煤直接液化技術(shù)

1、煤直接液化技術(shù)煤直接液化技術(shù)主講：。煤基產(chǎn)品煤基產(chǎn)品煤煤燃燒燃燒轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化固體固體 焦炭、炭材料焦炭、炭材料氣體氣體 工業(yè)用燃?xì)?、民用燃?xì)?、合成氣工業(yè)用燃?xì)狻⒚裼萌細(xì)?、合成氣化學(xué)品化學(xué)品 焦油化學(xué)品（芳烴）、氨、甲醇焦油化學(xué)品（芳烴）、氨、甲醇液體液體 車(chē)用燃料車(chē)用燃料間接液化（間接液化（ICL）直接液化（直接液化（DCL） 汽油汽油 柴油柴油 含氧燃料含氧燃料煤液化技術(shù)的機(jī)遇煤液化技術(shù)的機(jī)遇 v所謂煤液化技術(shù)也稱(chēng)煤基液體燃料合成技術(shù)，即以固體狀態(tài)的煤炭為原料通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程，使其轉(zhuǎn)化成為汽油、柴油、液化石油氣等液態(tài)烴類(lèi)燃料和高附加值化工產(chǎn)品的技術(shù)，主要分為直接液化和間接液化兩種方式。v發(fā)展煤液

2、化技術(shù)，可以解決我國(guó)煤多油少的能源格局，緩解石油進(jìn)口壓力，提高我國(guó)能源安全系數(shù)，對(duì)我國(guó)能源發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。煤液化技術(shù)的機(jī)遇煤液化技術(shù)的機(jī)遇 v2009年中國(guó)進(jìn)口石油約2.04億噸，比上年增長(zhǎng)約14%，中國(guó)石油消費(fèi)的進(jìn)口依存度已達(dá)52%。2020年中國(guó)石油的需求量將為4.5億噸6.1億噸，屆時(shí)國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量估計(jì)為1.8億噸，進(jìn)口量將為2.7億噸4.3億噸，進(jìn)口依存度將處于60%70%。v國(guó)際油價(jià)持續(xù)走高和國(guó)際油價(jià)持續(xù)高位振蕩，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)，能源安全等產(chǎn)生較大的影響。因此，煤液化技術(shù)來(lái)解決石油需求問(wèn)題成為確保我國(guó)石油安全的重要戰(zhàn)略抉擇。煤液化技術(shù)的機(jī)遇煤液化技術(shù)的機(jī)遇 v雖然我國(guó)對(duì)核能、

3、太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源增大了開(kāi)發(fā)力度，但是來(lái)占主導(dǎo)的核聚變能和太陽(yáng)能技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。即使到2020年全部實(shí)現(xiàn)核能計(jì)劃，核能的發(fā)電能力也不足我國(guó)發(fā)電能力的5%，太陽(yáng)能、風(fēng)能因技術(shù)和難以普及使用且投資昂貴等問(wèn)題，短期內(nèi)的大規(guī)模利用也不現(xiàn)實(shí)。因此，煤液化技術(shù)將是我國(guó)現(xiàn)階段和未來(lái)能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-化學(xué)工程挑戰(zhàn)v煤分子量一般認(rèn)為5000-10000或更大，含有C、H、O、N、S等元素，H/C比較?。黄头肿恿恳话?10左右，只有C、H元素，H/C較大。因此，實(shí)現(xiàn)煤液化就是減小煤分子量，提高H/C比，脫除O、N、S等元素。v目前，我國(guó)所有煤液化項(xiàng)目均處于中試和示范過(guò)程，直接液化技術(shù)在國(guó)

