第29卷第2期科學(xué)管理研究Vol. 29 No. 22011年4月SCIENTIFIC MANAGEMENT RESEARCHApr. 2011文章編號(hào):1004-115X(2011)02- 0080-03煤炭液化技術(shù)現(xiàn)狀與展望包亞莉,李永麗,寇麗杰(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué),內(nèi)蒙古呼和浩特010051)摘要:簡(jiǎn)要地介紹了我國(guó)的能源發(fā)展現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述了煤液化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況、堞液化反應(yīng)機(jī)理及工藝分類(lèi),介紹了煤炭的液化技術(shù)和工藝條件。關(guān)鍵詞:煤炭;液化技術(shù);液化工藝;F-T合成中團(tuán)分類(lèi)號(hào):TQ529文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)豐富1引言的煤炭資源,大力開(kāi)發(fā)以煤代油技術(shù)是緩解我國(guó)- -隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各行業(yè)對(duì)能源-次能源結(jié)構(gòu)中原油供應(yīng)不足的措施之-。通過(guò)脫碳特別是石油的需求逐年增加。相關(guān)資料顯示,2003和加氫,煤炭可以直接或間接轉(zhuǎn)化成液體燃料,其中年中國(guó)石油消費(fèi)量已達(dá)到2.52億t,凈進(jìn)口量達(dá)到- -種方法是焦化或熱解,另外一種方法是液化。煤9 112.63萬(wàn)t,進(jìn)口原油占國(guó)內(nèi)原油消費(fèi)量的比重炭液化通常是將煤經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化成潔凈的便于運(yùn)達(dá)到36.1%.中國(guó)已成為僅次于美國(guó)的世界第二輸和使用的液體燃料、化學(xué)品或化工原料的一種先大石油消費(fèi)國(guó)。而且,我國(guó)富煤、少油、少氣的能源進(jìn)的潔凈煤技術(shù)。隨著石油儲(chǔ)量的逐漸減少,可以結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致石油進(jìn)口的依存度將進(jìn)-一步加大。預(yù)計(jì)預(yù)見(jiàn)在未來(lái)的一定時(shí)期,將需要替代性液體燃料。到2020年,石油的對(duì)外依存度有可能接近60%,由于全球的煤炭?jī)?chǔ)量比較豐富,因此煤炭液化可作2030年將達(dá)到74%”。所以,從戰(zhàn)略上考慮,開(kāi)發(fā)為替代液體燃料來(lái)源之一。以煤代油技術(shù)是解決我國(guó)能源安全的途徑之一-。因2國(guó)內(nèi)外煤炭液化技術(shù)現(xiàn)狀此,立足于我國(guó)相對(duì)豐富的煤炭資源,大力發(fā)展煤炭液化技術(shù)并盡快使之產(chǎn)業(yè)化將是解決我國(guó)石油資源所謂煤炭液化,就是把固體的煤炭通過(guò)化學(xué)加短缺、平衡能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全及國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)工的方法,使其轉(zhuǎn)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(guò)程。根據(jù)加工路線的不同,通常把煤液化分為直我國(guó)煤炭的儲(chǔ)量比較豐富,累計(jì)探明保有儲(chǔ)量接液化和間接液化兩大類(lèi)。超過(guò)1萬(wàn)億t,占世界儲(chǔ)量的11.60%,其中經(jīng)濟(jì)可2.1 直接液化的典型工藝采儲(chǔ)量約占30%。煤炭在全國(guó)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(fèi)中的比例- -直占70%以上,在未來(lái)30~50年內(nèi)，劑存在下對(duì)煤加氫裂解直接轉(zhuǎn)化為液化油的工藝過(guò)收稿日期:2010- -12- -22中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:包亞莉(1969-).女,遼寧省彰武縣人，內(nèi)蒙古工業(yè)大.MYHC NM H G要研究方向:化學(xué)工程與工藝。第2期煤炭液化技術(shù)現(xiàn)狀與展望8程。煤直接液化的操作條件苛刻,對(duì)煤種的依賴(lài)性2.1.3日本 NEDOL工藝NEDOL 液化工藝是強(qiáng)。20世紀(jì)70年代以后,美國(guó)、德國(guó)、日本和前蘇美國(guó)EXXON石油公司1977 年~1984年開(kāi)發(fā)的聯(lián)等主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)出多種工藝,試驗(yàn)EDS工藝的改進(jìn)型,在1t/d裝置試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)規(guī)模也從試驗(yàn)室小試發(fā)展到每天數(shù)百?lài)嵓?jí)的大型中上,設(shè)計(jì)建設(shè)了150t/d 的大型中試廠,主要對(duì)次煙試(9.0。煤炭直接液化工藝見(jiàn)圖1,具有代表性的幾煤和低階煙煤進(jìn)行液化。該工藝特點(diǎn)是:①主反應(yīng)種工藝開(kāi)發(fā)情況見(jiàn)表1。器是一個(gè)簡(jiǎn)單的液體向上流動(dòng)的管束反應(yīng)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(zhì)油和全部重質(zhì)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(jì)制煤油的雜原子,液化油的質(zhì)量較低,還需加氫提質(zhì)才能獲得合格產(chǎn)品。