煤间接液化与直接液化区别
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煤直接液化和煤间接液化综述摘要:煤的直接液化和间接液化技术经过长期发展,已形成了各自的工艺特征和典型工艺。
我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”,以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。
经过长期不断努力,我国初步形成了“煤制油”产业化的雏形,在未来将迎来更多机遇和挑战。
关键字:煤直接液化煤间接液化发展历程现状前景1.煤直接液化煤直接液化又称煤加氢液化, 是将固体煤制成煤浆, 在高温高压下, 通过催化加氢裂化, 同时包括热解、溶剂萃取、非催化液化, 将煤降解和加氢从而转化为液体烃类, 进而通过稳定加氢及加氢提质等过程, 脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油品质量的技术。
煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。
煤的杂质含量越低, 氢含量越高, 越适合于直接液化。
1.1发展历程煤直接液化技术始于二十世纪初, 1913年德国科学家Bergius首先研究了煤高压加氢, 并获得了世界上第一个煤液化专利, 在此基础上开发了著名的I G Farben工艺。
该工艺反应条件较为苛刻, 反应温度为470℃, 反应压力为70MPa。
1927年德国在Leuna建立了世界上第一个规模为0.1Mt/a的煤直接液化厂, 到第二次世界大战结束时,德国的18个煤直接液化工厂总油品生产能力已达约4.23Mt/a , 其汽油产量占当时德国汽油消耗量的50%。
第二次世界大战前后, 英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤直接液化技术的研究。
以后由于廉价石油的大量发现, 从煤生产燃料油变得无利可图, 煤直接液化工厂停工, 煤直接液化技术的研究处于停顿状态。
20世纪70年代,石油危机发生后, 各发达国家投人大量人力物力进行煤直接液化技术的研发, 相继开发出多种煤直接液化工艺, 但由于从20世纪80年代后期起原油价格在高位维持的时间不长,从煤生产燃料油获利的可能性较低, 这些工艺都没有实现工业化。
1.2煤直接液化技术的工艺特征典型的煤直接加氢液化工艺包括: ①氢气制备;②煤糊相(油煤浆)制备; ③加氢液化反应;④油品加工等“先并后串”四个步骤。
1、所谓煤炭液化,是将煤中的有机质转化为液态产物,其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物替代石油及其制品,来生产发动机用液体燃料和化学品。
煤炭液化有两种完全不同的技术路线,一种是直接液化,另一种是间接液化。
2、煤炭的直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料,转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚,需要较高的压力和温度。
优点:热效率较高,液体产品收率高;缺点:煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。
3、煤炭间接液化是首先将煤气化制合成气(CO+H2),合成气经净化、调整H2/CO比,再经过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:总效率比直接液化低。
煤液化的实质就是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件下,提高H/C比,使固体煤转化为液体的油。
4、在煤的初级液化阶段,煤有机质热解和供氢是两个十分重要的反应。
可认为发生下列四类化学反应:(1)煤的热解(2)对自由基“碎片”的供氢(3)脱氧、硫、氮杂原子反应(4)缩合反应。
5、供给自由基的氢源主要来自以下几个方面:(1)溶解于溶剂油中的氢在催化剂的作用下变为活性氢;(2)溶剂油可供给的或传递的氢;(3)煤本身可供应的氢;(4)化学反应生成的氢。
提高供氢能力的主要措施有:增加溶剂的供氢能力;提高液化系统氢气压力;使用高活性催化剂;在气相中保持一定的H2S浓度等。
6、煤有机结构中的氧存在形式主要有:含氧官能团,如-COOH、-OH、-CO和醌基等;醚键和杂环(如呋喃)。
煤有机结构中的硫以硫醚、硫醇和噻吩等形式存在,脱硫反应与上述脱氧反应相似。
由于硫的负电性弱,所以脱硫反应更容易进行。
