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煤直接液化工艺专业知识讲座

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煤液化技术第十五讲

煤液化技术第十五讲

4.H-Coal 直接液化工艺
4.2 H-Coal工艺特点
同其它工艺相类似，H-Coal工艺的液化油产率也与煤种有很 大关系。利用适宜煤种，可得到超过95%的总转化率，液体收率 可超过50%（无水无灰煤）。
煤液化技术第十五讲
4.H-Coal 直接液化工艺
4.2 H-Coal工艺特点
同其它工艺相类似，H-Coal工艺的液化油产率也与煤种有很 大关系。利用适宜煤种，可得到超过95%的总转化率，液体收率 可超过50%（无水无灰煤）。
◎20世纪70年代工艺
IGOR (IG新工艺)，德国，DMT HTI (基于H-Coal)，美国，HTI NEDOL (基于EDS和IGOR), 日本, NEDO
◎20世纪80年代工艺
CT-5(低压)，俄罗斯，前苏联国家科学院 CTSL(两段液化)，美国，HRI (HTI) HRI(煤油共炼)，美国，HRI (HTI)
思考：请预测SRC-II工艺液化油产率情况，并说明理由。
煤液化技术第十五讲
2.SRC-II直接液化工艺
2.2 SRC-II工艺的特点
□SRC-II与SRC-I不同点： 第一，反应器操作条件要苛刻。温度460℃，压力14MPa，轻
质产品的产率提高。 第二，在蒸馏或固液分离前，部分反应产物循环至煤浆制备
◎21世纪 (2004) 工艺 神华工艺(基于HTI和NEDOL), 中国, 神华
煤液化技术第十五讲
1.煤直接液化工艺分类
1.2 煤直接液化工艺的分类
□单段液化工艺 通过一个主液化反应器生产液体产品。这种工艺 可能包含一个在线加氢反应器或离线加氢反应器，对液体产品 提质而不能直接提高总转化率。
□两段液化工艺 通S过RC两-I个I，液ED化S反，应H-器Co生al产，液IG体OR产，品N。ED第O一L，段C的T-主5

煤的液化-精品讲解

煤的液化-精品讲解
能源与环境学院
键能/kJ.mol-1 280 248.5 273.6 238 256.9 282.8 256.9 315.1
7/28
能源与环境学院
8
2直接液化
由以上比较分析，煤直接液化的实质：
➢破坏煤的空间立体结构（大分子结构→小分子结构；多环结构→单环结构 或双环结构；环状结构→直链；含O基团→ H2O；含N基团→ NH3；含S基 团→ H2S）
2020/6/28
能源与环境学院
14
2直接液化
工艺条件对液化反应的影响
反应压力：提高压力，增加氢分压，从而增加了溶剂中的氢浓度，最后 提高液 化反应速度
反应温度：温度提高，反应速度增加，气体产率增加
停留时间：增加停留时间，可提高转化率，尤其可提高沥青烯的转化率， 但气体产率也会有所增加
煤浆浓度：在煤浆泵工作粘度允许的前提下，煤浆浓度有一个合理值
复合催化剂
特点： 1.抑制了C11以上的高分子量烃类的生成。 2.复合催化剂还大幅度提高了汽油馏分 C5-C11 的比例，并且合成产物中基本上不含有含氧化合 物。
2020/6/28
能源与环境学院
21
3间接液化
3.3费托合成影响因素
1.反应 温度
化学平衡:温度升高．对F-T合成反应不利。而积炭反应为吸 热反应．过高的温度易使催化剂超温烧结，缩短了使用寿命
煤液化
直接液化
间接液化
煤液化的目的之一是做为石油的替代能源
2020/6/28
能源与环境学院
3
2.1直接液化定义
2直接液化
煤
加氢
液化油 提质加工 成品油
将煤与某种溶剂充分混合后，通入氢气，在一定温度和压力 下，经过复杂的物理、化学过程，使固体煤转化为液体产物的过 程称为煤的直接液化。