4、際上尚沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。v雖然南非SASOL公司已經(jīng)成功進(jìn)行間接液化技術(shù)，但工藝路線(xiàn)并不一定適合中國(guó)的煤質(zhì)和設(shè)備條件。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-化學(xué)工程挑戰(zhàn)v從化學(xué)工程層面上講，煤液化過(guò)程主要包括煤裂解產(chǎn)生自由基碎片和自由基碎片的加氫過(guò)程。但目前人們對(duì)煤熱解產(chǎn)生自由基碎片機(jī)理和自由基碎片加氫機(jī)理的認(rèn)識(shí)還很膚淺，甚至可以說(shuō)在科學(xué)層面上還沒(méi)有認(rèn)識(shí)。v大量研究表明，液化條件下煤自由基碎片的生成機(jī)理和加氫機(jī)理非常復(fù)雜，涉及多相復(fù)雜體系中不同尺度下化學(xué)、物理、工程等方面的諸多基本現(xiàn)象，極具挑戰(zhàn)性。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-能源資源挑戰(zhàn)v煤炭和石油都屬于不可再生資源，煤液化過(guò)程實(shí)際上是以一種稀缺資源代替另一種稀缺資源

5、。中國(guó)的煤炭按目前速度可以使用100年，但其中可以煤液化的據(jù)估計(jì)只能用30年。煤直接液化法生產(chǎn)1 t油品需要煤炭44.5 t， 煤間接液化法生產(chǎn)1 t油品需要煤炭55.5 t。v煤液化工藝同樣需要消耗大量的水資源，煤直接液化法生產(chǎn)1 t油品需要消耗89 t水，SASOL公司所采用的間接液化方式，耗水量更是直接液化法的1.5倍。而我國(guó)水資源嚴(yán)重緊張，661 座城市中有420 座城市水資源短缺，有108 個(gè)城市嚴(yán)重缺水。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-能源資源挑戰(zhàn)v煤化工是高耗水產(chǎn)業(yè)，發(fā)展煤化工對(duì)水資源壓力很大，水資源超標(biāo)消耗可能導(dǎo)致生態(tài)失平衡。v2006年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)出了關(guān)于加強(qiáng)煤化工項(xiàng)目建設(shè)管理，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)

6、健康發(fā)展的通知，對(duì)煤化工的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、發(fā)展規(guī)模、存在問(wèn)題、具體要求以及批準(zhǔn)設(shè)限都有明確界定。2007年，國(guó)家發(fā)改委煤炭產(chǎn)業(yè)政策中規(guī)定，“在水資源充足、煤炭資源富集地區(qū)適度發(fā)展煤化工，限制在煤炭調(diào)入?yún)^(qū)和水資源匱乏地區(qū)發(fā)展煤化工，禁止在環(huán)境容量不足地區(qū)發(fā)展煤化工”。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-環(huán)境保護(hù)挑戰(zhàn)v煤炭屬低效、高污染能源。傳統(tǒng)的煤化工是以低技術(shù)含量和低附加值產(chǎn)品為主導(dǎo)的高能耗、高排放、高污染、低效益（“三高一低”）行業(yè)。v煤液化技術(shù)雖然屬于現(xiàn)代煤化工，但煤炭開(kāi)采過(guò)程中的礦井水其中1/6超標(biāo)外排，開(kāi)采過(guò)程中每年排放煤層氣也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。v煤炭開(kāi)采造成的地面塌陷問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，并以每年2至3萬(wàn)畝的

7、速度遞增。v煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程產(chǎn)生的煤矸石和粉煤灰同樣嚴(yán)重污染環(huán)境。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-環(huán)境保護(hù)挑戰(zhàn)v二氧化碳排放問(wèn)題也嚴(yán)重制約著煤液化工藝，美國(guó)環(huán)保署研究表明，無(wú)論是否經(jīng)過(guò)二氧化碳處理，煤液化工藝都明顯比石油制燃料多排放二氧化碳。v按照目前的直接液化工藝， 每生產(chǎn)1 t成品油，同時(shí)排放的CO2是石油化工行業(yè)的710 倍，這就無(wú)疑加劇了我國(guó)減排的嚴(yán)峻形勢(shì)。v因此，即使采用潔凈煤技術(shù)，煤液化工藝排出的廢渣、廢水和廢氣，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-投資風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)v煤液化項(xiàng)目投資面臨著巨大的投資風(fēng)險(xiǎn)，受?chē)?guó)際油價(jià)和成本價(jià)格波動(dòng)的影響較大。石油價(jià)格下跌、煤炭?jī)r(jià)格和環(huán)境成本上升都將降低

