煤間接液化技術(shù)的發(fā)展及展望

主講人：杜洪泉專業(yè)：2013級化學(xué)工程與工藝學(xué)號：0131124979電話箱：2528072181@時(shí)間：2015年5月

煤間接液化技術(shù)的發(fā)展及展望主要內(nèi)容煤間接液化技術(shù)的簡介煤間接液化技術(shù)展望F-T合成的基本原理和工藝F-T合成催化劑兩種合成工藝流程及特點(diǎn)煤間接液化技術(shù)的簡介

概念煤間接液化是先把煤炭在高溫下與氧氣和水蒸氣反應(yīng)，使煤炭全部氣化、轉(zhuǎn)化成合成氣（一氧化碳和氫氣的混合物），然后再在催化劑的作用下合成為液體燃料的工藝技術(shù)。特點(diǎn)

在煤炭液化的加工過程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及無機(jī)礦物質(zhì)（燃燒后轉(zhuǎn)化成灰分）均可脫除，硫還可以硫磺的形態(tài)得到回收，而液體產(chǎn)品品質(zhì)較一般石油產(chǎn)品更優(yōu)質(zhì)。目標(biāo)產(chǎn)物煤間接液化首先將原料煤與氧氣、水蒸汽反應(yīng)將煤全部氣化，制得的粗煤氣經(jīng)變換、脫硫、脫碳制成潔凈的合成氣（CO+H2），合成氣在催化劑作用下發(fā)生合成反應(yīng)生成烴類，烴類經(jīng)進(jìn)一步加工可以生產(chǎn)汽油、柴油和LPG等產(chǎn)品。煤間接液化技術(shù)的簡介

發(fā)展歷程

德國科學(xué)家FransFischer和HansTropsch于1923首先發(fā)現(xiàn)并以他們名字的第一字母即F-T命名的，簡稱F-T合成

費(fèi)托合成率先在德國開始工業(yè)化應(yīng)用，19世紀(jì)三四十年代在德，中，日，法都有合成裝置

二十世紀(jì)五十年代后，南非的煤間接液化技術(shù)有了較大的發(fā)展

烴類原料F-T是將氣化產(chǎn)生的小分子聚集成大的碳?xì)浠衔锓肿樱簄CO+2nH2→nH2O+CnH2nnCO+(2n+1)H2→nH2O+CnH2n甲醇和二甲醚將固體的煤氣化后轉(zhuǎn)化為成CO和H2為主的合成氣,然后在一定溫度和催化劑作用下合成甲醇,甲醇脫水生成DME。甲醇和二甲醚都是潔凈煤技術(shù)的重要組成部分煤炭間接液化是將煤氣化、凈化制得H2/CO比符合合成油要求的原料，然后在一定壓力、溫度、催化劑條件下來合成汽油、柴油等烴類燃料或含氧燃料等液態(tài)產(chǎn)品。

當(dāng)前,煤炭間接液化的最主要產(chǎn)品有3個(gè):烴類原料、甲醇和二甲醚(簡稱DME)。煤炭間接液化基本原理煤間接液化技術(shù)的簡介

F-T合成的基本原理和工藝

一、F-T合成的化學(xué)反應(yīng)二、影響F-T合成反應(yīng)的因素三、F-T合成催化劑四、F-T合成的主要設(shè)備2.烯烴的生成反應(yīng)3.醇類的生成反應(yīng)

4.醛類生成反應(yīng)

一、F-T合成的化學(xué)反應(yīng)1.烷烴的生成反應(yīng)5.積炭反應(yīng)化學(xué)平衡:溫度升高．對F-T合成反應(yīng)不利。而積炭反應(yīng)為吸熱反應(yīng)．升高溫度有利于積炭反應(yīng)的發(fā)生.過高的溫度易使催化劑超溫?zé)Y(jié)，縮短了使用壽命動力學(xué)角度考慮:溫度升高，反應(yīng)速度加快，同時(shí)副反應(yīng)速度也隨之加快。操作溫度取決于所用催化劑。二、影響F-T合成反應(yīng)的因素1.反應(yīng)溫度2.反應(yīng)壓力增大壓力，F(xiàn)-T合成反應(yīng)速度加快，但副反應(yīng)速度也加快。過大的壓力降低了催化劑的活性，需要高壓容器，設(shè)備的投資費(fèi)用高；壓力增太，能耗隨之增大增加空間速度，可提高其生產(chǎn)能力，并有利于及時(shí)移走反應(yīng)熱，防止催化劑超溫。但空速增大，能耗增大?？账龠^小，不能滿足生產(chǎn)需求。4.氣體組成原料氣中的(CO+H2)含量高，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率高，但反應(yīng)放出的熱量多，易使催化劑床層溫度升高。原料氣中V(H2)／V(CO)的比值高，有利于飽和烴的生成；V(H2)／V(CO)的比值低，有利于生成烯烴及含氧化合物。

3.空間速度三、煤炭液化所用的催化劑

煤炭加氫液化過程屬于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的范疇。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)：

