煤直接液化工藝的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀.doc

煤直接液化工藝的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀前言20世紀(jì)初，德國化學(xué)家F.Bergius 研究了氫壓下煤的液化并取得專利，德國在二戰(zhàn)前實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，生產(chǎn)能力近500萬t/年。戰(zhàn)后由于廉價的石油資源的大量開采，煤液化產(chǎn)品失去競爭力，但在70年代的兩次石油危機(jī)使煤直接液化的開發(fā)利用再度受到重視。在這幾十年里，相繼開發(fā)了許多煤直接液化工藝技術(shù)，典型的有美國的溶劑精煉煤法（SRC、）、氫煤法（HCoal）、供氫溶劑法（EDS，Exxon Donor Solvent）、煤的兩段液化工藝（CTSL），德國液化新工藝（NewIG），英國的超臨界萃取法（SCE）以及日本的NEDOL工藝等。煤直接液化工藝技術(shù)歷史沿革1 單段液化工藝60年代中后期，煤炭液化技術(shù)得到了人們的重視，全部的液化工藝均為單段液化工藝，大部分的液化研究項(xiàng)目也集中在單階段液化工藝上。70年代發(fā)生了世界范圍的石油危機(jī)，一些研究人員增加了第二段的研究工作，以提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量。單段液化工藝主要包括：SRC-和液化工藝（美國海灣石油公司）H-煤液化工藝（美國HRI公司）Exxon供氫溶劑液化工藝（即EDS工藝，美國Exxon公司）Conoco氯化鋅液化工藝（美國Conoco公司）IGOR液化工藝（德國魯爾煤炭公司）NEDOL液化工藝（日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)）Imhausen高壓液化工藝（德國）上述大部分液化工藝已經(jīng)被淘汰，但I(xiàn)GOR和NEDOL液化工藝目前仍被廣泛采用，開發(fā)商準(zhǔn)備對這兩種液化工藝進(jìn)行商業(yè)性生產(chǎn)。另外，美國目前還研制了其它幾種較小規(guī)模的液化工藝。俄羅斯和波蘭等其它國家也進(jìn)行了大量的單段煤炭液化工藝的研發(fā)工作，所采用的方法在許多方面與IGOR液化工藝類似。11 SRC-和工藝美國的溶劑精煉煤（SRC）法，最早是為了潔凈利用美國高硫煤而開發(fā)的一種生產(chǎn)以重質(zhì)燃料油為目的的煤液化轉(zhuǎn)化技術(shù)，不外加催化劑，利用煤中自身的黃鐵礦將煤轉(zhuǎn)化為低灰低硫的常溫下為固體的SRC，后來增加殘?jiān)h(huán)，采用減壓蒸餾方法進(jìn)行固液分離，獲得常溫下也是液體的重質(zhì)燃料油，這就是SRC工藝。（1）SRC-工藝SCR工藝是根據(jù)二戰(zhàn)前德國提出的舊的PottBroche技術(shù)開發(fā)的一個煤液化方法，于1960年美國煤炭研究局組織開始SCR研究工作。在20世紀(jì)60年代后期和70年代初期對改工藝進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)，同時設(shè)計(jì)了50t/d的試驗(yàn)裝置，由Rust Engineering建于華盛頓州劉易斯堡，并由Gulf從1974年開始操作。于1977年被改進(jìn)成SRC工藝。 SCR工藝操作條件及特點(diǎn)a. 不用外加催化劑，利用煤灰自身催化作用；b. 反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)溫度400450，反應(yīng)壓力1015MPa；停留時間：3040minc. 氫耗量低； 存在的問題SCR工藝的主要產(chǎn)品固體SCR，油產(chǎn)率低；工藝流程復(fù)雜。圖11 SRC-工藝流程圖（2）SCR-工藝圖12 SRC 工藝流程圖 工藝操作條件及工藝特點(diǎn)a. 典型的操作條件：460，14MPa，60min停留時間,不另加催化劑；b. 