煤中的氮大多存在于杂环中,少数为氨基,与脱硫和脱氧相比,脱氮要困难得多。
7、为提高煤液化过程的液化效率,可采取以下措施防止结焦:(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(5)缩短反应时间。
煤炭液化技术概论引言:我国是一个典型的富煤贫油国家,煤炭资源探明储量远远大于石油储量。
面对国际市场油价不断攀升、世界石油储量逐渐枯竭的情况,我们应该扬长避短——充分利用中国采储量相对较大的煤炭资源,大力推进煤液化产业的成熟与发展。
所谓煤炭液化,是将煤中的有机质转化为液态产品,其目的就是活的和利用液态的碳氢化合物替代石油及其制品,来生产发动机用液体燃料和化学品。
根据加工路线的不同,通常把煤液化分为直接液化和间接液化两大类[]1。
一:煤炭直接液化技术煤炭直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液态燃料,转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚,需要较高的压力和温度。
直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率较高;主要缺点是煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。
煤直接液化技术按照过程工艺特点可分为:①煤直接催化加氢液化工艺,②煤加氢抽提液化工艺,③煤热解和氢解液化工艺,④煤油混合共加氢液化工艺。
(一):煤直接催化加氢液化工艺一般分为几段来进行,即:液相加氢段、气相加氢段和产品精制段。
在第一阶段,所谓液化加氢段中进行裂解加氢,使煤有机大分子热解生成中等奋战死的自由基碎片,随之与氢结合,获得沸点为324℃~340℃以下的产品(合成原油),同时还有O、N、S化合物的初步脱除,生成水、氨及硫化氢。
第二阶段、第三阶段,是在气相及有催化剂的固定床反应器中进行,通过预加氢装置、裂化重整装置,最后获得商品汽油和柴油为主要成分的精制产物。
在第一阶段之前通常还有一个煤浆制备阶段,目的是将细磨的煤粉和催化剂及焦油或循环油共同研磨制成煤糊,供液相加氢。
世界上现有或曾经有过的煤直接催化加氢液化工艺主要有:德国煤直接加氢液化老工艺;德国直接液化新工艺——IGOR工艺;煤氢法(H-Coal);催化两端加氢液化(CTSL)工艺;HTI工艺。
(二):煤加氢抽提液化工艺这类方法是在Pott-Broche溶剂抽提液化法基础上发展的,代表性的工艺有美国的溶剂精炼煤法、埃克森供氢溶剂法和日本NEDOL工艺。
煤炭液化技术[编辑本段] 煤炭液化技术煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程产品的先进洁净煤技术。
根据不同的加工,使其转化成为液体燃料路线,煤炭液化可分为直接、化工原料和液化和间接液化两大类:一、直接液化直接液化是在高温(400℃以上)、高压(10MPa以上),在催化剂和溶剂作用下使煤的分子进行裂解加氢,直接转化成液体燃料,再进一步加工精制成汽油、柴油等燃料油,又称加氢液化。
1、发展历史煤直接液化技术是由德国人于1913 年发现的,并于二战期间在德国实现了工业化生产。
德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产,到1944年,德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年。
二战后,中东地区大量廉价石油的开发,煤炭直接液化工厂失去竞争力并关闭。
70年代初期,由于世界范围内的石油危机,煤炭液化技术又开始活跃起来。
日本、德国、美国等工业发达国家,在原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺,其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度,从而达到降低煤液化油生产成本的目的。
目前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL 工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。
这些新直接液化工艺的共同特点是,反应条件与老液化工艺相比大大缓和,压力由40MPa降低至17~30MPa,产油率和油品质量都有较大幅度提高,降低了生产成本。
到目前为止,上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤100t/d 级以上大型中间试验,具备了建设大规模液化厂的技术能力。
煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术,在技术上是可行的。
目前国外没有工业化生产厂的主要原因是,在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高,难以与石油竞争。
2、工艺原理煤的分子结构很复杂,一些学者提出了煤的复合结构模型,认为煤的有机质可以设想由以下四个部分复合而成。
第一部分,是以化学共价键结合为主的三维交联的大分子,形成不溶性的刚性网络结构,它的主要前身物来自维管植物中以芳族结构为基础的木质素。
煤间接液化与直接液化技术的比较及缺点一.煤间接液化介绍煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气,然后以合成气为原料,在一定温度、压力和催化剂存在下,通过F-T合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。
包括煤气化制取合成气、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。
煤炭间接液化技术主要有南非的萨索尔(Sasol)费托合成法、美国的Mobil(甲醇制汽油法)和荷兰SHELL的中质馏分合成(SMDS)间接液化工艺。
F-T合成的特点是:合成条件较温和,无论是固定床、流化床还是浆态床,反应温度均低于350℃,反应压力2.0-3.0MPa;转化率高,如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂,合成气的一次通过转化率达到60%以上,循环比为2.0时,总转化率即达90%左右。
二.煤直接液化介绍煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下,催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃,脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。
煤化工监理目前国内外的主要工艺有:1.美国HTI工艺该工艺是在两段催化液化法和H-COAL工艺基础上发展起来的,采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂(GelCatTM)。
反应温度420~450℃,反应压力17MPa;采用特殊的液体循环沸腾床反应器,达到全返混反应器模式;催化剂是采用HTI 专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂。
在高温分离器后面串联一台加氢固定床反应器,对液化油进行在线加氢精制。
2.日本NEDOL工艺该工艺由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。
反应压力17M~19MPa,反应温度为430~465℃;催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿。
离线加氢方式3.德国煤液化新工艺(IGOR工艺)1981年,德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进,建成日处理煤200吨的半工业试验装置,操作压力由原来的70MPa降至30MPa,反应温度450~480℃,固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法,将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢,轻油和中油产率可达50%。
煤的直接液化概述煤的液化是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一,是用煤为原料以制取液体烃类为主要产品的技术。
煤液化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类,煤的直接液化是煤直接催化加氢转化成液体产物的技术.煤的间接演化是以煤基合成气(CO+H 2)为原料,在一定的温度和压力下,定向催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺,包括煤气化制取合成气及其挣化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。