1反應(yīng)速度較慢

2反應(yīng)副產(chǎn)物較多

3反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜煤炭是最復(fù)雜的有機(jī)巖，故煤加氫液化時(shí)添加催化劑可以提高總轉(zhuǎn)化率；加快反應(yīng)速度；降低反應(yīng)溫度；改善選擇（產(chǎn)生更多的油品和低餾分），使液體產(chǎn)物中含硫量和含氮量降低，改善液體產(chǎn)物的質(zhì)量。催化劑的作用特征：1參加化學(xué)反應(yīng)，但不計(jì)入化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量2對化學(xué)反應(yīng)具有選擇性（反應(yīng)類型、反應(yīng)方向、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)等）

CO+H2→甲醇（銅）CO+H2→甲烷（鎳）3只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，不能影響熱力學(xué)上不能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)4只能改變化學(xué)反應(yīng)速度，不能改變化學(xué)平衡關(guān)系

F-T合成催化劑

鐵、鈷、鎳和釕（沉淀鐵催化劑、熔鐵型催化劑）

為了提高活性和選擇性，還加入了各種助劑和載體，載體的加入，導(dǎo)致了催化劑中的金屬組分高度分散，并提高了催化劑的抗燒結(jié)性。復(fù)合催化劑F-T合成催化劑單一催化劑Fe、Co、Fe-Mn等與ZSM-5分子篩混合組成的復(fù)合催化劑

首先：復(fù)合催化劑可以將F-T合成的寬餾分烴類由C1-C40縮小到C1～C11，抑制了C11以上的高分子量烴類的生成。其次，復(fù)合催化劑還大幅度提高了汽油餾分C5-C11的比例，并且合成產(chǎn)物中基本上不含有含氧化合物。所以復(fù)合催化劑將得到廣泛的應(yīng)用。

固定床反應(yīng)器該反應(yīng)器為魯奇魯爾化學(xué)公司的技術(shù)．簡稱Arge.固定床反應(yīng)器用活化的沉淀鐵催化劑，反應(yīng)溫度較低，不易積炭。反應(yīng)器尺寸較小，操作簡便。在常溫下．產(chǎn)品為液態(tài)或固態(tài)。不足之處是由于反應(yīng)熱靠管子的徑向傳熱導(dǎo)出，故管子直徑的放大受到限制。該反應(yīng)器是當(dāng)今世界上比較成熟的一種反應(yīng)器，被SASOL用于工業(yè)化生產(chǎn)。F-T合成的主要設(shè)備該反應(yīng)器是凱洛哥(Kellogg)公司開發(fā)的技術(shù)，簡稱Synthol。該反應(yīng)器由反應(yīng)器和催化劑沉降室組成。反應(yīng)器直徑2.2m，高36m，器內(nèi)設(shè)有兩個(gè)冷卻段，反應(yīng)熱在兩個(gè)冷卻段用循環(huán)油冷卻移出。催化劑沉降室直徑5m，沉降室有兩臺旋風(fēng)分離器，以分離出催化劑。氣流床反應(yīng)器使用熔鐵型催化劑，其平均粒74m，催化劑懸浮在反應(yīng)氣流中，并被氣流夾帶至沉降室，用旋風(fēng)分離器分離出催化劑細(xì)粉部分。氣流床反應(yīng)器操作生成碳量少，可在較高溫度下操作，反應(yīng)溫度維持在300～340℃，可獲得較高的汽油收率，相應(yīng)的固體蠟產(chǎn)率較少。氣流床反應(yīng)器的外傳效率高，控制溫度好，催化劑可連續(xù)再生，單元設(shè)備生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)比較簡單。該種反應(yīng)器是當(dāng)今世界上比較成熟的一種反應(yīng)器，被SASOL廠用于工業(yè)生產(chǎn)。1-反應(yīng)器；2-冷卻器；3-催化劑沉淀室；4-豎管；5-調(diào)節(jié)閥；6-旋風(fēng)器氣流床反應(yīng)器

這種反應(yīng)器目前正在開發(fā)研究階段。漿態(tài)床反應(yīng)器是床內(nèi)為高溫液體，催化劑微粒懸浮其中，合成原料氣以鼓泡形式通過，呈氣、液、固三相的流化床。由于催化劑顆粒較小(小于50um)，從而降低了固相的作用。漿態(tài)床操作條件和產(chǎn)品分布彈性大，便于實(shí)現(xiàn)大型化。由于反應(yīng)物需要穿過床內(nèi)液層才能達(dá)到催化劑表面，所以阻力大，傳遞速度小，催化劑活性小。1-泡沫式反應(yīng)器；2-冷卻器；3-液面

漿態(tài)床反應(yīng)器MFT合成工藝流程該流程為兩段固定床反應(yīng)器合成工藝。第一段進(jìn)行F-T合成，生成C１～C40烴類,在第二段反應(yīng)器對C1～C40進(jìn)行改質(zhì)。二段反應(yīng)器合成氣預(yù)熱脫硫、脫氧循環(huán)氣預(yù)熱一段反應(yīng)器脫蠟換熱加熱爐換熱水冷氣液分離器油水分離器粗汽油蒸餾塔汽油殘油換熱氨冷氣液分離器循環(huán)氣兩種合成工藝流程及特點(diǎn)兩種合成工藝流程及特點(diǎn)SMFT合成模試工藝流程煤間接液化技術(shù)展望對環(huán)境的保護(hù)的日益關(guān)注我國能源需求不斷上升國際油價(jià)的劇烈波動，并不斷上升資源（煤炭）的價(jià)格提高