國內(nèi)外煤炭液化的技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)外煤炭液化的技術(shù)現(xiàn)狀第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一21.煤炭液化研究背景2.煤炭直接、間接液化技術(shù)現(xiàn)狀3.兩種液化技術(shù)比較4.煤炭液化的SWOT分析目錄2第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一31.煤炭液化的研究背景3第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一中國是一個(gè)富煤貧油少氣的國家，而煤炭液化技術(shù)也將成為新型煤化工產(chǎn)業(yè)的重要方向之一研究背景在應(yīng)對(duì)當(dāng)今石油供需矛盾和貫徹節(jié)能減排政策中，煤炭液化不僅具有重大的環(huán)保意義，而且具有保障能源安全的戰(zhàn)略意義。煤炭通過液化將其中的硫等有害元素以及礦物質(zhì)脫除,產(chǎn)品為潔凈燃料。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一5二、煤炭直接、間接液化技術(shù)現(xiàn)狀5第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2-1煤炭的直接液化技術(shù)煤炭的直接液化技術(shù)25341反應(yīng)機(jī)理煤質(zhì)要求催化劑工藝供氫溶劑第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一煤在熱解過程中，生成的游離基從供氫溶劑中取得氫而穩(wěn)定下來，生成分子量較小的產(chǎn)物。煤在加氫液化過程中，在一定的溫度下（300°C）時(shí)，煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)中鍵能最弱的部分開始斷裂成自由基碎片：R-CH2-CH2-R′vR→CH2+R′-CH2煤中的有機(jī)質(zhì)中的雜原子如O、N、S在加氫的條件下能與氫反應(yīng)，分別生成H2O、H2S、NH3等，對(duì)提高煤加氫液化產(chǎn)品的質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境很重要2-1-1煤炭直接液化的反應(yīng)機(jī)理

熱裂解反應(yīng)供氫反應(yīng)脫雜原子反應(yīng)第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2-1-2煤質(zhì)要求煤化程度煤化程度越深，加氫液化越難；高等揮發(fā)煙煤（長焰煤、氣煤）和年輕褐煤是最適宜的液化原料，中等變質(zhì)程度以上的很難液化煤巖組成鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組是活性組分，易加氫液化，而惰質(zhì)組難液化或根本不能液化礦物質(zhì)組成及含量

礦物質(zhì)的含量越低越好，5%左右最好，最大不超過10%第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一如ZnCl2、SnCl2等，屬酸性催化劑，裂解能力強(qiáng)，但是對(duì)煤液化裝置設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕作用催化活性較高。但是這類金屬催化劑的價(jià)格比較昂貴而且丟棄對(duì)污染比較嚴(yán)重，因此用后要回收包括含鐵的天然礦石、含鐵的工業(yè)殘?jiān)透鞣N純態(tài)鐵的化合物（如鐵的氧化物、硫化物和氫氧化物）。鈷(Co)鉬（Mo）鎳（Ni）金屬鹵化物鐵系催化劑2-1-3催化劑第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2-1-4供氫溶劑供氫溶劑的作用25341提供和傳遞轉(zhuǎn)移活性氫作用溶脹分散作用對(duì)煤粒熱裂解生成的自由基起穩(wěn)定保護(hù)作用稀釋液化產(chǎn)物作用溶解作用第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一主要是煤焦油和石油渣油。這種煤直接液化工藝與石油渣油或煤焦油高溫裂解加氫工藝的結(jié)合與發(fā)展,是一種高效合理利用煤炭資源生產(chǎn)液體燃料的新方法。常見的溶劑有:四氫萘、萘、蒽、菲、甲酚、萘酚使這些廢物質(zhì)得到循環(huán)利用,同時(shí)減少污染,這一技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源很有意義2-1-4供氫溶劑分類普通溶劑重質(zhì)油廢塑料、廢橡膠、廢油脂第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一12該工藝以煉鋁赤泥為催化劑，催化劑加入量為4％，不進(jìn)行催化劑回收。反應(yīng)壓力為30MPa，反應(yīng)溫度為465oC?，F(xiàn)已完成0．2t／d和200t／d規(guī)模的試驗(yàn)研究。采用減壓蒸餾(即閃蒸)方法進(jìn)行固一液分離，液化粗油不經(jīng)降溫而直接進(jìn)行提質(zhì)加工，將難以加氫的瀝青質(zhì)留在殘?jiān)杏米鳉饣茪涞脑稀?-1-5直接液化工藝-德國IGOR工藝

