7 煤直接液化

化工工艺学2020/1/161直接液化：将煤在较高温度和压力下与氢反应使其降解和加氢，从而转化为液体油类的工艺。又称加氢液化。直接液化间接液化热效率高低原料煤要求高低产物汽油、芳烃柴油、烯烃、含氧有机物7.1煤直接液化的意义和发展概况7.1.1煤直接液化的意义7煤直接液化化工工艺学2020/1/1627.1.2煤直接液化的发展概况耐硫的钨钼催化剂加氢过程分为糊相和气相两段（１）溶解热解液化法（２）溶剂加氢抽提液化法（３）高压催化加氢法（４）煤和渣油联合加工法（５）干馏液化法（６）地下液化法化工工艺学2020/1/1637.2煤加氢液化原理7.2.1煤与石油的比较煤石油Ｈ/Ｃ低高氧含量高低主体高分子聚合物低分子化合物化工工艺学2020/1/164化工工艺学2020/1/1657.2.2煤加氢液化的主要反应热解反应自由基碎片供氢加氢产物高分子不溶物缩聚化工工艺学2020/1/1667.2.2.1煤的热解加氢的先决条件7.2.2.2对自由基“碎片”的供氢或化工工艺学2020/1/167氢源：溶解于溶剂油中的溶剂油中的煤化学反应40%化工工艺学2020/1/168对供氢有利的措施使用供氢性能的溶剂提高系统氢气压力提高催化剂活性保持一定的H2S浓度化工工艺学2020/1/1697.2.2.3脱杂原子的反应（1）脱氧反应氧存在形式：含氧官能团醚键和杂环化工工艺学2020/1/1610（2）脱硫反应硫醚键巯基杂环（3）脱氮反应杂环胺基化工工艺学2020/1/16117.2.2.4脱杂原子的反应防止结焦措施：提高系统的氢分压提高供氢溶剂的浓度反应温度不要太高降低循环油中沥青烯含量缩短反应时间化工工艺学2020/1/16123007.2.3煤加氢液化的反应产物气、液、固三相混合物1000500化工工艺学2020/1/16137.2.2.1煤加氢液化的反应历程（１）煤不是组成均一的反应物（２）反应以顺序进行为主（３）前沥青烯和沥青烯是中间产物（４）逆反应（即结焦反应）也可能发生化工工艺学2020/1/16147.3德国煤直接液化工艺的发展7.3.1德国煤直接液化老工艺7.3.1.1战前的煤直接液化工厂7.3.1.2工艺流程IG工艺糊相加氢粗汽油和中油气相加氢商品油化工工艺学2020/1/1615化工工艺学2020/1/1616化工工艺学2020/1/16177.3.1.3主要工艺条件和产品收率（1）催化剂化工工艺学2020/1/1618（2）温度和压力热交换器煤糊预热至300～350℃预热器比预定反应温度低20～60℃反应器470℃左右，容积9～13m3/个热分离器325℃反应系统压力70MPa（3）固液分离（4）产品收率化工工艺学2020/1/16197.3.2德国煤直接液化新工艺7.3.2.1新老工艺的比较化工工艺学2020/1/16207.3.2.2原料煤和主要工艺条件化工工艺学2020/1/16217.3.2.3反应物料平衡延长停留时间反应深度增加化工工艺学2020/1/16227.3.2.4煤加氢制取化工原料化工工艺学2020/1/16237.4美国煤加氢液化的中间试验化工工艺学2020/1/1624化工工艺学2020/1/16257.4.1溶剂精炼煤法前加氢抽提液化工艺SRC—ISRC—II加氢程度低高7.4.1.1溶剂精炼煤法—I（1）工艺流程化工工艺学2020/1/1626化工工艺学2020/1/16277.4.1.2溶剂精炼煤法—II与SRC-I相似淤浆部分循环减压蒸馏氢耗高化工工艺学2020/1/16287.4.2氢煤法氢油法7.4.2.1工艺流程化工工艺学2020/1/16297.4.2.2原料煤、操作条件和试验结果（1）原料煤伊利诺斯6号煤、怀俄达克次烟煤澳大利亚褐煤（2）主要操作条件反应温度450℃反应压力16~19MPa制浆油：煤1.5~2.0（质量比）空速：0.5~2kg煤/kg催化剂·h反应器内料浆性质化工工艺学2020/1/1630（3）试验结果化工工艺学2020/1/16317.4.2.3工艺放大和中试情况流化床化工工艺学2020/1/16327.4.3供氢溶剂法7.4.3.1工艺流程化工工艺学2020/1/16337.4.3.2原料煤、操作条件和试验结果（1）原料煤伊利诺斯煤、怀俄明煤得克萨斯褐煤（2）操作条件另氢抽提反应器~450℃、14MPa、36min灵活焦化器3MPa485~650℃815~890℃气化炉3~6MPa、1370~1540℃化工工艺学2020/1/1634（3）试验结果煤浆一次通过加氢反应器，C3~540℃烟煤39~46%次烟煤38%褐煤36%真空残渣部分循环，C3~540℃烟煤55~60%次烟煤44~50%褐煤47%化工工艺学2020/1/16357.4.3.3循环溶剂油质量的控制溶剂油质量指数供氢溶剂法操作可靠性好、煤种适应性强转化率、油产率低化工工艺学2020/1/16367.5煤直接液化技术开发中的若干重要问题7.5.1煤直接液化中的氢耗量7.5.1.1氢耗量对煤液化的影响化工工艺学2020/1/1637产品重，氢耗低产品轻，氢耗高化工工艺学2020/1/16387.5.1.3氢消耗去向分析化工工艺学2020/