通过煤炭液化,不仅可以生产汽油、柴油、LPG (液化石油气)、喷气燃料,还可以提取BTX (苯、甲苯、二甲苯),也可以生产制造各种烯烃及含氧有机化台物。
煤炭液化可以加工高硫煤,硫是煤直接液化的助催化剂,煤中硫在气化和液化过程中转化威H2S 再经分解可以得到元素硫产品.本篇专门介绍煤炭直接液化技术早在1913 年,德国化学家柏吉乌斯(Bergius)首先研究成功了煤的高压加氢制油技术,并获得了专利,为煤的直接液化奠定了基础。
煤炭直接加氢液化一般是在较高温度(400 C以上),高压(10MPa以上),氢气(或CO+H 2,C0+H20)、催化剂和溶剂作用下,将煤的分子进行裂解加氢,直接转化为液体油的加工过程。
煤和石油都是由古代生韧在特定的地质条件下,经过漫长的地质化学滴变而成的。
煤与石油主要都是由C、H、O 等元素组成。
煤和石油的根本区别就在于:煤的氢含量和H/C原子比比石油低,氧含量比石油高I 煤的相对分子质量大,有的甚至大干1000.而石油原油的相对分子质量在数十至数百之间,汽油的平均分子量约为110;煤的化学结构复杂,它的基本结构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和官能团的大分子,而石油则为烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。
煤还含有相当数量的以细分散组分的形式存在的无机矿物质和吸附水,煤也含有数量不定的杂原子(氧,氮、硫)、碱金属和微量元素。
通过加氢,改变煤的分子结构和H/C 原子比,同时脱除杂原子,煤就可以液化变成油。
煤质烯烃的工艺技术煤质烯烃是指从煤炭中提取出来的烯烃类化合物,具有重要的工业应用价值。
煤质烯烃的工艺技术主要包括煤液化和煤气化两种方法。
1. 煤液化技术煤液化是将煤炭在高温高压下通过催化剂或溶剂作用,将煤中的有机物质转化为液体产品的过程。
煤液化技术可分为直接液化和间接液化两种方法。
直接液化是指将煤炭与溶剂和催化剂混合后,在高温高压下进行反应,通过催化剂的作用将煤转化为液体产品。
在直接液化过程中,溶剂可起到催化剂的作用,帮助提高反应速率和产物收率。
间接液化是指先将煤炭气化生成合成气,再通过催化剂的作用进行反应生成液体产品。
煤液化技术的关键步骤包括煤炭粉碎、石油溶剂提取和催化剂添加等。
煤炭粉碎可以增加煤与溶剂催化剂的接触面积,有利于反应进行。
溶剂的选择对于反应速率和产物性质有重要影响,通常选择具有较高活性和选择性的溶剂。
催化剂的选择和添加方式也会影响反应的进行和产物的性质。
2. 煤气化技术煤气化是指将煤炭在高温下与气化剂(通常为氧气和水蒸气)反应,生成合成气的过程。
合成气主要包括一氧化碳和氢气,可以用作燃料或化工原料。
煤气化技术可分为固定床气化、流化床气化和床层气化等方法。
固定床气化是最传统的煤气化技术,将煤炭放置在反应器中,通过控制气化剂的供气量和反应条件,使煤炭与气化剂反应生成合成气。
流化床气化是指将煤炭破碎成较小的颗粒,通过气流作用使其悬浮在反应器中,与气化剂反应生成合成气。
床层气化是将煤炭放置在床层中,通过控制气化剂的上下供气或其他传质方式使煤炭与气化剂充分接触反应,生成合成气。
煤气化技术的关键步骤包括煤炭预处理、气化剂准备和气化反应等。
煤炭预处理主要包括煤炭粉碎和煤炭干燥,以提高煤与气化剂的接触面积和反应速率。
气化剂的准备包括氧气和水蒸气的供应和净化。
气化反应的温度和压力及气化剂的供气量等条件对反应进行和产物分布有重要影响。
总之,煤质烯烃的工艺技术主要包括煤液化和煤气化两种方法。
煤液化通过催化剂或溶剂作用,将煤中的有机物质转化为液体产品。
煤的直接液化概述煤的液化是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一,是用煤为原料以制取液体烃类为主要产品的技术。
煤液化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类,煤的直接液化是煤直接催化加氢转化成液体产物的技术.煤的间接演化是以煤基合成气(CO+H2)为原料,在一定的温度和压力下,定向催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺,包括煤气化制取合成气及其挣化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。
通过煤炭液化,不仅可以生产汽油、柴油、LPG(液化石油气)、喷气燃料,还可以提取BTX(苯、甲苯、二甲苯),也可以生产制造各种烯烃及含氧有机化台物。