8、煤液化的經(jīng)濟(jì)性。v2008 年11 月，國(guó)際原油期貨價(jià)格已經(jīng)跌破50 美元/ 桶，煤制油的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)遭受?chē)?yán)重打擊。v煤液化投資項(xiàng)目的投資回收期限長(zhǎng)，煤液化工業(yè)化從立項(xiàng)到生產(chǎn)大約需要5年時(shí)間，從建廠到收回投資8年，10年間的油價(jià)誰(shuí)能預(yù)測(cè)。煤液化面臨的挑戰(zhàn)-投資風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)v另外，煤液化投資項(xiàng)目屬于資本密集型投資，神華集團(tuán)在內(nèi)蒙古鄂爾多斯的煤直接液化和寧東梅間接液化示范工程投資均在300億左右，兗礦集團(tuán)在陜西榆林的間接液化示范工程投資也在600億元以上。v我國(guó)各地煤液化項(xiàng)目總投資預(yù)計(jì)超過(guò)2000億元，對(duì)于如此大規(guī)模的風(fēng)險(xiǎn)投資項(xiàng)目，相關(guān)企業(yè)和國(guó)家有關(guān)部門(mén)要對(duì)投資建設(shè)過(guò)程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)及其合理的應(yīng)對(duì)措施

9、進(jìn)行充分的評(píng)估。煤炭直接液化v煤炭直接液化是把煤直接轉(zhuǎn)化成液體燃料，煤直接液化的操作條件苛刻，對(duì)煤種的依賴(lài)性強(qiáng)。v典型的煤直接液化技術(shù)是在400攝氏度、150個(gè)大氣壓左右將合適的煤催化加氫液化，產(chǎn)出的油品芳烴含量高，硫氮等雜質(zhì)需要經(jīng)過(guò)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)。v一般情況下，一噸無(wú)水無(wú)灰煤能轉(zhuǎn)化成半噸以上的液化油。煤直接液化油可生產(chǎn)潔凈優(yōu)質(zhì)汽油、柴油和航空燃料。v但是適合于大噸位生產(chǎn)的直接液化工藝目前尚沒(méi)有商業(yè)化，主要的原因是由于煤種要求特殊，反應(yīng)條件較苛刻，大型化設(shè)備生產(chǎn)難度較大，使產(chǎn)品成本偏高。煤直接液化的歷史煤直接液化的歷史1913 德國(guó)德國(guó)Bergius發(fā)明了煤高溫高壓

10、加氫液化的方法發(fā)明了煤高溫高壓加氫液化的方法（Nobel Prize 1931）1927德國(guó)德國(guó)Leuna建成了世界上第一座直接液化廠建成了世界上第一座直接液化廠 10萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年1936-1944德國(guó)建成德國(guó)建成11套直接液化廠套直接液化廠 423 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年 9套間接液化廠套間接液化廠 60 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年二戰(zhàn)前后二戰(zhàn)前后 英國(guó)英國(guó)15 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年 日本日本中國(guó)撫順（中國(guó)撫順（1942，連續(xù)運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行1000 h，未能正式投產(chǎn)），未能正式投產(chǎn)）法國(guó)、意大利、朝鮮、法國(guó)、意大利、朝鮮、1950s 蘇聯(lián)蘇聯(lián) 11套直接液化廠（運(yùn)行套直接液化廠（運(yùn)行7年）年） 110萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年