1/1639（4）选用高活性催化剂7.5.1.4降低气态烃产率的措施（1）缩短糊相加氢的反应时间（2）适当降低煤的转化率（3）采用分段加氢法7.5.2固液分离和残渣利用7.5.2.1固液分离（1）料浆的特点固体颗粒很细粘度很高固体粒子与液相之间比重差很小化工工艺学2020/1/1640（2）固液分离技术过滤真空闪蒸反溶剂法临界溶剂脱灰7.5.2.2残渣利用气化制氢干馏燃烧7.5.3循环油7.5.3.1溶剂的有关性能供氢及传递氢溶剂抽提溶解氢作反应介质化工工艺学2020/1/16417.5.3.2煤液化循环油及其改进方向（1）IG新工艺的循环油中油33~45%重油55~67%（2）EDS工艺的循环油预加氢200~425℃溶剂质量指数（3）循环油改进方向蒸馏油化工工艺学2020/1/16427.5.4催化剂7.5.4.1目前常用的催化剂（1）铁系催化剂含氧化铁的矿物铁盐煤中硫铁矿拜尔赤泥卢特赤泥糊相加氢不回收一次性催化剂（2）常用工业加氢催化剂担载型载体Al2O3主要成分NiO、MoO3、CoO、WO3化工工艺学2020/1/1643催化剂失活原因催化剂表面积碳表面沉积表面吸附金属硫化物被还原（3）金属卤化物ZnCl2SnCl2、CoCl2、FeCl2低熔点化合物以熔融催化剂为介质高活性对不锈钢腐蚀严重化工工艺学2020/1/16447.5.4.2硫的作用(1-x)FeS2+(1-2x)H2→Fe1-xS+(1-2x)H2SS+H2→H2SH2S→HS·+H·R·+H·→RHHS·+H2→H2S+H·3H2S+Fe2O3→FeS+FeS2+3H2OR1-O-R2+H2S→R1OH+R2SHFe1-xS化工工艺学2020/1/1645结焦、沉积7.5.4.3催化剂的改进（1）提高铁系催化剂的活性（2）对石油工业通用的加氢催化剂改性（3）专用催化剂的研制7.5.5其他7.5.5.1加氢反应器糊相加氢圆筒式或管式反应器流化床反应器多层钢板焊接并设隔热保温层通入冷空气化工工艺学2020/1/16467.5.5.2原料煤影响加氢反应活性活性组分、惰性组分碱性成分含氧量选择预选筛选试验符合高挥发分年轻烟煤和硬质褐煤惰质组15%灰分10%含硫高化工工艺学2020/1/16477.5.5.3反应温度压力（1）反应温度（2）反应压力15~20MPa化工工艺学2020/1/16487.6煤直接液化新技术的开发7.6.1两段集成液化法7.6.1.1两段集成液化法的提出热解抽提煤转化为前沥青烯和沥青烯加氢裂解重质中间产物转化为可蒸馏的油速度快需氢少催化剂影响小速度慢需氢多催化剂影响大两段集成液化热解抽提脱灰催化加氢蒸馏油化工工艺学2020/1/16497.6.1.2工艺流程和试验结果（1）工艺流程5:1煤热解抽提第一段气体蒸馏油品脱灰残渣催化加氢第二段蒸馏沥青化工工艺学2020/1/1650（2）试验结果7.6.1.3两段液化法的发展短接触两段液化双集成两段液化直接衔接的两段液化化工工艺学2020/1/16517.6.2超临界溶剂抽提法7.6.2.1原理低分子物理溶解活化能小高分子裂解反应溶解300℃300℃化工工艺学2020/1/16527.6.2.2溶剂的选择溶解煤超临界状态、高密度来源方便、价格便宜7.6.2.3工艺流程化工工艺学2020/1/16537.6.2.4试验结果（1）煤种和溶剂对抽提率的影响化工工艺学2020/1/1654（2）温度和压力对抽提率的影响化工工艺学2020/1/1655（3）抽提油的蒸馏试验化工工艺学2020/1/16567.6.3煤和渣油的联合加工常压渣油、减压渣油以渣打油作为煤加氢的制浆油，在高温高压下裂解和加氢使煤和渣油同时发生转化。7.6.3.1渣油及基现有加工方法简介（1）减压渣油的主要性质化工工艺学2020/1/1657（2）渣油的深度加工延迟焦化减粘裂化加氢裂化热裂化和催化裂化化工工艺学2020/1/16587.6.3.2联合加工的工艺、操作条件和试验结果（1）工艺HRI两段催化法Canmet法Pyrosol法（2）主要操作条件煤浆中煤浓度30~40%温度250~450℃压力15~20MPa催化剂HIRCo/Mo/Ni/Al2O3Canmet法、Pyrosol法铁系化工工艺学2020/1/1659（3）试验结果煤样、渣油、操作条件化工工艺学2020/1/1660化工工艺学2020/1/1661化工工艺学2020/1/16627.6.3.3联合加工的特点（1）装置的加工能力提高（2）煤和渣油之间的协同效应煤防结焦吸附促进轻质化转化渣油供氢溶剂和介质轻质化（3）产品质量较高（4）氢的利用率较高（5）对煤质要求宽（6）成本降低化工工艺学2020/1/16637.6.4我国煤直接液化技术开发的现状7.6.4.1概况7.6.4.2主要试验结果化工工艺学2020/1/1664化工工艺学2020/1/16657.7煤直接液化的发展前景7.7.1煤直接液化的热效率和经济成本7.7.1.1热效率%100/1煤的发热量产品总发热量%1002外来电能煤的发热量液体产品总发热量化工工艺学2020/1/16667.7.1.2经济成本35~45美元/桶7.7.2煤直接液化的希望与困难并存