煤直接液化和煤间接液化综述#清晰整齐

1、煤直接液化和煤间接液化研究综述摘要：煤的直接液化和间接液化技术经过长期发展，形成了各自的工艺特点和典型工序。我国的总能源特征是“煤丰富，石油少，有天然气”，用煤制造石油已经成为我们能源战略的重要趋势。经过长期努力，我国初步实现了“煤油”产业化的雏形，未来将面临更多的机遇和挑战。关键词：煤直接液化煤间接液化发展前景1.煤的直接液化煤直接液化，也称为煤加氢液化，是将固体煤变成煤浆，在高温高压下通过催化加氢裂化，裂解、溶剂萃取、郑智薰催化液化、煤分解、加氢转化为液体碳氢化合物，然后稳定加氢和加氢处理过程，从煤中去除氮、氧、硫等杂原子，提高石油质量的技术。煤的直接液化过程包括煤浆液的制造、反应、分离和

2、加氢处理等单元。煤中杂质含量越低，氢含量越高，越适合直接液化。1.1开发过程煤直接液化技术始于20世纪初，1913年德国科学家bug ius首次研究煤高压加氢，获得了世界上第一个煤液化专利，并在此基础上开发了著名的I G Farben工艺。该过程是非常棘手的反应，反应温度为470 ，反应压力为70MPa。德国于1927年在Leuna建立了世界上第一个0.1Mt/a规模的煤直接液化工厂，到第二次世界大战结束时，德国18个煤直接液化工厂的总石油生产能力约为4.23Mt/a，其汽油产量达到了当时德国汽油消耗的50%。第二次世界大战前后，英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤炭直接液化

3、技术的研究。之后，廉价石油的大量发现使煤中燃料油的生产告吹，煤直接液化工厂停止了对煤直接液化技术的研究。20世纪70年代石油危机后，几个发达国家在煤炭直接液化技术开发上投入了大量人力和物力，相继开发了多种煤炭直接液化工艺，但从20世纪80年代后期开始原油价格维持在高水平的时间不长，煤炭燃料油生产的收益低，因此这些工艺没有实现产业化。1.2煤直接液化技术的工艺特点典型的煤直接加氢液化工艺包括： 制氢。煤膏相(水煤浆)的制备；加氢液化反应；石油加工等“第一串和最后串”4步。制氢是加氢液化的重要组成部分，大规模制氢通常利用煤气化和天然气转化。在液化过程中，用煤、催化剂、循环油制成的水煤浆，与制造的氢

4、气混合，送到反应器。在液化反应器中，煤首先发生热分解反应，产生自由基“碎片”，将不稳定的自由基“碎片”与氢结合，形成催化剂存在条件下分子量远低于煤的初级加氢产物。反应堆的产物非常复杂，包括气体、液体、固体三相。气相的主要成分是氢，分离后循环还原反应器再次参与；固相不反应煤、矿物和催化剂；液体是柴油(原油汽油)、重油等馏分油和重油。1.3一般程序1973年世界第一次石油危机后，美国、德国、日本等国家相继开发了很多煤直接液化的新技术，如src、eds、h-cool、hti、Igor、NEDOL等，其中代表性的工序是HTI、IGOR、ne dol工艺。其中，IGOR和NEDOL工艺建设有大型试验工厂

5、，但HTI工艺仅通过了3t/d规模的实验室测试。1.3.1德国的IGOR进程20世纪70年代世界石油危机发生后，德国与鲁尔煤炭公司、VEBA石油公司、DMT采矿和检测技术公司合作开发了比德国原技术更先进的新液化(IGOR)工艺，其特点是：(1)反应条件苛刻温度470，压力30MPa(2)铝冶炼工业废渣(赤泥)的催化使用；(3)两个液化石油加氢处理反应器在高压系统内串联进行的液化反应，可以一次性获得原子含量极低的液化精制油。(4)液化油蒸馏后，可以得到比十六烷值大45的柴油，汽油馏分再改造后，可以得到高辛烷值汽油。(5)循环溶剂的供氢性能好，煤液化油转化率高，投资也高，但没有对加氢催化剂寿命进行

6、工业评价。1.3.2美国的HTI工艺美国的HTI工艺是两阶段催化液化工艺，采用了过去10年开发的悬浮床反应器和拥有专利的铁基催化剂。此工序的主要特征包括(1)反应条件比较温和，反应温度为440 450 ，反应压力为17MPa(2)使用特殊液体循环沸腾床(悬浮床)反应器达到全反混合反应器模式；(3)所用催化剂活性高，杨怡少。(4)高温分离器后排队加氢固定床反应器，在线加氢处理液化油(5)高液分离采用超临界溶剂萃取方法，从液化残渣中最大限度地回收重油，大大提高了液化油回收率。1.3.3日本的NEDOL工艺20世纪80年代初，日本专门成立了日本新能源产业综合开发组织(内都)，负责实施阳光计划，在内都

