煤炭液化技术现状与展望

第29卷第2期科学管理研究Vol. 29 No. 22011年4月SCIENTIFIC MANAGEMENT RESEARCHApr. 2011文章编号:1004-115X(2011)02- 0080-03煤炭液化技术现状与展望包亚莉,李永丽,寇丽杰(内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051)摘要:简要地介绍了我国的能源发展现状,简述了煤液化技术的国内外发展概况、堞液化反应机理及工艺分类,介绍了煤炭的液化技术和工艺条件。关键词:煤炭;液化技术;液化工艺;F-T合成中團分类号:TQ529文献标识码:A DOI:10. 3969/J. ISSN. 1004- 115X.2011.02.018Status and Prospect of Coal Liquefaction TechnologyBAO Ya- -li,LI Yong-li, Kou Li-jie(Inner Mongolia University of Technology , Inner Mongolia Hohhot 010051 ,China)Abstract: This article briefly describes the status of China's energy development. Outlines the development ofcoal liquefaction technology at home and abroad overview of coal liquefaction reaction mechanism and process classi-fication, introduced the coal liquefaction technology and process conditions.Key words:Coal;Liquefaction rechnology;Liquefaction process;F - T synthesis仍有可能保持在50 %以上”。充分利用我国丰富1引言的煤炭资源,大力开发以煤代油技术是缓解我国- -随着我国经济的高速发展,各行业对能源-次能源结构中原油供应不足的措施之-。通过脱碳特别是石油的需求逐年增加。相关资料显示,2003和加氢,煤炭可以直接或间接转化成液体燃料,其中年中国石油消费量已达到2.52亿t,净进口量达到- -种方法是焦化或热解,另外一种方法是液化。煤9 112.63万t,进口原油占国内原油消费量的比重炭液化通常是将煤经化学加工转化成洁净的便于运达到36.1%.中国已成为仅次于美国的世界第二输和使用的液体燃料、化学品或化工原料的一种先大石油消费国。而且,我国富煤、少油、少气的能源进的洁净煤技术。随着石油储量的逐渐减少,可以结构会导致石油进口的依存度将进-一步加大。预计预见在未来的一定时期,将需要替代性液体燃料。到2020年,石油的对外依存度有可能接近60%,由于全球的煤炭储量比较丰富,因此煤炭液化可作2030年将达到74%”。所以,从战略上考虑,开发为替代液体燃料来源之一。以煤代油技术是解决我国能源安全的途径之一-。因2国内外煤炭液化技术现状此,立足于我国相对丰富的煤炭资源,大力发展煤炭液化技术并尽快使之产业化将是解决我国石油资源所谓煤炭液化,就是把固体的煤炭通过化学加短缺、平衡能源结构、保障能源安全及国民经济持续工的方法,使其转化为液体燃料、化工原料等产品的稳定发展的重要战略举措。过程。根据加工路线的不同,通常把煤液化分为直我国煤炭的储量比较丰富,累计探明保有储量接液化和间接液化两大类。超过1万亿t,占世界储量的11.60%,其中经济可2.1 直接液化的典型工艺采储量约占30%。煤炭在全国一次能源生产和消煤炭直接液化是在高温高压下,在溶剂和催化费中的比例- -直占70%以上,在未来30~50年内，剂存在下对煤加氢裂解直接转化为液化油的工艺过收稿日期:2010- -12- -22中国煤化工作者简介:包亚莉(1969-).女,辽宁省彰武县人，内蒙古工业大.MYHC NM H G要研究方向:化学工程与工艺。第2期煤炭液化技术现状与展望8程。煤直接液化的操作条件苛刻,对煤种的依赖性2.1.3日本 NEDOL工艺NEDOL 液化工艺是强。20世纪70年代以后,美国、德国、日本和前苏美国EXXON石油公司1977 年~1984年开发的联等主要工业发达国家相继开发出多种工艺,试验EDS工艺的改进型,在1t/d装置试验成功的基础规模也从试验室小试发展到每天数百吨级的大型中上,设计建设了150t/d 的大型中试厂,主要对次烟试(9.0。