第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一13該工藝以黃鐵礦為催化劑，催化劑加人量為4％，也不進(jìn)行催化劑回收。反應(yīng)壓力為19MPa，反應(yīng)溫度為460℃。其主要特點(diǎn)是循環(huán)溶劑全部在一個(gè)單獨(dú)的固定床反應(yīng)器中，用高活性催化劑預(yù)先加氫，使之變?yōu)楣淙軇?。液化粗油?jīng)過冷卻后再去進(jìn)行提質(zhì)加工。液化殘?jiān)B同其中所含的重質(zhì)油即可進(jìn)一步進(jìn)行油回收，也可直接用作氣化制氫的原料?，F(xiàn)已完成0．01t／d、0．1t／d、lt／d以及150t／d規(guī)模的試驗(yàn)研究。2-1-5直接液化工藝-日本NEDOL工藝

第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一14該工藝使用人工合成的高分散催化劑，加人量為0．5％，不進(jìn)行催化劑回收。反應(yīng)壓力為17MPa，反應(yīng)溫度為4500C。其主要特點(diǎn)是對(duì)液化殘?jiān)M(jìn)行油回收，故液化油收率較高?，F(xiàn)已完成0．025t／d和3t／d規(guī)模的試驗(yàn)研究。2-1-5直接液化工藝-

美國HTI工藝第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一15該工藝使用高活性的乳化鉬催化劑，加人量為0．1％，在1600-1650℃高溫下采用焚燒法進(jìn)行催化劑回收，回收率達(dá)95％～97％。反應(yīng)壓力為6～10MPa，反應(yīng)溫度為425～435℃。其主要特點(diǎn)是原料煤在一個(gè)特殊的渦流艙內(nèi)被惰性氣體快速加熱(升溫速率為1000℃／min以上)，并發(fā)生爆炸式的脫水干燥、氣孔爆裂、熱粉碎以及熱裂解。該工藝對(duì)原料煤種的要求比較高，高活性、未氧化原料煤，而且對(duì)煤灰成分也有較高的要求?，F(xiàn)已建立起5～6t／d規(guī)模的連續(xù)試驗(yàn)裝置。2-1-5直接液化工藝-俄羅斯FFI工藝第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一16神華煤炭液化項(xiàng)目采用美國碳?xì)浼夹g(shù)公司(HTI)的生產(chǎn)工藝，是目前世界上首條煤直接液化制油的工業(yè)化生產(chǎn)線，分為煤液化、液化油提質(zhì)和制氫三大部分。優(yōu)點(diǎn)：（1）煤漿制備全部采用供氫性循環(huán)溶劑,使得液化反應(yīng)條件溫和，系統(tǒng)操作穩(wěn)定性提高；（2）采用兩個(gè)強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器。這樣使得反應(yīng)器溫度分布均勻，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定；（3）采用減壓蒸餾的方法進(jìn)行液化油和固體物的分離。殘?jiān)泻土可伲a(chǎn)品產(chǎn)率提高；（4）循環(huán)溶劑和產(chǎn)品采用強(qiáng)制循環(huán)懸浮床加氫反應(yīng)器。該工藝PDU裝置的蒸餾油收率達(dá)到56％～58％，轉(zhuǎn)化率90％～92％，氣產(chǎn)率約12％～14％,水產(chǎn)率11％～13％，氫耗量5％～7％。2-1-5直接液化工藝-神華煤直接液化工藝第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2-2-1煤炭間接液化基本原理烴類原料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)。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2-2-2煤炭間接液化工藝間接液化工藝固定床MFT合成漿態(tài)床-固定床兩段合成（SMFT）工藝Text荷蘭的SMDS合成丹麥的TIGAS合成美國的STG合成

