国内外煤炭液化的技术现状分析和展望

ChinaUniversityofMining&Technology11国内外煤炭液化的技术现状分析和展望中国矿业大学化工学院化工05-4詹俊荣赵跃周峰谢显国颜刚ChinaUniversityofMining&Technology221.煤炭液化研究背景2.煤炭直接、间接液化技术现状3.两种液化技术比较4.煤炭液化的SWOT分析目录ChinaUniversityofMining&Technology331.煤炭液化的研究背景ChinaUniversityofMining&Technology中国是一个富煤贫油少气的国家，而煤炭液化技术也将成为新型煤化工产业的重要方向之一研究背景在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，煤炭液化不仅具有重大的环保意义，而且具有保障能源安全的战略意义。•煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除,产品为洁净燃料。ChinaUniversityofMining&Technology55二、煤炭直接、间接液化技术现状ChinaUniversityofMining&Technology2-1煤炭的直接液化技术煤炭的直接液化技术25341反应机理煤质要求催化剂工艺供氢溶剂ChinaUniversityofMining&Technology煤在热解过程中，生成的游离基从供氢溶剂中取得氢而稳定下来，生成分子量较小的产物。煤在加氢液化过程中，在一定的温度下（300°C）时，煤的化学结构中键能最弱的部分开始断裂成自由基碎片：R-CH2-CH2-R′vR→CH2+R′-CH2煤中的有机质中的杂原子如O、N、S在加氢的条件下能与氢反应，分别生成H2O、H2S、NH3等，对提高煤加氢液化产品的质量和保护环境很重要2-1-1煤炭直接液化的反应机理热裂解反应供氢反应脱杂原子反应ChinaUniversityofMining&Technology2-1-2煤质要求煤化程度煤化程度越深，加氢液化越难；高等挥发烟煤（长焰煤、气煤）和年轻褐煤是最适宜的液化原料，中等变质程度以上的很难液化煤岩组成镜质组和壳质组是活性组分，易加氢液化，而惰质组难液化或根本不能液化矿物质组成及含量矿物质的含量越低越好，5%左右最好，最大不超过10%ChinaUniversityofMining&Technology如ZnCl2、SnCl2等，属酸性催化剂，裂解能力强，但是对煤液化装置设备有较强的腐蚀作用催化活性较高。但是这类金属催化剂的价格比较昂贵而且丢弃对污染比较严重，因此用后要回收包括含铁的天然矿石、含铁的工业残渣和各种纯态铁的化合物（如铁的氧化物、硫化物和氢氧化物）。钴(Co)钼（Mo）镍（Ni）金属卤化物铁系催化剂2-1-3催化剂ChinaUniversityofMining&Technology2-1-4供氢溶剂供氢溶剂的作用25341提供和传递转移活性氢作用溶胀分散作用对煤粒热裂解生成的自由基起稳定保护作用稀释液化产物作用溶解作用ChinaUniversityofMining&Technology主要是煤焦油和石油渣油。这种煤直接液化工艺与石油渣油或煤焦油高温裂解加氢工艺的结合与发展,是一种高效合理利用煤炭资源生产液体燃料的新方法。常见的溶剂有:四氢萘、萘、蒽、菲、甲酚、萘酚使这些废物质得到循环利用,同时减少污染,这一技术对环境保护、节约资源很有意义2-1-4供氢溶剂分类普通溶剂重质油废塑料、废橡胶、废油脂ChinaUniversityofMining&Technology12该工艺以炼铝赤泥为催化剂，催化剂加入量为4％，不进行催化剂回收。反应压力为30MPa，反应温度为465oC。现已完成0．2t／d和200t／d规模的试验研究。采用减压蒸馏(即闪蒸)方法进行固一液分离，液化粗油不经降温而直接进行提质加工，将难以加氢的沥青质留在残渣中用作气化制氢的原料。