團(tuán)1煤炭直接液化工藝流程簡(jiǎn) 圉2.1.4我國(guó)煤直接液化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究 我國(guó) 自表1煤直接液化的典型工藝開(kāi)發(fā)情況1980年重新開(kāi)展煤炭直接液化技術(shù)研究,主要由煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所承擔(dān)。該所建成圜別試驗(yàn)規(guī)橫試驗(yàn)時(shí)間地點(diǎn)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)工藝/nd-1煤炭直接液化、油品提質(zhì)加工、催化劑開(kāi)發(fā)和分析檢美國(guó)EDS251979~1983BaytownEXXO驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)國(guó)際合作引進(jìn)了3套煤直接液化小美國(guó)H-COAL 600 1979~1982 Calsburg HRI型連續(xù)試驗(yàn)裝置,開(kāi)展了“煤種評(píng)價(jià)與選擇”、“工藝美國(guó)HTI195至今LawrencevilleHTI條件與催化劑的研究"、“液化油的提質(zhì)加工”等基礎(chǔ)德園IGOR201981~1987 BottopRAGPVEBA研究和技術(shù)開(kāi)發(fā),取得了一批科研成果。通過(guò)對(duì)我日本NEDOL151996~1998日本鹿島NEDO國(guó)十幾個(gè)省、自治區(qū)的上百個(gè)煤種進(jìn)行液化特性試2.1.1 美國(guó)HTI工藝HTI工藝是在H-COAL驗(yàn)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,而H-日本(黑龍江依蘭煤和神華集團(tuán)上灣煤)、美國(guó)(神華COAL工藝已進(jìn)行600t/d 大型中試，其前身是已集團(tuán)馬家塔煤)、德國(guó)(云南先鋒煤)有關(guān)政府部門(mén)和經(jīng)普遍得到工業(yè)應(yīng)用的沸騰床重油加氫裂化H-公司合作完成了在中國(guó)建設(shè)3個(gè)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(chǔ)上開(kāi)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(diǎn)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(yīng)器，達(dá)到全返混反應(yīng)器模式;②采用超細(xì)、高分的溫度和壓力下,定向催化合成烴類(lèi)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(shù)是由德國(guó)科學(xué)家了一個(gè)液化油加氫提質(zhì)固定床反應(yīng)器,對(duì)液化油進(jìn)Fischer和Tropsch于1923年研制并開(kāi)發(fā)的，簡(jiǎn)稱(chēng)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?jiān)凶畲笙薅鹊鼗厥罩刭|(zhì)油,從而大幅提18個(gè)煤的間接液化生產(chǎn)廠,總生產(chǎn)能力達(dá)到100萬(wàn)高了液化油回收率。t●a~'.目前，國(guó)外商業(yè)化的煤間接液化的典型技2.1.2德國(guó) IGOR工藝IGOR 工藝是在20世紀(jì)術(shù)是南非SASOL公司的F-T合成技術(shù)，此外荷40年代德國(guó)商業(yè)化IG工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。蘭Shell公司的SMDS技術(shù)(在馬來(lái)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(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行技術(shù)(在新西蘭建廠)等都已商業(yè)化。加氫液化反應(yīng)。應(yīng)用此工藝在德國(guó)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(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)了212萬(wàn)h,處理了17接液化工藝是根據(jù)20世紀(jì)30年代和40年代在德萬(wàn)t煤,生產(chǎn)了815萬(wàn)t餾出產(chǎn)品。主要特點(diǎn)是:①?lài)?guó)和其它國(guó)家普遍使用的F- T液化工藝的基礎(chǔ)上把循環(huán)溶劑加氫和液化油提質(zhì)加工與煤的直接液化研 制而成的,經(jīng)過(guò)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(yīng)環(huán)節(jié)上進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn),采用低降壓又升溫升壓帶來(lái)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(guó)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(zhuǎn)化率高。和蠟為主。氣化單元采用Lurgi爐,早期的F- T82科學(xué)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(yīng)器的工作溫劑和液態(tài)產(chǎn)物分離的問(wèn)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(lái)該公司開(kāi)發(fā)出漿態(tài)床反汽油的產(chǎn)率與固定床的產(chǎn)率相當(dāng)。應(yīng)器和將液態(tài)產(chǎn)物與催化劑分離的獨(dú)有技術(shù),用于1.2.3我國(guó)煤間接液化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究(7,0)我低溫F-T合成工藝。漿態(tài)床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳國(guó)在上世紀(jì)50年代初就開(kāi)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(kāi)發(fā),曾在錦州運(yùn)行過(guò)500t●a~ '的煤間接液化存在傳熱阻力較大的問(wèn)題,這正是目前F-T合成工廠,后來(lái)因開(kāi)發(fā)大慶油田而中止。