煤炭液化可以加工高硫煤,硫是煤直接液化的助催化剂,煤中硫在气化和液化过程中转化威H2S再经分解可以得到元素硫产品.本篇专门介绍煤炭直接液化技术早在1913年,德国化学家柏吉乌斯(Bergius)首先研究成功了煤的高压加氢制油技术,并获得了专利,为煤的直接液化奠定了基础。
煤炭直接加氢液化一般是在较高温度(400℃以上),高压(10MPa以上),氢气(或CO+H2, CO+H2O)、催化剂和溶剂作用下,将煤的分子进行裂解加氢,直接转化为液体油的加工过程。
煤和石油都是由古代生韧在特定的地质条件下,经过漫长的地质化学滴变而成的。
煤与石油主要都是由C、H、O等元素组成。
煤和石油的根本区别就在于:煤的氢含量和H/C 原子比比石油低,氧含量比石油高I煤的相对分子质量大,有的甚至大干1000.而石油原油的相对分子质量在数十至数百之间,汽油的平均分子量约为110;煤的化学结构复杂,它的基本结构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和官能团的大分子,而石油则为烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。
煤还含有相当数量的以细分散组分的形式存在的无机矿物质和吸附水,煤也含有数量不定的杂原子(氧,氮、硫)、碱金属和微量元素。
通过加氢,改变煤的分子结构和H/C原子比,同时脱除杂原子,煤就可以液化变成油。
1927年德国在莱那(Leuna)建立了世界上第一个煤直接液化厂,规模10×l04 t/a。
甲醇为转化烯烃的反应(1)酸性催化特征甲醇转化为烯烃的反应包含甲醇转化为二甲醚和甲醇或二甲醚转化为烯烃两个反应。
前一个反应在较低的温度(150-350o C)即可发生,生成烃类的反应在较高的反应温度(>300o C)下发生。
两个转化反应均需要酸性催化剂。
通常的无定形固体酸可以即作为甲醇转化的催化剂,容易使甲醇转化为二甲醚,但生成低碳烯烃的选择性较低。
(2)高转化率以分子筛为催化剂时,在高于400o C的温度条件下,甲醇或二甲醚很容易完全转化(转化率100%)。
(3)低压反应原理上,甲醇转化为低碳烯烃反应是分子数量增加的反应,因此低压有利于提高低碳烯烃尤其是乙烯的选择性。
(4)强放热在200-300o C,甲醇转化为二甲醚和甲醇转化为低碳烯烃均为强放热反应,反应的热效应显著。
(5)快速反应甲醇转化为烃类的反应速度非常快。
根据大连化物所的实验研究,在反应接触时间短至0.04s便可以达到100%的甲醇转化率。
从反应机理推测,短的反应接触时间,可以有效地避免烯烃进行二次反应,提高低碳烯烃的选择性。
(6)分子筛催化的形状选择性效应原理上,低碳烯烃的高选择性是通过分子筛的酸性催化作用结合分子筛骨架结构中孔口的限制作用共同实现的。
结焦的产生将造成催化剂活性的降低,同时又反过来对产物的选择性产生影响。
DMTO工艺的开发过程中已经充分考虑了上述MTO反应的特征。
DMTO工艺的设计中,也应时刻牢记这些特征,将这些反应的原理性的特征融入其中煤间接液化与直接液化的区别一、煤炭液化发展状况:1、间接液化技术发展状况煤的间接液化技术是先将煤气化,然后合成燃料油和化工产品。
目前南非萨索尔公司、荷兰壳牌公司、美国美孚公司、丹麦托普索公司都拥有成熟技术,但达到和正在商业化生产的只有南非萨索尔公司。
该公司已先后建成了三个间接液化工厂,年产汽油、柴油、蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇、醛、酮等113种化工产品,共计760万吨,其中油品占60%左右。
甲醇为转化烯烃的反应(1)酸性催化特征甲醇转化为烯烃的反应包含甲醇转化为二甲醚和甲醇或二甲醚转化为烯烃两个反应。
前一个反应在较低的温度(150-350o C)即可发生,生成烃类的反应在较高的反应温度(>300o C)下发生。
两个转化反应均需要酸性催化剂。
通常的无定形固体酸可以即作为甲醇转化的催化剂,容易使甲醇转化为二甲醚,但生成低碳烯烃的选择性较低。
(2)高转化率以分子筛为催化剂时,在高于400o C的温度条件下,甲醇或二甲醚很容易完全转化(转化率100%)。
(3)低压反应原理上,甲醇转化为低碳烯烃反应是分子数量增加的反应,因此低压有利于提高低碳烯烃尤其是乙烯的选择性。
(4)强放热在200-300o C,甲醇转化为二甲醚和甲醇转化为低碳烯烃均为强放热反应,反应的热效应显著。
(5)快速反应甲醇转化为烃类的反应速度非常快。
根据大连化物所的实验研究,在反应接触时间短至0.04s便可以达到100%的甲醇转化率。
从反应机理推测,短的反应接触时间,可以有效地避免烯烃进行二次反应,提高低碳烯烃的选择性。
(6)分子筛催化的形状选择性效应原理上,低碳烯烃的高选择性是通过分子筛的酸性催化作用结合分子筛骨架结构中孔口的限制作用共同实现的。
