第二章煤直接液化课件1

1、第二章第二章 煤炭直接液化煤炭直接液化第一节第一节 煤直接液化及其技术沿革煤直接液化及其技术沿革第二节第二节 煤直接液化化学基础煤直接液化化学基础第三节第三节 煤直接液化体系煤直接液化体系第四节第四节 煤液化用催化剂煤液化用催化剂第五节第五节 煤性质对煤液化的影响煤性质对煤液化的影响第六节第六节 液化动力学液化动力学第七节第七节 煤液化热溶解过程机理总结煤液化热溶解过程机理总结第八节第八节 反应条件对煤液化的影响反应条件对煤液化的影响第九节第九节 煤直接液化工艺煤直接液化工艺第十节第十节 煤液化产品（初油）的加工提质煤液化产品（初油）的加工提质第十一节第十一节 液化残渣的利用液化残渣的利用第一

2、节第一节 煤直接液化及其技术沿革煤直接液化及其技术沿革2.1.1 概述概述简单说：简单说： 煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。杂原子的转化过程。具体来说：具体来说： 煤炭直接液化是指煤炭直接液化是指通过加氢通过加氢使使煤中复杂的有机高分子煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料结构直接转化为较低分子的液体燃料。转化过程是在。转化过程是在含煤含煤粉、溶剂、催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚。粉、溶剂、催化剂的浆液

3、系统中进行加氢、解聚。需要需要较较高的压力和温度。高的压力和温度。直接液化的直接液化的优点优点：热效率较高、液体产品收率高；：热效率较高、液体产品收率高；主要主要缺点缺点：煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。：煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。 煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（co+h2），），合成气经过净化、调整合成气经过净化、调整h2/co比，在催化合成为液体燃料。比，在催化合成为液体燃料。优点优点：煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废：煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废 问题主要在气化过程中解决。问题主要在气化过程中解决

4、。缺点缺点：总效率比不上直接液化。：总效率比不上直接液化。 由于煤炭液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染物以及由于煤炭液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染物以及灰分等，获得的液体产品是灰分等，获得的液体产品是优质洁净的燃料和化学品优质洁净的燃料和化学品。因。因此，煤炭液化将是中国此，煤炭液化将是中国洁净煤技术洁净煤技术和和煤代油战略煤代油战略的重要、的重要、有效和可行的途径之一。有效和可行的途径之一。煤炭与石油的根本区别煤炭与石油的根本区别煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤的煤的h/c原子比低，原子比低，0.3-0.8，石油，石油h/c原子比高，原子比高，1

5、.8；煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分子固体物，石油是不同大小分子组成的液体混合物。子固体物，石油是不同大小分子组成的液体混合物。参考课本表参考课本表2-1.2.1.2 国外煤炭直接液化工艺发展概况国外煤炭直接液化工艺发展概况1913年，柏吉乌斯（年，柏吉乌斯（bergius）创立了煤的直接液化）创立了煤的直接液化技术，并获得了专利。技术，并获得了专利。1927年，德国年，德国ig公司开始建设第一座工业规模的直接公司开始建设第一座工业规模的直接液化生产装置，液化生产装置，1931年投入运转。年投入运转。二十世纪五十年代以后，中东大

6、量廉价石油的开发，二十世纪五十年代以后，中东大量廉价石油的开发，使煤炭直接液化失去了竞争力和继续存在的必要，一使煤炭直接液化失去了竞争力和继续存在的必要，一度停滞。度停滞。二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表性工艺：美国性工艺：美国hti、日本、日本nedol、德国、德国igor。2.1.3 我国煤炭直接液化技术开发概况我国煤炭直接液化技术开发概况2.2.1 煤炭直接液化的功能煤炭直接液化的功能第二节第二节 煤直接液化化学基础煤直接液化化学基础1、将煤的大分子结构分解成小分子；、将煤的大分子结构分解成小分子；2、提高煤的、提高煤的h/c原

