煤制油技術(shù)路線綜述

1、煤制油技術(shù)路線綜述轉(zhuǎn)發(fā) 評(píng)論 2008-05-17 20:59 一、煤直接液化 煤直接液化技術(shù)又稱煤加氫液化,是將煤制成煤漿,在高壓下,通過催化加氫裂化,同時(shí)包括熱裂解、溶劑萃取、非催化液化,將煤降解、加氫轉(zhuǎn)化為液體烴類,然后再通過加氫精制等過程,脫除煤中氮、氧、硫等雜原子并提高油的品質(zhì)。煤直接液化過程包括煤漿制備、反應(yīng)、分離和加氫提質(zhì)等單元。 （一）煤直接液化的經(jīng)濟(jì)性分析 目前,煤直接液化技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的主要制約因素是其經(jīng)濟(jì)上與石油的競(jìng)爭(zhēng)能力。隨著石油勘探與開采成本的日益提高和世界石油價(jià)格的不斷上漲,煤直接液化技術(shù)在特定地區(qū)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上已經(jīng)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。權(quán)威機(jī)構(gòu)曾預(yù)測(cè)當(dāng)石

2、油價(jià)格達(dá)到25 美元/ 桶,煤炭直接液化在經(jīng)濟(jì)上就有了競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)能源部通過對(duì)幾個(gè)起步工廠的初步經(jīng)濟(jì)分析后指出,如果煤炭直接液化廠與現(xiàn)有的工廠建在一起,可節(jié)約投資,降低液化成本,使生產(chǎn)的液體燃料價(jià)格可以達(dá)到相當(dāng)于石油價(jià)格1923 美元/ 桶。煤直接液化成本高的主要原因是一次投資大、煤炭?jī)r(jià)格高。但是煤直接液化技術(shù)仍有很大的研究和發(fā)展?jié)摿?還能進(jìn)一步降低成本。美國(guó)能源部計(jì)劃在2010 年后開始建設(shè)獨(dú)立的煤炭直接液化生產(chǎn)廠。從能源戰(zhàn)略上考慮,煤直接液化技術(shù)受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。 從20 世紀(jì)90 年代起,煤炭直接液化工藝又有了新的重大發(fā)展。主要表現(xiàn)在:將煤炭液化工藝和液化油提質(zhì)加工工藝聯(lián)

3、合起來(lái),將直接液化工藝分離出的高氣態(tài)烴、中質(zhì)液化油直接引入二次加氫反應(yīng)器,大大提高了熱效率,也改善了二次加氫條件,降低氫耗量,有效地簡(jiǎn)化了液化廠的工藝流程;應(yīng)用膠體化學(xué)新技術(shù),制備納米級(jí)分散催化劑,使催化劑用量由3wt %(干煤) 左右降低至千分之一左右,既降低了成本,又提高了固液的分離能力和油收率;研究終端產(chǎn)品的利用,例如生產(chǎn)芳烴類化工原料,其效率高于傳統(tǒng)的焦油工藝路線,有利于提高液化工藝產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值。 我國(guó)于1980 年開展煤炭直接液化技術(shù)的研究。通過多年來(lái)與國(guó)外的合作與交流、對(duì)多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨向的認(rèn)識(shí)以及示范廠的前期研究,最終選擇神華集團(tuán)在神府東勝礦區(qū)籌建中國(guó)第一座煤礦直接液化示范廠。