氣液分離器底部分出的熱淤漿一部分循環(huán)返回制煤漿，另一部分進(jìn)減壓蒸餾，部分淤漿循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)：一是延長中間產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，增加反應(yīng)深度；二是礦物含有硫鐵礦，提高了反應(yīng)器內(nèi)硫鐵礦濃度，相對而言添加了催化劑，有利于加氫反應(yīng)，增加液體油產(chǎn)率；c. 用減壓蒸餾替代殘?jiān)^濾分離，省去過濾、脫灰和產(chǎn)物固化等工序；d. 產(chǎn)品以油為主，氫耗量比SRC高一倍。 存在問題SRC工藝的顯著特點(diǎn)是將高溫分離器底部的部分含灰重質(zhì)餾分作為循環(huán)溶劑使用，以煤中礦物質(zhì)為催化劑。存在的問題是由于含灰重質(zhì)餾分的循環(huán)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器中礦物質(zhì)會發(fā)生積聚現(xiàn)象，使反應(yīng)器中固體的濃度增加；SRC工藝是以煤中的礦物質(zhì)作為催化劑，然而，不同的煤種所含的礦物質(zhì)組分有所不同，這使得SRC工藝在煤種選擇上受到局限，有時甚至同一煤層中的煤所含的礦物質(zhì)組分也互不相同，在工藝條件的操作上也帶來很大困難。12 Exxon供氫溶劑（EDS）液化工藝EDS工藝的全稱是Exxon Donor Solvent ，是美國Exxon公司開發(fā)的一種煤炭直接液化工藝。Exxon公司從1966年開始研究煤炭直接液化技術(shù)， 對EDS工藝進(jìn)行開發(fā)， 并在0.5t/d的連續(xù)試驗(yàn)裝置上確認(rèn)了EDS工藝的技術(shù)可行性。1975年6月，1.0t/d規(guī)模的EDS工藝全流程中試裝置投入運(yùn)行，進(jìn)一步肯定了EDS工藝的可靠性。1980年在德克薩斯的Baytown建了250t/d的工業(yè)性試驗(yàn)廠，完成了EDS工藝的研究開發(fā)工作。圖13 EDS液化工藝的原理簡圖 操作條件煤與加氫后的循環(huán)溶劑配成煤漿與氫氣混合，預(yù)熱后被送到一個簡單的液體向上流動的管式反應(yīng)器中。反應(yīng)器的工作溫度為425450，工作壓力17.5MPa。不加任何催化劑。反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入氣-液分離器，分出氣體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物通過分離后，富氫氣與新鮮氫混合使用。液體產(chǎn)物進(jìn)入常、減壓蒸餾塔中。石腦油和中質(zhì)蒸餾產(chǎn)品被回收，盡管大部分中質(zhì)蒸餾物與重質(zhì)蒸餾物結(jié)合形成了循環(huán)溶劑的主要成分。減壓蒸餾塔底部的殘余物中包括固體雜質(zhì)，這些殘余物被排入Exxon公司獲得專利權(quán)的靈活焦化設(shè)備中。這一過程包括熱解和氣化步驟，可以生產(chǎn)附加的蒸餾產(chǎn)品和用于生產(chǎn)氫氣的燃料氣。靈活焦化法的焦化部分反應(yīng)溫度為485650，氣化部分的反應(yīng)溫度為800900。整個停留時間為0.51h 。靈活焦化工藝目前也已投入商業(yè)化。循環(huán)溶劑的再加氫過程是在固定床催化反應(yīng)器中進(jìn)行的，使用了以鋁作載體的鎳鉬或者鈷鉬催化劑。反應(yīng)器中的工作溫度為370，工作壓力為11MPa。這些條件也可進(jìn)行改變，以控制溶劑的加氫程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。EDS液化工藝的產(chǎn)率與液化的煤種特性有密切的關(guān)系，也隨著液化條件的變化而不同。一般地，總液體收率（包括靈活焦化產(chǎn)生的液體）對于褐煤來講為36%，次煙煤為38%，煙煤為3946%（所有的煤均為干基無灰煤）。通過增加煤漿中減壓蒸餾塔底部殘?jiān)难h(huán)量，可以提高液體收率。這一設(shè)想沒有在250t/d的試驗(yàn)廠進(jìn)行驗(yàn)證。但采用這種方法之后，可以使褐煤的液體燃料產(chǎn)出率達(dá)到47%，次煙煤為50%，煙煤為60%。