煤炭直接液化工艺见图1,具有代表性的几煤和低阶烟煤进行液化。该工艺特点是:①主反应种工艺开发情况见表1。器是一个简单的液体向上流动的管束反应器,操作380-390C，15-18MP温度为430C ~465C ,操作压力17~ 19MPa;②催隘化剂FeS系)氢气400-470公。10-30MP化剂采用合成的铁系催化剂或天然黄铁矿;③大部分中质油和全部重质油馏分经加氢后被循环作为供媒提贩加一汽油氢溶剂，供氢性能优于EDS工艺;④固液分离采用(S0.2mm)\备单元单元厂 单元 工单元 面减压蒸馏法。但该液化工艺的液体产品中含有较多循环济制煤油的杂原子,液化油的质量较低,还需加氢提质才能获得合格产品。團1煤炭直接液化工艺流程简 圉2.1.4我国煤直接液化技术的开发研究 我国 自表1煤直接液化的典型工艺开发情况1980年重新开展煤炭直接液化技术研究,主要由煤炭科学研究总院北京煤化学研究所承担。该所建成圜别试验规横试验时间地点开发机构工艺/nd-1煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检美国EDS251979~1983BaytownEXXO验实验室,通过国际合作引进了3套煤直接液化小美国H-COAL 600 1979~1982 Calsburg HRI型连续试验装置,开展了“煤种评价与选择”、“工艺美国HTI195至今LawrencevilleHTI条件与催化剂的研究"、“液化油的提质加工”等基础德园IGOR201981~1987 BottopRAGPVEBA研究和技术开发,取得了一批科研成果。通过对我日本NEDOL151996~1998日本鹿岛NEDO国十几个省、自治区的上百个煤种进行液化特性试2.1.1 美国HTI工艺HTI工艺是在H-COAL验研究,优选出14种液化特性较好的煤种;分别与工艺和CTSL工艺的基础上发展起来的,而H-日本(黑龙江依兰煤和神华集团上湾煤)、美国(神华COAL工艺已进行600t/d 大型中试，其前身是已集团马家塔煤)、德国(云南先锋煤)有关政府部门和经普遍得到工业应用的沸腾床重油加氢裂化H-公司合作完成了在中国建设3个煤液化商业化示范OIL工艺。CTSL工艺是在H-COAL单段液化工工厂的可行性研究。艺的基础上开发的两段液化工艺。HTI工艺的主2.2间接液 化的典型工艺要特点是:①采用特殊的液体循环沸腾床(悬沸床)煤的间接液化是以煤基合成气为原料,在一定反应器，达到全返混反应器模式;②采用超细、高分的温度和压力下,定向催化合成烃类燃料油和化工散铁系催化剂,用量较少;③在高温分离器后面增加原料的工艺。煤的间接液化技术是由德国科学家了一个液化油加氢提质固定床反应器,对液化油进Fischer和Tropsch于1923年研制并开发的，简称行加氢精制;④固液分离采用临界溶剂萃取的方法，F-T合成。从1936年~1955年,全世界共建成了从液化残渣中最大限度地回收重质油,从而大幅提18个煤的间接液化生产厂,总生产能力达到100万高了液化油回收率。t●a~'.目前，国外商业化的煤间接液化的典型技2.1.2德国 IGOR工艺IGOR 工艺是在20世纪术是南非SASOL公司的F-T合成技术，此外荷40年代德国商业化IG工艺的基础上改进而成的。兰Shell公司的SMDS技术(在马来西亚建厂,以天原料煤经磨碎、干燥后与催化剂、循环油- -起制成煤然气为原料的合成工艺)、Mobil公司的MTG合成浆,加压至30MPa并与氢气混合,进入反应器进行技术(在新西兰建厂)等都已商业化。加氢液化反应。应用此工艺在德国的Bottrop建造2.2.1南非 SASOL间接液化工艺5) SASOL 间了200t/d中试厂,设备运转了212万h,处理了17接液化工艺是根据20世纪30年代和40年代在德万t煤,生产了815万t馏出产品。主要特点是:①国和其它国家普遍使用的F- T液化工艺的基础上把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化研 制而成的,经过40多年的连续研究,Sasol公司已串联在一套高压系统中,避免了分立流程物料降温经在合成反应环节上进行了实质性的改进,采用低降压又升温升压带来的能量损失;②采用炼铝工业温(LTFT)工共和高温(HTFT)工艺生产合成气。的废渣(赤泥)作催化剂;③在固定床催化剂的作用2.2.中国煤化工sol公司的LTFT下,可使CO2和CO甲烷化,使碳的损失量降到最YHCNMHG度较低(220°C~低限度;④循环溶剂是加氢油,供氢性能好,煤液化270C)，工作压力3. U~5. uMra,产品以煤油、柴油转化率高。和蜡为主。