4、針對(duì)直接液化的聯(lián)產(chǎn)可考慮:配合示范工程,從增強(qiáng)副產(chǎn)品的綜合利用和運(yùn)行靈活性出發(fā),首先從油灰渣氣化制甲醇起步,擴(kuò)展為煤化工多聯(lián)產(chǎn)或者電力化學(xué)品多聯(lián)產(chǎn)。 （二）煤直接液化的煤種 煤直接液化的操作條件要求較高,對(duì)煤種有嚴(yán)格要求: (1) 煤中的灰分要低,一般小于5 % ,因此原煤要進(jìn)行洗選,以得到精煤進(jìn)行液化。煤的灰分組成對(duì)液化過程也有影響,灰中的Fe 、Co 、Mo 等元素對(duì)液化有催化作用,而Si 、Ca 、Mg 等元素則不利于液化,且容易引起設(shè)備結(jié)垢。 (2) 煤的可磨性好。直接液化過程要求先把煤磨成200 目左右的煤粉,并干燥到水分小于2 %。如果可磨性不好,生產(chǎn)過程能耗會(huì)很高,設(shè)備磨損嚴(yán)重,

5、配件、材料消耗大,增加生產(chǎn)成本。水分高將不利于磨礦和制煤漿。 (3) 煤中氫、氧含量差別越小越好,可以減少加氫量,同時(shí)減少生成的廢水。 (4) 煤中的硫分和氮等雜質(zhì)含量越少越好,以降低油品加工提質(zhì)的費(fèi)用。 (5) 煤巖的組成也是液化的一項(xiàng)主要指標(biāo)。絲質(zhì)組成越高,煤的液化性能越好;鏡質(zhì)組成量高,則液化活性差。因此用于直接液化的煤一般是褐煤、長(zhǎng)焰煤等年輕煤種。神華的不粘煤、長(zhǎng)焰煤和云南先鋒的褐煤都是較好的直接液化煤種 二、煤間接液化 所謂煤間接液化, 是區(qū)別于煤直接液化而言的,煤間接液化,是將煤首先氣化成有效成分為H2 和CO 的合成氣, 然后合成氣在催化劑作用下, 經(jīng)F- T合成反應(yīng)生產(chǎn)有機(jī)烴類

6、。而直接液化是將年輕煤褐煤煙煤等在高高壓下直接加氫, 轉(zhuǎn)化成有機(jī)烴等化合物。煤間接液化技術(shù)是先將煤氣化生產(chǎn)合成氣,完全破壞煤原有的化學(xué)結(jié)構(gòu),然后以合成氣為原料通過費(fèi)托合成( Fischer Trop sch Synt hesis) 生產(chǎn)出餾程不同的液態(tài)烴。煤間接液化包括煤氣化單元、氣體凈化單元、F T 合成單元、分離單元、后加工提質(zhì)單元等。與直接液化技術(shù)相比,間接液化技術(shù)對(duì)煤質(zhì)基本沒有要求。當(dāng)前,煤間接液化最重要的3 個(gè)產(chǎn)品為烴類燃料、甲醇(CH3 OH) 和二甲醚(CH3OCH3 ) 。 （一）煤間接液化技術(shù) 目前,典型的工業(yè)化煤間接液化技術(shù)有南非的SASOL 的F T 合成技術(shù)、荷蘭She

7、ll 公司的SMDS 技術(shù)和Mobil 公司的MTG合成技術(shù)等。此外還有一些先進(jìn)的合成技術(shù)但都未商業(yè)化,如丹麥Top se 公司的TIGAS ,美國(guó)Mobil 公司的STG,Exxon 公司的AGC-21 , Syntroleum 公司的Syntroleum ,中科院的MFT/SMFT 技術(shù)等。 1、SASOL 公司。采用德國(guó)魯奇加壓氣化技術(shù)。全公司有97臺(tái)魯奇氣化爐,其設(shè)備利用率達(dá)94 %。魯奇氣化爐采取固定床加壓氣化,使用575 mm 的塊煤,操作壓力為2. 83. 5 MPa ,利用水蒸氣和氧氣作為氣化劑,所得粗煤氣中含有CO2 ,N H3 , H2 S 和焦油等雜質(zhì),必須將其除去。凈化