根據(jù)市場的需求情況，液體產(chǎn)品的沸點(diǎn)范圍可在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 煤液化技術(shù)EDS供氫溶劑法的液化煤種主要是煙煤。美國的?？松鹃_發(fā)的供氫溶劑法（EDS），在液化反應(yīng)器內(nèi)不外加催化劑，對循環(huán)溶劑單獨(dú)進(jìn)行催化預(yù)加氫，目的是提高溶劑的供氫能力，這是EDS工藝的顯著特點(diǎn)。液化油收率提高，產(chǎn)品主要是輕質(zhì)油和中質(zhì)油。 工藝特點(diǎn)：a. 煤在分子氫和供氫溶劑存在條件下，不外加催化劑；b供氫溶劑是液化產(chǎn)物中分出的切割餾分，經(jīng)催化劑加氫恢復(fù)供氫能力，使溶劑加氫與煤加氫液化分開進(jìn)行，避免了重質(zhì)油、未反應(yīng)煤和礦物質(zhì)與高活性NiMo催化劑的直接接觸，延長催化劑的壽命；c. 減壓塔底產(chǎn)物在靈活焦化裝置進(jìn)行焦化氣化，液體收率可提高510%；d 應(yīng)條件溫和。 存在的問題EDS工藝采用供氫溶劑來制備煤漿，所以液化反應(yīng)條件溫和，但由于液化反應(yīng)為非催化反應(yīng)，液化油收率低，這是非催化反應(yīng)的特征。雖然將減壓蒸餾的塔底物部分循環(huán)送回反應(yīng)器，增加重質(zhì)餾分的停留時間可以改善液化油收率，但同時帶來煤中礦物質(zhì)在反應(yīng)器中的積聚問題13 HCoal工藝HCoal工藝始于1963年，由美國Hydrocarbon Research Inc（HRI）開發(fā)。HCoal工藝的許多基本概念都來源于HRI的用于重油提質(zhì)加工的HOil工藝。HRI從1955年開始研究HOil工藝，1962年HOil工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，一座處理規(guī)模為397m 3/d 的HOi1工藝裝置在煉油廠投入運(yùn)行。1976年又投產(chǎn)了兩套大型HOil 工藝裝置，總處理量約為12719 m3/d 。HRI在美國政府的支持下，于1963年在HOil工藝的反應(yīng)器中開始了投煤試驗(yàn)，1965年在11.3kg/d 的HCoal工藝的連續(xù)裝置上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)研究，1966年3月開始了3t/d的裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，1974年9月開始著手設(shè)計(jì)600t/d 的工業(yè)性試驗(yàn)裝置，1976年12月15日600t/d的工業(yè)性試驗(yàn)裝置在肯塔基的Catlettsburg破土動工，1980年開始運(yùn)轉(zhuǎn)，1983年運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束。隨后又完成了商業(yè)化規(guī)模的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備在肯塔基的Breckinridge 建廠，但由于油價的下跌，建設(shè)計(jì)劃最終放棄。HCoal工藝在開發(fā)過程中，其他一些大公司也曾加入。與其他液化工藝一樣，目的也是生產(chǎn)潔凈鍋爐燃料。HCoal工藝的特征是采用沸騰床催化反應(yīng)器，這是HCoal 工藝區(qū)別于其他液化工藝的顯著特點(diǎn)。美國能源部資助的大部分液化項(xiàng)目是以H-煤液化工藝為基礎(chǔ)的，該工藝也被有效地應(yīng)用到催化兩段液化（CTSL）工藝中。圖14 H-Coal液化工藝的流程簡圖 工藝條件及流程煤與循環(huán)溶劑混合配成煤漿，循環(huán)溶劑中包括加氫反應(yīng)器中產(chǎn)生的含有固體的產(chǎn)品以及蒸餾時產(chǎn)生的重質(zhì)和中質(zhì)餾分。然后加入氫氣，混合物被預(yù)熱后進(jìn)入沸騰床加氫反應(yīng)器，反應(yīng)器是該液化工藝的一個獨(dú)特之處。反應(yīng)器的工作溫度為425455，工作壓力為20.0MPa。