第6章 煤直接液化

1、第第 6 6 章章 煤炭直接液化技煤炭直接液化技 术术 周安宁周安宁 西安科技大学化学与化工学院西安科技大学化学与化工学院 前前 言言 发展煤直接液化技术是国家能源战略安全的需要。 石油化工的原料接续的重大需要； 化学工业可持续发展的重要途径。 煤炭制备液体燃料的主要技术工艺： p煤的热解（中低温干馏） p溶剂萃取：高温高压下，利用溶剂取代作用破坏煤分子氢键、 范氏力，部分转化成液体； p直接液化 p间接液化：煤气化 合成气FT合成液态燃料 6.1 6.1 煤炭液化的定义与分类煤炭液化的定义与分类 u直接液化直接液化是指是指煤煤在在催化剂催化剂上于一定压力和上于一定压力和 温度条件下，发生加氢

2、反应，将煤中有机温度条件下，发生加氢反应，将煤中有机 大分子直接转化为低分子大分子直接转化为低分子液体燃料及化学液体燃料及化学 品品的过程。的过程。 u间接液化间接液化是首先将是首先将煤煤炭在高温下与氧气和炭在高温下与氧气和 水蒸气反应转化成水蒸气反应转化成合成气合成气，合成气在固体，合成气在固体 催化剂催化剂作用下再合成为作用下再合成为液体燃料及化学品液体燃料及化学品 的过程（的过程（F FT T合成）。合成）。 6.2 6.2 直接液化技术发展直接液化技术发展历史历史 投产日期投产日期所在地名所在地名原料原料反应压力反应压力 （MPa） 生产能力生产能力 （万吨（万吨/年）年） 1931L

3、euna褐煤和焦油褐煤和焦油2065 1936Bohlen褐煤和焦油褐煤和焦油3025 1936Magdeberg褐煤和焦油褐煤和焦油3022 1936Scholven烟煤烟煤3028 1937Welheim沥青沥青7013 1939Gelsenberg烟煤烟煤7040 1939Zeitz褐煤和焦油褐煤和焦油3028 1940Lutzkendorf煤焦油煤焦油505 1940Politz烟煤烟煤7070 1941Wesseling褐煤褐煤7025 1942Brux褐煤和焦油褐煤和焦油3060 1943Blechhammer烟煤和焦油烟煤和焦油3042 1952-1960共有11套煤直接液化和焦

4、油 加氢液化装置，生产规模110万吨/年。 1951年，锦州间接液化恢复运行，1967 年因发现大庆油田停产，最高年产量曾达到47 万吨/年。 1955-1955年，Sasol公司年产量30万吨/年 F-T合成 ， 一 期工程建成投产，在此基础上规 模不断扩大。 国国 别别 装置名装置名规模规模 t/d 试验时间试验时间地点地点开发机构开发机构试验煤种试验煤种 美美 国国 SRC/501974-1981F o r t Lewis GulfIllinois, Wyoming SRC61974-1992Wilson ville E P R I Catalytic Inc. 高硫烟煤高硫烟煤 次烟煤

5、次烟煤 EDS2501979-1983BaytonExxonIllinois,烟烟 煤煤 Wyoming 次烟煤次烟煤 Texas褐煤褐煤 H-COAL6001979-1982Catletts burg HRIIllinois, Wyoming 主要工艺技术主要工艺技术 中国煤直接液化新工艺中国煤直接液化新工艺（CDCL工艺）工艺） 国别国别装置名装置名规 模规 模 t/d 试验时试验时 间间 地点地点开发机构开发机构试验煤种试验煤种 德国德国IGOR2001 9 8 1 - 1987 BottropRAG VEBA 鲁尔烟煤鲁尔烟煤 PYROSOL61 9 7 7 - 1988 SaarS

6、A A R Coal 烟煤烟煤 日本日本NEDOL1501 9 9 2 - 1999 日本鹿岛日本鹿岛NEDO烟煤烟煤 BCL501 9 8 6 - 1990 澳大利亚澳大利亚NEDO褐煤褐煤 英国英国LSE2.51 9 8 8 - 1992 Point of Ayr B r i t i s h Coal 次烟煤次烟煤 前苏前苏 联联 ST-551 9 8 6 - 1990 图拉市图拉市褐煤褐煤 u根据煤炭与石油在化学组成及结构上的差 异，要把固体的煤炭转化成流体的油，煤 炭直接液化必须具备以下4大功能： l 将煤炭的大分子结构分解成小分子；将煤炭的大分子结构分解成小分子； l 提高煤炭的提高