美國MTG合成南非F-T合成

國外工藝國內(nèi)工藝

其中，MFT合成工藝將傳統(tǒng)F-T合成和分子篩作用相結(jié)合。已先后完成了小型試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、年百噸中型試驗(yàn)和2kt/a的工業(yè)性試驗(yàn)，取得油收率較高、油品性能較好的結(jié)果。SMFT合成工藝?yán)贸?xì)粒鐵基催化劑，在ZMS-5分子篩上將過程產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為高辛烷值汽油。該工藝的汽油餾分中含有97.8%C5-C11組分，也富含芳烴和異構(gòu)烷烴，辛烷值高達(dá)90，是高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)汽油。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一19三.兩種液化技術(shù)比較19第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一20煤炭直接液化對(duì)煤種的要求較高，反應(yīng)條件比較苛刻，對(duì)設(shè)備材質(zhì)較高煤炭間接液化對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)相當(dāng)成熟。設(shè)備材質(zhì)要求低，裝置操作、維修相對(duì)簡單。國外已有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用實(shí)例。3-1合成工藝對(duì)比項(xiàng)目直接液化間接液化煤種適應(yīng)性差強(qiáng)反應(yīng)及操作條件苛刻適度溫度/C435-445270-350壓力/MPa12-302.5油收率較高一般設(shè)備材質(zhì)要求高，部分設(shè)備需進(jìn)口要求較低，設(shè)備可以全部國產(chǎn)化技術(shù)成熟程度小型試驗(yàn)，比較成熟工業(yè)化化，相當(dāng)成熟商業(yè)化應(yīng)用國內(nèi)外均無商業(yè)化工廠，只建有中小型試驗(yàn)裝置國外已有大規(guī)模商業(yè)化工廠，國內(nèi)只有中型試驗(yàn)裝置第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一213-2合成產(chǎn)品對(duì)比項(xiàng)目直接液化間接液化德國美國固定床循環(huán)流化床漿態(tài)床SMDSCH42103.23.9C2H615.95.291.84C2H40.141.60.2C3H62.7122.72.5C3H87.62.321.723.11.8C4H82.892.9C4H101.841.71.31.5汽油32.939.9818401817.5柴油43.936.1614719.221.7重質(zhì)油和蠟8.2152445.147.9含氧化合物3.262.9第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一223-2合成產(chǎn)品對(duì)比產(chǎn)物,組成%直接液化間接液化（漿態(tài)床）汽油柴油汽油柴油烷烴16.216065烯烴5.53125環(huán)烷烴55.5711芳烴18.66000極性化合物4.22487瀝青烯80辛烷值80.335-40十六烷值<2065-701、直接液化的目標(biāo)產(chǎn)品是：柴油、汽油或石腦油。間接液化的目標(biāo)產(chǎn)品是：汽油、柴油、煤油等烴類產(chǎn)品，或高附加值的有機(jī)化工產(chǎn)品。2、直接液化合成油的辛烷值高達(dá)80，合成柴油的十六辛烷值不到20,需要加氫裂化改質(zhì)；間接液化合成汽油辛烷值僅35-40，柴油十六辛烷值高達(dá)70。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一233-3合成技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比項(xiàng)目煤直接液化煤間接液化（漿態(tài)床）例1例2例1例2規(guī)模，kt/a998.12476709.8550主要產(chǎn)品,kt/a汽油352195204.0柴油為主柴油530.41775.6475.8其他115.3505.030.0噸產(chǎn)品單耗（折合標(biāo)準(zhǔn)煤）原料煤/t2.772.312.803.7燃料煤/t包括在制氫煤中0.260.0.457天然氣/t0.226電/kw.h501596276新鮮水/t15.65.421.612.0噸產(chǎn)品投資，元/t82166210.57466.68350稅后財(cái)務(wù)收率,%12.56（稅前）12投資回收期/a11.23（稅前）8第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一243-3合成技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比1、兩種液化廠的固定投資都很高，受規(guī)模影響明顯。其中，煤間接液化的合成氣制造裝置占總投資的60%-70%；2、直接液化的能源轉(zhuǎn)化率高，耗水比較少，間接液化的熱效率較低，耗水量較大；3、當(dāng)國際原油價(jià)格在50美元以下和煤價(jià)在150元以下，建立煤制油工業(yè)裝置是可行的。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2525四.煤炭液化SWOT分析第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一4-1煤炭液化優(yōu)勢(shì)（Strength）優(yōu)勢(shì)（Strength）我國煤炭價(jià)格、勞動(dòng)力價(jià)格、設(shè)備價(jià)格等都較低廉，在我國建設(shè)煤炭直