該反應(yīng)器使用常規(guī)的載體加氫催化劑，可以使用以鋁為載體的鎳鉬或者鈷鉬催化劑。通過泵使流體內(nèi)循環(huán)而使催化劑流化，進(jìn)口位于催化劑流態(tài)化的上界，但仍然位于反應(yīng)器的液體區(qū)域之內(nèi)。循環(huán)流中包含未發(fā)生反應(yīng)的固體煤。由于用于產(chǎn)生蒸餾液體的加氫裂解反應(yīng)是放熱量很大的反應(yīng)，因此精確控制溫度對于工程放大至關(guān)重要。沸騰床反應(yīng)器比固定床反應(yīng)器有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榍罢叻磻?yīng)器中的物質(zhì)被充分混合，并易于進(jìn)行溫度監(jiān)測和控制。另外，沸騰床反應(yīng)器可以在運(yùn)行期間更換其催化劑，這樣可以保持催化劑良好的活性。這一點(diǎn)對于使用載體的催化劑尤其重要，因?yàn)殡m然這些催化劑開始時活性較強(qiáng)，但在進(jìn)行煤炭液化的過程中這些催化劑的減活速度較快。反應(yīng)產(chǎn)物排出反應(yīng)器后，經(jīng)冷卻、氣液分離后，分成氣相、不含固體液相和含固體液相。氣相凈化后富氫氣體循環(huán)使用，與新鮮氫一起進(jìn)入煤漿預(yù)熱器。不含固體液相進(jìn)入常壓蒸餾塔，分割為石腦油餾分和燃料油餾分。含固體的液相進(jìn)入旋液分離器，分離成高固體液化粗油和低固體液化粗油。低固體液化粗油返回煤漿制備罐作為溶劑來制備煤漿，以減少煤漿制備所需的循環(huán)溶劑。另一方面，由于液化粗油返回反應(yīng)器，可以使粗油中的重質(zhì)油進(jìn)一步分解為低沸點(diǎn)產(chǎn)物，提高油收率。高固體液化粗油進(jìn)入減壓蒸餾裝置，分離成重質(zhì)油和液化殘?jiān)?。部分常壓蒸餾塔底油和部分減壓蒸餾塔頂油作為循環(huán)溶劑返回煤漿制備罐。HCoal工藝同其他工藝相同，液化油產(chǎn)率與煤種有很大關(guān)系。利用適宜煤種，可得到超過95的總轉(zhuǎn)化率，液體收率可超過50（無水無灰煤）。 工藝特點(diǎn)a 使用沸騰床三相反應(yīng)器和鈷鉬加氫催化劑；b 反應(yīng)器內(nèi)溫度保持450460、壓力為20MPac 與其它液化工藝相比，H-煤液化工藝的產(chǎn)率隨煤種的不同而不同。當(dāng)使用合適的煤種時，總轉(zhuǎn)化率可以超過95%，液體產(chǎn)率達(dá)到50%（干基煤）。 存在問題HCoal工藝僅有一個反應(yīng)器，液化油產(chǎn)率偏低。14 Kohleoel(IGOR)液化工藝德國是第一個將煤直接液化工藝用于工業(yè)性生產(chǎn)的國家，采用的工藝是德國人柏吉烏斯（Bergius） 在1913年發(fā)明的柏吉烏斯法，由德LGFarbenindustrie （燃料公司） 在1927年建設(shè)，所以也稱IG工藝。1927年，德國的丸Pott 和HBroche 開發(fā)了溶劑萃取法（PottBroche工藝）。目前世界上大多數(shù)煤炭直接液化工藝都是在這兩個工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)而來的。IGOR（Integrated Gross Oil Refining）工藝由原西德煤礦研究院（Ruhrkohle AG）、薩爾煤礦公司（Saarbergwerke AG）和菲巴石油公司（Veba Oil）在IG工藝基礎(chǔ)上開發(fā)而成。在BergbauForschung（現(xiàn)稱DMT）建立了0.5t/d 和0.2t/d 連續(xù)裝置，1981年在Bottrop建設(shè)了200t/d 規(guī)模的工業(yè)性試驗(yàn)裝置。Bottrop的200t/d工業(yè)性試驗(yàn)裝置廠從1981年一直運(yùn)行到1987年4月，從170000t煤中生產(chǎn)出超過85000t的蒸餾產(chǎn)品，約22000操作小時。1997年，煤炭科學(xué)研究總院與德國簽訂了兩年的協(xié)議進(jìn)行5000t/d示范廠的可行性研究。在0.2t/d的裝置上，對云南先鋒褐煤進(jìn)行了液化試驗(yàn)。