2-1-5直接液化工艺-德国IGOR工艺ChinaUniversityofMining&Technology13该工艺以黄铁矿为催化剂，催化剂加人量为4％，也不进行催化剂回收。反应压力为19MPa，反应温度为460℃。其主要特点是循环溶剂全部在一个单独的固定床反应器中，用高活性催化剂预先加氢，使之变为供氢溶剂。液化粗油经过冷却后再去进行提质加工。液化残渣连同其中所含的重质油即可进一步进行油回收，也可直接用作气化制氢的原料。现已完成0．01t／d、0．1t／d、lt／d以及150t／d规模的试验研究。2-1-5直接液化工艺-日本NEDOL工艺ChinaUniversityofMining&Technology14该工艺使用人工合成的高分散催化剂，加人量为0．5％，不进行催化剂回收。反应压力为17MPa，反应温度为4500C。其主要特点是对液化残渣进行油回收，故液化油收率较高。现已完成0．025t／d和3t／d规模的试验研究。2-1-5直接液化工艺-美国HTI工艺ChinaUniversityofMining&Technology15该工艺使用高活性的乳化钼催化剂，加人量为0．1％，在1600-1650℃高温下采用焚烧法进行催化剂回收，回收率达95％～97％。反应压力为6～10MPa，反应温度为425～435℃。其主要特点是原料煤在一个特殊的涡流舱内被惰性气体快速加热(升温速率为1000℃／min以上)，并发生爆炸式的脱水干燥、气孔爆裂、热粉碎以及热裂解。该工艺对原料煤种的要求比较高，高活性、未氧化原料煤，而且对煤灰成分也有较高的要求。现已建立起5～6t／d规模的连续试验装置。2-1-5直接液化工艺-俄罗斯FFI工艺ChinaUniversityofMining&Technology16神华煤炭液化项目采用美国碳氢技术公司(HTI)的生产工艺，是目前世界上首条煤直接液化制油的工业化生产线，分为煤液化、液化油提质和制氢三大部分。优点：（1）煤浆制备全部采用供氢性循环溶剂,使得液化反应条件温和，系统操作稳定性提高；（2）采用两个强制循环悬浮床反应器。这样使得反应器温度分布均匀，产品性质稳定；（3）采用减压蒸馏的方法进行液化油和固体物的分离。残渣中含油量少，产品产率提高；（4）循环溶剂和产品采用强制循环悬浮床加氢反应器。该工艺PDU装置的蒸馏油收率达到56％～58％，转化率90％～92％，气产率约12％～14％,水产率11％～13％，氢耗量5％～7％。2-1-5直接液化工艺-神华煤直接液化工艺ChinaUniversityofMining&Technology2-2-1煤炭间接液化基本原理烃类原料F-T是将气化产生的小分子聚集成大的碳氢化合物分子：nCO+2nH2→nH2O+CnH2nnCO+(2n+1)H2→nH2O+CnH2n甲醇和二甲醚将固体的煤气化后转化为成CO和H2为主的合成气,然后在一定温度和催化剂作用下合成甲醇,甲醇脱水生成DME。甲醇和二甲醚都是洁净煤技术的重要组成部分煤炭间接液化是将煤气化、净化制得H2/CO比符合合成油要求的原料，然后在一定压力、温度、催化剂条件下来合成汽油、柴油等烃类燃料或含氧燃料等液态产品。当前,煤炭间接液化的最主要产品有3个:烃类原料、甲醇和二甲醚(简称DME)。ChinaUniversityofMining&Technology2-2-2煤炭间接液化工艺间接液化工艺固定床MFT合成浆态床-固定床两段合成（SMFT）工艺Text荷兰的SMDS合成丹麦的TIGAS合成美国的STG合成美国MTG合成南非F-T合成国外工艺国内工艺其中，MFT合成工艺将传统F-T合成和分子筛作用相结合。已先后完成了小型试验、模拟试验、年百吨中型试验和2kt/a的工业性试验，取得油收率较高、油品性能较好的结果。SMFT合成工艺利用超细粒铁基催化剂，在ZMS-5分子筛上将过程产物转化为高辛烷值汽油。该工艺的汽油馏分中含有97.8%C5-C11组分，也富含芳烃和异构烷烃，辛烷值高达90，是高质量的优质汽油。