煤液化技術

煤液化技術分為直接液化和間接液化，直接液化是指煤在氫氣和催化劑作用下，通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程，間接液化是以煤為原料，先氣化製成合成氣，然後，通過催化劑作用將合成氣轉化成烴類燃料、醇類燃料和化學品的過程。

分類

直接液化

（1）煤直接液化煤在氫氣和催化劑作用下，通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程稱為直接液化。裂化是一種使烴類分子分裂為幾個較小分子的反應過程。因煤直接液化過程主要採用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。

間接液化

（2）煤間接液化間接液化是以煤為原料，先氣化製成合成氣，然後，通過催化劑作用將合成氣轉化成烴類燃料、醇類燃料和化學品的過程。　煤炭直接液化是把煤直接轉化成液體燃料，煤直接液化的操作條件苛刻，對煤種的依賴性強。典型的煤直接液化技術是在400℃、150個大氣壓左右將合適的煤催化加氫液化，產出的油品芳烴含量高，硫氮等雜質需要經過後續深度加氫精制才能達到目前石油產品的等級。一般情況下，一噸無水無灰煤能轉化成半噸以上的液化油。煤直接液化油可生產潔淨優質汽油、柴油和航空燃料。但是適合於大噸位生產的直接液化工藝目前尚沒有商業化，主要的原因是由於煤種要求特殊，反應條件較苛刻，大型化設備生產難度較大，使產品成本偏高。

液化煤的發展

煤直接液化技術研究始於上世紀初的德國，1927年在Leuna建成世界上第一個10萬噸/年直接液化廠。1936～1943年間，德國先後建成11套直接液化裝置，1944年總生產能力達到400萬噸/年，為德國在第二次世界大戰中提供了近三分之二的航空燃料和50%的汽車及裝甲車用油。第二次世界大戰結束，美國、日本、法國、義大利及前蘇聯等國相繼開展了煤直接液化技術研究。50年代後期，中東地區廉價石油的大量開發，使煤直接液化技術的發展處於停滯狀態。1973年，爆發石油危機，煤炭液化技術重新活躍起來。德國、美國及日本在原有技術基礎上開發出一些煤直接液化新工藝，其中研究工作重點是降低反應條件的苛刻度，從而達到降低液化油生產成本的目的。目前不少國家已經完成了中間放大試驗，為建立商業化示範廠奠定了基礎。

世界上有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點是煤炭液化的反應條件比老液化工藝大為緩和，生產成本有所降低，中間放大試驗已經完成。目前還未出現工業化生產廠，主要原因是生產成本仍競爭不過廉價石油。今後的發展趨勢是通過開發活性更高的催化劑和對煤進行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進一步降低生產成本。

一、德國IGOR工藝

1981年，德國魯爾煤礦公司和費巴石油公司對最早開發的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進行了改進，建成日處理煤200噸的半工業試驗裝置，操作壓力由原來的70兆帕降至30兆帕，反應溫度450～480℃；固液分離改過濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘渣中氣化制氫，輕油和中油產率可達50%。

工藝特點：把循環溶劑加氫和液化油提質加工與煤的直接液化串聯在一套高壓系統中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來的能量損失，並在固定床催化劑上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的損失量降到最小。投資可節約20%左右，並提高了能量效率。

二、美國HTI工藝

該工藝是在兩段催化液化法和H－COAL工藝基礎上發展起來的，採用近十年來開發的懸浮床反應器和HTI擁有專利的鐵基催化劑。

工藝特點：反應條件比較緩和，反應溫度420～450℃，反應壓力17兆帕；採用特殊的液體循環沸騰床反應器，達到全返混反應器模式；催化劑是採用HTI專利技術製備的鐵系膠狀高活性催化劑，用量少；在高溫分離器後面串聯有線上加氫固定床反應器，對液化油進行加氫精制；固液分離採用臨界溶劑萃取的方法，從液化殘渣中最大限度回收重質油，從而大幅度提高了液化油回收率。