圖15 Kohleoel液化工藝 工藝條件及流程煤與循環(huán)溶劑及“赤泥”可棄鐵系催化劑配成煤漿，與氫氣混合后預(yù)熱。預(yù)熱后的混合物一起進(jìn)入液化反應(yīng)器，典型操作溫度470，壓力30 MPa ，反應(yīng)空速0.5t/（m 3h）。反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)入高溫分離器。高溫分離器底部液化粗油進(jìn)入減壓閃蒸塔，減壓閃蒸塔底部產(chǎn)物為液化殘?jiān)敳块W蒸油與高溫分離器的頂部產(chǎn)物一起進(jìn)入第一固定床反應(yīng)器，反應(yīng)條件：溫度350420，壓力與液化反應(yīng)器相同，LHSV0.5h1 。第一固定床反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)入中溫分離器。中溫分離器底部重油為循環(huán)溶劑，去用于煤漿制備。中溫分離器頂部產(chǎn)物進(jìn)入第二固定床反應(yīng)器，反應(yīng)條件：溫度350420，壓力與液化反應(yīng)器相同，LHSV0.5h1 。第二固定床反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)入低溫分離器，低溫分離器頂部副產(chǎn)氫氣循環(huán)使用。低溫分離器底部產(chǎn)物進(jìn)入常壓蒸餾塔，在常壓蒸餾塔中分餾為汽油和柴油。IGOR工藝的操作條件在現(xiàn)代液化工藝中最為苛刻，所以適合于煙煤的液化。在處理煙煤時，可得到大于90的轉(zhuǎn)化率，液收率以無水無灰煤計(jì)算為5060。液化油在IGOR工藝中經(jīng)過十分苛刻條件的加氫精制后，產(chǎn)品中的S、N含量降到105數(shù)量級（幾十個ppm數(shù)量級）。當(dāng)對煙煤進(jìn)行液化時，煤的轉(zhuǎn)化率可大于90%，液體收率為5060%（干基無灰煤）。表1列出了德國的Prosper次煙煤進(jìn)行液化的產(chǎn)量和質(zhì)量。 表1 Kohleoel液化工藝產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量（Prosper煤為原料）產(chǎn)品種類產(chǎn)率（%）烴類氣體（C1C4）19.0輕質(zhì)油（C5-200）25.3中質(zhì)油（200325）32.6未反應(yīng)的煤和瀝青22.1產(chǎn)品質(zhì)量輕質(zhì)油中質(zhì)油氫含量（%）13.611.9氮（ppm）39174 氧（ppm）15384硫（ppm）12 420，循環(huán)使用） 與中試的試驗(yàn)結(jié)果相比，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（催化劑使用量1%，干基無灰煤） 可以提高油產(chǎn)率、改善產(chǎn)品油的質(zhì)量以及抑制反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)垢。據(jù)估算，與澳大利亞的試驗(yàn)廠采用的BCL工藝相比，改進(jìn)的液化工藝可以使原油當(dāng)量標(biāo)稱價格降低24%。Pyrosol 工藝1972年，德國薩爾礦業(yè)公司（Saarbergwerke）的聯(lián)邦德國煤炭液化公司（GFK） 開始對煤炭直接液化進(jìn)行研究，大部分的工作都集中在起源I.G.Fanben 工藝的技術(shù)上，為降低工藝的苛刻度、獲取高油收率采用了一些工藝措施。1981年開始6t/d的試驗(yàn)規(guī)模裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)。研究過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的煤直接液化工藝，無論是一段或兩段工藝，仍有許多方面存在不足，如： 氫耗量過高；一般工藝的氫耗為57（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對操作費(fèi)用產(chǎn)生極大的影響；壓力高；30 MPa 的壓力將導(dǎo)致高的投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，并使整個機(jī)械的復(fù)雜程度大為增加；氣產(chǎn)率過高；一般工藝的氣體產(chǎn)品高達(dá)2225（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），氣體產(chǎn)品不是直接液化的理想產(chǎn)品，而且導(dǎo)致氫耗量增加；工藝對灰含量非常敏感；一般工藝對液化用煤的灰含量要求在10以下。