ChinaUniversityofMining&Technology1919三.两种液化技术比较ChinaUniversityofMining&Technology20煤炭直接液化对煤种的要求较高，反应条件比较苛刻，对设备材质较高煤炭间接液化对原料的适应性强，技术相当成熟。设备材质要求低，装置操作、维修相对简单。国外已有大规模商业化应用实例。3-1合成工艺对比项目直接液化间接液化煤种适应性差强反应及操作条件苛刻适度温度/C435-445270-350压力/MPa12-302.5油收率较高一般设备材质要求高，部分设备需进口要求较低，设备可以全部国产化技术成熟程度小型试验，比较成熟工业化化，相当成熟商业化应用国内外均无商业化工厂，只建有中小型试验装置国外已有大规模商业化工厂，国内只有中型试验装置ChinaUniversityofMining&Technology213-2合成产品对比项目直接液化间接液化德国美国固定床循环流化床浆态床SMDSCH42103.23.9C2H615.95.291.84C2H40.141.60.2C3H62.7122.72.5C3H87.62.321.723.11.8C4H82.892.9C4H101.841.71.31.5汽油32.939.9818401817.5柴油43.936.1614719.221.7重质油和蜡8.2152445.147.9含氧化合物3.262.9ChinaUniversityofMining&Technology223-2合成产品对比产物,组成%直接液化间接液化（浆态床）汽油柴油汽油柴油烷烃16.216065烯烃5.53125环烷烃55.5711芳烃18.66000极性化合物4.22487沥青烯80辛烷值80.335-40十六烷值2065-701、直接液化的目标产品是：柴油、汽油或石脑油。间接液化的目标产品是：汽油、柴油、煤油等烃类产品，或高附加值的有机化工产品。2、直接液化合成油的辛烷值高达80，合成柴油的十六辛烷值不到20,需要加氢裂化改质；间接液化合成汽油辛烷值仅35-40，柴油十六辛烷值高达70。ChinaUniversityofMining&Technology233-3合成技术经济对比项目煤直接液化煤间接液化（浆态床）例1例2例1例2规模，kt/a998.12476709.8550主要产品,kt/a汽油352195204.0柴油为主柴油530.41775.6475.8其他115.3505.030.0吨产品单耗（折合标准煤）原料煤/t2.772.312.803.7燃料煤/t包括在制氢煤中0.260.0.457天然气/t0.226电/kw.h501596276新鲜水/t15.65.421.612.0吨产品投资，元/t82166210.57466.68350税后财务收率,%12.56（税前）12投资回收期/a11.23（税前）8ChinaUniversityofMining&Technology243-3合成技术经济对比1、两种液化厂的固定投资都很高，受规模影响明显。其中，煤间接液化的合成气制造装置占总投资的60%-70%；2、直接液化的能源转化率高，耗水比较少，间接液化的热效率较低，耗水量较大；3、当国际原油价格在50美元以下和煤价在150元以下，建立煤制油工业装置是可行的。ChinaUniversityofMining&Technology2525四.煤炭液化SWOT分析ChinaUniversityofMining&Technology4-1煤炭液化优势（Strength）优势（Strength）我国煤炭价格、劳动力价格、设备价格等都较低廉，在我国建设煤炭直接液化生产厂可减少投资，降低液化油成本我国的煤炭直接液化技术研究进行了很长时间，已完成基础性研究，具备了规模化生产的条件地方积极性高一些富煤缺油省份急切盼望煤炭直接液化技术能在当地商业化一方面解决石油资源的短缺，另一方面可以带动地方经济的发展ChinaUniversityofMining&Technology4-2煤炭液化劣势（Weakness）劣