7、的组织下，经过10多家大企业的合作，开发了又名环青煤液化工艺。此过程的特点是：(1)反应压力低时为1719MPa，反应温度为455 465(2)催化使用合成黄骅市铁或天然黄铁矿；(3)固液分离的蒸馏方法；(4)用于配煤浆液的循环剂单独加氢，提高溶剂的加氢能力。(5)液化油含有更多的杂原子，也要加氢以获得合格品。(6)两种加氢处理反应器运行灵活，加氢催化剂寿命保证。一般认为煤大分子的基本单位体是缩合芳核，单位内的郑智薰芳核部分是杂环、氢化芳环脂肪族群、氧官能团和烷基侧链。煤的直接液化是煤的催化加氢生产燃料油，因此煤的直接液化产物主要由芳烃和环烷烃组成，含有一定量的氮、氧、硫等杂原子。后续提取后，

8、可以降低其杂原子和芳烃的含量，但不能显着降低环状碳氢化合物的含量，因此产物石脑油馏分中芳烃的潜在含量高，产品柴油馏分的凝固点低，十六烷值低，是煤直接液化油的主要特点。煤间接液化技术煤的间接液化首先是以煤气化为合成气生产，完全破坏煤的原始化学结构，然后以合成气为原料，通过皮托合成(F-T合成)生产蒸馏范围不同的液体碳氢化合物。煤的间接液化包括气体制造单位、F-T合成单位、分离单位、后加工萃取单位等，其核心是合成反应单位。与直接液化技术相比，间接液化技术对煤几乎没有要求。2.1开发过程1923年，德国科学家Frans Fischer和汉斯特罗普什发明了一种方法，把合成气转化为催化剂上的液体碳氢化合

9、物，称为F-H合成。1936年，德国完成了世界上第一家煤炭间接液化工厂，直到第二次世界大战末期，在德国、法国、日本、中国、美国等地构建了以煤为基础的合成气为原料的合成油装置。二战以来，廉价石油的大量发现使从煤生产液体燃料的成本过高，这些设备相继投入使用。20世纪50年代，南非联邦受到国际制裁，无法进口石油，为了满足对燃料油的需求，根据本国煤炭特性间接液化煤，发展了生产燃料油的技术。自1955年以来，包括发动机燃料、聚烯烃等在内的大型煤炭间接液化工厂陆续建成。现在公司的煤炭间接液化工厂还在运营，并获得了相当大的利润。2.2煤间接液化技术的技术特点间接液化工艺包括： 煤气化及煤气净化、转换和脱碳。

10、合成反应；石油加工三个纯“系列”阶段。煤气火葬场生产的粗煤气通过除尘、冷却得到纯煤气，纯煤气通过CO光温内硫变和酸性气体(包括H2S、CO2等)去除，得到适合组成的合成气。合成气在特定温度、压力和催化作用下将H2和CO直接转化为链碳氢化合物、水和少量含氧有机化合物。产物为三相分离，水提醇、酮、醛等化学物质；石油商使用通常的石油炼制手段(像往常一样，减压蒸馏)，根据需要切割产品馏分，然后进一步处理(如加氢处理、加氢降凝、催化重整、加氢裂化等)，获得合格的石油或中间产品。2.3一般程序除了南非的Sasol公司以外，许多发达国家的大型石油公司开发了以一种合成为核心的多种工艺，但大多数以天然气生产的合

11、成气体为原料，生产MDS、MTG、ASC-21、Syntroleum等化学产品或燃料油。与Sasol的低温F-T合成(LTFT)工艺或高温F-T合成工艺的主要区别在于制造合成气单元。2.3.1LTFT进程Sasol的LTFT工艺采用沉淀铁催化剂，反应温度低(220 270) c，工作压力3.05.0MPa，产品以煤油、柴油及蜡为主。气化单元为鲁尔gi，早期F-T合成单元反应器采用管Arge固定床，催化剂和液体产物分离没有问题，但催化剂层压力低，更换催化剂有困难。Sasol开发了一种将低温F-T合成工艺的浆态床反应器和液体产物与催化剂分离的独特技术。浆态床反应器结构简单，传热效率高，可以在等温下

12、工作，易于控制运行参数，但传质阻力大，这就是目前F-T合成的研究开发热点。2.3.2HTFT进程Sasol的HTFT过程使用熔化的铁催化剂，反应温度为300 350 ，工作压力为2.03.0MPa，产品主要是汽油和低碳烯烃。工艺气化装置为Lurgi，早期F-T合成使用了Synthol循环流化床，但其结构复杂，运行成本高，重烃的选择性差。1992年开发了SAS固定流化床反应器，其结构简单，体积小，运行成本低。到1999年，甲醇用8个固定流化床反应器取代了早期的大循环流化床反应器。经过高温煤间接液化工艺的产品主要用汽油和低碳烯烃加工，可以得到高质量的汽油。低温煤间接液化工艺的产品主要包括煤油、柴油

