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第37卷第3期煤炭科学技术V ol 137 N o 13 2009年3月Coal Science and Techno logyM a r .2009煤直接液化反应器的设计与开发胡发亭1,毛学锋1,史士东1,霍卫东2(1.煤炭科学研究总院煤化工研究分院,北京 100013;21神华集团有限责任公司煤制油化工有限公司,北京 100011)摘 要:煤直接液化反应器是液化工艺中的核心设备,其工况复杂,条件苛刻,工程放大难度很大。
目前应用的这类反应器主要有3种类型:鼓泡床反应器,强制循环悬浮床反应器,环流反应器。
在对反应器原理进行研究的基础上,深入分析了它们的优缺点,以期对这类反应器的研究与开发有所借鉴。
关键词:煤直接液化;反应器;液化工艺中图分类号:TQ529 文献标志码:A 文章编号:0253-2336(2009)03-0124-05Desi gn and Develop m ent on R eactor of Coal D irect L i quefacti onHU Fa -ting 1,MAO Xue -feng 1,S H I Sh-i dong 1,HUO W e-i dong2(1.C oal Ch e m i cal R esearc h B ranch,Ch i na C oal R esearc h In stit u te ,B eijing 100013,Ch i na;2.C oa lC onverte d O il Che m ic a l Co mpany L t d.,S henhua G roup C orporna tion L t d.,B eiji ng 100011,Ch ina )Abstrac t :The reactor of the coa l direct liquefacti on is t he key equ i p m ent of the coa l li quefaction techn i que .T he pe rf o r m ance o f the reac -tor i s co m pli cated .T he cond iti on of t he reactor is harsh and the eng i nee ri ng enlarge m en t o f the reactor is very d ifficu lt .There are t h ree m a i n reac tors applied ,s uch as a bubbli ng bed reactor ,en f o rced c ircu l a ted fl oa ted bad reactor and t he circu lated flo w reactor .Base on t he research on t he reactor pr i nciple ,t he pape r i n de ta il analyzed the advantages and d isadvantages of the reactors ,wh ich cou l d be the refer -ences to the research and develop m ent o f the reactor .K ey word s :coa l d irect li que facti on ;reactor ;ti que f ac ti on techno logy .基金项目:国家重点基础研究发展规划(973计划)资助项目(2004CB217604)近几年我国石油进口量屡创新高,而石油价格持续在高位攀升,因此我国的能源安全面临严重的威胁。
煤制油的工艺原理及比较所谓“煤制油”本质上是煤炭液化技术。
煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体燃料、化工原料和产品的洁净煤技术。
煤制油技术是以煤炭为原料，通过一系列的化学加工过程中生产油品以及石油化工产品的一项技术，煤制油技术的应用在一定程度上缓解了我国对石油的需求。
但是在煤制油生产过程中，在费托反应器中生成气体中含有大量CO2。
为了不影响后续工序的使用，必须对煤制油合成尾气进行脱除CO2处理。
是针对某煤制油企业废水处理不能达标回用的现状，对其中的预处理和生物处理工艺进行改进研究，目的是提高整个废水处理工艺的处理效率，使废水可以达标回用。
煤制油间接液化工艺主要包括：备煤—煤气化—净化费脱反—应油品加工—油品合成几步标签：煤制油、工艺原理所谓“煤制油”本质上是煤炭液化技术。
煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体燃料、化工原料和产品的洁净煤技术。
即通过化学反应将煤所含的碳氢化合物转换成其他碳氢化合物，如汽油、柴油、甲醇等。
煤的化学成分中氢含量为5%，碳含量比较高，而成品油中氢含量为12%～15%，碳含量较低，且油品为不含氧的液体燃料。
煤制油就是通过煤炭直接加氢转换和间接加氢转换制取混合烃液体燃料油和甲醇。
在煤制油过程中需要外来补充氢而补充氢源。
一般1000kg煤炭需加入140kg氢气，可制得约600kg油品。
根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。
1 煤直接液化技术煤直接液化技术也称为加氢液化技术，是将粉状煤加温加压到适当条件后，之间催化加氢理化，使其降解并加氢转化为液体油品。
该技术最早源于德国，目前国内较为典型的有神华煤直接液化工艺。
将煤炭加热超过300℃时，其中大分子结构较弱的桥键开始断裂，煤分子结构被破坏，产生大量的自由基或以结构单元为基体的自由基碎片，这些受热的自由基相对分子质量在数百范围，在高压条件下加氢溶剂，以自由基形式构成的煤就会进一步转化为油分子、沥青稀，继续加氢可促使油分子、沥青稀进一步裂化为更小分子，最终合成液态烃类燃料并脱除硫、氧等原子。
煤制油直接液化工艺技术剖析摘要：煤制油主要以煤炭为原材料，通过化学加工处理之后而产生油品或石油化工类产品的一项技术。
煤制油包括两种工艺技术门类，一是煤制油直接液化工艺技术，二是煤制油间接液化工艺技术。
本文就煤制油直接液化工艺技术的形式及生产工艺过程作以论述，剖析在该项技术作用下的煤制油的工业化流程。
关键词：煤制油液化工艺技术剖析煤制油轻易液化技术与间接液化技术就是两种相同风格的工艺技术路线，前者就是将煤炭磨粉后经高温高压反应，而构成汽油、柴油燃料，该技术的工艺过程较为繁杂；后者就是将煤炭气体转变沦为一种制备气体（通常为一氧化碳与氢气的混合气体），在经过制备技术将这些混合气体制作沦为汽油、柴油燃料或化工原料等，该技术的发展及应用领域在上个世纪50年代就在南非发展出来，适合于多煤缺油的国家生产油类燃料时采用。
相比之下，煤制油轻易液化工艺技术的发展潜力非常大。
一、煤制油直接液化工艺技术概述煤制油轻易液化工艺技术的运作流程较为简单，首先，将质地较好的煤炭原料研磨成粉末状，再经过高温高压的技术处置，再加之催化剂甲醇轻易液化制备液态烃类物质燃料，通过一系列化学反应而除去硫离子、氧离子等活性物质，生产出来汽油、柴油等燃料。
煤制油轻易化工技术的操作方式管制内容较多，煤制油的环境对于煤炭种类的挑选较严苛，只有符合条件的煤炭就可以生产出来较低杂质的燃油[1]。
从实践中观察，煤制油直接液化工艺技术的特点及工艺制造的形式都较为复杂，而且煤制油工业化的技术还在不断的摸索中，距离技术成熟阶段还有很大一部分发展空间。
1.煤制油轻易液化工艺技术的特点煤制油直接液化技术最早由德国引入国内，并逐步实现该技术的工业化。
煤制油直接液化工艺具有高温高压的技术特点，并且对于煤炭原料的种类要求极为苛刻。
只有将高质量的煤炭原料进行加工处理，才能制造出低杂质的汽油、柴油燃料。
可见，煤制油直接液化工艺技术的特点与一般的工业生产技术略有不同，需要在实践过程中不断摸索。
煤炭直接液化技术总结洁净煤技术——直接液化技术一、德国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70兆帕降至30兆帕，反应温度450～480摄氏度；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％。
原理图：IGOR直接液化法工艺流程工艺流程：煤与循环溶剂、催化剂、氢气依次进入煤浆预热器和煤浆反应器，反应后的物料进入高温分流器，由高温分流器下部减压阀排出的重质物料经减压闪蒸，分出残渣和闪蒸油，闪蒸油又通过高压泵打入系统，与高温分离器分出的气体及清油一起进入第一固定床反应器，在此进一步加氢后进入分离器。
中温分离器分出的重质油作为循环溶剂，气体和轻质油气进入第二固定床反应器再次加氢，通过低温分离器分离出提质后的轻质油品，气体经循环氢压机压缩后循环使用。
为了使循环气体中的氢气浓度保持在所需的水平，要补充一定数量的新鲜氢气。
液化油经两步催化加氢，已完成提质加工过程。
油中的氮和硫含量可降低到10－5数量级。
此产品经直接蒸馏可得到直馏汽油和柴油，再经重整就可获得高辛烷值汽油。
柴油只需加少量添加剂即可得到合格产品。
与其他煤的直接液化工艺相比，IGOR工艺的煤处理能力最大，煤液化反应器的空速为0. 36～0. 50 t /( m3·h)。