7、煤炭的H/CH/C比，以达到石油的比，以达到石油的H/CH/C比水平；比水平； l 脱除煤炭中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的脱除煤炭中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的 质量达到石油产品的标准。质量达到石油产品的标准。 l 脱除煤炭中无机矿物质。脱除煤炭中无机矿物质。 6.3 6.3 煤煤直接液化基本原理直接液化基本原理 键型键型模型化合物结构式模型化合物结构式键能键能/kJ.mol-1 羧基键羧基键C6H5CH2-COOH280 羧基键羧基键(C6H5)2CH-COOH248.5 羰基键羰基键C6H5CH2-COCH2C6H5273.6 醚键醚键CH3-OC6H5238 硫醚键硫醚键C6H5CH

8、2-SCH3256.9 甲基键甲基键9-甲基蒽甲基蒽282.8 亚甲基键亚甲基键CHCCH2-CH2C6H5256.9 氢碳键氢碳键9,10-二氢蒽二氢蒽315.1 煤直接液化一般过程及主要化学反应煤直接液化一般过程及主要化学反应 (1)(1)煤经热作用后，大分子结构间的共价镀首先发生热裂解煤经热作用后，大分子结构间的共价镀首先发生热裂解 并形成自由基并形成自由基“碎片碎片”； (2)(2)自由基自由基“碎片碎片”与催化剂所吸附的活性氢或供氢溶剂提与催化剂所吸附的活性氢或供氢溶剂提 供的氢原子相结合，进一步形成稳定的小分子液体或气供的氢原子相结合，进一步形成稳定的小分子液体或气 体产物；体产物

9、； (3)(3)煤热解产生的芳烃煤热解产生的芳烃“碎片碎片”被加氢和加氢热解生成液化被加氢和加氢热解生成液化 油；油； (4)(4)通过进一步的加氢对液化油进行杂原子脱除及改质；通过进一步的加氢对液化油进行杂原子脱除及改质； 步 骤条 件功 能 1加氢液化高温、高压、氢气环境桥键断裂、自由基加氢 、固体转化成液体 2固液分离减压蒸餾、过滤、萃取 、沉降 脱除无机矿物和未反应 煤 3提质加工催化加氢提高H/C原子比、脱除 杂原子、打开芳香环 第一步第一步 热解热解 %1 %1 %1 第二步第二步 以氢化缩合芳环完成氢的传递以氢化缩合芳环完成氢的传递 四氢萘 9,10二氢菲 四氢喹啉 H2 H H

10、 H 催化剂 2222 22233 Ar-CH -CH -Ar Ar-CH + CH -Ar Ar-CH + CH -Ar+HAr-CH + CH -Ar 第三步：第三步： 脱杂原子反应脱杂原子反应 缩合 CO 、 CO2 CH4C4H10 液化油 NH3、H2S H2O 残渣 煤 高分子 化合物 焦炭 H 供氢 溶剂 溶剂 加氢 H2 催化加氢 沥青烯沥青烯 前 沥 青前 沥 青 烯烯 自 由 基 碎自 由 基 碎 片片 裂解稳定 加 氢 裂 化 加氢 裂化 TSuzuki提出的直接液化反应过程示意图 油类物质即油类物质即所说的煤液化油或煤制油所说的煤液化油或煤制油， 其外观和性质与原油类似

11、，并可以其外观和性质与原油类似，并可以用于制用于制 备燃料油、汽油、煤油、柴油等不同级别备燃料油、汽油、煤油、柴油等不同级别 的成品油的成品油。 如何控制好前沥青烯和沥青烯大分子向如何控制好前沥青烯和沥青烯大分子向 油类物质的转化过程油类物质的转化过程，对提高液化油的产，对提高液化油的产 率有至关重要的影响。率有至关重要的影响。 煤的液化过程中生成的液态物质可以分为三类: 前沥青烯(mw 10002000)， 沥青烯(mw 500700) 油(mw 250400) 在直接液化工艺中，煤炭大在直接液化工艺中，煤炭大分子结构的分解是分子结构的分解是 通过通过加热加热来实现的来实现的; ; 煤的结构