结焦的产生将造成催化剂活性的降低,同时又反过来对产物的选择性产生影响。
DMTO工艺的开发过程中已经充分考虑了上述MTO反应的特征。
DMTO工艺的设计中,也应时刻牢记这些特征,将这些反应的原理性的特征融入其中煤间接液化与直接液化的区别一、煤炭液化发展状况:1、间接液化技术发展状况煤的间接液化技术是先将煤气化,然后合成燃料油和化工产品。
目前南非萨索尔公司、荷兰壳牌公司、美国美孚公司、丹麦托普索公司都拥有成熟技术,但达到和正在商业化生产的只有南非萨索尔公司。
该公司已先后建成了三个间接液化工厂,年产汽油、柴油、蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇、醛、酮等113种化工产品,共计760万吨,其中油品占60%左右。
在我国,科技部863计划和科学院于2001年联合启动了“煤变油”重大科技项目,中科院山西煤化所承担了这一项目的研究。
2002年9月,千吨级间接液化中试平台实现了第一次试运转,并合成出第一批粗油品。
到2003年底,中试平台已运行4次,使用间接液化技术生产出了无色透明的高品质柴油,这是目前世界上纯度最高、最优质的清洁柴油。
山东兖矿集团在煤炭间接液化技术方面也取得了较大进展。
神华集团拟在陕西榆林建设煤间接液化项目,以榆神矿区储量丰富、质量优良和便于开采的煤炭资源为依托,建立坑口煤炭间接液化工厂。
拟建规模为年产液化产品600万吨,分2期建设,每期工程年产300万吨。
2、直接液化技术发展状况煤炭直接液化技术是煤炭在高温、高压和催化剂作用下的去除杂质并加氢的过程。
德国从二战期间就开始这方面的研究,但随着石油的发现被搁置,直到近年又重新启动。
目前德国GMT公司、美国的HTI公司和日本的NEDOL组织都拥有这方面技术,但世界上还没有达到工业化生产的装置。
在我国,神华集团投资600亿元的500万吨/年“煤变油”直接液化工程于2004年在内蒙古鄂尔多斯开工建设,预计2007年一期工程建成。
而且,神华还在上海建成了每天6吨的直接液化装置,目的在于对“煤变油”工业化生产之前的工艺和设备进行探讨。
目前,云南、黑龙江、内蒙古、山东、山西、贵州等都在筹划自己的“煤变油”项目,只是由于风险太大而进展较慢。
决策部门希望等神华的工业化示范项目效果出来后再定,以免造成不必要的浪费。
二、不同的工艺及生产过程1、间接液化工艺及生产过程间接液化工艺包括:煤的气化及煤气净化、变换和脱碳;F-T合成反应;油品加工等三个纯“串联”步骤。
它的生产过程为:气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气,净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体(包括H2S和CO2等)脱除,得到成分合格的合成气。
合成气进入合成反应器,在一定温度、压力及催化剂作用下,H2和CO转化为直链烃类、水以及少量的含氧有机化合物。
生成物经三相分离,水相去提取醇、酮、醛等化学品;油相采用常规石油炼制手段(如常、减压蒸馏),根据需要切割出产品馏份,经进一步加工(如加氢精制、临氢降凝、催化重整、加氢裂化等工艺)得到合格的油品或中间产品;气相经冷冻分离及烯烃转化处理得到LPG、聚合级丙烯、聚合级乙烯及中热值燃料气。
2、直接液化工艺及生产过程直接液化工艺包括:氢气制备、煤糊相(油煤浆)制备、加氢液化反应、油品加工“先并后串”4个步骤。
它的生产过程为:将煤、催化剂和循环油制成的煤浆,与制得的氢气混合送入反应器。
在液化反应器内,煤首先发生热解反应,生成自由基“碎片”,不稳定的自由基“碎片”再与氢在催化剂存在条件下结合,形成分子量比煤低得多的初级加氢产物。
出反应器的产物构成十分复杂,包括气、液、固三相。
气相的主要成分是氢气,分离后循环返回反应器重新参加反应;固相为未反应的煤、矿物质及催化剂;液相则为轻油(粗汽油)、中油等馏份油及重油。
液相馏份油经提质加工(如加氢精制、加氢裂化和重整)得到合格的汽油、柴油和航空煤油等产品。
重质的液固淤浆经进一步分离得到循环重油和残渣。
三、对煤种的不同要求1、间接液化对煤种的要求间接液化工艺对煤种的选择性也就是与之相适应的气化工艺对煤种的选择性。
气化的目的是尽可能获取以合成气(CO+H2)为主要成分的煤气。
目前得到公认的最先进煤气化工艺是干煤粉气流床加压气化工艺,已实现商业化的典型工艺是荷兰Shell公司的SCGP工艺。
干煤粉气流床加压气化从理论上讲对原料有广泛的适应性,几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤及石油焦等固体燃料,对煤的活性没有要求,对煤的灰熔融性适应范围可以很宽,对于高灰分、高水分、高硫分的煤种也同样适应。
