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淺析煤液化技術

文檔作者：郭艷玲文檔來源：潞安環(huán)能股份公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月25日
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總第176期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2014．04．025
淺析煤液化技術
郭艷玲
(潞安環(huán)能股份公司技術中心，山西長治046204)
摘要：文章簡要介紹了煤炭液化意義，以及煤的直接液化和間接液化技術的原理、典型工藝等。
關鍵詞：直接液化；間接液化；原理；工藝
中圖分類號：TQ529 文獻標識碼：B 文章編號：1005—2798(2014)04—0059—03
煤炭是一種碳含量高，但氫含量只有5％ 的固
體．與液體燃料相比，使用和運輸都很麻煩，而直接燒
固體煤，不僅熱效率低，浪費大，還會放出二氧化硫、
氧化氮等多種有害氣體，嚴重污染環(huán)境。為預防或減
少煤燃燒對環(huán)境和人體健康帶來的危害。提高煤炭利
用率。近年來，世界各國都開展了對煤變油技術的研
究，其中主要包括對煤的氣化和液化技術。煤變油是
指將煤轉化加工，生產出汽油、柴油、液化石油氣等液
體燃料的煤液化技術。煤的液化技術又可分為煤的
直接液化技術和煤的間接液化技術。
1 煤的直接液化
1．1 煤直接液化的概述
煤的直接液化又叫加氫液化，一般是指將煤粉、
催化劑和溶劑混合在液化反應器中，在適宜的溫度和
壓力條件下，將煤直接轉化為液化油的過程。其優(yōu)
點：熱效率高，液體產品收率高；缺點：工藝過程各步
驟操作條件極為苛刻，氫耗費用約占40％，氫源的價
格影響了液化產品的經濟競爭力。
1．2 煤直接液化的發(fā)展
1913年．德國人F·Bergius發(fā)現(xiàn)在4OO～500℃ 、
20 MPa的高溫高壓下加氫，可以將煤或煤焦油轉化
為液體燃料。其后德國IG公司在M·Pier的領導下，
成功地開發(fā)了液相和氣相兩段加氫的工藝，并在1927
年將此技術實現(xiàn)了商業(yè)化生產。二戰(zhàn)期間，德國為了
滿足戰(zhàn)爭對液體燃料的需要，建立了12個煤炭直接
液化生產廠，總規(guī)模達到了40O萬t／a，戰(zhàn)爭后這些廠
全部停產或轉產。在20世紀70年代的兩次石油危
機影響下。西方主要發(fā)達國家開始重新審視煤作為一
次能源的重要性，而煤液化技術作為一項可行的石油
替代技術又重新得到重視。我國從20世紀70年代
末開始煤炭直接液化技術的研究。煤炭科學總院北
京煤化工分院進行了多年的、大量的基礎研究和技術
開發(fā)。現(xiàn)在由北京神華集團籌建，在內蒙古自治區(qū)鄂
爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)馬家塔建造一個年
產油品500萬t的液化廠，第一條生產線年產液化油
100萬t已投產。
1．3 煤直接液化的原理
大分子結構的煤在高溫高壓，供氫充足的條件
下，發(fā)生熱解，裂解、脫雜原子(N、S、O)反應，依次經
前瀝青烯(分子量為1 000～2 000)、瀝青烯(分子量
為500～700)，最終生成煤液化油(分子量為250～
400)。其中瀝青烯是煤液化的重要中間產物。直接
液化反應過程見圖1。
圖1 煤直接液化反應過程
1．4 幾種典型直接液化工藝
1) 德國IG工藝，見圖2。
解
圖2 德國IG工藝
2) 德國IGOR工藝。見圖3。
3) 美國H—COAL工藝，見圖4。
4) 美國CTSL工藝，見圖5。
5) 美國HTI工藝，見圖6。
6) 日本NEDOL工藝，見圖7。
收稿日期：2014~)2-20
作者簡介：郭艷玲(1977一)，女，山西高平人，工程師，從事新型材料開發(fā)技術工作。
59
2014年4月 郭艷玲：淺析煤液化技術 第23卷第4期
橐 塑
圖3 德國IGOR工藝
圖4 美國H—COAL工藝
圖5 美國CTSL工藝
餾分
℃餾分
℃餾分
H
圖6 美國HTI工藝
油 ，汽油
油 柴油
、重油
網7 El本NEDOL_丁藝
1．5 煤直接液化技術的關鍵因素
1) 原料煤。一般要求灰分小于25％ ，含碳量
在60％ ～85％ ，H／C在0．8 0．9左右．礦物含量在
5％左右，最高不超過10％ ，干燥無灰基揮發(fā)分大于
37％ ，硫含量大于1％ ，鏡質組反射率在0．3％ ～
1．7％之間。適合煤種為褐煤、長焰煤、氣煤、氣肥煤。