煤的直接液化ppt课件

煤的直接液化ppt课件

由于煤的大分子的基本结构单元是以芳烃核 为主体，并带有环烷侧链、杂环和含氧官能 团等非主体部分。
而煤的直接液化只是一个催化加氢过程，因 此其产物液化油也主要是由芳烃和环烃构成。
与石油产品相比，其特点为富含芳烃和脂环， 碳含量较高，氢含量较低，并含有一定量的 N、O和S等杂原子。
.
15
Hale Waihona Puke 基于上述特点，除可直接作为锅炉燃料油外， 液化油必须经过提质加工才能作为发动机燃 料进行利用。因为煤液体中的芳环成分虽然 会增加辛烷值，但它们难以燃烧，热值低， 而且燃烧过程中会产生较多的CO2和烟尘。
同时由于煤液化燃料的经济性短时间内还无 法与石油化工相比，因此在开发液体燃料之 外，可以开发非燃料化工产品，如合成医药、 农药、工程塑料等。
.
16
四、我国煤炭的直接液化技术
.
17
.
18
.
3
液化残渣气化 制取氢气
原料煤的破碎 与干燥
煤浆制备
液体产物分 馏和精制
工艺流程
加氢液化
气体净化
固液分离
.
4
要把固体煤转化为液体油，就必须采用高温 （400ºC~470ºC）或其它化学方法打碎煤的分子 结构，使大分子物质变成小分子物质，同时要从 外界供给足够量的H，以提高H/C比。
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液 化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450ºC） 和高压（20~30MPa）下直接加氢，获得液化油， 然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1 吨无水无灰煤可产500~600kg油，加上制氢用煤， 约3~4吨原料煤可产1吨成品油。其工艺过程如下 图所示。
.
13
对压力而言，理论上压力越高对反应越有 利，但这样会增加系统的技术难度和危 险性，降低生产的经济性，因此，新的 生产工艺都在努力降低压力条件。

煤直接液化基础PPT课件

煤直接液化基础PPT课件
使非供氢体加氢重新成为供氢体（氢气不直接与煤反应，而是通过 溶剂
将氢传递过去的反应）。 ➢在有催化剂或煤中矿物质的催化作用下，气态氢也可能直接与煤
分 子反应。如下表：
第32页/共37页
3.12 煤直接液化影响因素
原料煤
挥发分高 H/C高 矿物质 含氧官能团：酯类促进液化
促进煤熔胀软化，使其有机质断键
第15页/共37页 0.1t/d小型连续实验装置工艺过程
3.7 煤直接液化催化剂
煤直接液化催化剂种类
第16页/共37页
3.7 煤直接液化催化剂
煤直接液化催化剂种类 一、铁系催化剂
铁基催化剂的开发
铁基催化剂由于来源广泛，价格便宜，并可作为可弃性催化剂 德国Lenna煤液化厂 铁基催化剂 制铝厂的残留物（氧化铁和氧化铝，极少 量氧化钛） 印度中央燃料研究所 三氯化铁、硫酸亚铁、氧化铁、氢氧化铁浸渍在煤上 作催化剂，加入S催化活性高，与浸渍钼酸铵的催化效果相同。
先将部分氢化的芳环中的氢供出与自由基结合，然后在催化剂作 用下本身被气相氢加氢还原为氢化芳环，如此循环，维持和增加 供氢体活性
提高煤液化的选择性，抑制煤的脱氢和缩合反应
第26页/共37页
3.7 煤直接液化催化剂
催化剂 催化剂 液化反应 加入量 加入方式 溶剂
炭沉积
煤中 矿物质
第27页/共37页
3.8 煤直接液化过程中溶剂的作
供氢溶剂 促进氢转移：提供活性氢或传递活性氢
温度：最佳温度 420~450oC 工艺参数 压力：高压转化率和油收率提高，但能耗、
成本也提高 停留时间：增加停留时间，转化率提高， 沥青烯和油收率增加并出现最高点，气体
产率增加，氢耗量增加
催化剂
催化剂种类，催化剂加入量，加入方式， 第33页/共37页