GFK圍繞以上這些技術(shù)難題研究和開發(fā)了一種煤直接液化新工藝，即Pyrosol工藝，該工藝在聯(lián)邦德國、美國和加拿大都取得了專利權(quán)。Pyroso1工藝的基本概念可以用圖218來加以說明。圖中橫坐標(biāo)為氫耗量的百分?jǐn)?shù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（daf），氫耗量同工藝的苛刻度（溫度、壓力） 有直接關(guān)系，所以橫坐標(biāo)也可以說是反應(yīng)的苛刻度?？v坐標(biāo)為液化產(chǎn)物分布。從圖中可以看出，由煤轉(zhuǎn)化到瀝青初次轉(zhuǎn)化較為容易，氫耗量低，氣體生成量也低。但為了提高油收率，工藝條件要變得越來越為苛刻。這說明：傳統(tǒng)液化工藝只能通過高氫耗以達(dá)到高油收率，因此，不可避免地會導(dǎo)致高氣產(chǎn)率。為了保證液化后的殘?jiān)ㄖ饕獮闉r青和固體） 能順利排出裝置，殘?jiān)械墓腆w（為反應(yīng)煤、催化劑和灰）含量不得超過45，也就是說，隨著反應(yīng)條件苛刻度的增加，對液化用煤灰含量的要求也越高。Pyrosol工藝為兩段液化工藝，第一段為加氫液化，第二段為加氫焦化。Pyrosol工藝的基本概念從圖218 可以看出，如第一段加氫液化條件控制在氫耗為2.53（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（daf coal）的苛刻度，則煤（無水無灰基）的25可轉(zhuǎn)化為油，約60轉(zhuǎn)化為瀝青，瀝青留在一段排出的殘?jiān)?。一段排出的殘?jiān)诘诙蔚募託浣够に囍?，在氫氣氛和稍稍加壓下連續(xù)加氫焦化，60的瀝青的一半轉(zhuǎn)化為油。由于Pyrosol工藝的第一段采用溫和條件，殘?jiān)泻写罅繛r青，對煤中灰的含量不敏感，液化用煤的灰含量最高可以達(dá)到25。圖25 Pyrosol 工藝流程圖 Pyrosol 工藝條件及流程煤與循環(huán)溶劑、部分液化粗油及可棄催化劑配成煤漿。煤漿預(yù)熱后從反應(yīng)器的上部進(jìn)入，氫氣從反應(yīng)器的下部進(jìn)入，煤漿和氫氣形成逆流，所以Pyrosol工藝使用的反應(yīng)器被稱為逆流反應(yīng)器，或稱為上進(jìn)料反應(yīng)器。逆流反應(yīng)器的優(yōu)勢在于反應(yīng)器和高溫分離器合為一體，煤漿中的輕質(zhì)溶劑和反應(yīng)過程中產(chǎn)生的輕質(zhì)油能及時隨由下而上的氣體一起從反應(yīng)器中分離出去，避免了溶劑和液化油的二次加氫裂解，可降低氣體產(chǎn)率和氫耗量。第一段反應(yīng)器操作壓力為20MPa，溫度440445。反應(yīng)器上部物料經(jīng)氣液分離后，富氫氣體循環(huán)使用。液體物料進(jìn)入蒸餾系統(tǒng)。反應(yīng)器底部的產(chǎn)物部分粗油作為循環(huán)溶劑去配煤漿，大部分物料經(jīng)預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)焦化爐，加氫焦化爐的操作條件為：溫度540580，旋轉(zhuǎn)速度2530r/min，壓力0.05MPa。加氫焦化爐產(chǎn)生焦油、氣體及焦。加氫焦化爐可將原料中約50的瀝青轉(zhuǎn)化成可蒸餾油。焦油進(jìn)蒸餾系統(tǒng)，重質(zhì)油作為循環(huán)溶劑去配煤漿。Pyrosol工藝由于在第一段液化反應(yīng)中采用逆流反應(yīng)器和溫和反應(yīng)條件，減少了液化過程中的氣體產(chǎn)率，降低了氫氣耗量，極有發(fā)展前途。加拿大煤炭液化公司（CCLC）對該工藝十分感興趣，進(jìn)行了可行性研究，結(jié)果表明采用Pyrosol工藝進(jìn)行煤油共煉高度可行。