2) 供氫溶劑。要求便于輸送；能夠使煤粒發(fā)生
溶脹和軟化，使有機質中的鍵發(fā)生斷裂：能部分溶解
氫氣，提供滑I生氫原子；促使催化劑分散并萃取出催
化劑表面上強吸附的毒物。
3) 催化劑。要求廉價可再生，活性高、強度大、
同時耐中毒。
4) 操作條件。不同的工藝溫度、壓力各不相
同。一般溫度為440～460 oC，壓力為17～25 MPa。
1．6 直接液化產物的特點
60
1) 主要由芳香烴和環(huán)烷烴構成，與石油產品相
比，其特點是碳含量高，氫含量低，并含有一定量的
氮、硫、氧等雜原子。
2) 其經濟性短期內還不能與石油化工相比，因
此除了生產液體燃料之外，還應積極利用直接液化產
物的特點開發(fā)其他非燃料領域的用途
2 煤的間接液化
2．1 煤間接液化概述
煤的問接液化是將煤氣化生成的合成氣(CO+
H，)，經過催化劑轉化為液態(tài)產品。間接液化分為合
成油和合成醇兩個方向。其優(yōu)點：反應步驟簡單，無
須處理煤灰．三廢治理的主要問題已在氣化過程中解
決，不產生像其他煤化工工藝所伴生的礦物質、微量
金屬或重金屬等；缺點：過程效率低，選擇性較差，污
染物主要來自合成氣生產過程
1923年德國人F·Fischer和H ·Tropsh發(fā)現(xiàn)在
鐵催化劑的作用下，一氧化碳和氫氣可以生成烴類液
體產品，這個過程即費托合成(FF合成)。二戰(zhàn)期間
基于軍事目的，德國建成了9個FTI1合成油廠．總產量
達57萬t。20世紀50年代，由于廉價石油和天然氣
的供應，以上丌合成油因競爭力差而全面停產 但
是南非由于政治和經濟的原因，一直大力開發(fā)FT合
成油技術，現(xiàn)國內有Sasol—I，Sasol—II，Sasol一11Ij個
工業(yè)化大型合成油廠，總的年產量達700萬t。經濟
成本相當于l9．7美元／桶合成油。
2．2 Fvr合成原理
利用一氧化碳和氫氣在催化劑作用下生成飽和
烴和不飽和烴。在催化劑、反應條件和氣體組成不同
的情況下，還可生成醇、醛、酸、酯等其他化合物。
2．3 FT合成反應器類型
主要有固定床、流化床和槳態(tài)床，見圖8。
循環(huán)氣
(a)固定床反應器 (b)流化床反應器 (cj液態(tài)床反應器
圖8 間接液化工藝的合成反應器
2．4 間接液化產物的特點
1) 與直接液化相比，間接液化產物的直鏈烴
多，環(huán)烷烴少，十六烷值過剩，同時不含氮硫雜質，凝
點高．所以兩者的柴油餾分都需經過加工提質工藝才
能得到合格的柴油產品。
2) 間接液化由于是從小分子CO與H，進行合
2014年4月 郭艷玲：淺析煤液化技術 第23卷第4期
成開始的．因此只要適當?shù)目刂茥l件和選擇催化劑，
除了獲得產品油外。在非燃料利用方面，還能得到一
些重要的基本化工原料。如烯烴，醇及其他有機化合
物。
2．5 間接液化反應的催化劑
催化劑活性對間接液化的轉化率和產品分步有
著極其重要的影響。目前在實驗室階段進行兀1合成
催化的有鐵、鈷、鎳和釕等，但只有鐵系催化劑應用于
工業(yè)生產。鐵系催化劑又可分為沉淀鐵催化劑和熔
鐵催化劑。沉淀鐵催化劑主要用于固定床反應器中，
熔鐵催化劑主要應用于溫度較高的流化床反應器中。
這些金屬的催化原理比較復雜，通常認為是形成了金
屬羰基復合物。同時它們對 S和COS等硫化物敏
感，易中毒，一般要求合成氣硫濃度低于1×10I”。在
一氧化碳加氫的反應中，不同催化劑的最佳反應溫度
和壓力及其生成產物也不同。
2．6 兀1合成典型工藝
1) SASOL一Ⅱ 藝，見圖9。
合成氣
蠟
柴油
汽油
LPG
城市煤氣
醇
酮
圖9 SASOL—I工藝
2) SASOL—II，SASOL—mi藝，見圖10。
圖10 SASOL—I1,SASOL—IIII藝
3) ICI低壓合成甲醇，見圖l1。
合成氣
汽油
柴油
城市煤氣
純H
C H4
圖11 ICI低壓合成甲醇
4) Lurgi低壓合成甲醇，見圖12。
合成氣
純甲醇
圖12 Lu 低壓合成甲醇
5)MFF工藝，見圖13。
合成氣
純甲醇
圖13 MNF工藝
煤氣
汽油
水
蠟
[責任編輯：常麗芳]
(上接第23頁)有著十分顯著的經濟效益和社會效
益，具有較為廣泛的推廣意義。
參考文獻：
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[責任編輯：常麗芳]
(上接第56頁) [2] 郎海亮，祁斌．新疆和田縣布雅礦區(qū)普陽煤礦補充勘
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[責任編輯：常麗芳]
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