8、裝置采用水洗脫除灰塵和焦油;采用低甲醇洗脫除煤氣中的H2 S ,CO2 和烴類;采用SASOL 公司開發(fā)的Sulp holin 硫化氫液相氧化法回收硫磺; 采用魯奇公司的Phenol solvan 技術(shù)凈化污水,最后得到純凈的合成氣(CO + H2 ) 和工業(yè)副產(chǎn)品。 2、中科院MFT/ SMFT 技術(shù)。20 世紀(jì)80 年代初,中科院山西煤炭化學(xué)研究所開始了合成油的研究開發(fā)工作,在分析了國(guó)外FT 合成和MTG工藝的基礎(chǔ)上,提出了將傳統(tǒng)的FT 合成與沸石分子篩擇形作用相結(jié)合的固定床兩段法合成工藝(簡(jiǎn)稱MFT) 和漿態(tài)床固定床兩段合成工藝(簡(jiǎn)稱SMFT) ,并先后完成了MFT 工藝的小試、模擬、中

9、試,取得了油收率較高,油品性能較好的結(jié)果。90 年代完成了2 000 t/ a 規(guī)模的煤基合成汽油中間實(shí)驗(yàn)和SMF T 工藝的模擬試驗(yàn),并對(duì)自主開發(fā)的兩類催化劑分別進(jìn)行了3 000 h 的長(zhǎng)周期運(yùn)行,取得了令人滿意的結(jié)果。近年來(lái),該所針對(duì)新型漿態(tài)床合成反應(yīng)器、共沉淀鐵系催化劑制備等進(jìn)行了放大開發(fā)試驗(yàn),于2002 年建成合成油品1 000 t/ a裝置,其后進(jìn)行了多次運(yùn)行實(shí)驗(yàn),取得了開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的階段性成果。 （二）影響煤間接液化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的因素 主要有:(1) 裝置的投資規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模; (2) 整個(gè)煤液化工藝流程的集成優(yōu)化程度; (3) F T 合成反應(yīng)器生產(chǎn)效率及廉價(jià)高效工業(yè)鐵催

10、化劑的研制,或長(zhǎng)壽命高活性工業(yè)鈷催化劑的研制; (4) 建廠地理位置,原料煤的價(jià)格和品質(zhì),原油、成品油價(jià)格等。 （三）煤間接液化裝置的大型工業(yè)化 煤制油是一個(gè)具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)性的大型綜合性產(chǎn)業(yè),要取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益,煤制油裝置規(guī)模應(yīng)在1000kt/a 以上,裝置規(guī)模越大,噸油投資越少,物料和能量利用率越高,其綜合效益越好。按照Shell氣化爐配漿態(tài)床反應(yīng)器和廉價(jià)鐵催化劑工藝,規(guī)模為1000kt/a 合成油商業(yè)裝置估算,總耗煤4506kt/a ,折合成油品1020 kt/a ,1t 油品耗煤4.5t ,噸油成本可以達(dá)到240 美元左右。 目前百萬(wàn)噸級(jí)的合成油裝置在國(guó)內(nèi)沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的根本問題是設(shè)計(jì)基

11、礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠,實(shí)質(zhì)上是科研的投入不足而造成工業(yè)化研究不夠完善,因此在建立百萬(wàn)噸級(jí)合成油裝置前,建立工業(yè)示范廠是十分必要的。示范廠是百萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)基地的前期試驗(yàn)性生產(chǎn)裝置,其主要目的是在中試后,進(jìn)行流程的工業(yè)性運(yùn)轉(zhuǎn),考察系統(tǒng)的物料和能量轉(zhuǎn)化行為及大型煤氣爐和氣體凈化等成熟技術(shù)與漿態(tài)床F T 合成過程的匹配情況,獲取數(shù)據(jù)、優(yōu)化流程,以便實(shí)施大型化裝置。煤間接液化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化帶動(dòng)性強(qiáng),技術(shù)覆蓋面廣,與未來(lái)的燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電等先進(jìn)潔凈煤技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)的結(jié)合,因此以煤制油技術(shù)為主導(dǎo)的大型綜合性煤化工產(chǎn)業(yè)將是中國(guó)具有蓬勃生機(jī)的革命性的新興產(chǎn)業(yè)。 （四）煤間接液化裝置的集團(tuán)化：最佳聯(lián)產(chǎn)方案 煤炭間接液化項(xiàng)目的投