在反应器相同的条件下，IGOR工艺的生产能力可比其他煤液化工艺高出50%～100%。
由于煤液化粗油的提质加工与煤的液化集为一体，IGOR煤液化工艺产出的煤液化油不仅收率高，而且油品质量好。
工艺特点：把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失，并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的损失量降到最小。
投资可节约20％左右，并提高了能量效率。
煤直接液化工艺
煤直接液化工艺是一种能够将煤转变为石油的革命性技术。
这项技术可以将煤以有利的经济效益转变为石油，以替代传统石油和其他替代能源，从而节省日益稀少的石油资源。
煤直接液化工艺的发展使得科学家们利用煤更加有效地开发石油，且减少了煤炭污染。
煤直接液化工艺的制备主要分为三个步骤：煤热解、石油生产和石油精制。
煤热解的过程，煤被加热高达2000℃，利用高温高压的状态下，改变煤的化学结构，从而将煤转换为气态物质。
石油生产则是将气态物质进一步合成为液态物质，最终得到原油；最后，精制工艺使原油精制得到合成汽油、柴油及其他含烃，如苯、乙烷等等，这就是煤直接液化工艺的完整过程。
煤直接液化工艺的应用，使得煤焦转换为液体燃料更容易、更快捷，从而消减了大量的碳排放量。
这种工艺可以从概念到实施的过程中，实现有效地利用煤炭资源，同时也减少了空气污染，形成一种绿色低碳的能源经济。
此外，煤直接液化工艺可以有效地利用煤炭资源，提高整体的煤焦炭液燃料性能，并且改善居民生活水平。
综上所述，煤直接液化工艺对于保护石油资源，环境保护和能源节约具有重要意义。
煤直接液化工艺可以有效地减少煤炭消耗，实现节能减排；另外，煤直接液化工艺可以分解、合成更多的石油和燃料，从而获得更多的可再生能源。
此外，在实现经济社会发展的同时，煤直接液化工艺也可以作为一种有效的能源节约技术，有助于改善能源利用结构，促进绿色低碳的发展。
随着人们日益重视环境保护，开发煤直接液化工艺也变得越来越重要。
为了促进能源节约，应提升煤直接液化工艺的社会应用水平，并倡导利用煤直接液化工艺维护环境的理念，以促进各方努力实施煤直接液化工艺，节省能源，保护环境。
煤直接液化制油的设计目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1煤制油的发展历程 (2)1.1.1煤直接液化在世界的发展史 (2)1.1.2 煤炭间接液化制油在世界的发展史 (3)1.1.3 中国煤制油 (4)1.2煤制油的意义 (4)第二章煤炭液化的工艺 (6)2.1直接液化的基本原理 (6)2.1.2、反应模型 (7)2.2单段液化工艺 (7)2.2.1埃克森供氮溶剂法(EDS工艺) (7)2.2.2 IGOR工艺流程描述 (9)2.3、催化两段液化工艺(CTSL工艺) (10)2.4煤间接液化工艺 (12)2.4.1Mobil公司MTG工艺 (12)2.4.2 SASOL工艺 (12)2.4.3SHELL公司的SMDS合成工艺 (13)第三章煤直接液化合成油 (14)3.1埃克森供氢溶剂法（EDS法） (14)3.1.1工艺反应原理 (14)3.1.2工艺流程 (14)3.2影响煤液化的因素 (15)3.3工艺计算 (15)3.3.1物料衡算 (15)3.3.2能量衡算 (19)第四章煤直接液化主要设备 (22)4.1高压煤浆泵 (22)4.2煤浆预热器 (22)4.3煤直接反应器的技术特点 (23)4.4煤直接液化反应器的类型 (24)4.4.1 鼓泡床反应器 (25)4.4.2 强制循环悬浮床反应器 (26)4.4.3 环流反应器 (27)4.4.4 种煤液化反应器的比较 (28)第五章煤炭液化产品的处理 (30)5.1煤液化粗油的性质 (30)5.2液化粗油提质加工 (32)5.2.1 煤液化石脑油馏分的加工 (32)5.2.2 煤液化重油的加工 (33)5.3液化粗油提质加工工艺 (33)5.3.1 日本的液化粗油提质加工工艺 (34)5.4煤液化残渣的利用 (38)第六章结论 (39)参考文献 (40)摘要石油是一种重要的战略物质，有了它，船舰可以乘风破浪，汽车可以翻山越岭，飞机可以穿云透雾……然而，近年来国际石油价格飞涨，供需差距越来越大。
以我国为例，石油年消费量约为2.5亿吨，生产能力仅约15亿吨，预计2005年和2015年消费量将超过2.6亿吨和3.1亿吨，尤其若干年后石油开采枯竭的时候，这些动力和交通工具又该靠什么来运行呢？不必担心，聪慧的科学家们早已为我们设计了一个煤变石油的方案。
