煤直接液化工艺中，将常压蒸馏塔全部馏出物和减压蒸馏塔的全部馏出物进入TStar装置，按供氢溶剂要求的深度加氢后提供供氢溶剂。煤浆制备采用全部供氢溶剂配制。% E. H x7 J) x& f1 d0 W4 N神华煤直接液化工艺采用全部加氢溶剂后，煤浆浓度为45%时，粘度为90厘泊（60），煤浆浓度为48%时，粘度为240厘泊（60）。. w3 A- N6 h% u; v4 Z4 C4 i) o) 采用减压蒸馏，并通过对其馏份油进行适宜深度的加氢后，作为循环溶剂是保证循环溶剂质量的可靠方法。因为减压蒸馏分离出的重油含有大量的稠环芳烃，只含极少量的沥青和固体物，通过控制加氢深度来部分饱和稠环芳烃，是其即有溶解分散能力，又有供氢性能。并且以此溶剂可以配制高浓度的油煤浆，而油煤浆的粘度却适中。同时，由于溶剂性能的提高，液化条件可以大大缓和，煤在反应器的停留时间可以大大减少，反应器利用率可以提高。2 w5 ! M: W# S) x- i, ?$ j 7 l( k& L0 U, A煤液化反应中，除了含有液化生成油外，还含有大量的固体残渣（包括灰和未转化的煤与催化剂）以及沥青类。因此，对煤液化反应生成物的固液分离，是构成煤液化工艺的一个重要部分。众所周知，已有的煤液化固液分离方案包括：减压蒸馏、过滤分离和溶剂萃取等。考虑到技术可靠性、设备的适用性和对分离出的固、液要求指标，以及这些技术在现有工业上的使用效果和成熟程度。6 A5 : 6 w# n* , M g , V% K- x6 ( E9 S神华煤液化项目选择减压蒸馏技术来分离固液，原因是：; _- m) 7 r7 t6 e1）该技术在炼油化工领域大量使用并且十分成熟；I2 z3 l. B5 e$ K2）采用该技术所获得的油收率并不低。根据试验结果，按照控制减压塔底固体含量50 wt%来操作，非固体成份大部分是沥青类液体，实际残渣带走的油只有塔底物的3%以下，对整个油收率的影响在1%以下；1 V h/ V- c0 p& C4 Z3)如果采用其他技术（如过滤分离或溶剂萃取等），虽能更高地回收液体沥青类物质，但因沥青加氢转化极为困难，将导致溶剂质量大幅度下降，反应效率降低，即使在油收率提高的情况下，综合效率低下，仍然是不经济的。& u; V* a% T2 x$ P: Q, s! y1 9 X3 u9 e4 L; m) X2 z催化剂是一个工艺的核心因素。日本NEDOL工艺采用天然黄铁矿；德国IGOR工艺采用赤泥或黄铁矿；美国HTI工艺采用合成GelcatTM催化剂；神华工艺将采用不同原料及生产方法的“863”合成催化剂。NP5 P/ l _$ 1 ri. p, d9 f3 ? X5 y6 i4 / 神华煤直接液化工艺所采用的液化催化剂，是煤炭科学研究总院和神华集团共同承担的国家高新技术研究发展计划（863计划）的一项课题成果。课题所属国家高技术研究发展计划（863计划）能源技术领域洁净煤技术主题，课题名称：煤直接液化高效催化剂，课题编号：2001AA524010。3 E* % VF% x, Y$ P( S0 6 u2 ; T% r6 c6 r新型“863”合成催化剂的主要原料为无机化学工业的副产品，中国境内供给充足，价格便宜；“863”催化剂的制备工艺流程简单，操作稳定，生产成本低廉。但最关键的还是“863”催化剂性能优异，同时具有活性高、添加量少，油收率高等特点。0 o: a2 B2 u( i: 4 e0 b5 p: o3 h( E1 g$ T7 q% B煤炭直接液化工艺所生产的液体产物，保留了液化原料煤的一些性质特点，芳烃含量高，氮、氧杂原子含量高，色相与储藏稳定性差等，如要得到与石油制品一样的品质，必须要进行稳定加氢和提质加工。稳定加氢的目的首先是生产出合格的供氢溶剂，同时对其它液化油馏分进行加氢稳定。; U; G; ! n6 b. + O1 I- z3 N1 r$ : I6 3 g2 u. x煤液体产物的杂原子含量非常高。氮含量范围为0.2-2.0wt%，典型的氮含量在0.9-1.1wt%的范围内，是石油氮含量的数倍至数十倍，杂原子氮可能以咔唑、喹啉、氮杂菲、氮蒽、氮杂芘和氮杂萤蒽的形式存在。硫含量范围从0.05-2.5wt%，不过一般为0.3-0.7wt%，低于石油的平均硫含量，大部分以苯并噻吩和二苯并噻吩衍生物的形态存在。( m6 I/ l. C% . + D2 . ( F+ W) v1 C2 r2 K: M% v煤液化粗油中的氧含量范围可以从1.5wt%一直到7wt%以上，具体取决于煤种和液化工艺，一般在4-5wt%。