7、子比，以达到石油的原子比，以达到石油的h/c原子比水平；原子比水平；3、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的质量达到、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子，使液化油的质量达到 石油产品的标准；石油产品的标准；4、脱除煤中无机矿物质。、脱除煤中无机矿物质。2.2.2 煤炭直接液化的原理煤炭直接液化的原理1、打断煤大分子的桥键；、打断煤大分子的桥键；2、加氢，改变分子结构，提高、加氢，改变分子结构，提高h/c比；比；3、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子；、脱除煤中氧、氮、硫等杂原子；4、脱除煤中无机矿物质。、脱除煤中无机矿物质。煤的热解；煤的热解；对自由基对自由基“碎片碎片”的供氢；的供氢；脱氧、硫、氮杂原子反

8、应；脱氧、硫、氮杂原子反应；缩合反应缩合反应2.2.3 煤液化过程中的化学反应煤液化过程中的化学反应煤的热解煤的热解由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做热溶解热溶解。上述过程即为上述过程即为对自由基对自由基“碎片碎片”的供氢的供氢脱氧、氮、硫杂原子的反应脱氧、氮、硫杂原子的反应参看课本参看课本133-134页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。缩合反应缩合反应 当温度过高或供氢不足，自由基当温度过高或供氢不足，自由基“碎片碎片”发生缩合，生成半发生缩合，生成半焦或焦炭。将使液化产率降低，是焦或焦炭。将使液化产率降低，是液

9、化中不希望发生的反应液化中不希望发生的反应。煤加氢液化时可能发生的几种反应煤加氢液化时可能发生的几种反应2.2.4 煤炭加氢液化的实验室研究方法煤炭加氢液化的实验室研究方法试验过程与设备试验过程与设备产物分析产物分析 煤液化产物可分为气相产物和液煤液化产物可分为气相产物和液-固相产物。固相产物。 气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如h2o、h2s、nh3、co2和和co等；二是气态烃，主要是等；二是气态烃，主要是c1-c3,有时包括有时包括c4，生产气，生产气态烃会消耗大量氢，所以气态烃产率增加会导致氢耗量提高）经冷却、态烃会消耗大量氢，所以

10、气态烃产率增加会导致氢耗量提高）经冷却、计量后，计量后， 可用气相色谱或气可用气相色谱或气-质联用进行气体分析。质联用进行气体分析。 液液-固相产物组成复杂，要先用溶剂进行分离，常用溶剂有正己固相产物组成复杂，要先用溶剂进行分离，常用溶剂有正己烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃thf（或吡啶）。溶于正己烷（或吡啶）。溶于正己烷的称为油；不溶于正己烷而溶于苯的称为沥青烯；不溶于苯而溶于四的称为油；不溶于正己烷而溶于苯的称为沥青烯；不溶于苯而溶于四氢呋喃（吡啶）的称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的称为残渣（未反氢呋喃（吡啶）的称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的称为残渣（未

11、反应煤）一般可采用两种方法进行分离：一是减压蒸馏法；二是溶剂萃应煤）一般可采用两种方法进行分离：一是减压蒸馏法；二是溶剂萃取法。取法。下面介绍溶剂萃取分离流程和下面介绍溶剂萃取分离流程和一些概念一些概念：2.2.5 煤加氢液化的反应历程煤加氢液化的反应历程煤直接液化的基本历程煤直接液化的基本历程步骤步骤条件条件功能功能1 1加氢液化加氢液化高温、高压、氢高温、高压、氢气环境气环境桥键断裂、自由基加桥键断裂、自由基加氢、固体转化为液体氢、固体转化为液体2 2固液分离固液分离 减压蒸馏、过滤、减压蒸馏、过滤、萃取、沉降萃取、沉降脱除无机矿物和未反脱除无机矿物和未反应煤应煤3 3提质加工提质加工催化加氢催化加氢提高提高h/ch/c原子比、脱原子比、脱除杂原子除杂原子 煤加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压煤加氢液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压h2存在下，存在下，随温度升高。煤在溶剂中膨胀形成胶体系统、进行局部溶解，随温度升高。煤在溶剂中膨胀形成胶体系统、进行局部溶解，并发生煤有机质的分裂、解聚，同时在煤有机质与溶剂间进并发生煤有机质的分裂、解聚，同时在煤有机质与溶剂间进行氢分配，于行氢分配，于350400度左右生成沥青质含量很高的高分子度左右生成沥青质含量很高的高分子物质。物质。 在煤有机质裂解的同时，伴随着分解、加氢、解聚、聚在煤有机质