煤直接液化基础教学课件

煤直接液化基础教学课件

影响因素
主要包括工业废水、废气、噪 声等问题。
保护措施
采取科学合理的技术措施、更 高效的能源利用率，可以减少 对环境的污染。
可持续发展
煤直接液化技术对提高我国对 战略性新兴产业的支撑能力和 国民经济的持续发展具有十分 重要的意义。
煤直接液化的未来发展趋势
能源转型
能源转型背景下，未来煤直接液化 可望实现高效清洁转化，不断优化 降本增效。
煤直接液化技术的发展历程
192 0年代
瑞典发明了使用催化剂将煤转化为烃类化合物的过 程。
1 960年代
煤炭直接液化技术逐渐成熟，美、苏、日等国家获 得了成功。
193 0年代
美国、德国、苏联开始研究煤直接液化技术，并相 继成功。
1 990年代
中国开始着手开展煤直接液化技术的研究与实践。
煤直接液化的优点和应用领域
智能化发展
采取大数据和智能化技术，提升煤 直接液化产业生产力和效益，进一 步推进工业4.0。
协同创新
加快推进科技创新平台建设，加强 与高校、科研院所等资源的联合， 促进煤直接液化技术的协同创新发 展。
实验
煤直接液化实验是对煤的性质与加 氢反应进行模拟，在实验室中进行 的。
煤直接液化的过程和机理
1
溶解反应
煤料在溶剂中分解为小分子化合物的小分子化合物在催化剂作用下被加
氢裂解为烃类化合物。
3
烃类烷化反应
烃类化合物发生相互作用，产生更大分子量
脱氮反应
4
的烷基化合物。
在加压高温条件下，将溶液中的氮转化为 NH3、N2、H（化学式）等气体产物。
煤直接液化基础教学课件 PPT
煤直接液化技术是一项重要的能源开发技术。本课程介绍煤直接液化的基础 知识，以及煤直接液化技术的未来发展方向。

煤直接液化的工艺

煤直接液化的工艺

重油 液相粗充
煤直接液化的工艺过程
煤直接液化的工艺流程种类很多，但他们的 共同特征都是在高温高压使高浓度煤浆中的 煤发生热解，在催化剂作用下进行加氢和进 一步分解，最终成为稳定的液体产品。 煤直接液化工艺简图 煤直接液化工艺过程中的三个主要工艺单元
气化制氢
空分
煤炭
加氢液化
油品加工
油品及化学品
返回
催化剂
氢气
气体 液 化 粗 油
煤
煤浆制备单元
反应单元 循化溶剂
分离单元
结束
煤浆制备单元是将煤粉与焦油 或循环油（液化溶剂）催化剂一起 研磨制成煤浆，以供液相加氢。
返回
反应单元是在高温高压下的反应 器内进行加氢分解反应，生成液状物。
返回
分离单元是将反应生产的液状 物体进行减压降温分离，获得残渣

煤液化技术 第二十五讲


3.煤液化的经济性分析
3.2 煤液化经济性分析
据神华煤制油化工有限公司方面透露：在现在的煤价下，如 果国家油价维持在65~70美元一桶，按照既有的设计条件运转下 来，直接液化项目能够盈利，至少不会亏损。 但国家发改委能源研究所高级顾问周凤起算过一笔账：生产1 吨的石油(10000大卡) ~ 4吨煤炭(5000大卡)，在转化过程中，能量 消耗一半。 当煤炭价格达到1000元/吨时，煤制油成本价将达10000元/吨， 折算成原油价格将在120美元/桶左右。而且新上一个产量为100万 吨/年的煤制油项目，还要投资100多亿元人民币。因此，发 展煤制油从经济效益上看并不划算。
3.煤液化的经济性分析
项目
规模，kt/a
煤直接液化 例1
998.1
煤间接液化（浆态床） 例2
2476
例1
709.8
例2
550
主要产品,kt/a 汽油 柴油 其他
352 530.4 115.3 195 1775.6 505.0 204.0 475.8 30.0 柴油为主
吨产品单耗（折合标准煤） 原料煤/t 燃料煤/t
●煤炭价格500元/吨 碳排放价
（元/吨）
0 60 ~ 70
5 64 ~ 74
10 67 ~ 77
20 74 ~ 84
30 81 ~ 91
50 96 ~ 106
间接液化
（美元/ห้องสมุดไป่ตู้）
直接液化
（美元/桶）
36 ~ 46
40 ~ 50
43 ~ 53
50 ~ 60
57 ~ 67
72 ~ 82
CO2排放额交易价变动下的煤制油项目经济评价价格
2.煤间接液化技术评价