许多勘探资料都表明，全世界煤的可开采资源是巨大的，其能量值相当于石油资源的10倍。
煤和石油的形态、形成历史、地质条件虽然不同，但是它们的化学组成却大同小异。
煤中约含碳80％~85％，含氢4％~5％，平均分子量在2000以上。
石油含碳85％，含氢13％，平均分子量在600以内。
从组成上看，它们的主要差异是含氢量和分子量的不同。
因此，只要人为地改变压力和温度，设法使煤中的氢含量不断提高，就可以使煤的结构发行变异，由大分子变成小分子。
当其碳氢比降低到和石油相近时，则煤就可以液化成汽油、柴油、液化石油气、喷气燃料等石油产品了。
同时还可以开发出附加值很高的上百种产品，如乙烯、丙烯、醇、酮、化肥等,经济效益十分可观。
综合我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”。
2003年我国总能源消费量达11.783亿吨油。
其中，煤炭占67.86%，石油占23.35%，天然气占2.5%，水电占5.43%，核能占0.83%。
我国拥有较丰富的煤炭资源，2000~2003年探明储量均为1145亿吨，储采比由2000~2001年116年下降至2002年82年、2003年69年。
而石油探明储量2003年为32亿吨，储采比为19.1年。
在较长一段时间内，我国原油产量只能保持在1.6~1.7亿吨/年的水平。
煤炭因其储量大和价格相对稳定，成为中国动力生产的首选燃料。
在本世纪前50年内，煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。
预计煤炭占一次能源比例将由1999年67.8%、2000年63.8%、2003年67.8%达到2005年50%左右。
我国每年烧掉的重油约3000万吨，石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程，以煤制油己成为我国能源战略的一个重要趋势。
关键词：煤直接液化间接液化技术第一章绪论能源是社会、经济发展的基础。
优化能源消费结构，安全保障能源供应是中国经济建康发展、实现在21世纪中叶达到中等发达国家水平战略目标的重要支持和内容。
随着中国经济的高速发展，如何有效地发挥煤炭资源优势，优化能源结构，解决石油各短缺及由此造成的能源安全问题，已经引起我国政府的高度重视。
我国煤炭资源丰富，煤种齐全，煤炭资源占能源储量的92%，这就决定了我国的能源生产和消费在相当长的时期仍以煤炭为主，目前占70%左右。
随着能源消费总量的增加，煤炭需求总量将增加，大幅度减少煤炭消费是较难办到的。
另外，我国能源分布不均，重心偏西偏北，而经济发达区域偏南偏东，常规能源需要长途运输才能满足需求，而且烟煤型污染已经给生态环境带来严重问题。
因此为了减少环境污染，提高煤炭利用效率，减少消费，降低CO2 排放量，生产便于运输的燃料，开发出了煤炭液化技术。
煤炭液化技术是指煤炭转化为液态烃的技术，可将煤转化为汽油、柴油、LPG等产品。
因此，以国内丰富的煤炭资源为基础，大力发展煤炭液化技术，尽快实现商业化生产，并最终形成新的煤炭能源转化产业，对于平衡我国能源结构，解决石油短缺具有重大战略意义，其产业前景非常乐观。
从国家政策来看，以煤代油是中国长期能源政策中的重要组成部分，中央及地方政府十分支持“煤代油”技术的发展，其中煤炭液化是“煤代油”主要技术之一。
我国已将发展煤炭液化列入国家“十五”发展规划，中央高层领导对煤炭液化技术的发展也十分重视和支持。
发展煤炭液化作为我国保证煤炭工业可持续展，缓解环境恶化，优化能源结构，解决石油短缺，保证能源供应安全的最有效途径之一。
1.1 煤制油的发展历程煤液化技术可分为直接液化和间接液化两大类。
接近工业化的煤直接液化技术有 :德国 IG-OR工艺 ,美国 HTI工艺 ,日本 NEDOl工艺 ;已商业化的煤间接液化技术有 :南非 Sasol固定床高温工艺石油一直是全球各国重要的战略资源。
1.1.1煤直接液化在世界的发展史煤的直接液化：煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国，1927年在Leuna 建成世界上第一个10万吨／年直接液化厂。
1936～1943年间，德国先后建成11套直接液化装置，1944年总生产能力达到400万吨／年，为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50％的汽车及装甲车用油。
第二次世界大战结束，美国、日本、法国、意大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。