12、資額非常大,研究表明:一般情況下,按每年噸產(chǎn)品能力計(jì)算的工程投資,大約為800010000元/ (ta)。降低投資的一個(gè)可能途徑是裝置的集團(tuán)化,即煤炭液化和煉油廠有機(jī)結(jié)合,如共享一些產(chǎn)品混合和輸出設(shè)備。即使最低程度的設(shè)備聯(lián)合使用也可大大降低投資成本。研究表明,一座日產(chǎn)15 萬(wàn)桶油的煉油廠可以接受一座日產(chǎn)5 萬(wàn)桶燃料的液化廠的全部產(chǎn)品,而煉油廠的最終產(chǎn)品質(zhì)量幾乎沒有變化,因此,煉油廠可以很容易達(dá)到日產(chǎn)20 萬(wàn)桶油的生產(chǎn)能力。 煤制油生產(chǎn)裝置是由多個(gè)工藝單元組成的,工藝流程的好壞決定了投資的多少和能耗的高低,通過煤制油工藝模擬軟件的應(yīng)用,對(duì)煤制油整個(gè)工藝流程進(jìn)行集成優(yōu)化和合理配置,使物料和能量得到

13、充分合理的利用,完全有可能使噸油能耗降低10%15%。通過工藝和操作條件的優(yōu)化,調(diào)整煤制油生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也是提高煤制油技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要措施。20 世紀(jì)90 年代,中科院通過對(duì)MFT合成油氣、油硬蠟煤氣聯(lián)產(chǎn)方案進(jìn)行比較,認(rèn)為兩者在經(jīng)濟(jì)效益上有較大差別,前者的投資利潤(rùn)率為3.10%,而后者達(dá)9.68%。 （五）煤間接液化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用前景 煤炭是世界儲(chǔ)量最豐富的化石能源,在一次能源中煤占31%,20世紀(jì)70年代后發(fā)生的2次石油危機(jī)以及近期原油價(jià)格暴漲,使各國(guó)普遍認(rèn)識(shí)到未來(lái)能源中煤炭的戰(zhàn)略地位。我國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家,無(wú)論從全球經(jīng)濟(jì)一體化,還是地區(qū)資源條件和國(guó)家安全考慮,都必須重視以煤為基

14、礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)。發(fā)展相對(duì)成熟的煤間接液化技術(shù)可以滿足國(guó)內(nèi)對(duì)液體燃料日益增長(zhǎng)的需求,降低對(duì)石油進(jìn)口的依賴,是解決清潔二次能源的途徑;同時(shí)對(duì)于我國(guó)合理、有效利用能源,對(duì)于國(guó)家安全和可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。因此,盡快研究和開發(fā)出煤炭能源就地轉(zhuǎn)化的高效潔凈利用技術(shù),具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 三、兩種技術(shù)路線比較 煤直接液化的操作條件苛刻, 對(duì)煤種的依賴性強(qiáng)。典型的煤直接液化技術(shù)是在450、150- 300 大氣壓(氫壓) 左右將合適的年輕煤(褐煤等) 催化加氫液化, 工藝過程對(duì)設(shè)備要求高, 設(shè)備維修費(fèi)用大, 產(chǎn)出的油品芳烴含量高, 硫、氮等雜質(zhì)需要經(jīng)過后續(xù)深度加氫精制才能達(dá)到目前石油產(chǎn)品的等級(jí)