煤直接液化PPT课件

12
2.2.3 煤液化过程中的化学反应
煤的热解； 对自由基“碎片”的供氢； 脱氧、硫、氮杂原子反应； 缩合反应
13
煤的热解
由于以上过程是在溶剂中进行的，所以又叫做热溶解。
14
15
16
上述过程即为对自由基“碎片”的供氢
17
脱氧、氮、硫杂原子的反应
参看课本133-134页的脱氧反应、脱硫反应和脱氮反应。
液-固相产物组成复杂，要先用溶剂进行分离，常用溶剂有正己 烷（环己烷）、甲苯（苯）和四氢呋喃THF（或吡啶）。溶于正己烷 的称为油；不溶于正己烷而溶于苯的称为沥青烯；不溶于苯而溶于四 氢呋喃（吡啶）的称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的称为残渣（未反 应煤）一般可采用两种方法进行分离：一是减压蒸馏法；二是溶剂萃 取法。
煤间接液化是首先将煤气化制取合成气（CO+H2）， 合成气经过净化、调整H2/CO比，在催化合成为液体燃料。 优点：煤种适应性较宽、操作条件相对温和、煤灰等三废
问题主要在气化过程中解决。 缺点：总效率比不上直接液化。
由于煤炭液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染物以及灰 分等，获得的液体产品是优质洁净的燃料和化学品。因此， 煤炭液化将是中国洁净煤技术和煤代油战略的重要、有效和 可行的途径之一。
18
缩合反应
当温度过高或供氢不足，自由基“碎片”发生缩合，生成半 焦或焦炭。将使液化产率降低，是液化中不希望发生的反应。
19
煤加氢液化时可能发生的几种反应
20
2.2.4 煤炭加氢液化的实验室研究方法
试验过程与设备
21
产物分析
煤液化产物可分为气相产物和液-固相产物。
气相产物（包括两部分：一是含杂原子的气体，如H2O、H2S、 NH3、CO2和CO等；二是气态烃，主要是C1-C3,有时包括C4，生产气 态烃会消耗大量氢，所以气态烃产率增加会导致氢耗量提高）经冷却、 计量后， 可用气相色谱或气-质联用进行气体分析。

《煤化工工艺学》__煤的直接液化

将溶剂注入地下煤层，使煤解聚和溶解，加上流体的 冲击力使煤崩散，未完全溶解的煤则悬浮于溶剂中， 用泵将溶液抽出并分离加工。
虽可实现煤就地液化，不必建井采煤，但还存在许多 技术和经济问题，近期内不可能工业化 。
§7.2 煤加氢液化原理
一、煤和石油的比较
煤和石油同是可燃矿物；有机质都由碳．氢、氧、氮和硫元素构 成，但它们在结构、组成和性质上又有很大差别： 化学组成上，石油的H/C原子比高于煤，而煤中的氧含量显著高
就会彼此结合，这样就达不到降低分子量的目的。多环芳
烃在高温下有自发缩聚成焦的倾向。
在煤加氢液化中结焦反应是不希望发生的。一旦发生，
轻则使催化剂表面积炭，重则使反应器和管道结焦堵塞。
采取以下措施可防止结焦：
•
① 提高系统的氢分压；
•
② 提高供氢溶剂的浓度；
•
③ 反应温度不要太高；
•
④ 降低循环油中沥青烯含量，
（3）高压催化加氢法
如：德国的新老液化工艺和美国的氢煤法。
（4）煤和渣油联合加工法
以渣油为溶剂油与煤一起一次通过反应器，不用循环 油。渣油同时发生加氢裂解转化为轻质油。美国、加 拿大、德国和苏联等各有不同的工艺。
（5）干馏液化法
煤先热解得到焦油，然后对焦油进行加氢裂解和提质 。
（6）地下液化法
为保证催化剂维持一定的活性，在反应中连续抽出约2％的催 化剂进行再生。同时补充足够的新催化剂。
反应产物的分离和IG新工艺相近，即经过热分离器到闪蒸塔4 ，塔顶产物经常压蒸馏塔7分为轻油、中油和重油；塔底产物经旋 流器10，含固体少的淤浆返回系统制煤浆，而含固体多的淤浆经 液固分离器9再进入减压蒸馏塔8进行减压蒸馏。塔底残渣用于气 化和中油与氢气混合后，经热交换器和预 热器，进入3个串联的固定床催化加氢反应器、产物 通过热交换器后进一步冷却分离，分出气体和油， 前者基本作为循环气，后者经蒸馏得到汽油作为主 要产品，塔底残油返回作为加氢原料油。