13、、一定量的石脑油和石蜡。石脑油馏分富含支链，含有7%10%的氧化物，不适合汽油，但汽油配方成分可以转化为氧化合物，也可以直接生产乙烯作为热分解原料。煤油、柴油异常馏分在加氢异构降凝下得到的柴油馏分芳烃质量含量低于3%，十六烷值低于70%，硫含量低于1ug/g，符合世界燃料规范 柴油的要求，十六烷值远高于本规定要求，是提高柴油十六烷值的好配方成分。在山西焖面煤化厂，有20年历史的千吨级中试平台于2002年1月实现了首次试运行，合成了第一批原油石油，到2002年底累计获得了数十吨合成原油油。2003年底，原油石油又生产出了无色透明、高品质的柴油。目前，山西焖面煤化所试验地正在准备第五次驾驶，预计将

14、启动6个月左右。目前世界上能通过“煤油”技术合成高质量柴油的国家只有南非等少数。山西焖面煤化工所高质量清洁柴油的出现意味着我国拥有开发和提供先进工业化自身技术的能力，并成为拥有将煤转化为高清柴油的全方位技术的世界几个渡边杏国家之一。该研究所将于2005年在煤矿生产地建设10万吨/年示范工厂，以成熟技术保证为前提，预计投资12 14亿元。初步形成“煤油”产业化的雏形。中国煤石化产业的现状与展望在我国煤多、石油短缺、天然气资源不足的现实中，将煤石化工业开发为石油的替代物具有重要意义。3.1中国煤石化产业的发展时机成熟近年来，随着国际原油价格持续高的企业和中国原油进口量的快速增加，国内煤化工产业成为

15、发展的热点，许多煤炭丰富的地区和煤炭企业拉动经济发展，拓宽下游产业链的重要途径，煤化工产业的发展时期开始到来。重要标志是：国家把煤的清洁转化为能源战略的重要内容。国家支持和鼓励煤炭煤化工产业的发展，将煤炭的清洁转换和高效利用纳入中国21 世纪议程。煤炭工业“十一五”发展规划已明确提出将煤的清洁转化纳入核心科学技术开发内容，稳步推进煤液化和煤制烯烃的示范工程建设。2005年12月7日，国务院发表了鼓励“煤气化、液化技术开发和应用”的关于发布实施促进产业结构调整暂行规定的决定，当天国家发展改革委员会发表的产业结构调整指导目录（2005 年本）。2007年10月31日，国家发展改革委员会和商务部共同

16、公布了外商投资产业指导目录 (57号令)，其中将大规模煤化工产业建设纳入外商投资奖励行业。3.2中国煤石化产业的运行条件已经目前主要的煤石化技术包括煤石油、煤用甲醇、煤用烯烃、煤用天然气等，这些工程具备了建设技术成熟、大规模商业化装置的条件，目前国内正在建设包括新华在内的3个大型煤用烯烃项目。煤炭制造煤化工产业的发展可以促进煤炭企业实现产品附加值，有效扩大发展空间。煤炭的市场价格远低于同等热值的石油，因此煤炭企业的经济总量远低于石油企业。新华集团目前是世界最大的煤炭生产企业，流通企业煤炭每年发运3亿吨以上，但实现的销售收益只有1500亿元左右。这是中国石油和中国石油化学的十分之一水平。发展煤炭

17、制造、煤化工产业，将价值较低的煤转化为高附加值的石油和化学品，可以大大提高煤炭企业的经济规模和经济效益。3.3中国煤化工有循环经济要求。从煤炭制造化学产业对环境保护和循环经济的高要求、神华煤炭制造示范工程实践来看，现代煤和煤化学产业从设计到建设，到实际运行，对环境保护要求、污水处理和回收、废气标准排放、硫磺和其他有害物质的化学处理、系统内的发展、建设道路上的废物等进行了充分的考虑。按照这种模式设计和运行，可以满足环境保护和循环经济的要求。3.4中国煤石化产业风险预控煤石化产业是一门新兴产业，不能避免技术风险等多个方面发生的风险。因为是新技术，所以不完美。经济风险-煤石化产业易受国际原油价格波动的影响。工程风险扩大项目、设备安装和调试、工程保险等：人力资源风险招聘具有石化经验的运营人员、新技术培训等。对于这些风险，需要提前风险主动控制和预防控制计划。主动设置风险预防监控，随