11、德國(guó)技術(shù)和設(shè)備：德國(guó)技術(shù)和設(shè)備：70 MPa，450500 oC，鐵催化劑，鐵催化劑高晉生、張德祥高晉生、張德祥煤液化技術(shù)煤液化技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2005煤直接液化的歷史煤直接液化的歷史1950 廉價(jià)的中東石油廉價(jià)的中東石油 DCL生產(chǎn)和研發(fā)停止生產(chǎn)和研發(fā)停止1973、1979 兩次世界石油危機(jī)兩次世界石油危機(jī) DCL研究研究蓬勃發(fā)展蓬勃發(fā)展美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、多種工藝、實(shí)驗(yàn)室數(shù)百?lài)嵍喾N工藝、實(shí)驗(yàn)室數(shù)百?lài)?天天德國(guó)德國(guó)IGOR（1981，200 t/d）美國(guó)美國(guó)SRC（50 t/d）EDS（1986，250 t/d）H-

12、Coal（600 t/d）蘇聯(lián)蘇聯(lián)低壓加氫（低壓加氫（1983，5 t/d）日本日本BCL（1986，50 t/d）高晉生、張德祥高晉生、張德祥煤液化技術(shù)煤液化技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2005煤直接液化的歷史煤直接液化的歷史1990s 石油價(jià)格下跌，煤直接液化的發(fā)展基本中斷石油價(jià)格下跌，煤直接液化的發(fā)展基本中斷美國(guó)美國(guó)CFFLS （DOE）日本日本NEDOL（1996，150 t/d）中國(guó)中國(guó)煤科總院（煤科總院（1983以來(lái)，以來(lái)，0.1 t/d）NEDOL，Japan (150t/d)煤直接液化的歷史煤直接液化的歷史2000年以后年以后中國(guó)中國(guó)神華（神華（2004，6

13、 t/d）神華（在建神華（在建100 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年，年，總計(jì)總計(jì)320 萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年）神華神華 3x100萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年年神華神華 6 t/d煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化的宏觀化學(xué)煤煤揮發(fā)分揮發(fā)分固定碳固定碳灰分灰分水分水分液體液體氣體氣體殘?jiān)鼩堅(jiān)康漠a(chǎn)物目的產(chǎn)物可利用的產(chǎn)物可利用的產(chǎn)物CoalH/C=0.8H2O 氣化氣化 CO、H2煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化的宏觀化學(xué)汽油汽油柴油柴油H/C2催化加氫催化加氫H2Coal煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化包括三個(gè)目的煤直接液化包括三個(gè)目的l煤大分子煤大分子 (M=5000-10000) 破碎為油小分子破碎為油小分子

14、(M200)lH/C比從比從0.8 提高至提高至1.9l從油品中脫除從油品中脫除S、N、O等雜原子等雜原子自由基自由基加熱斷鍵加熱斷鍵目前的認(rèn)識(shí)：目前的認(rèn)識(shí)：和自由基大小和自由基大小相近的產(chǎn)物相近的產(chǎn)物加氫加氫縮聚縮聚大分子大分子固體產(chǎn)物固體產(chǎn)物煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化的宏觀化學(xué)煤直接液化反應(yīng)的核心煤直接液化反應(yīng)的核心 “自由基產(chǎn)生速率自由基產(chǎn)生速率”和和“加氫速率加氫速率”匹配匹配溫度溫度400450oC氫壓氫壓1530 MPa工藝上如何實(shí)現(xiàn)？工藝上如何實(shí)現(xiàn)？煤直接液化過(guò)程的必備單元煤直接液化過(guò)程的必備單元 磨煤磨煤（包括：干燥）（包括：干燥） 制氫制氫（氣化、水煤氣變換）（氣化、水煤

15、氣變換） 制漿制漿（煤油催化劑）（煤油催化劑） 煤漿預(yù)熱煤漿預(yù)熱 液化液化 分離（氣分離（氣- -液、液液、液- -液、液液、液- -固）固） 油品加工（脫硫、脫氮、脫氧、脫金屬、芳烴轉(zhuǎn)化）油品加工（脫硫、脫氮、脫氧、脫金屬、芳烴轉(zhuǎn)化） 殘?jiān)茫ㄈ紵饣?、殘?jiān)茫ㄈ紵?、氣化、?液化段數(shù)？液化段數(shù)？一段液化、兩段液化一段液化、兩段液化產(chǎn)品加氫？循環(huán)油加氫？產(chǎn)品加氫？循環(huán)油加氫？定義：固體定義：固體“煤煤”的加氫次的加氫次數(shù)數(shù)煤液化工藝煤液化工藝介紹介紹煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹EDS新鮮新鮮H2氣體氣體循環(huán)循環(huán)H2制漿制漿煤煤管式管式反應(yīng)器反應(yīng)器預(yù)熱器預(yù)熱器閃蒸閃蒸加氫加氫反應(yīng)