煤炭直接液化


神华煤炭液化项目采用美国碳氢技术公司(HTI)的生产工艺， 是目前世界上首条煤直接液化制油的工业化生产线，分为 煤液化、液化油提质和制氢三大部分。 优点：（1）煤浆制备全部采用供氢性循环溶剂,使得液化反 应条件温和，系统操作稳定性提高； （2）采用两个强制循环悬浮床反应器。这样使得反应器温 度分布均匀，产品性质稳定； （3）采用减压蒸馏的方法进行液化油和固体物的分离。残 渣中含油量少，产品产率提高； （4）循环溶剂和产品采用强制循环悬浮床加氢反应器。 • 该工艺PDU装置的蒸馏油收率达到56％～58％，转化率 90％～92％，气产率约12％～14％,水产率11％～13％， 氢耗量5％～7％。 缺点 • 减压阀芯使用寿命短 • 不适用于褐煤
2.2.2.3美国HTI工艺
• 该工艺使用人工合成的高分散催化剂，加 人量为0．5％，不进行催化剂回收。反应 压力为17MPa，反应温度为4500C。 • 其主要特点是对液化残渣进行油回收，故 液化油收率较高。现已完成0．025t／d和 3t／d规模的试验研究。
2.2.2.4神华煤直接液化工艺
2.2.2.2 日本NEDOL工艺
• 该工艺以黄铁矿为催化剂，催化剂加人量 为4％ ，也不进行催化剂回收。反应压力为 19 MPa，反应温度为460℃。 • 其主要特点是循环溶剂全部在一个单独的 固定床反应器中，用高活性催化剂预先加 氢，使之变为供氢溶剂。液化粗油经过冷 却后再去进行提质加工。液化残渣连同其 中所含的重质油即可进一步进行油回收， 也可直接用作气化制氢的原料。现已完成 0．01t／d、0．1t／d、lt／d以及150t／d 规模的试验研究。
2.2煤炭的直接液化工艺
2.2.1.工艺条件对液化反应的影响
• 反应压力：提高压力，增加氢分压，从而增加了溶剂中的氢浓度，
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改进的日本褐煤液化工艺 (BCL) 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣不外加催化剂 ♣氢耗量低；反应条件温和
溶剂精炼煤法(SRCⅡ) 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣部分淤浆循环 ♣减压蒸馏代替残渣过滤分离 ♣氢耗量较SRCⅠ高
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单段液化工艺：通过一个主反应器或几个串联 的反应器生产液体产品。这种工艺也可以包括 一个合在一起的在线加氢反应器，对液体产品 提质，但没有提高煤的总转化率
两段液化工艺：通过两个不同功能的反应器或 两套反应装置生产液体产品。第一段是煤的热 解，在此阶段不加催化剂或低活性的可弃性催 化剂。第二段是一段产物在高活性的催化剂下 加氢再生产出液体产品
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工艺特点
采用沸腾床三相反应器和钴-钼加氢催化剂 反应温度保持450-460oC，压力20MPa 煤处理量为200-600t/d
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催化两段加氢当之液处，化请联（系本C人或T网S站L删除）。 工艺
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4.3 煤直接当之液处，化请联工系本艺人或分网站类删除。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
是
否
分
步 单段液化工艺 转
化
为
可
蒸
馏
液
体 产
两段液化工艺
品
溶剂精炼煤法（SRC) 埃克森供氢溶剂法（EDS） NEDOL法 氢煤法 IGOR法 俄罗斯低压液化工艺
CTSL工艺 BCL工艺 HTI工艺 中国神华液化工艺