催化兩段液化（CTSL）工藝CTSL液化工藝是在H-Coal單段液化工藝的基礎(chǔ)上研制而成的。在Wilsonville的中試廠，該液化工藝被持續(xù)研究了近15年。該廠1992年停止生產(chǎn)，但是研究工作繼續(xù)得到美國能源部的資助，其中包括連續(xù)中試規(guī)模和PDU規(guī)模的繼續(xù)資助。CTSL液化工藝成為了80年代和90年代美國能源部資助的許多液化工藝的基礎(chǔ)組成部分。最近，該工藝采用了一種緊密串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，在這種結(jié)構(gòu)形式中，兩個階段都使用一種活性載體催化劑。初期的CTSL液化工藝采包括一個首先熱溶解段，有時需要使用與許多單段液化工藝類似的低活性可棄催化劑。對短接觸和長停留時間進(jìn)行了試驗(yàn)。在最近的研究中，HTI公司在第二段反應(yīng)器后面串聯(lián)了一臺加氫反應(yīng)器，以提高液化產(chǎn)品的質(zhì)量。1997年，HTI公司與煤炭科學(xué)研究總院簽定了一項(xiàng)兩年的合作協(xié)議，研究利用神華煤進(jìn)行直接液化的可行性，并計(jì)劃建一座液化廠。HTI公司從美國能源部申請資金支持。目前該項(xiàng)目已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和預(yù)可行性報(bào)告，現(xiàn)正在神府東勝礦區(qū)考察廠址和潛在的產(chǎn)品市場前景?！局袊鴿崈裘杭夹g(shù)】催化兩段加氫CTSL工藝實(shí)際上是將Hcoal工藝兩個反應(yīng)器串聯(lián)工藝，固液分離采用臨界溶劑脫灰裝置，比減壓蒸餾回收更多的重質(zhì)油。液化油收率從50提高到70以上，同時液化油性質(zhì)也有所改善，稱得上是一大進(jìn)步?！局袊鴿崈裘杭夹g(shù)】。該工藝完成了200600t/d的大型中試裝置運(yùn)行試驗(yàn)。 工藝流程最新開發(fā)的CTSL液化工藝的原理如圖8所示。煤與循環(huán)溶劑混合配成煤漿，然后被預(yù)熱，與氫氣混合，進(jìn)入沸騰床反應(yīng)器的底部。該反應(yīng)器中裝有載體催化劑，一般是以鋁為載體的鎳鉬催化劑。催化劑在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)過程中被流態(tài)化。反應(yīng)器具有連續(xù)攪動釜式反應(yīng)器溫度均一的特征。圖26 CTSL液化工藝流程圖 溶劑作為氫供體，在第一個反應(yīng)器中，通過將煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)打碎到一定程度來使煤溶解。第一個反應(yīng)器可將溶劑進(jìn)行再加氫。當(dāng)液化煙煤時，反應(yīng)器中的工作溫度為400410，工作壓力為17MPa。當(dāng)液化次煙煤時，需要利用高溫來打斷煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，此時氫供體的作用相對弱一些。在一種此工藝變種中，第一段采用分散的鉬或鐵催化劑。第一個反應(yīng)器產(chǎn)生的產(chǎn)品直接進(jìn)入第二段的沸騰床反應(yīng)器，第二反應(yīng)器中的工作壓力與第一反應(yīng)器相同，但溫度較高（達(dá)到430440）。第二反應(yīng)器也有載體催化劑，這些催化劑與第一反應(yīng)器的催化劑可以相同，也可以不同。經(jīng)過分離和減壓步驟之后，從第二個反應(yīng)器中出來的產(chǎn)品進(jìn)入常壓蒸餾塔中，在此，溫度400以下餾分清除掉。常壓蒸餾塔底部的物料包括溶劑、未發(fā)生反應(yīng)的煤和礦物質(zhì)。這些固體可以利用適用的技術(shù)清除掉，剩余的溶劑可以循環(huán)到煤漿混合段。在一些變種工藝中，只有一部分常壓蒸餾塔底部的物料進(jìn)入固體清除步驟，這樣，循環(huán)溶劑中含有礦物質(zhì)和被使用過的分散催化劑。在該液化工藝中，沒有必要脫除去獨(dú)立的瀝青流來作為產(chǎn)品。在 Wilsonville試驗(yàn)廠