12、单元之间的煤的结构单元之间的桥键在加热到桥键在加热到250250以上以上 时开始断裂时开始断裂，产生自由基碎片，产生自由基碎片; ; 自由基碎片非常活泼，当处于氢环境时，它能自由基碎片非常活泼，当处于氢环境时，它能 与周围的氢结合成稳定的与周围的氢结合成稳定的H/CH/C比比较高的低比比较高的低 分子产物（油和气）分子产物（油和气）; ; 加氢液化的实质加氢液化的实质是用是用高温高温切断煤分子结构中的切断煤分子结构中的 C CC C键，在键断裂处键，在键断裂处用氢来饱和用氢来饱和，从而使，从而使分分 子量减小和子量减小和H/CH/C比提高比提高。 活化氢的来源活化氢的来源： 煤分子中氢的再分配

13、；煤分子中氢的再分配； 供氢溶剂提供；供氢溶剂提供； 氢气中被催化活化的氢分子；氢气中被催化活化的氢分子； 化学反应放出的氢。化学反应放出的氢。 为保证系统中有一定的为保证系统中有一定的氢浓度氢浓度，使氢容易与碎片，使氢容易与碎片 结合，结合，必须有一定的压力（氢分压）必须有一定的压力（氢分压）。 目前的液化工艺的一般压力为目前的液化工艺的一般压力为5 530MPa30MPa，高压，高压 加氢，对设备材质要求较高，建厂投资大，能耗加氢，对设备材质要求较高，建厂投资大，能耗 高，为降低成本。高，为降低成本。 煤煤 高压反应器高压反应器 可溶物可溶物 不溶物不溶物 可溶物可溶物 不溶物不溶物 可溶

14、物可溶物 不溶物不溶物 环已浣环已浣/正已烷正已烷 抽提抽提 甲苯甲苯/苯苯 抽提抽提 四氢呋喃四氢呋喃/吡啶吡啶 抽提抽提 H2 溶剂溶剂 燃料油燃料油 沥青烯沥青烯 前沥青烯前沥青烯 固体残渣固体残渣 A煤直接液化性能评价实验 A将煤样、溶剂和催化剂加入高压釜中，先通三次氮， 再通三次氢气赶尽空气后密封高压釜。在不断搅拌下 加热,达到反应温度后反应1h，冷却，取出液化产品过 滤，将得到的滤饼干燥后,经环己烷萃取得到油类物质, 经苯萃取得沥青烯,再经四氢呋喃萃取得前沥青烯,最后 剩余物质是未转化固体残渣部分. 1 0 0 % o il o il C d a f W y W 1 0 0 % A

15、 A C d a f W y W 1 0 0 % a p a p C d a f W y W 1 0 0 % R R C d a f W y W 原料煤的液化油产率原料煤的液化油产率 ： 沥青烯产率沥青烯产率 ： 前沥青烯产率前沥青烯产率 ： 残渣产率残渣产率 ： WCdaf干燥无灰基煤质量干燥无灰基煤质量(g) Woil液化油质量液化油质量(g) WA沥青烯质量沥青烯质量(g) Wp前沥青烯质量前沥青烯质量(g) WR残渣质量残渣质量(g) 催化剂：铁、钴、镍、锌、铬化合物 分散载体：氧化硅、氧化铝 u主要影响因素主要影响因素 l原料煤原料煤 ：煤种是主要影响因素。煤种：煤种是主要影响因素。

16、煤种-所需的温度、所需的温度、 压力和氢气量以及其液化产物的收率压力和氢气量以及其液化产物的收率-在煤的工业分在煤的工业分 析、元素分析和煤岩显微组分含量分析的水平上。析、元素分析和煤岩显微组分含量分析的水平上。 通常要求挥发分大于通常要求挥发分大于3030。 灰分一般小于灰分一般小于1010-灰分过高进入反应器后将降低液化灰分过高进入反应器后将降低液化 效率；产生设备磨损等问题。效率；产生设备磨损等问题。 H/CH/C是重要的指标是重要的指标-越大，液化所需的氢气量也就越小；越小，越大，液化所需的氢气量也就越小；越小， 越有利于氢向煤中转移，其转化率越大：越有利于氢向煤中转移，其转化率越大：

17、例外：日本学者津久例外：日本学者津久 绎和桥本研究指出：神木上弯煤虽然绎和桥本研究指出：神木上弯煤虽然H/CH/C较低，却有良好的液化较低，却有良好的液化 特性特性-煤种内部的分子结构形式和组成成分相关。煤种内部的分子结构形式和组成成分相关。 供氢溶剂供氢溶剂 作用：作用： u与煤配成煤浆，便于煤的输送和加压。同时溶剂与煤配成煤浆，便于煤的输送和加压。同时溶剂 可以有效地分散煤粒子、催化剂和液化反应生成可以有效地分散煤粒子、催化剂和液化反应生成 的热产物，有利于改善多相催化液化反应体系的的热产物，有利于改善多相催化液化反应体系的 动力学过程。动力学过程。 u溶解煤，防止煤热解产生的自由基碎片缩