50年代后期，中东地区廉价石油的大量开发，使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。
1973年，爆发石油危机，煤炭液化技术重新活跃起来。
德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。
目前不少国家已经完成了中间放大试验，为建立商业化示范厂奠定了基础。
世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化（IGOR）工艺，美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。
这些新液化工艺的共同特点是煤炭液化的反应条件比老液化工艺大为缓和，生产成本有所降低，中间放大试验已经完成。
目前还未出现工业化生产厂，主要原因是生产成本仍竞争不过廉价石油。
今后的发展趋势是通过开发活性更高的催化剂和对煤进行顶处理以降低煤的灰分和惰性组分，进一步降低生产成本。
1.1.2 煤炭间接液化制油在世界的发展史煤炭间接液化技术主要有三种，即的南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的莫比尔法（Mobil）和正在开发的直接合成法。
目前，煤间接液化技术在国外已实现商业化生产，全世界共有3家商业生产厂正在运行，它们分别是南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤炭间接液化厂。
新西兰煤炭间接液化厂采用的是Mobil液化工艺，但只进行间接液化的第一步反应，即利用天然气或煤气化合成气生产甲醇，而没有进一步以甲醇为原料生产燃料油和其它化工产品，生产能力1.25万桶/天。
马来西亚煤炭间接液化厂所采用的液化工艺和南非萨索尔公司相似，但不同的是它以天然气为原料来生产优质柴油和煤油，生产能力为 50万t/年。
因此，从严格意义上说，南非萨索尔公司是世界上唯一的煤炭间接液化商业化生产企业。
南非萨索尔公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生产燃料油的Sasol-1厂。
70年代石油危机后，1980年和1982年又相继建成Sasol-2厂和Sasol-3厂。
3个煤炭间接液化厂年加工原煤约4600万t，产品总量达768万t，主要生产汽油、柴油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113种产品，其中油品占60%，化工产品占40%。
该公司生产的汽油和柴油可满足南非28%的需求量，其煤炭间接液化技术处于世界领先地位。
此外，美国SGI公司于80年代末开发出了一种新的煤炭液化技术，即LFC（煤提油）技术。
该技术是利用低温干馏技术，从次烟煤或褐煤等非炼焦煤中提取固态的高品质洁净煤和液态可燃油。
美国SGI公司于1992年建成了一座日处理能力为1000t 的次烟煤商业示范厂。
1.1.3 中国煤制油我国从70年代末开始进行煤炭直接液化技术的研究和攻关，其目的是用煤生产汽油、柴油等运输燃料和芳香烃等化工原料。
煤炭科学研究总院通过“六五”到“九五”的科技攻关和国际合作，先后从日本、德国引进2套直接液化小型连续试验装置，从美国引进一套液化油提质加工试验装置，规模均为0.1t/天，并建有先进的原料及产品分析检验装备。
经过近20年的试验研究，找出了14种适于直接液化的中国煤种；选出了5种活性较高的、具有世界先进水平的催化剂；完成了4种煤的工艺条件试验，为开发适于中国煤种的煤直接液化工艺奠定了基础；成功地将煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。
目前，从煤一直到合格产品的全流程已经打通，煤炭直接液化技术在中国已完成基础性研究，为进一步工艺放大和建设工业化生产厂打下了坚实的基础。
我国从50年代初即开始进行煤炭间接液化技术的研究，曾在锦州进行过4500t/年的煤间接液化试验，后因发现大庆油田而中止。
由于70年代的两次石油危机，以及“富煤少油”的能源结构带来的一系列问题，我国自80年代初又恢复对煤间接液化合成汽油技术的研究，由中科院山西煤化所组织实施。
“七五”期间，山西煤化所开的煤基合成汽油技术被列为国家重点科技攻关项目。
1989年在代县化肥厂完成了小型实验。
“八五”期间，国家和山西省政府投资2000多万元，在晋城化肥厂建立了年产2000吨汽油的工业试验装置，生产出了90号汽油。
在此基础上，提出了年产10万吨合成汽油装置的技术方案。
目前，万吨级煤基合成汽油工艺技术软件开发和集成的研究正在进行，从90年代初开始研究用于合成柴油的钴基催化剂技术也正处在试验阶段。