16、器反應(yīng)器H2減壓減壓蒸餾蒸餾石腦油石腦油燃料油燃料油去氣化去氣化焦化爐焦化爐循環(huán)油循環(huán)油“煤煤”經(jīng)過(guò)一次加氫：經(jīng)過(guò)一次加氫： Single stage循環(huán)溶劑加氫循環(huán)溶劑加氫425-450 oC 17.5 MPaExxon供氫溶劑（EDS）液化工藝v Exxon公司于70年代開(kāi)始EDS液化工藝的開(kāi)發(fā)，于1980年在得科薩斯州Baytown建造了一座250t/d的小規(guī)模液化廠。vEDS液化工藝的初期投資成本較大，明顯缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。v煤與可蒸餾的循環(huán)溶劑混合配成煤漿，循環(huán)溶劑已被再加氫，以恢復(fù)其氫供給能力。這可以增強(qiáng)溶劑的效率，也是EDS液化工藝的主要特點(diǎn)。煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹H-C

17、oal石腦油石腦油新鮮新鮮H2制漿制漿煤煤預(yù)熱預(yù)熱循環(huán)循環(huán)H2氣體氣體蒸餾油蒸餾油殘?jiān)鼩堅(jiān)鼭{態(tài)漿態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)器閃蒸閃蒸常壓常壓蒸餾蒸餾減壓減壓蒸餾蒸餾中質(zhì)循環(huán)油中質(zhì)循環(huán)油輕循環(huán)油輕循環(huán)油Single stage425-455 oC 20 MPa, CoMo循環(huán)溶劑不加氫循環(huán)溶劑不加氫CoalCatalystSlurryMixingRecycle SolventHydrogen RecycleGasesLightDistillateMiddleDistillateHydrotreatedNaphthaVacuumBottomsVacuumDistillationA t m o s p h e r

18、 i c DistillationPrimaryReactorSolvent HydrogenationPreheatorSeparatorSeparatorSeparatorHydrogen Single stageSolvent hydrogenationPyrite430-465 oC17-19 MPa煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹NEDOL日本的NEDOL工藝 v19781983年，在日本政府的倡導(dǎo)下，日本鋼管公司、住友金屬工業(yè)公司和三菱重工業(yè)公司分別開(kāi)發(fā)了三種直接液化工藝。由新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)（NEDO）負(fù)責(zé)實(shí)施的。v新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)不再對(duì)每個(gè)工藝單獨(dú)支持，相反將這三種工藝合

19、并成NEDOL液化工藝，主要對(duì)次煙煤和低階煙煤進(jìn)行液化。但是，該項(xiàng)目于1987年由于資金問(wèn)題被迫擱置。1988年，該項(xiàng)目被重新規(guī)劃，中試規(guī)模液化廠的生產(chǎn)能力被重新設(shè)計(jì)為150t/d。v新廠于1991年10月在鹿島開(kāi)工，于1996年初完工。 從1997年3月1998年12月，日本又建成了5座液化廠。這5座液化廠對(duì)三種不同品種的煤（印度尼西亞的Tanito Harum煤和Adaro煤以及日本的Ikeshima煤）進(jìn)行了液化，沒(méi)有太大問(wèn)題。液化過(guò)程獲得了許多數(shù)據(jù)和結(jié)果，如80天連續(xù)加煤成功運(yùn)轉(zhuǎn)，液化油的收率達(dá)到58wt%（干基無(wú)灰煤），煤漿的濃度達(dá)50%，累計(jì)生產(chǎn)時(shí)間為6200小時(shí)。Hydrogen