三、日本的NEDOL工藝

1978~1983年，在日本政府的倡導下，日本鋼管公司、住友金屬工業公司和三菱重工業公司分別開發了三種直接液化工藝。所有的項目是由新能源產業技術機構（NEDO）負責實施的。1983年，所有的液化工藝以日產0.1~2.4t不同的規模進行了試驗。新能源產業技術機構不再對每個工藝單獨支持，相反將這三種工藝合併成NEDOL液化工藝，主要對次煙煤和低階煙煤進行液化。有20家公司合併組成了日本煤油有限公司，負責設計、建造和經營一座250噸/天規模的小型試驗廠。但是，該項目於1987年由於資金問題**擱置。一座1t/d的工藝支持單元（PSU）按計畫於1988年安裝投產，項目總投資3000萬美元，由於各種原因該項目進展的斷斷續續。1988年，該項目被重新規劃，中試規模液化廠的生產能力被重新設計為150t/d。新廠於1991年10月在鹿島開工，於1996年初完工。

從1997年3月~1998年12月，日本又建成了5座液化廠。這5座液化廠對三種不同品種的煤（印度尼西亞的Tanito Harum煤和Adaro煤以及日本的Ikeshima煤）進行了液化，沒有太大問題。液化過程獲得了許多數據和結果，如80天連續加煤成功運轉，液化油的收率達到58wt%（乾基無灰煤），煤漿的濃度達50%，累計生產時間為6200小時。

四、俄羅斯FFI工藝

俄羅斯煤加氫液化工藝的特點為：一是採用了自行開發的瞬間渦流倉煤粉乾燥技術，使煤發生熱粉碎和氣孔破裂，水分在很短的時間內降到1.5～2%，並使煤的比表面積增加了數倍，有利於改善反應活性。該技術主要適用於對含內在水分較高的褐煤進行乾燥。二是採用了先進高效的鉬催化劑，即鉬酸銨和三氧化二鉬。催化劑添加量為0.02～0.05%，而且這種催化劑中的鉬可以回收85～95%。三是針對高活性褐煤，液化壓力低，可降低建廠投資和運行費用，設備製造難度小。由於採用了鉬催化劑，俄羅斯高活性褐煤的液化反應壓力可降低到6～10兆帕，減少投資和動力消耗，降低成本，提高可靠性和安全性。但是對煙煤液化，必須把壓力提高。

煤炭和原油都是化石燃料，不同點是煤炭的含碳量高，含氫量低，結構緊密。煤炭一般碳含量在60%到90%，部分無煙煤甚至含碳量高達95%以上，而氫含量一般在5%左右。與液體燃料相比，煤炭不便於處理和運輸，最重要的是煤炭不能夠直接提供給內燃機和其它的內燃設備直接使用，而這些設備目前廣泛用於各種運輸車輛上，用於運輸燃料的原油消費量超過了世界石油總消費量的50%。

液體燃料的廣泛用途吸引了各國對煤制油（CTO）的研究。美國、日本、英國和德國等主要國家歷史上都曾進行過大型煤炭液化的研發項目，出現了多種煤炭液化的工藝技術，但目前南非仍是唯一商業化運轉煤炭液化的國家。2004年以來國際油價的迅速上漲又吸引了包括中國在內的很多國家對煤化油工業化的興趣。

煤液化技術

作者： 高晉生、張德祥 定價： ¥ 38.00 元

出版社： 化學工業出版社 出版日期： 2005年03月

ISBN： 7-5025-6508-6 開本： 16 開

類別： 能源化學化工 頁數： 480 頁

簡介

本書為《煤清潔轉化新技術叢書》之分冊。全書共3章，第1章介紹了煤和石油化學的基礎知識；第2章詳細介紹了煤直接液化技術，包括工藝、催化劑、設備及重要工程問題、技術經濟分析等；第3章主要介紹了煤間接液化技術，包括合成原理、催化劑、合成工藝及工程化問題、技術經濟分析，並介紹了二甲醚、醇類燃燒和碳一化工重要產品等內容。本書以化學-工藝-工程-技術經濟為主線。