18、聚。溶解煤，防止煤热解产生的自由基碎片缩聚。 u溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的传递介溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的传递介 质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应过程，可以提质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应过程，可以提 供煤液化需要的活性氢原子。供煤液化需要的活性氢原子。 u在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化 剂表面上强吸附的毒物。剂表面上强吸附的毒物。 操作条件操作条件 反应温度：反应温度：煤液化反应对反应温度最敏感。这是煤液化反应对反应温度最敏感。这是 因为一方面温度增加后，氢气在溶剂中的溶解度因为一方面温度增加后，氢气在溶剂中的溶解度 增

19、加，另一方面更重要的是反应速度随着温度的增加，另一方面更重要的是反应速度随着温度的 增加呈指数增加；增加呈指数增加； 反应压力反应压力：理论上：理论上压力压力越高对反应越有利，大量越高对反应越有利，大量 试验研究证明煤液化反应速率与氢分压的一次方试验研究证明煤液化反应速率与氢分压的一次方 成正比，但压力的增加会增加系统的技术难度和成正比，但压力的增加会增加系统的技术难度和 危险性，增加能耗，降低生产的经济性，因此要危险性，增加能耗，降低生产的经济性，因此要 权衡利弊综合考虑。权衡利弊综合考虑。 反应时间反应时间：反应时间直接影响液化效率。：反应时间直接影响液化效率。 催化剂种类：催化剂种类：通

20、常按其成本和使用方法的不同，分为廉 价可弃型和高价可再生型催化剂。 廉价可弃型：廉价可弃型：廉价可弃型催化剂在直接液化过程中与煤 一起进入反应系统，并随反应产物排出，经过分离和净 化过程后存在于残渣中。 含有硫化铁或氧化铁的矿物或冶金废渣，如天然黄铁矿含有硫化铁或氧化铁的矿物或冶金废渣，如天然黄铁矿 （FeSFeS2 2）、高炉飞灰（）、高炉飞灰（FeFe2 2O O3 3）等。）等。 19131913年，年，BergiusBergius首先使用了铁系催化剂进行煤液化的研究，首先使用了铁系催化剂进行煤液化的研究， 其所使用的是从铝厂得到的赤泥（主要含氧化铁、氧化铝及其所使用的是从铝厂得到的赤泥

21、（主要含氧化铁、氧化铝及 少量氧化钛）。少量氧化钛）。 铁系可弃型催化剂常用于煤的一段加氢液化反应中，反应完铁系可弃型催化剂常用于煤的一段加氢液化反应中，反应完 后不予回收。后不予回收。 高价可再生催化剂：高价可再生催化剂：催化活性一般好于廉价可弃型催化活性一般好于廉价可弃型 催化剂，但其价格昂贵，故需要反复使用。催化剂，但其价格昂贵，故需要反复使用。 通常是石油工业中常用的加氢催化剂，多以通常是石油工业中常用的加氢催化剂，多以多孔氧化铝多孔氧化铝 或分子筛或分子筛为载体，主要活性成分为为载体，主要活性成分为NiONiO、MoOMoO3 3、CoOCoO和和 WOWO3 3。 在运行过程中，随

22、着时间的增加，催化剂的活性会逐渐在运行过程中，随着时间的增加，催化剂的活性会逐渐 下降，所以必须设有专门的加入和排出装置以更新催化下降，所以必须设有专门的加入和排出装置以更新催化 剂，对于直接液化的高温高压反应系统，这无疑会增加剂，对于直接液化的高温高压反应系统，这无疑会增加 系统的技术难度和成本。系统的技术难度和成本。 金属硫化物的催化活性高于其他金属化合物金属硫化物的催化活性高于其他金属化合物-无无 论是铁系催化剂还是铝系催化剂，在进入系统前，论是铁系催化剂还是铝系催化剂，在进入系统前， 最好最好转化为硫化态形式转化为硫化态形式。同时为了在反应时维持催。同时为了在反应时维持催 化剂活性，化