气化单元采用Lurgi炉,早期的F- T82科学管理研究第29卷合成单元器采用列管式Arge固定床,不存在催化并 维持催化剂活性的稳定,流化床反应器的工作温剂和液态产物分离的问题,但催化剂床层压力降大，度保持在410C ,几乎恒温,工作压力仅为0. 3MPa.更换催化剂的难度大。后来该公司开发出浆态床反汽油的产率与固定床的产率相当。应器和将液态产物与催化剂分离的独有技术,用于1.2.3我国煤间接液化技术的开发研究(7,0)我低温F-T合成工艺。漿态床反应器结构简单,传国在上世纪50年代初就开始了煤的间接液化工艺热效率高,可在等温下操作,易于控制操作参数,但的开发,曾在锦州运行过500t●a~ '的煤间接液化存在传热阻力较大的问题,这正是目前F-T合成工厂,后来因开发大庆油田而中止。80 年代初,因的研发热点。两次能源危机又恢复了对煤间接技术的研究和开2.2.1.2 HTFT 合成工艺。Sasol 公司的HTFT发。中科院山西煤炭化学研究所开始进行F-T合工艺采用熔铁催化剂，反应温度较低(300C~成法的研究,对传统F- T合成法进行了很大改进，350C),工作压力2. 0~3.0MPa,产品主要为汽油提出将传统的F-T合成与沸石分子筛相结合的固和轻烯烃。气化单元采用Lurgi炉,早期的F-T定床两段合成(简称MFT法)和浆态床一-固定床合成单元器采用Synthol循环流化床,但结构复杂，两段合成工艺(简称SMFT法)。SMFT法于1990操作费用高,重质烃的选择性差。1992 年Sasol公年完成模试,MFT合成油厂于1994年11月完成了司开发出SAS固定流化床反应器,反应器结构简70余天的2000t/a工业性试验，为进--步商业化生单,体积小,操作费用低。产奠定了基础。此外,大连化学物理研究所等科研高温煤间接液化工艺的产品以汽油和轻烯烃为单位也对F-T合成工艺进行了多方面的研究与探主,经提质加工后可得到高质量的汽油。低温煤间索。目前,我国已经具备了建设万吨级规模生产装接液化工艺的产品以链状烃为主,主要为煤油、柴油置的技术储备,在关键技术、催化剂的研究开发方面并含一定量的石脑油和石蜡。其石脑油馏分可转化拥有了自主的知识产权。为含氧化合物作汽油调和组分,或直接作裂解原料3结束语生产乙烯。将煤油.柴油以上馏分进行加氢异构降凝后,得到的柴油馏分芳烃质量含量小于3%,十六从我国煤多油少的现状,从我国对煤炭液化技烷值在70以上,硫含量小于1μg/g,符合《世界燃料术的消化、吸收及掌握,中国煤炭液化的产业化前景规范》I类柴油的要求,而其十六烷值远高于该规范非常乐观。同时,发展煤炭液化技术可以满足对液要求,是非常好的提高柴油十六烷值的调和组分。体燃料日益增长的需求,降低对石油进口的依赖,是2.2.2 Mobil MTG间接液化工艺[6] Mobil 公司解决清洁二次能源的途径;对于我国合理、有效利用的甲醇一汽油 (MTG)间接液化工艺利用两个截能源,对于国家安全和可持续发展具有重大战略然不同的阶段从煤或天然气中生产汽油。新西兰建意义。造了一座1.25万桶/d的商业化液化厂,处理从参考文献:Maui矿区生产的气体,但只生产甲醇。第一阶段,利用蒸汽对天然气进行结构重整或[1]高晋生，张德祥。煤液化技术(M].北京:化学工业出版用煤炭气化而生产的合成气与同催化剂发生反应，杜.2005.生产出产率近100%的甲醇。反应发生的温度为[2]舒歌平。煤炭液化技术[M].北京:煤炭工业出版杜.2003.260C ~350C ,压力为5~7MPa。第二阶段,在高活性铝催化剂的作用下，在(3]郝临山。洁净煤技术[MD.北京:化学工业出版社，2006.300C的温度条件下甲醇经过部分脱水形成二甲醚,[4]程黎花。高效清洁煤炭转化技术现状[J].科技情报开发与经济,2006.16(11).然后再在固定床中的沸石ZSM-5催化剂的作用下(5]张伟。煤间接液化技术的研究与开发[J].陕酉煤炭，发生反应。所有反应均为放热反应,物料进入反应2005,(1).器时温度为360C, 从反应器出来时温度达到[6]郝学民，张浩勤。煤液化技术进展与展望CJ].煤化工，415C。反应器中的工作压力为2. 2MPa.经一系2008 .36<4).列反应后,甲醇和二甲醚先转化成烯烃,然后再转化[7]杜志军。煤炭资源的可持续发展与洁煤技术[J].中国成饱和烃。处于汽油沸点范围内的物质占全部烃产科技信息，2006.(3).物的80%。在新西兰的液化厂,将副产品丙烷、丁[8)王光彬。煤间接液化技术及发展前景CJ].当代化工。2009 ,38(1).烷烷基化后,汽油的产率达90%,辛烷值为93. 7.中国煤化工与固定床相比,流化床反应器可以更好的控制温度FYHCNMHG