20、 CoalCatalystSlurryMixingRecycle SolventHydrogen RecycleGasesLGPNaphthaVacuumBottomsVacuumDistillationPrimary ReactorHydrogenationPreheatorDieselAtmosphericDistillationSeparatorSeparatorSeparatorHydrogenationSingle stageSolvent hydrogenationRed mud470 oC30 MPa煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹IGOR+德國(guó)IGOR工藝 v1981年，德

21、國(guó)魯爾煤礦公司和費(fèi)巴石油公司對(duì)最早開(kāi)發(fā)的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進(jìn)行了改進(jìn)，建成日處理煤200噸的半工業(yè)試驗(yàn)裝置，操作壓力由原來(lái)的70兆帕降至30兆帕，反應(yīng)溫度450480攝氏度；固液分離改過(guò)濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘?jiān)袣饣茪洌p油和中油產(chǎn)率可達(dá)50%。v工藝特點(diǎn)：把循環(huán)溶劑加氫和液化油提質(zhì)加工與煤的直接液化串聯(lián)在一套高壓系統(tǒng)中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來(lái)的能量損失，并在固定床催化劑上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的損失量降到最小。投資可節(jié)約20%左右，并提高了能量效率。Hydrogen CoalSlurryMixingRecycle Solve

22、ntHydrogen RecycleGasesF i l t e r CakeDistillate ProductPitchVacuumDistillationAtmospheric DistillationThermalCrackingReactorSeparatorSolventRecoveryCSTR ReactorDesaturated SolventFilterSingle stageNo catalyst410-440 oC, 1-2 MPasolvent hydrogenationDesaturated Solvent煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹LSE液體溶劑萃?。↙SE

23、）液化工藝v液體溶劑萃取液化工藝是由英國(guó)煤炭公司于19731995年期間開(kāi)發(fā)成功的。在北威爾士的Ayr角建成了一座2.5t/d的小規(guī)模試驗(yàn)廠，連續(xù)生產(chǎn)了4年以后停產(chǎn)。v目前研究人員已經(jīng)完成了65t/d的示范廠概念設(shè)計(jì)，并可提供足夠的數(shù)據(jù)讓承包商直接進(jìn)入詳細(xì)的設(shè)計(jì)階段。但是目前還沒(méi)有建造該示范廠的計(jì)劃。煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹CTSL新鮮新鮮H2煤煤催化劑催化劑制漿制漿預(yù)熱預(yù)熱循環(huán)循環(huán)H2氣體氣體殘?jiān)鼩堅(jiān)陀?循環(huán)油循環(huán)油漿態(tài)漿態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)器漿態(tài)漿態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)器液液-固固分離分離油油 常壓常壓蒸餾蒸餾分分離離器器分分離離器器400-410C and 17MPa 430-440C an

24、d 17MPa Two stageNo solvent hydrogenation兩段催化液化（CTSL）工藝v兩段催化液化（CTSL）工藝由美國(guó)碳?xì)浠镅芯抗綡RL在80年代開(kāi)發(fā)成功。煤液化的第一段和第二段分別裝有高活性的加氫（Ni-Mo/Al2O3）和加氫裂解（Co-Mo/Al2O3）催化劑，都采用沸騰床反應(yīng)器，讓催化加氫和催化加氫裂解在各自的最佳條件下進(jìn)行。v在第一段中，煤的熱溶解和生成的自己基碎片的加氫反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，從而防止了縮聚反應(yīng)，生成更多的重質(zhì)供氫溶劑；二段反應(yīng)溫度稍高，使未轉(zhuǎn)化的煤和重質(zhì)油在高濃度供氫溶劑中進(jìn)一步裂解轉(zhuǎn)化成餾分油，并脫除氮，氧和硫等雜原子，同時(shí)防止了脫氫熱解