23、剂活性，高压氢气中必须保持一定的硫化氢浓度高压氢气中必须保持一定的硫化氢浓度， 以防止硫化态催化剂被氢气还原成金属态。同理不以防止硫化态催化剂被氢气还原成金属态。同理不 难理解难理解高硫煤对于直接液化高硫煤对于直接液化是有利的。是有利的。 煤直接液化反应器要求用能耐高温能耐高温 （470）、耐氢腐蚀耐氢腐蚀、耐高压耐高压的容器，主 要有3种类型： 一是圆筒式或管式反应器；一是圆筒式或管式反应器； 二是流化床反应器；二是流化床反应器； 三是全返混浆态反应器。三是全返混浆态反应器。 按结构形式的不同，直接液化反应器可分为： 冷壁式 热壁式。 冷壁式反应器冷壁式反应器是在耐压筒体的内部有隔热保温材料

24、，是在耐压筒体的内部有隔热保温材料， 保温材料内侧是耐高温、耐硫化氢腐蚀的不锈钢内保温材料内侧是耐高温、耐硫化氢腐蚀的不锈钢内 胆，但它不耐压，所以在反应器操作时保温材料夹胆，但它不耐压，所以在反应器操作时保温材料夹 层内必须充惰性气体至操作压力。层内必须充惰性气体至操作压力。 冷壁式反应器的耐压壳体材料一般采用高强度锰钢。冷壁式反应器的耐压壳体材料一般采用高强度锰钢。 热壁式反应器热壁式反应器的隔热保温材料在耐高压筒体的外侧，的隔热保温材料在耐高压筒体的外侧， 所以实际操作时反应器筒体壁处于高温下。所以实际操作时反应器筒体壁处于高温下。 热壁式反应器因耐压筒体处在较高温度下，筒体材料必热壁式

25、反应器因耐压筒体处在较高温度下，筒体材料必 须须采用特殊的合金钢采用特殊的合金钢，内壁再，内壁再堆焊一层耐硫化氢腐蚀堆焊一层耐硫化氢腐蚀的的 不锈钢。不锈钢。 中国第一重型机械集团公司在中国第一重型机械集团公司在2020世纪世纪8080年代已研制成功年代已研制成功 热壁反应器，现在热壁反应器，现在大型石油加氢装置上使用的绝大多数大型石油加氢装置上使用的绝大多数 是热壁式反应器是热壁式反应器。 煤的直接液化过程煤的直接液化过程： 首先将预处理好的煤粉、溶剂（通常循环使用）和催化 剂（有的工艺不需要催化剂）按一定比例配成煤浆； 然后经过高压泵与同样经过升温加压的氢气混合，再经 加热设备预热至400

26、左右，共同进入具有一定压力的 液化反应器中进行重质液化。 煤的直接液化工艺分类：煤的直接液化工艺分类： 单段液化单段液化：典型的单段液化工艺主要是通过单一操作条 件的加氢液化反应器来完成煤的液化过程； 两段液化两段液化：煤在两种不同反应条件的反应器中加氢反应。 在单段液化工艺中在单段液化工艺中，由于液化反应相当复杂，存在，由于液化反应相当复杂，存在 着裂解和缩聚等各种竞争反应，特别是当液化反应着裂解和缩聚等各种竞争反应，特别是当液化反应 过程中提供的氢气不能满足于单段反应过程的最佳过程中提供的氢气不能满足于单段反应过程的最佳 需要时，不可避免地引起其中自由基碎片的交联和需要时，不可避免地引起其

27、中自由基碎片的交联和 缩聚等逆反应过程，从而影响最终液化油的产率。缩聚等逆反应过程，从而影响最终液化油的产率。 在两段液化工艺中，在两段液化工艺中，通常第一段在相对温和的条件通常第一段在相对温和的条件 下进行，可加入或不加入催化剂，主要目的是将煤下进行，可加入或不加入催化剂，主要目的是将煤 液化获得较高产率的重质油馏分。在第二段中则采液化获得较高产率的重质油馏分。在第二段中则采 用高活性的催化剂，将第一段生成的重质产物进一用高活性的催化剂，将第一段生成的重质产物进一 步液化。两段液化工艺既可以显著地减少煤化反应步液化。两段液化工艺既可以显著地减少煤化反应 中逆反应过程，还在煤适应性、液化产物的