15、。煤間接液化幾乎不依賴于煤種, 并且間接液化過程的操作條件和, 典型的間接液化的合成過程在250、15- 40 大氣壓下操作。間接液化的合成技術(shù)可用于天然氣以及其它含碳有機(jī)物的轉(zhuǎn)化。合成產(chǎn)品不含硫、氮等污染物, 合成汽油的辛烷值不低于90 號(hào), 合成柴油的十六烷值高達(dá)75, 且不含芳烴, 質(zhì)量高于第四代潔凈油品。另外, 煤間接液化在南非已形成大規(guī)模的、盈利的產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)技術(shù)開發(fā)已產(chǎn)業(yè)化, 而且包括反應(yīng)器在內(nèi)的所有設(shè)備和控制系統(tǒng)均可在國(guó)內(nèi)制造, 其催化劑開發(fā)已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。從技術(shù)的發(fā)展來(lái)看, 間接液化合成油技術(shù)在我國(guó)將具有廣闊的市場(chǎng)前景。 煤間接液化合成油品在南非已經(jīng)形成了百萬(wàn)噸級(jí)的盈利產(chǎn)業(yè)

16、; 并且國(guó)內(nèi)已開發(fā)出工業(yè)化生產(chǎn)高效催化劑的技術(shù), 在漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)方面也取得了重大突破。目前國(guó)內(nèi)五大煤炭企業(yè): 內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)、山西潞安集團(tuán)、徐州礦務(wù)集團(tuán)、神華集團(tuán)及連順能源集團(tuán)等五家企業(yè)已聯(lián)手中科院山西煤化所, 建立數(shù)十萬(wàn)噸級(jí)的煤間接液化示范廠, 將我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤液化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。 煤炭液化的經(jīng)濟(jì)性在很大程度上決定于煤炭成本, 并且將煤炭運(yùn)到液化廠的運(yùn)費(fèi)比較低。由于煤炭運(yùn)輸比石油困難, 因此, 從原則上講, 煤炭液化廠最好選在煤礦上。但是, 如果煤礦所處位置比較偏僻, 則液化廠的建設(shè)費(fèi)用比較高, 或者礦區(qū)鐵路設(shè)施比較完善的情況下, 也可以不將液化廠建在煤礦附近。同時(shí)優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)工藝流程

17、, 最大限度地降低能耗和原、輔材料的消耗, 降低生產(chǎn)成本。 從柴油餾分產(chǎn)物的性質(zhì)看, 煤直接液化法直鏈烴少, 環(huán)烷烴及芳烴含量高, 十六烷值低, 凝點(diǎn)較低,硫、氮等雜質(zhì)含量較高煤低間接液化法則以鏈烷烴組分為高, 十六烷值過剩, 不含硫、氮等雜質(zhì), 但凝點(diǎn)較高。兩者的柴油餾分均須經(jīng)過較苛刻的加氫提質(zhì)工藝, 花費(fèi)較大的代價(jià)才可生產(chǎn)出合格的柴油產(chǎn)品。因此, 若將煤直接液化與間接液化結(jié)合起來(lái), 建立聯(lián)合裝置, 將二套裝置的柴油餾分調(diào)合地一起, 即可直接生產(chǎn)出滿足世界燃料規(guī)范類以上要求的柴油, 這樣可省去復(fù)雜的后加工提質(zhì)工藝系統(tǒng), 顯著降低煤液化裝置的投資和加工成本, 大大提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。若在現(xiàn)有柴

18、油質(zhì)量較差的煉油廠建設(shè)一套煤低間接液化裝置, 也可極大地提升煉油廠生產(chǎn)符合世界燃料規(guī)范類標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油以及產(chǎn)品綜合利用的能力。(來(lái)自網(wǎng)友zhangfeibin)沁園春雪北國(guó)風(fēng)光， 千里冰封， 萬(wàn)里雪飄。望長(zhǎng)城內(nèi)外，惟余莽莽；大河上下，頓失滔滔。山舞銀蛇， 原馳蠟象， 欲與天公試比高。須晴日， 看紅裝素裹，分外妖嬈。江山如此多嬌， 引無(wú)數(shù)英雄競(jìng)折腰。惜秦皇漢武，略輸文采；唐宗宋祖，稍遜風(fēng)騷。一代天驕，成吉思汗，只識(shí)彎弓射大雕。俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物， 還看今朝。 克 出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及