25、反應(yīng)。HydrogenCoalCatalystS l u r r y MixingPreheatorReactorSeparatorAtmospheric DistillationVacuum DistillationHydrogen RecycleHydrogenationGasesOil ProductOil ProductResidueTolueneTolueneRecycle SolventSeparatorExtractionTowerReactorSeparatorTwo stageNo solvent hydrogenationUltra fine Fe400-440 oC, 1

26、7 MPa煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹HTI美國(guó)HTI工藝v該工藝是在兩段催化液化法和HCOAL工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用近十年來(lái)開(kāi)發(fā)的懸浮床反應(yīng)器和HTI擁有專(zhuān)利的鐵基催化劑。v工藝特點(diǎn)：反應(yīng)條件比較緩和，反應(yīng)溫度420450攝氏度，反應(yīng)壓力17兆帕；采用特殊的液體循環(huán)沸騰床反應(yīng)器，達(dá)到全返混反應(yīng)器模式；催化劑是采用HTI專(zhuān)利技術(shù)制備的鐵系膠狀高活性催化劑，用量少；在高溫分離器后面串聯(lián)有在線(xiàn)加氫固定床反應(yīng)器，對(duì)液化油進(jìn)行加氫精制；固液分離采用臨界溶劑萃取的方法，從液化殘?jiān)凶畲笙薅然厥罩刭|(zhì)油，從而大幅度提高了液化油回收率。減壓減壓蒸餾蒸餾加氫加氫減壓減壓蒸餾蒸餾新鮮新鮮H2循環(huán)循環(huán)H

27、2氣體氣體煤煤催化劑催化劑制漿制漿預(yù)熱預(yù)熱殘?jiān)鼩堅(jiān)陀?循環(huán)油循環(huán)油常壓常壓蒸餾蒸餾分分離離器器分分離離器器煤直接液化工藝介紹煤直接液化工藝介紹神華神華漿態(tài)漿態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)器漿態(tài)漿態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)器鐵催化劑鐵催化劑445-455 oC, 18 MPaTwo stagesolvent hydrogenation不同煤種的直接液化行為不同煤種的直接液化行為一般認(rèn)為一般認(rèn)為 含含H高、含揮發(fā)分高的煤的液化率較高高、含揮發(fā)分高的煤的液化率較高 惰質(zhì)組難液化，鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組容易液化惰質(zhì)組難液化，鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組容易液化 液化難度：液化難度：年輕褐煤年輕褐煤 褐煤褐煤 高揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙煤

28、 低揮發(fā)分煙煤低揮發(fā)分煙煤 但油收率的數(shù)據(jù)卻不一定是這樣但油收率的數(shù)據(jù)卻不一定是這樣不同煤種的直接液化行為不同煤種的直接液化行為B Bi it tu um mi in no ou us sS Su ub b- -B Bi it tu um mi in no ou us sL Li ig gn ni it te e0 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08 80 0H-Coal O Oi il l y yi ie el ld d / / w wt t% %輕輕油油中中油油重重油油煙煤煙煤 次煙煤次煙煤 褐煤褐煤 褐煤油收率低，重油多褐煤油收率低，

29、重油多 煤直接液化催化劑煤直接液化催化劑 開(kāi)始不用催化劑，油品粘度大，操作困難，開(kāi)始不用催化劑，油品粘度大，操作困難，70 MPa也不行也不行用用Mo/Fe催化劑才解決了問(wèn)題。催化劑才解決了問(wèn)題。金屬氧化物金屬氧化物Beanshaw煤，煤，450oC，9.7 MPa初壓，初壓，2h金屬金屬用量（用量（%）轉(zhuǎn)化率（轉(zhuǎn)化率（%）無(wú)無(wú)51Fe1.876Mo1.887Ni0.2591Pb2.487 二戰(zhàn)前德國(guó)和英國(guó)：基本研究了周期表中的所有元素二戰(zhàn)前德國(guó)和英國(guó)：基本研究了周期表中的所有元素 主要催化劑：鐵系、其他金屬氧化物、金屬鹵化物主要催化劑：鐵系、其他金屬氧化物、金屬鹵化物煤直接液化催化劑煤直接液