28、选择性中逆反应过程，还在煤适应性、液化产物的选择性 和质量上有明显的优点。和质量上有明显的优点。 除反应器中的液化反应外，完整的直接液化工艺还应包除反应器中的液化反应外，完整的直接液化工艺还应包 括产物分离、提纯精制以及残渣气化等过程。括产物分离、提纯精制以及残渣气化等过程。 在加氢液化反应之后，液化产物将经过一系列的分离器、在加氢液化反应之后，液化产物将经过一系列的分离器、 冷凝器和蒸馏装置进行分离和提制加工，得到各种各样冷凝器和蒸馏装置进行分离和提制加工，得到各种各样 的气体、液体和固体产物。的气体、液体和固体产物。 通常气体产物经过再次分离，一部分可以经循环压缩机通常气体产物经过再次分离

29、，一部分可以经循环压缩机 和换热器后与原料氢气混合后循环使用，而其余酸性废和换热器后与原料氢气混合后循环使用，而其余酸性废 气将经过污染控制设备后排除。气将经过污染控制设备后排除。 固体残渣如焦、未液化煤和灰可以进入气化装置制氢。固体残渣如焦、未液化煤和灰可以进入气化装置制氢。 液体油中的液体油中的重质油重质油往往作为循环溶剂制配煤浆，往往作为循环溶剂制配煤浆，中质或中质或 轻质油轻质油则经过则经过加工加工，获得不同级别的，获得不同级别的成品油成品油。 该工艺可分为该工艺可分为两段加氢过程两段加氢过程，第一段加氢第一段加氢是在高压是在高压 氢气下，煤加氢成液体油（中质油等），又称煤浆氢气下，煤

30、加氢成液体油（中质油等），又称煤浆 液相加氢。液相加氢。第二段加氢第二段加氢是以第一段加氢的产物为原是以第一段加氢的产物为原 料，进行催化气相加氢制得成品油，又称料，进行催化气相加氢制得成品油，又称中油气相中油气相 加氢加氢，所以，所以IGIG法也常称作法也常称作两段加氢法两段加氢法。 第一段加氢液化后的产物经过一系列第一段加氢液化后的产物经过一系列分离和蒸馏分离和蒸馏， 残渣回收残渣回收进入进入气化装置制氢气化装置制氢，气体产物经，气体产物经循环压缩循环压缩 机机返回加氢系统，返回加氢系统，重油作为循环溶剂重油作为循环溶剂重新进人煤处重新进人煤处 理系统，理系统，中质油中质油在气相加氢工序中

31、进一步在气相加氢工序中进一步加工提质加工提质， 该过程将最终决定成品油的级别和质量。该过程将最终决定成品油的级别和质量。 19811981年，德国对年，德国对IGIG工艺进行了改进，建工艺进行了改进，建 成日处理煤成日处理煤200200吨的半工业试验装置，吨的半工业试验装置， 操作压力由原来的操作压力由原来的70MPa70MPa降至降至30MPa30MPa，反，反 应温度应温度450450480480，固液分离改固液分离改过滤、过滤、 离心离心为真空内蒸方法为真空内蒸方法，将难以加氢的，将难以加氢的沥沥 青烯留在残渣中气化制氢青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油，轻油和中油 产率可达产率可达50

32、%50%，此称为德国，此称为德国IGOLIGOL煤液化煤液化 工艺。工艺。 IGOL法工艺流程图法工艺流程图 煤在溶剂中借助高温和氢煤在溶剂中借助高温和氢 压作用，溶解和解聚，进压作用，溶解和解聚，进 而发生加氢裂解，生成较而发生加氢裂解，生成较 小分子碳氢化合物、轻质小分子碳氢化合物、轻质 油和气体的工艺。油和气体的工艺。 按加氢深度的不同，按加氢深度的不同，SRCSRC 法又分为法又分为SRCSRC1 1和和SRCSRC2 2 两种。两种。 SRCSRC1 1以生产超低灰、以生产超低灰、 硫的固体精炼煤为主，其硫的固体精炼煤为主，其 发热量发热量38.7 MJ/kg38.7 MJ/kg。

33、SRCSRC2 2是是SRCSRC1 1法的改法的改 进，提高了煤加氢裂化的进，提高了煤加氢裂化的 深度，以生产液体燃料为深度，以生产液体燃料为 主。主。 u氢煤法（氢煤法（H HCOALCOAL） 一段催法加氢液化的先一段催法加氢液化的先 进技术，由美国碳氢化进技术，由美国碳氢化 合物公司（合物公司（HRIHRI）于）于 19731973年开发。年开发。 特点是采用石油渣油催特点是采用石油渣油催 化加氢裂化的流化床反化加氢裂化的流化床反 应器和高活性催化剂，应器和高活性催化剂， 由煤直接制取合成原油由煤直接制取合成原油 或洁净燃料油。或洁净燃料油。 Co-Mo/AlCo-Mo/Al2 2O