目錄

第1章引論1

1?1我國能源狀況與安全分析1

1?1?1能源狀況分析1

1?1?2我國石油的需求與安全4

1?2發動機燃料7

1?2?1概論7

1?2?2汽油9

1?2?3柴油16

1?2?4噴氣燃料21

1?3煤液化用原料煤25

1?3?1成煤過程和煤的分類25

1?3?2煤的基本分析指標29

1?3?3煤的化學結構38

1?3?4煤的若干物理和物理化學性質42

1?3?5煤的若干化學性質48

1?4石油化學與加工57

1?4?1原油的組成57

1?4?2原油的化學分類和評價63

1?4?3石油煉製概要68

1?5合成氣的生產91

1?5?1煤氣化制合成氣91

1?5?2由天然氣生產合成氣100

1?5?3由焦爐氣和煉油廠乾氣生產合成氣105

1?5?4原料氣和粗合成氣的淨化107

1?6制氫112

1?6?1制氫工藝分類112

1?6?2由合成氣制氫113

1?6?3從富氫氣體分離回收氫115

主要參考文獻122

第2章煤直接液化技術123

2?1煤直接液化技術沿革123

2?1?1煤炭液化概述123

2?1?2國外煤炭直接液化技術沿革125

2?1?3中國煤炭直接液化技術開發概況129

2?2煤直接液化化學130

2?2?1煤加氫液化過程中的化學反應130

2?2?2煤炭加氫液化的實驗研究方法135

2?2?3煤加氫液化的反應歷程137

2?2?4煤加氫液化反應動力學141

2?2?5煤加氫液化的影響因素146

2?3直接液化催化劑162

2?3?1概述162

2?3?2煤加氫液化催化劑種類167

2?3?3催化劑在煤加氫液化中的作用178

2?3?4影響催化劑活性的因素180

2?3?5液化粗油提質加工催化劑184

2?3?6催化劑生產187

2?4煤直接液化工藝195

2?4?1煤加氫液化工廠工藝流程簡述197

2?4?2煤直接催化加氫液化工藝206

2?4?3煤加氫抽提液化工藝218

2?4?4俄羅斯低壓加氫液化工藝流程233

2?4?5煤油共煉（COP）工藝235

2?4?6中國神華煤直接液化工藝237

2?5煤直接液化初級產品及其提質加工238

2?5?1煤直接液化初級產品（液化粗油）的性質238

2?5?2液化粗油的提質加工化學247

2?5?3液化粗油的提質加工工藝261

2?6煤直接液化的關鍵設備和若干工程問題268

2?6?1煤漿預熱器268

2?6?2反應器278

2?6?3高溫氣體分離器292

2?6?4高壓低溫分離器294

2?6?5高壓換熱器294

2?6?6加氫設備的主要損傷形式297

2?6?7催化劑298

2?6?8液化殘渣分離和高效利用301

2?6?9磨損與堵塞305

2?6?10工程設計需要一些數據305

2?7煤直接液化技術經濟分析311

2?7?1煤直接液化技術分析312

2?7?2經濟性316

主要參考文獻323

第3章煤間接液化技術327

3?1煤間接液化的歷史與現狀327

3?1?1煤間接液化的歷史327

3?1?2間接液化的現狀和技術發展329

3?2費托合成的原理331

3?2?1費托合成反應331

3?2?2費托合成反應的熱力學分析333

3?2?3反應機理342

3?2?4產物分布348

3?2?5FT合成動力學353

3?2?6FT合成的影響因素360

3?3FT合成催化劑370

3?3?1工業催化劑簡介370

3?3?2FT合成催化劑的組成和功能374

3?3?3FT合成催化劑的製備378

3?3?4FT合成催化劑的失活、中毒和再生381

3?3?5新催化劑的研究與開發383

3?4FT合成工藝與產品384

3?4?1Sasol公司的有關情況384

3?4?2合成工藝390

3?5FT 合成工程化中的若干問題403

3?5?1FT催化合成反應器404

3?5?2反應器床層溫度與熱傳遞410

3?5?3間接液化的技術經濟分析414

3?6由CO和H2合成甲醇和低碳混合醇417

3?6?1低碳醇的性質和用途417

3?6?2低碳醇合成的化學原理419

3?6?3合成低碳醇的催化劑422

3?6?4低碳醇合成工藝424

3?7由CO和H2合成二甲醚427

3?7?1二甲醚的性質與用途427

3?7?2合成氣直接合成二甲醚的原理430

3?7?3一步法合成二甲醚的生產工藝436

3?7?4二甲醚經濟439

3?8MTG技術442

3?8?1甲醇轉化為烴類的化學原理443

3?8?2催化劑447

3?8?3甲醇制汽油的工藝450

3?8?4甲醇制烯烴（MTO）456

3?9碳一化學其他產品和發展前景459

3?9?1甲醇羰基化制醋酸/醋酐460

3?9?2其他碳一化工產品464