30、化催化劑催化劑的作用催化劑的作用?催化什么過(guò)程：煤轉(zhuǎn)化？熱解產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化？穩(wěn)定熱解產(chǎn)物？催化什么過(guò)程：煤轉(zhuǎn)化？熱解產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化？穩(wěn)定熱解產(chǎn)物？催化過(guò)程發(fā)生的位置？（煤顆粒表面？孔道內(nèi)？循環(huán)油中？）催化過(guò)程發(fā)生的位置？（煤顆粒表面？孔道內(nèi)？循環(huán)油中？）如何催化：供如何催化：供H（H的來(lái)源）？斷鍵（的來(lái)源）？斷鍵（C-C鍵）？二者都有？鍵）？二者都有？煤直接液化的特點(diǎn)對(duì)催化劑的要求煤直接液化的特點(diǎn)對(duì)催化劑的要求 一次性、廉價(jià)一次性、廉價(jià) 分離和轉(zhuǎn)化中的環(huán)境問(wèn)題分離和轉(zhuǎn)化中的環(huán)境問(wèn)題鐵催化劑、納米、簡(jiǎn)易制備鐵催化劑、納米、簡(jiǎn)易制備煤直接液化小實(shí)驗(yàn)研究煤直接液化小實(shí)驗(yàn)研究工業(yè)過(guò)程（噸級(jí)）工業(yè)過(guò)程（

31、噸級(jí)）連續(xù)反應(yīng)，通過(guò)蒸餾分離產(chǎn)物連續(xù)反應(yīng)，通過(guò)蒸餾分離產(chǎn)物小實(shí)驗(yàn)（克級(jí)）小實(shí)驗(yàn)（克級(jí)）間歇反應(yīng)，通過(guò)溶劑萃取分離產(chǎn)物間歇反應(yīng)，通過(guò)溶劑萃取分離產(chǎn)物溶劑萃取多種溶劑順序萃?。òǎ哼^(guò)濾、蒸發(fā)）溶劑萃取多種溶劑順序萃取（包括：過(guò)濾、蒸發(fā)）四氫呋喃四氫呋喃萃取萃取不溶物不溶物殘?jiān)鼩堅(jiān)扇芪锟扇芪镛D(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率甲苯甲苯萃取萃取不溶物不溶物前瀝青烯前瀝青烯可溶物可溶物不溶物不溶物瀝青烯瀝青烯可溶物可溶物油油己烷己烷萃取萃取問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 溶劑雜質(zhì)、與液化產(chǎn)物的作用溶劑雜質(zhì)、與液化產(chǎn)物的作用 產(chǎn)物在蒸發(fā)中損失產(chǎn)物在蒸發(fā)中損失 產(chǎn)物不穩(wěn)定（數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化）產(chǎn)物不穩(wěn)定（數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化）煤直接液化的機(jī)理認(rèn)識(shí)（有機(jī)部分）煤直接液化的機(jī)理認(rèn)識(shí)（有機(jī)部分）煤煤大分子大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)小分子小分子惰性成分惰性成分自由基碎片自由基碎片 前瀝青烯前瀝青烯 瀝青烯瀝青烯 油油+ +氣氣焦焦煤直接液化的煤直接液化的“殘?jiān)鼩堅(jiān)绷苛繗堅(jiān)s為進(jìn)料的殘?jiān)s為進(jìn)料的30組成組成煤中的礦物質(zhì)、煤中的礦物質(zhì)、催化劑催化劑、未反應(yīng)的煤、瀝青烯、未反應(yīng)的煤、瀝青烯重油（重油（3050 wt）性質(zhì)性質(zhì)細(xì)粒固體、高黏度、組成間的密度差小細(xì)粒固體、高黏度、組成間的密度差小分離分離過(guò)濾、過(guò)濾、減壓蒸餾減壓蒸餾、超臨界溶劑脫灰等、超臨界溶劑脫灰等用途用途氣化制氣化制H2黏度高產(chǎn)生黏度高產(chǎn)