34、O3 3催化剂的流催化剂的流 化床反应器化床反应器 （427427,18.6MPa,18.6MPa）。）。 供氢溶剂法是借助供氢溶剂的作用，煤在一定供氢溶剂法是借助供氢溶剂的作用，煤在一定 的温度和压力下溶解加氢液化。的温度和压力下溶解加氢液化。 特点是特点是循环溶剂的一部分在一个单独的固定反循环溶剂的一部分在一个单独的固定反 应器中，用高活性催化剂预先加氢成供氢溶剂。应器中，用高活性催化剂预先加氢成供氢溶剂。 煤和供氢溶剂及循环溶剂制成煤浆，与氢气混煤和供氢溶剂及循环溶剂制成煤浆，与氢气混 合后，经过预热器进入反应器。该法液化烟煤合后，经过预热器进入反应器。该法液化烟煤 时，时，C C1 1

35、C C4 4气体烃产率为气体烃产率为22%22%，馏分油中石脑油，馏分油中石脑油 占占37%37%，中质油（，中质油（180180340340）占）占37%37%。 美国埃克森公司于美国埃克森公司于19761976年开发，年开发，19851985年完成日年完成日 处理煤处理煤250t250t的大型中试，烟煤液化的油收率为的大型中试，烟煤液化的油收率为 55%55%60%60%，次烟煤为，次烟煤为40%40%55%55%，褐煤为，褐煤为47%47%。产。产 品主要是轻、中质油。品主要是轻、中质油。 日本新能源产业综合日本新能源产业综合 开发机构（开发机构（NEDONEDO）组）组 织开发的工艺织

36、开发的工艺; ; 特点是循环溶剂全部特点是循环溶剂全部 在一个单独的固定床在一个单独的固定床 反应器中，用高活性反应器中，用高活性 催化剂预先加氢成供催化剂预先加氢成供 氢溶剂，煤加上铁系氢溶剂，煤加上铁系 催化剂和供氢溶剂制催化剂和供氢溶剂制 成煤浆，再与氢气混成煤浆，再与氢气混 合预热后进入反应器。合预热后进入反应器。 美国卢姆斯公司（美国卢姆斯公司（LummusLummus）于）于19801980年开年开 发成功；发成功； 一种由短接触时间溶剂热溶解，反溶剂一种由短接触时间溶剂热溶解，反溶剂 脱灰和精炼所组成的卢姆斯两段液化工脱灰和精炼所组成的卢姆斯两段液化工 艺（艺（Lu-CTSLLu

37、-CTSL）过程，液化美国烟煤时，）过程，液化美国烟煤时， 馏分油产率高达馏分油产率高达59.6%59.6%； 美国碳氢化合物研究公（美国碳氢化合物研究公（HRIHRI）开发的两）开发的两 段催化液化法，馏分油产率高达段催化液化法，馏分油产率高达7878。 两段催化液化法是将两段催化液化法是将 煤在两个流化床反应煤在两个流化床反应 器中，经高温催化加器中，经高温催化加 氢裂化成较低分子的氢裂化成较低分子的 液体产品。液体产品。 采用高活性的加氢裂采用高活性的加氢裂 解催化剂，两个反应解催化剂，两个反应 器紧密相联，使煤的器紧密相联，使煤的 热溶解和加氢反应各热溶解和加氢反应各 自在最佳的反应条

38、件自在最佳的反应条件 下进行，生成较多的下进行，生成较多的 馏分油，较少的气体馏分油，较少的气体 烃，产品质量好，氢烃，产品质量好，氢 有效利用率高。有效利用率高。 煤和石油渣油（或重油、稠油）混合制成煤浆，借催化剂和高煤和石油渣油（或重油、稠油）混合制成煤浆，借催化剂和高 温作用，进行加氢裂化和液化反应，将煤和渣油同时转变成馏温作用，进行加氢裂化和液化反应，将煤和渣油同时转变成馏 分油。分油。 在反应过程中，渣油作供氢溶剂，煤和煤中矿物质促进渣油转在反应过程中，渣油作供氢溶剂，煤和煤中矿物质促进渣油转 变成轻、中质油，防制渣油粘焦、吸附渣油中镍、矾等重金属。变成轻、中质油，防制渣油粘焦、吸附