该催化剂较强的异构性能和裂解性能，产物中汽油辛烷值高，但容易 被含N的有机碱、氨和酚类中毒，因此预加氢除去原料油中氧和氮
德本文国档所煤提直供的接信液息仅化当供之参新处考工，之请用艺联，（系不能本IG作人为或O科网R学站)依删据除，。请勿模仿。文档如有不
气体及轻质油
压力 32.5MPa 温度470oC
高
高
压
管
压
换
式
反
热
加
应
器
热
器
炉
分离器
高压冷却器
蒸 馏
操作条件：32.5MPa 温度360~460oC
该工艺存在压力高，氢耗量大，使用重油反应 作溶剂固液分离困难，离心分离效率低，残渣干 馏半焦无法利用。
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中国神华煤直接液化工艺 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣两段反应；减压蒸馏固液分离；采用超细铁催化剂 ♣循环溶剂加氢；采用离线加氢液化粗油精制
溶剂精炼煤法(SRCⅠ) 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣馏分油产率提高；渣油转化为粗柴油增多 ♣脱灰效率高 ♣含固体物溶剂循环，减少物料及能量损失
煤直接液化工艺（HTI法） 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣使用胶态铁，活性提高，催化剂用量减少
♣采用外循环全返混三相鼓泡床；反应条件温和 ♣在线加氢精制；采用溶剂萃取脱灰
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德国煤直接液化老工艺（IG工艺）
两段
糊相加氢
（煤 粗气油和中油）
气相加氢
（粗油、中油
商品油）
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制糊
换热300~350oC
<325oC低沸点物和H2
高 温
分
高压反应器
离
器
循 环 气 洗 涤
冷分离器
糊相加氢
预热430~450oC
离心
蒸
干馏
馏
>325oC 糊状物
气相加氢
循环溶剂（离心液（油）、干馏焦油、 重油）
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气相加氢 当之处，请联系本人或网站删除。
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4.3 煤直接当之液处，化请联工系本艺人或分网站类删除。
典型煤直接液化工艺
IGOR法 埃克森供氢溶剂法（EDS） 氢煤法 NEDOL法 日本褐煤液化工艺（BCL） 溶剂精炼煤法（SRC)
改进后的液化工艺
催化两段加氢液化 （CTSL）工艺 HTI工艺 NBCL
溶剂精炼褐煤当之法处，(请S联R系本L人)或网站删除。
日本褐煤液化工艺 (BCL) 本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
♣两段液化技术和液化粗油循环提高了液化油收率 ♣一段采用廉价可弃铁 ♣采用加氢脱灰溶剂循环；采用煤浆脱水新工艺，改善了工艺操作
赤
重
泥
质
物
料
液化油加氢提质
重油+中油
压力32.5MPa 温度350~420oC Co-Mo催化剂
♣过滤改为减压蒸馏
♣循环油为中油与催化加氢重油混合
♣ 液化残渣不采用低温干馏，而气化制氢
♣糊相加氢、循环溶剂加氢与液化油提质加工串联
♣ 煤处理能力增大（0.35t/m3.h增加到0.5t/m3.h），产率提高
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4.2 煤直接液当之化处，基请联本系本工人或艺网站过删除程。 4.2.1 煤直接液化工艺流程
煤直接液化是目前煤生产液体产品中最有效的路线，液体产率 超过70%（以无水无灰基煤计算),工艺总热效率在60~70%
煤生产液体产品
煤基合成甲醇、煤基合成二甲醚，煤直接\间接液化