煤炭液化

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　　煤炭液化是把固態狀態的煤炭通過化學加工，使其轉化為液體產品（液態烴類燃料，如汽油、柴油等產品或化工原料）的技術。煤炭通過液化可將硫等有害元素以及灰分脫除，得到潔凈的二次能源，對優化終端能源結構、解決石油短缺、減少環境污染具有重要的戰略意義。

　　通過脫碳和加氫，煤炭可以直接或間接轉化成液體燃料，一種方法是焦化或熱解，另一種方法是液化。煤炭液化是將煤經化學加工轉化成潔凈的便於運輸和使用的液體燃料、化學品或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。煤炭液化方法包括直接液化、間接液化和共同液化。

　　1.直接液化技術

　　煤的直接液化是在較高溫度((420~470℃)、較高壓力((6~30MPa},溶劑和催化劑存在下對煤加氫裂解，直接轉化成液化油的加工過程。直接液化典型工藝有美國碳氫化合物研究公司的催化兩段煤直接液化工藝(HTI)，德國的煤液化精製聯合Z藝((IGOR),本的NEDOL工藝。(見圖1)

　　在直接液化過程中，煤的大分子結構首先受熱分解，而使煤分解成以結構單元縮合芳烴為單個分子的獨立的自由基碎片.在高壓氫氣和催化劑存在下，這些自由基碎片叉被加氫，形成穩定的低分子物。自由基碎片加氫穩定後的液態物質可分成油類、瀝青烯和前瀝青烯等3種不同成分，對它們繼續加氫，前瀝青烯即轉化成瀝青烯，瀝青烯又轉化成油類物質。油類物質再繼續加氫，脫除其中的氧、氮、硫等雜原子，即轉化成成品油。成品油再經蒸餾，按沸點範圍不同可分為汽油、航空煤油和柴油等。催化劑的作用是吸附氣體中的氫分子，並將其活化成活性氫以便被煤的自由基碎片接受。一般選用鐵系催化劑或鎳、鋁、鈷類催化劑。硫是煤直接液化的助催化劑，有些煤本身含有較高的硫，就可少加或不加助催化劑。

　　(1)美國HTI工藝

　　HTI工藝是在H.COAL工藝和CTSL工藝的基礎上發展起來的，而H.COAL工藝已進行600t/d大型中試，其前身是已經普遍得到工業應用的沸騰床重油加氫裂化H.OIL工藝，CTSL工藝是在H.COAL單段液化工藝的基礎上研製而成的兩段液化工藝。HTI工藝的主要特點是:採用特殊的液體迴圈沸騰床(懸沸床)反應器。達到全返混反應器模式；採用超細、高分散鐵系催化劑，用量少;在高溫分離器後面增加了一個液化油加氫提質固定床反應器。對液化油進行加氫精製;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地回收重質油。從而大幅提高了液化油收率。

　　(2)德國IGOR工藝

　　IGOR工藝是在40年代德國商業化規模IG工藝的基礎上改進而成的。原料煤經磨碎、乾燥後與催化劑、迴圈油一起製成煤漿。加壓至30MPa並與氫氣混合，進入反應器進行加氫液化反應。此工藝在德國的Bottrop建造有200t/d中試廠。設備運轉了2.2萬小時，處理了17萬t煤，生產了8.5萬t餾出產品。其工藝主要特點是:把迴圈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，催化劑採用煉鋁工業的廢渣(赤泥);在固定床催化劑上還能把COz和CO甲烷化，使碳的損失量降到最低限度;迴圈溶劑是加氫油。供氫性能好，煤液化轉化率高。

　　(3)日本NEDOL工藝

　　NEDOL液化工藝是在美國EXXON石油公司1977-1984年開發的EDS工藝基礎上的改進型，在1t/d裝置試驗成功的基礎上。設計建設了150t/d的大型中試廠。主要對次煙煤和低階煙煤進行液化。該工藝特點是:主反應器是一個簡單的液體向上流動的管束反應器。操作溫度為430℃~465℃。操作壓力17MPa19MPa；催化劑採用合成的鐵系催化劑或天然黃鐵礦;大部分的中質油和全部的重質油餾分經加氫後被迴圈作為供氫溶劑，供氫性能優於EDS工藝；固液分離採用減壓蒸餾的方法；該液化工藝的液體產品中含有較多的雜原子。液化油的質量較低，還須加氫提質才能獲得合格產品。