液体产物中的金属元素种类与含量与煤种和液化催化剂有很大关系，一般含有铁、钛、硅和铝。采用减压蒸馏分离的塔顶油由于过汽化油的存在，也含有沥青类物质。& B( E4 D* X H& $ X 9 D) j+ A3 I8 E& f) E煤液体产物的稳定加氢的原料是液化反应器的流出物经分离出气体和残渣后的煤液化油全馏分，稳定加氢的任务是：/ d5 I, ?- r* z$ o( M( R& a! R$ q/ K6 t为煤液化提供合格的供氢溶剂$ m5 w+ ?+ s2 O2 im$ k: X脱除杂质，改善煤液化油的稳定性# D7 |6 L$ D. O3 0 % 5 8 k0 , A2 b6 s固定床加氢是石油加工十分成熟的技术。根据1999年美国NPRA发表的统计数据，固定床加氢占总能力的84%。# u7 X3 w u! z1 ?( W/ c但固定床加氢加工煤液化油却面临着金属含量和沥青质含量较高的现实问题。金属含量高将使固定床加氢催化剂迅速失活，沥青质含量过高将使催化剂床层压差急剧升高。因此，如果采用固定床加氢制备循环溶剂，加氢原料质量的控制要求将难以满足，并且装置操作周期也将难以保证。. H7 . Z0 x% d# m. J# G ; P6 G. h7 p( J u. R4 b解决液化油金属含量和沥青质含量较高问题的另一种方法是使用悬浮床反应器。这种反应器和H-Oil反应器基本相似。H-Oil工艺是AXENS前身HRI于20世纪50年代中期开发的催化加氢裂化工艺，1963年首次工业化。到目前为止全世界约有13套H-Oil加氢装置在运转。HRI被法国IFP集团收购后，在H-Oil工艺的基础上又开发成功专门用于缓和加氢裂化的所谓T-Star工艺。/ y3 i& R% g- k5 Z5 Q6 q5 x% N) O9 z8 M$ j3 q% v/ r1992年T-Star工艺在加拿大Huskys Bi-Provincial Upgrader得到工业证实，1999年俄罗斯的Lukoil的T-Star装置开始建设，该装置为催化裂化装置预处理进料（VGO），加工处理能力68000桶/天，该装置的开工标志着T-Star工艺的完全工业化。# C) I- m$ # F $ P8 4 X/ P/ k- z沸腾床工艺的特点是：9 |w# u2 H+ M; l) Z可在反应过程中不断补充新催化剂并排除旧催化剂，无床层堵塞问题，因而可以长时间连续运转；$ tq* / x , r* E% l: Q5 沸腾床反应器使反应物与催化剂呈返混状态，保证了反应物与催化剂之间接触良好，而且有利于传热和传质，使反应器内温度比较均匀；3 7 I2 T* Q r沸腾床工艺的特点是：0 C. K8 m( c5 u& O- h# l n9 M对原料的适应性强，可加工高金属含量（V+Ni含量可高达700ppm以上）、高残炭值原料；; j N. Z& Z2 U( h/ P) c$ O: + S反应温度比固定床高，原料轻质化率可根据需要调整，最高可达55-60%，在整个运行过程中产品质量变化很小。$ l, f6 X$ r$ M2 e J% s0 d% h) # ec. NT-Star反应器和H-Oil反应器虽然都是沸腾床反应器，但是在设计上是有差别的。$ P j6 $ B- w x0 B- W对于劣质原料的加工，T-Star工艺具有显著的特点：原料适应性强，操作灵活，产品选择性高，质量稳定，连续运转，更换催化剂无需停工。# n6 r! R: |$ j7 G4 rH& |, _( c& b; U7 E另一个好处是降低了原料预热的热负荷。为促使该技术更加完善，IFP已开发了专门用于T-Star的催化剂。与固定床相比，它的颗粒较小，大大增加了用于反应的表面积。8 n5 & h) 2 A6 G % x% V_! T) L2 B神华煤直接液化工艺采用TStar加氢工艺，更进一步提高了液化油加氢的可靠性。- xG- 3 4 K5 Qu8 |7 m+ C, z) I+ N神华煤液化工艺采用悬浮床反应器，具有两个突出的优点：4 ?% i% q6 7 d Y. P$ E1)悬浮床反应器通过强制内循环，改善反应器内流体的流动状态，使反应器设计尺寸可以不受流体流动状态的限制，因此单台设备和单系列装置处理能力大；5 Y7 c8 C f3 p2) 由于悬浮床反应器处于全返混状态，径向和轴向反应温度均匀，就可以充分利用反应