第29卷第2期科學管理研究Vol. 29 No. 22011年4月SCIENTIFIC MANAGEMENT RESEARCHApr. 2011文章編號:1004-115X(2011)02- 0080-03煤炭液化技術現(xiàn)狀與展望包亞莉,李永麗,寇麗杰(內蒙古工業(yè)大學,內蒙古呼和浩特010051)摘要:簡要地介紹了我國的能源發(fā)展現(xiàn)狀,簡述了煤液化技術的國內外發(fā)展概況、堞液化反應機理及工藝分類,介紹了煤炭的液化技術和工藝條件。關鍵詞:煤炭;液化技術;液化工藝;F-T合成中團分類號:TQ529文獻標識碼: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”。充分利用我國豐富1引言的煤炭資源,大力開發(fā)以煤代油技術是緩解我國- -隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,各行業(yè)對能源-次能源結構中原油供應不足的措施之-。通過脫碳特別是石油的需求逐年增加。相關資料顯示,2003和加氫,煤炭可以直接或間接轉化成液體燃料,其中年中國石油消費量已達到2.52億t,凈進口量達到- -種方法是焦化或熱解,另外一種方法是液化。煤9 112.63萬t,進口原油占國內原油消費量的比重炭液化通常是將煤經(jīng)化學加工轉化成潔凈的便于運達到36.1%.中國已成為僅次于美國的世界第二輸和使用的液體燃料、化學品或化工原料的一種先大石油消費國。而且,我國富煤、少油、少氣的能源進的潔凈煤技術。隨著石油儲量的逐漸減少,可以結構會導致石油進口的依存度將進-一步加大。預計預見在未來的一定時期,將需要替代性液體燃料。到2020年,石油的對外依存度有可能接近60%,由于全球的煤炭儲量比較豐富,因此煤炭液化可作2030年將達到74%”。所以,從戰(zhàn)略上考慮,開發(fā)為替代液體燃料來源之一。以煤代油技術是解決我國能源安全的途徑之一-。因2國內外煤炭液化技術現(xiàn)狀此,立足于我國相對豐富的煤炭資源,大力發(fā)展煤炭液化技術并盡快使之產(chǎn)業(yè)化將是解決我國石油資源所謂煤炭液化,就是把固體的煤炭通過化學加短缺、平衡能源結構、保障能源安全及國民經(jīng)濟持續(xù)工的方法,使其轉化為液體燃料、化工原料等產(chǎn)品的穩(wěn)定發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。過程。根據(jù)加工路線的不同,通常把煤液化分為直我國煤炭的儲量比較豐富,累計探明保有儲量接液化和間接液化兩大類。超過1萬億t,占世界儲量的11.60%,其中經(jīng)濟可2.1 直接液化的典型工藝采儲量約占30%。煤炭在全國一次能源生產(chǎn)和消煤炭直接液化是在高溫高壓下,在溶劑和催化費中的比例- -直占70%以上,在未來30~50年內，劑存在下對煤加氫裂解直接轉化為液化油的工藝過收稿日期:2010- -12- -22中國煤化工作者簡介:包亞莉(1969-).女,遼寧省彰武縣人，內蒙古工業(yè)大.MYHC NM H G要研究方向:化學工程與工藝。第2期煤炭液化技術現(xiàn)狀與展望8程。煤直接液化的操作條件苛刻,對煤種的依賴性2.1.3日本 NEDOL工藝NEDOL 液化工藝是強。20世紀70年代以后,美國、德國、日本和前蘇美國EXXON石油公司1977 年~1984年開發(fā)的聯(lián)等主要工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)出多種工藝,試驗EDS工藝的改進型,在1t/d裝置試驗成功的基礎規(guī)模也從試驗室小試發(fā)展到每天數(shù)百噸級的大型中上,設計建設了150t/d 的大型中試廠,主要對次煙試(9.0。