　　2.間接液化技術

　　煤的間接液化是先將煤氣化製成合成氣(CO+H)，在一定溫度和壓力下，定向地催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝。煤炭間接液化工藝主要有3種：①南非的F-T合成工藝，將原料氣直接合成油；②美國的Mobil甲醇-汽油(MTG)工藝，由原料氣合成甲醇，再由甲醇轉化成汽油，③由合成氣直接合成高辛烷值汽油的直接合成工藝。間接液化工藝特點:1.適用煤種比直接液化廣泛；2.可以在現有化肥廠已有氣化爐的基礎上實現合成汽油；3.反應壓力為3NIPa,低於直接液化，反應溫度為550℃，高於直接液化，4.油收率低於直接液化，需5-7t煤出1t油，所以產品油成本比直接液化高出較多。(見圖2)

　　間接液化的典型工藝是F-T合成法。適當控制反應條件和H:/CO比值，在高選擇性催化劑的作用下，主要反應生成烷烴和烯烴。此外，還有合成醇類等氧化合物的反應。F T合成使用的催化劑主要有鐵、鈷、鎳等，用於工業裝置上的有鐵系和鈷系催化劑。另外，還開發了Fe/ZSM-5, Zn-Cr/ZSM-5等催化劑。

　　南非Sasol的F.T合成工藝是目前世界上唯一以煤為原料制取液體燃料並實現商業化的公司，世界上首例漿態床反應器工業化F.T合成技術於1993年在Sasol投產，用於生產蠟和重質燃料油。8啤代初，中科院山西煤炭化學研究所對傳統F.T合成進行了很大改進，提出將傳統的F. T合成與沸石分子篩相結合的固定床兩段合成(簡稱MFF法)和漿態床-固定床兩段合成工藝(簡稱SMFF法)。此外，大連化學物理研究所等科研單位也對F-T合成進行了多方面的研究與探索。

　　3.共同液化(煤油共煉)技術

　　共同液化指同時對煤和非煤烴類液體的提質加工，即將煤與渣油混合成油煤漿，再煉製成液體燃料。由於渣油中含有煤轉化過程所需的大部分或全部的氫，從而可以大幅度降低成本，提高煤液化的經濟性。共同液化由直接液化工藝改進變化而來，指同時對煤和非煤烴類液體的提質加工，烴類液體為所製備煤漿和運移煤的介質 主要有：Lummus Crest共用液化工藝，阿爾伯特研究委員會共用液化工藝等。

　　(1)Lummus Crest共用液化工藝。煤與預加氫的石油渣油混合配成煤漿，併在一個未加催化劑的反應物接觸時間短的反應器中進行反應，反應器內的工作溫度為430T：——45O℃，氫氣壓力為14MPa。從反應器中出來的產品直接進入第二段的Lc_一精煉爐沸騰床反應器，其中的壓力與第一個反應器內的壓力相同，但溫度為400℃435℃，還採用了載體加氫催化劑。

　　(2)阿爾伯特研究委員共同液化工藝。首先第一段採用油團聚技術對煤進行凈化，然後將煤與瀝青、水和可棄鹼金屬催化j混合製成煤漿。將混合物送人逆流反應器的頂部，該反應器內的工作溫度為380℃~400℃，工作壓力為8．7MPa。一氧化碳從反應器的底部送入，一氧化碳在向上流動的過程中通過變換反應，生成氫氣。由於使用了一氧化碳和蒸汽，因此次煙煤較高的氧含量會降低。第二段應使用第二個逆流反應器系統，反應器內的工作溫度為420℃480℃，工作壓力為17．5MPa。此階段可以使用氫氣，也可以使用氧化碳和蒸汽。該段產品不進行迴圈。

　　煤炭液化工藝方法很多，目前正在進行半工業性試驗，按其工藝過程分為三大類：

　　1.溶劑萃取加氫液化：將製備好的煤粉與溶劑按一定比例混合，調製成煤漿，在一定的溫度和氣壓下，進行溶劑萃取及加氫反應，把煤轉化為液態產物。

　　2.直接加氫液化：將製備好的煤粉與溶劑按一定的比例混合，調製成煤漿.送入各種反應器，在高溫高壓和有催化劑的條件下，在反應器內直接進行加氫反應，把煤轉化為液態產物。

　　3.熱解加氫液化：將製備好的煤粉在多段（四段）流化床內先進行低溫乾鎦，然後將乾鎦產品煤焦油再行加氫，制取高級液體燃料。

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