第6讲煤液化技术.doc

第六讲 煤液化技术 一、概述 以往煤化工工厂的产品以向用户提供终端产品或其他工业原料(或燃料)为主，如煤气化一合成氨-化肥、煤焦化一焦炭等，目前产品结构向多元化发展，通过煤化工生产可替代石油的发动机燃料或替代燃料和化工产品(如乙烯、丙烯等)逐渐成为重要的产品方向。煤液化技术的研究开发逐渐成为热点。 1、煤液化技术简介 前已述及，煤炭液化是将煤中的有机物质转化为液态产物，目前有两种不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。煤炭直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料。 煤的直接液化 1913年，德国人伯吉斯发现在400～450℃，20MPa的高温高压下加氢，可以将煤或煤焦油转化为液体燃料。其后德国IG公司成功开发了液相和气相两段加氢的工艺，并在1927年将此技术实现了工业化生产。 二战期间，德国为了满足战争对液体燃料的需要，建立了12个煤炭直接液化生产厂，总规模达400万吨/年，战后这些工厂全部被转产或停产。在20世纪70年代的两次石油危机影响下，西方主要发达国家开始重新审视煤作为一次能源的重要性，而煤液化技术作为一项可行的石油替代技术又重新得到了重视。 目前，煤直接液化的工艺很多，但其液化反应的基本原理和过程却是类似的。煤的直接液化过程是煤的大分子结构在一定温度和氢压下裂解成小分子液体产物的反应过程，其包含着煤的热解和加氢裂解两个最基本的过程。 煤的间接液化 煤液化的另一条技术路线是间接液化，其主要思路是以煤气化生成的合成气为原料，在一定的工作条件下，利用催化剂的作用将合成气合成为液体油。 煤的间接液化技术的核心是F-T合成。1923年，德国人F.Fischer和H.Tropsch发现在铁催化剂的作用下，一氧化碳和氢可以反映生成烃类液体产品，这个过程即F-T合成。下图所示即为F-T合成过程。 二战期间，基于军事的目的，德国建成了9个F-T合成油厂，总产量达57万吨，此外在日本、法国等有近10套合成油装置，世界总生产能力已经超过100万吨。20世纪50年代，随着廉价石油和天然气的供应，F-T合成油厂因竞争力差而全部停产，但南非比较例外，由于本国不产石油，而且因种族歧视而受到石油封锁，进口较难，所以南非政府为了解决液体燃料的供应，充分利用其丰富的煤炭资源，大力开发了F-T合成油技术。1956年，由Sasol公司建成了煤间接液化制油一厂，其后在20世纪80年代又相继新建了二厂和三厂，称为世界上唯一煤间接液化制油生产厂。据报道，1996年，该公司年耗煤4200万吨，生产各类油品和化工产品达130多种，总产量达700万吨。 除Sasol公司外，许多大石油公司也以F-T合成为核心，开发了许多制油工艺，如MDS、ASC-21、Syntroleum等，但其大多是以天然气生产的合成气为原料，不能称之为煤的间接液化技术。 此外，还有一类煤制油技术工艺时以甲醇生产为中间过程，利用甲醇合成汽油、二甲醚等液体燃料，又称为甲醇转化油工艺（MTG）。甲醇在化工领域有着广泛的应用，除制备液体燃料外，也可生产乙烯等化工原料，或是直接作为发动机燃料，且其工艺流程比较灵活。 南非Sasol厂三套煤间接液化系统是目前唯一投入水泥工业运行的F-T合成法工艺系统，该厂以当地烟煤气制成的合成气为原料，生产汽油、柴油和蜡类等产品，除此之外，其他合成油工艺如MFT也在工业性试验和开发阶段。 2、煤液化技术的发展状况 煤直接液化、间接液化的产品以汽油、柴油、航煤以及石脑油、丙烯等为主，产品市场潜力巨大，工艺、工程技术集中度高，是中国新型煤化工技术和产业发展的重要方向。近年来，2种技术在研究开发和大规模工程示范方面均得到发展。 大规模工程开发是直接液化的关键，间接液化技术开发取得重要进展 煤直接液化于50年前已实现工业生产，新工艺研发在国外己有近30年的历史。国外积累了从基础工艺研究到中间试验的大量经验。中国国内研究已有20多年，2002年以来，开发成功高分散加氢液化催化剂;结合1Mt/a示范工程的工艺优化试验，形成“神华煤直接液化新工艺”，并作为工业示范工程的工艺基础，正在建设的投煤量6t/d的液化装置将对该工艺进行优化和验证试验。 煤直接液化新工艺在世界上尚无商业化工厂运行实践，因此其关键是通过大规模工程化开发和示范，取得建设和运行商业化工厂的经验，为产业化发展打下基础。 煤间接液化于50年前也已有工厂运行，南非SASOL公司于1955年、1980年、1982年相继建成投产了3个工厂并一直运行至今，期间不断取得鲁奇煤气化、F-T合成等大型工业化的技术进步，目前年处理煤约4 500万t，产品750万t。 中国煤间接液化技术研发已有20多年，中科院山西煤化所2002年建成1000t/a合成油品开发装置，经多次运行取得了成果。兖