煤炭直接液化工藝見圖1,具有代表性的幾煤和低階煙煤進行液化。該工藝特點是:①主反應種工藝開發(fā)情況見表1。器是一個簡單的液體向上流動的管束反應器,操作380-390C，15-18MP溫度為430C ~465C ,操作壓力17~ 19MPa;②催隘化劑FeS系)氫氣400-470公。10-30MP化劑采用合成的鐵系催化劑或天然黃鐵礦;③大部分中質油和全部重質油餾分經(jīng)加氫后被循環(huán)作為供媒提販加一汽油氫溶劑，供氫性能優(yōu)于EDS工藝;④固液分離采用(S0.2mm)\備單元單元廠 單元 工單元 面減壓蒸餾法。但該液化工藝的液體產(chǎn)品中含有較多循環(huán)濟制煤油的雜原子,液化油的質量較低,還需加氫提質才能獲得合格產(chǎn)品。團1煤炭直接液化工藝流程簡 圉2.1.4我國煤直接液化技術的開發(fā)研究 我國 自表1煤直接液化的典型工藝開發(fā)情況1980年重新開展煤炭直接液化技術研究,主要由煤炭科學研究總院北京煤化學研究所承擔。該所建成圜別試驗規(guī)橫試驗時間地點開發(fā)機構工藝/nd-1煤炭直接液化、油品提質加工、催化劑開發(fā)和分析檢美國EDS251979~1983BaytownEXXO驗實驗室,通過國際合作引進了3套煤直接液化小美國H-COAL 600 1979~1982 Calsburg HRI型連續(xù)試驗裝置,開展了“煤種評價與選擇”、“工藝美國HTI195至今LawrencevilleHTI條件與催化劑的研究"、“液化油的提質加工”等基礎德園IGOR201981~1987 BottopRAGPVEBA研究和技術開發(fā),取得了一批科研成果。通過對我日本NEDOL151996~1998日本鹿島NEDO國十幾個省、自治區(qū)的上百個煤種進行液化特性試2.1.1 美國HTI工藝HTI工藝是在H-COAL驗研究,優(yōu)選出14種液化特性較好的煤種;分別與工藝和CTSL工藝的基礎上發(fā)展起來的,而H-日本(黑龍江依蘭煤和神華集團上灣煤)、美國(神華COAL工藝已進行600t/d 大型中試，其前身是已集團馬家塔煤)、德國(云南先鋒煤)有關政府部門和經(jīng)普遍得到工業(yè)應用的沸騰床重油加氫裂化H-公司合作完成了在中國建設3個煤液化商業(yè)化示范OIL工藝。CTSL工藝是在H-COAL單段液化工工廠的可行性研究。藝的基礎上開發(fā)的兩段液化工藝。HTI工藝的主2.2間接液 化的典型工藝要特點是:①采用特殊的液體循環(huán)沸騰床(懸沸床)煤的間接液化是以煤基合成氣為原料,在一定反應器，達到全返混反應器模式;②采用超細、高分的溫度和壓力下,定向催化合成烴類燃料油和化工散鐵系催化劑,用量較少;③在高溫分離器后面增加原料的工藝。煤的間接液化技術是由德國科學家了一個液化油加氫提質固定床反應器,對液化油進Fischer和Tropsch于1923年研制并開發(fā)的，簡稱行加氫精制;④固液分離采用臨界溶劑萃取的方法，F(xiàn)-T合成。從1936年~1955年,全世界共建成了從液化殘渣中最大限度地回收重質油,從而大幅提18個煤的間接液化生產(chǎn)廠,總生產(chǎn)能力達到100萬高了液化油回收率。t●a~'.目前，國外商業(yè)化的煤間接液化的典型技2.1.2德國 IGOR工藝IGOR 工藝是在20世紀術是南非SASOL公司的F-T合成技術，此外荷40年代德國商業(yè)化IG工藝的基礎上改進而成的。