但从技术经济角度考虑,褐煤和低变质的高活性烟煤更为适用。
通常入炉原料煤种应满足:灰熔融性流动温度(FT)低于1400℃,高于该温度需加助熔剂;灰分含量小于20%;干煤粉干燥至入炉水分含量小于2%,以防止干煤粉输送罐及管线中“架桥”、“鼠洞”和“栓塞”现象的发生。
2、直接液化对煤种的要求原料煤的特性对所有直接液化工艺的影响是决定性的。
实践表明,随原料煤煤化程度的增加,煤的加氢反应活性开始变化不大,中等变质程度烟煤以后则急剧下降;煤的显微组分中镜质组和稳定组为加氢活性组分,惰质组为非加氢活性组分;原料煤中的硫铁矿为良好的加氢催化剂,矿物质中的碱性物质对液化不利;氧含量高的煤气产率高,液体产率相对较低。
根据加氢液化的大量试验研究结果,认为原料煤一般应符合以下几个条件:高挥发分低变质程度烟煤和硬质褐煤,碳元素含量大致在77%~82%之间;惰质组含量小于15%;灰分含量小于10%。
四、不同的产品结构1、间接液化产品结构分析间接液化产物分布较宽,如SASOL固定流化床工艺,C-4以下产物约占总合成产物的44.1 %,这些气态烃类产物经分离及烯烃歧化转化得到LPG、聚合级丙烯、聚合级乙烯等终端产品。
C+5以上产物约占总合成产物的49.7%,这些液态产物经馏份切割得到石脑油、α-烯烃、C14~C18烷及粗蜡等中间产品。
石脑油经进一步加氢精制,得到高级乙烯料(乙烯收率可达到37%~39%,普通炼厂石脑油的乙烯收率仅为27%~28%左右),也可以重整得到汽油;α-烯烃不经提质处理就是高级洗涤剂原料,经提质处理得到航空煤油;C14~C18烷不经提质处理也是高品质的洗涤剂原料,通过加氢精制和异构降凝处理即成为高级调和柴油(十六烷值高达75);粗蜡经加氢精制得到高品质软蜡。
国内外的相关研究结果表明,现阶段,在我国发展间接液化工艺,适宜定位在生产高附加值石油延长产品即所谓的中间化学品,如市场紧俏的聚合级丙烯、聚合级乙烯、高级石脑油、α-烯烃及C14-C18烷等;若定位在单纯生产燃料油品,由于提质工艺流程长、主产品(如汽油)的质量差,导致经济效益难以体现。
2、直接液化产品结构分析直接液化工艺的柴油收率在70%左右,LPG和汽油约占20%,其余为以多环芳烃为主的中间产品。
由于直接液化产物具有富含环烷烃的特点,因此,经提质处理及馏份切割得到的汽油及航空煤油均属于高质量终端产品。
另外,加氢液化产物也是生产芳烃化合物的重要原料。
实践证明,不少芳烃化合物通过非煤加氢液化途径获取往往较为困难,甚至不可能。
国内外的相关研究结果表明,基于不可逆转的石油资源形势和并不乐观的国际政治形势,在我国发展直接液化工艺,适宜定位在生产燃料油品及特殊中间化学品。
五、对多联产系统的不同影响。
多联产是新型煤化工的一种发展趋势。
所谓多联产系统就是指多种煤炭转化技术通过优化耦合集成在一起,以同时获得多种高附加值的化工产品(包括脂肪烃和芳香烃)和多种洁净的二次能源(气体燃料、液体燃料、电等)为目的的生产系统。
多联产与单产相比,实现了煤炭资源价值的梯级利用,达到了煤炭资源价值利用效率和经济效益的最大化,满足煤炭资源利用的环境最友好。
间接液化属于过程工艺,是构成以气化为“龙头”的集成多联产系统的重要生产环节(单元),也是整个“串联”生产系统中的桥梁和纽带,对优化多联产系统中的生产要素、实时整合产品结构及产量、保证多联产系统最大化的产出投入比具有重要意义。
直接液化属于目标(或非过程)工艺,与煤基间接液化相比,与其它技术“串联”集成多联产系统的灵活性相对较小,通常加氢液化就是整个系统的核心,需要与其它技术互补,来进一步提高自身的技术经济性。
如液化残渣中含有约35%的油,因此,若将油灰渣气化,既避免了油灰渣外排,又得到加氢液化工艺不可或缺的宝贵氢气。
煤的气化技术煤的气化技术除了固定床、流化床、气流床技术,还有熔融床技术和煤炭地下气化技术。
熔融床技术:煤料与空气或氧气随同蒸汽与床层底部呈熔融态的铁、灰或盐相接触的气化过程。
煤炭地下气化技术,地下煤炭气化,它有别于传统的采煤工艺,是通过直接对地下蕴藏的煤炭进行可控制性的燃烧从而产生煤气后,输出地面的一种能源采集方式。
地下煤炭气化,可以更大限度地利用煤炭资源,输出的煤气产品属于洁净能源,可以广泛应用于发电、煤化工和燃气供应。
地下煤炭气化通过相应的设备和运行系统在地下对煤炭进行可控的化学反应,把煤炭直接变成二次清洁能源输出,特别适用于用常规方法不可采或开采不经济的煤层,以及煤矿的二次或多次复采。
地下煤炭气化也是一次能源运输和使用方式的变革,可以通过管道使用清洁燃气,也可以直接使用煤气发电的电力。
同时,煤炭的回收利用率也将大大提高,工人的劳动条件将得到改善。