80 年代初,因的研發(fā)熱點(diǎn)。兩次能源危機(jī)又恢復(fù)了對(duì)煤間接技術(shù)的研究和開(kāi)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(xué)研究所開(kāi)始進(jìn)行F-T合工藝采用熔鐵催化劑，反應(yīng)溫度較低(300C~成法的研究,對(duì)傳統(tǒng)F- T合成法進(jìn)行了很大改進(jìn)，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(jié)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(jiǎn)稱(chēng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩段合成工藝(簡(jiǎn)稱(chēng)SMFT法)。SMFT法于1990操作費(fèi)用高,重質(zhì)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(kāi)發(fā)出SAS固定流化床反應(yīng)器,反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)70余天的2000t/a工業(yè)性試驗(yàn)，為進(jìn)--步商業(yè)化生單,體積小,操作費(fèi)用低。產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。此外,大連化學(xué)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(duì)F-T合成工藝進(jìn)行了多方面的研究與探主,經(jīng)提質(zhì)加工后可得到高質(zhì)量的汽油。低溫煤間索。目前,我國(guó)已經(jīng)具備了建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)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(shù)儲(chǔ)備,在關(guān)鍵技術(shù)、催化劑的研究開(kāi)發(fā)方面并含一定量的石腦油和石蠟。其石腦油餾分可轉(zhuǎn)化擁有了自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為含氧化合物作汽油調(diào)和組分,或直接作裂解原料3結(jié)束語(yǔ)生產(chǎn)乙烯。將煤油.柴油以上餾分進(jìn)行加氫異構(gòu)降凝后,得到的柴油餾分芳烴質(zhì)量含量小于3%,十六從我國(guó)煤多油少的現(xiàn)狀,從我國(guó)對(duì)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(shù)的消化、吸收及掌握,中國(guó)煤炭液化的產(chǎn)業(yè)化前景規(guī)范》I類(lèi)柴油的要求,而其十六烷值遠(yuǎn)高于該規(guī)范非常樂(lè)觀。同時(shí),發(fā)展煤炭液化技術(shù)可以滿足對(duì)液要求,是非常好的提高柴油十六烷值的調(diào)和組分。體燃料日益增長(zhǎng)的需求,降低對(duì)石油進(jìn)口的依賴(lài),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(duì)于我國(guó)合理、有效利用的甲醇一汽油 (MTG)間接液化工藝?yán)脙蓚€(gè)截能源,對(duì)于國(guó)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(wàn)桶/d的商業(yè)化液化廠,處理從參考文獻(xiàn):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(duì)天然氣進(jìn)行結(jié)構(gòu)重整或[1]高晉生，張德祥。煤液化技術(shù)(M].北京:化學(xué)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(yīng)，杜.2005.生產(chǎn)出產(chǎn)率近100%的甲醇。反應(yīng)發(fā)生的溫度為[2]舒歌平。煤炭液化技術(shù)[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(shù)[MD.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.300C的溫度條件下甲醇經(jīng)過(guò)部分脫水形成二甲醚,[4]程黎花。高效清潔煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)現(xiàn)狀[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),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(shù)的研究與開(kāi)發(fā)[J].陜酉煤炭，發(fā)生反應(yīng)。所有反應(yīng)均為放熱反應(yīng),物料進(jìn)入反應(yīng)2005,(1).器時(shí)溫度為360C, 從反應(yīng)器出來(lái)時(shí)溫度達(dá)到[6]郝學(xué)民，張浩勤。煤液化技術(shù)進(jìn)展與展望CJ].煤化工，415C。反應(yīng)器中的工作壓力為2. 2MPa.經(jīng)一系2008 .36<4).列反應(yīng)后,甲醇和二甲醚先轉(zhuǎn)化成烯烴,然后再轉(zhuǎn)化[7]杜志軍。煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展與潔煤技術(shù)[J].中國(guó)成飽和烴。處于汽油沸點(diǎn)范圍內(nèi)的物質(zhì)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(shù)及發(fā)展前景CJ].當(dāng)代化工。2009 ,38(1).烷烷基化后,汽油的產(chǎn)率達(dá)90%,辛烷值為93. 7.中國(guó)煤化工與固定床相比,流化床反應(yīng)器可以更好的控制溫度FYHCNMHG