蘭Shell公司的SMDS技術(在馬來西亞建廠,以天原料煤經(jīng)磨碎、干燥后與催化劑、循環(huán)油- -起制成煤然氣為原料的合成工藝)、Mobil公司的MTG合成漿,加壓至30MPa并與氫氣混合,進入反應器進行技術(在新西蘭建廠)等都已商業(yè)化。加氫液化反應。應用此工藝在德國的Bottrop建造2.2.1南非 SASOL間接液化工藝5) SASOL 間了200t/d中試廠,設備運轉了212萬h,處理了17接液化工藝是根據(jù)20世紀30年代和40年代在德萬t煤,生產(chǎn)了815萬t餾出產(chǎn)品。主要特點是:①國和其它國家普遍使用的F- T液化工藝的基礎上把循環(huán)溶劑加氫和液化油提質加工與煤的直接液化研 制而成的,經(jīng)過40多年的連續(xù)研究,Sasol公司已串聯(lián)在一套高壓系統(tǒng)中,避免了分立流程物料降溫經(jīng)在合成反應環(huán)節(jié)上進行了實質性的改進,采用低降壓又升溫升壓帶來的能量損失;②采用煉鋁工業(yè)溫(LTFT)工共和高溫(HTFT)工藝生產(chǎn)合成氣。的廢渣(赤泥)作催化劑;③在固定床催化劑的作用2.2.中國煤化工sol公司的LTFT下,可使CO2和CO甲烷化,使碳的損失量降到最YHCNMHG度較低(220°C~低限度;④循環(huán)溶劑是加氫油,供氫性能好,煤液化270C)，工作壓力3. U~5. uMra,產(chǎn)品以煤油、柴油轉化率高。和蠟為主。氣化單元采用Lurgi爐,早期的F- T82科學管理研究第29卷合成單元器采用列管式Arge固定床,不存在催化并 維持催化劑活性的穩(wěn)定,流化床反應器的工作溫劑和液態(tài)產(chǎn)物分離的問題,但催化劑床層壓力降大，度保持在410C ,幾乎恒溫,工作壓力僅為0. 3MPa.更換催化劑的難度大。后來該公司開發(fā)出漿態(tài)床反汽油的產(chǎn)率與固定床的產(chǎn)率相當。應器和將液態(tài)產(chǎn)物與催化劑分離的獨有技術,用于1.2.3我國煤間接液化技術的開發(fā)研究(7,0)我低溫F-T合成工藝。漿態(tài)床反應器結構簡單,傳國在上世紀50年代初就開始了煤的間接液化工藝熱效率高,可在等溫下操作,易于控制操作參數(shù),但的開發(fā),曾在錦州運行過500t●a~ '的煤間接液化存在傳熱阻力較大的問題,這正是目前F-T合成工廠,后來因開發(fā)大慶油田而中止。80 年代初,因的研發(fā)熱點。兩次能源危機又恢復了對煤間接技術的研究和開2.2.1.2 HTFT 合成工藝。Sasol 公司的HTFT發(fā)。中科院山西煤炭化學研究所開始進行F-T合工藝采用熔鐵催化劑，反應溫度較低(300C~成法的研究,對傳統(tǒng)F- T合成法進行了很大改進，350C),工作壓力2. 0~3.0MPa,產(chǎn)品主要為汽油提出將傳統(tǒng)的F-T合成與沸石分子篩相結合的固和輕烯烴。氣化單元采用Lurgi爐,早期的F-T定床兩段合成(簡稱MFT法)和漿態(tài)床一-固定床合成單元器采用Synthol循環(huán)流化床,但結構復雜，兩段合成工藝(簡稱SMFT法)。SMFT法于1990操作費用高,重質烴的選擇性差。1992 年Sasol公年完成模試,MFT合成油廠于1994年11月完成了司開發(fā)出SAS固定流化床反應器,反應器結構簡70余天的2000t/a工業(yè)性試驗，為進--步商業(yè)化生單,體積小,操作費用低。產(chǎn)奠定了基礎。