39、渣油中镍、矾等重金属。 煤油共炼比煤或渣油单独加工，油收率高，氢耗低，可以处煤油共炼比煤或渣油单独加工，油收率高，氢耗低，可以处 理劣质油，工艺过程比煤液化工艺简单，建厂投资低，是发展理劣质油，工艺过程比煤液化工艺简单，建厂投资低，是发展 煤液化的过渡技术。煤液化的过渡技术。 神华煤直接液化工艺神华煤直接液化工艺 煤直接液化所得的产物粗油中含有各种固体煤直接液化所得的产物粗油中含有各种固体 残渣，主要是原料煤中残渣，主要是原料煤中5 51010的矿物质、的矿物质、 未完全转化的煤和外加的催化剂等。这些固未完全转化的煤和外加的催化剂等。这些固 体颗粒物有以下特点：体颗粒物有以下特点： p 粒度很

40、细，粒径不到几微米，还有部分处于胶粒度很细，粒径不到几微米，还有部分处于胶 体状态；体状态； p 黏度高，一方面因沥青烯和前沥青烯等高黏度黏度高，一方面因沥青烯和前沥青烯等高黏度 物质所致，另一方面因未完全转化的煤在介质中物质所致，另一方面因未完全转化的煤在介质中 溶胀和胶溶引起；溶胀和胶溶引起； p 与液相之间的密度差很小。与液相之间的密度差很小。 过滤：过滤：采用辅助措施：加油稀释后离心过滤；加压热过滤和预采用辅助措施：加油稀释后离心过滤；加压热过滤和预 涂硅藻土后真空过滤等。缺点是处理量小，需要较多的单体设涂硅藻土后真空过滤等。缺点是处理量小，需要较多的单体设 备、较大的场地和较多的人力

41、，而且工作环境也差。备、较大的场地和较多的人力，而且工作环境也差。 反溶剂法：反溶剂法：反溶剂是指对前沥青烯和沥青烯等重质组分溶解度反溶剂是指对前沥青烯和沥青烯等重质组分溶解度 很小的有机溶剂，当将它们加到待分离的料浆中时，能促进固很小的有机溶剂，当将它们加到待分离的料浆中时，能促进固 体粒子析出和凝聚，颗粒变大，因而有利于分离。体粒子析出和凝聚，颗粒变大，因而有利于分离。 反溶剂通常是含苯类的溶剂油；反溶剂通常是含苯类的溶剂油； 特点：特点：瞬时偶极矩小，形成氢键的能力弱瞬时偶极矩小，形成氢键的能力弱; ; H/CH/C比为比为1 12.52.5；对煤的液化产物有适当的溶解度；对煤的液化产物

42、有适当的溶解度; ; 当将反溶剂与料浆按（当将反溶剂与料浆按（0.30.30.40.4）:1:1的比例混合后，固体颗的比例混合后，固体颗 粒就会析出和凝聚，颗粒变大，由约粒就会析出和凝聚，颗粒变大，由约1mm1mm增大到增大到17mm17mm，其沉，其沉 降速度也由降速度也由0.80.83cm/h3cm/h增加到增加到30cm/h30cm/h以上以上; ; 可使溶剂精制煤（可使溶剂精制煤（solvent refining of coalsolvent refining of coal，SRCSRC）灰分）灰分 降低到降低到0.1%0.1%左右。左右。 超临界萃取脱灰超临界萃取脱灰 美国凯尔麦克吉（美国凯尔麦克吉（KerrKerrMcgeeMcgee）公司开发，用于两段集成液）公司开发，用于两段集成液 化工艺。化工艺。 利用超临界抽提原理，将料浆中的可溶解物质萃取到溶剂中，利用超临界抽提原理，将料浆中的可溶解物质萃取到溶剂中， 与不溶解的残渣和矿物质分离。采用的溶剂主要是含苯、甲苯与不溶解的残渣和矿物质分离。采用的溶剂主要是含苯、甲苯 和二甲苯的溶剂油。和二甲苯的溶剂油。 将来自真空蒸馏塔底的淤浆和溶剂在混合器中混合，此时溶剂将来自真空蒸馏塔底的淤浆和溶剂在混合器中混合，此时溶剂 处于超临界状态，一起导入沉降室，呈现分层状态。上层为液处于超临界状态，一起导入沉