此外,大連化學物理研究所等科研高溫煤間接液化工藝的產(chǎn)品以汽油和輕烯烴為單位也對F-T合成工藝進行了多方面的研究與探主,經(jīng)提質加工后可得到高質量的汽油。低溫煤間索。目前,我國已經(jīng)具備了建設萬噸級規(guī)模生產(chǎn)裝接液化工藝的產(chǎn)品以鏈狀烴為主,主要為煤油、柴油置的技術儲備,在關鍵技術、催化劑的研究開發(fā)方面并含一定量的石腦油和石蠟。其石腦油餾分可轉化擁有了自主的知識產(chǎn)權。為含氧化合物作汽油調和組分,或直接作裂解原料3結束語生產(chǎn)乙烯。將煤油.柴油以上餾分進行加氫異構降凝后,得到的柴油餾分芳烴質量含量小于3%,十六從我國煤多油少的現(xiàn)狀,從我國對煤炭液化技烷值在70以上,硫含量小于1μg/g,符合《世界燃料術的消化、吸收及掌握,中國煤炭液化的產(chǎn)業(yè)化前景規(guī)范》I類柴油的要求,而其十六烷值遠高于該規(guī)范非常樂觀。同時,發(fā)展煤炭液化技術可以滿足對液要求,是非常好的提高柴油十六烷值的調和組分。體燃料日益增長的需求,降低對石油進口的依賴,是2.2.2 Mobil MTG間接液化工藝[6] Mobil 公司解決清潔二次能源的途徑;對于我國合理、有效利用的甲醇一汽油 (MTG)間接液化工藝利用兩個截能源,對于國家安全和可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略然不同的階段從煤或天然氣中生產(chǎn)汽油。新西蘭建意義。造了一座1.25萬桶/d的商業(yè)化液化廠,處理從參考文獻:Maui礦區(qū)生產(chǎn)的氣體,但只生產(chǎn)甲醇。第一階段,利用蒸汽對天然氣進行結構重整或[1]高晉生，張德祥。煤液化技術(M].北京:化學工業(yè)出版用煤炭氣化而生產(chǎn)的合成氣與同催化劑發(fā)生反應，杜.2005.生產(chǎn)出產(chǎn)率近100%的甲醇。反應發(fā)生的溫度為[2]舒歌平。煤炭液化技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版杜.2003.260C ~350C ,壓力為5~7MPa。第二階段,在高活性鋁催化劑的作用下，在(3]郝臨山。潔凈煤技術[MD.北京:化學工業(yè)出版社，2006.300C的溫度條件下甲醇經(jīng)過部分脫水形成二甲醚,[4]程黎花。高效清潔煤炭轉化技術現(xiàn)狀[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2006.16(11).然后再在固定床中的沸石ZSM-5催化劑的作用下(5]張偉。煤間接液化技術的研究與開發(fā)[J].陜酉煤炭，發(fā)生反應。所有反應均為放熱反應,物料進入反應2005,(1).器時溫度為360C, 從反應器出來時溫度達到[6]郝學民，張浩勤。煤液化技術進展與展望CJ].煤化工，415C。反應器中的工作壓力為2. 2MPa.經(jīng)一系2008 .36<4).列反應后,甲醇和二甲醚先轉化成烯烴,然后再轉化[7]杜志軍。煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展與潔煤技術[J].中國成飽和烴。處于汽油沸點范圍內的物質占全部烴產(chǎn)科技信息，2006.(3).物的80%。在新西蘭的液化廠,將副產(chǎn)品丙烷、丁[8)王光彬。煤間接液化技術及發(fā)展前景CJ].當代化工。2009 ,38(1).烷烷基化后,汽油的產(chǎn)率達90%,辛烷值為93. 7.中國煤化工與固定床相比,流化床反應器可以更好的控制溫度FYHCNMHG