精選百科
本文由作者推薦
煤液化
把煤炭轉化成液體燃料的過程
基本信息
| 中文名 | 煤液化 |
| 外文名 | Coal liquefaction |
| 分類 | 直接液化和間接液化 |
| 性質 | 化學變化 |
煤液化分類
熱解和碳化過程
直接液化DCL
發(fā)展歷史
煤直接液化技術是由德國人于1913年發(fā)現(xiàn)的，并于二戰(zhàn)期間在德國實現(xiàn)了工業(yè)化生產。德國先后有12套煤炭直接液化裝置建成投產，到1944年，德國煤炭直接液化工廠的油品生產能力已達到423萬噸/年。二戰(zhàn)后，中東地區(qū)大量廉價石油的開發(fā)，煤炭直接液化工廠失去競爭力并關閉。
70年代初期，由于世界范圍內的石油危機，煤炭液化技術又開始活躍起來。日本、德國、美國等工業(yè)發(fā)達國家，在原有基礎上相繼研究開發(fā)出一批煤炭直接液化新工藝，其中的大部分研究工作重點是降低反應條件的苛刻度，從而達到降低煤液化油生產成本的目的。世界上有代表性的直接液化工藝是日本的NEDOL工藝、德國的IGOR工藝和美國的HTI工藝。這些新直接液化工藝的共同特點是，反應條件與老液化工藝相比大大緩和，壓力由40MPa降低至17～30MPa，產油率和油品質量都有較大幅度提高，降低了生產成本。到目前為止，上述國家均已完成了新工藝技術的處理煤100t/d級以上大型中間試驗，具備了建設大規(guī)模液化廠的技術能力。煤炭直接液化作為曾經工業(yè)化的生產技術，在技術上是可行的。國外沒有工業(yè)化生產廠的主要原因是，在發(fā)達國家由于原料煤價格、設備造價和人工費用偏高等導致生產成本偏高，難以與石油競爭。
工藝原理
煤的分子結構很復雜，一些學者提出了煤的復合結構模型，認為煤的有機質可以設想由以下四個部分復合而成。第一部分，是以化學共價鍵結合為主的三維交聯(lián)的大分子，形成不溶性的剛性網絡結構，它的主要前身物來自維管植物中以芳族結構為基礎的木質素。第二部分，包括相對分子質量一千至數(shù)千，相當于瀝青質和前瀝青質的大型和中型分子，這些分子中包含較多的極性官能團，它們以各種物理力為主，或相互締合，或與第一部分大分子中的極性基團相締合，成為三維網絡結構的一部分。第三部分，包括相對分子質量數(shù)百至一千左右，相對于非烴部分，具有較強極性的中小型分子，它們可以分子的形式處于大分子網絡結構的空隙之中，也可以物理力與第一和第二部分相互締合而存在。第四部分，主要為相對分子質量小于數(shù)百的非極性分子，包括各種飽和烴和芳烴，它們多呈游離態(tài)而被包絡、吸附或固溶于由以上三部分構成的網絡之中。
煤復合結構中上述四個部分的相對含量視煤的類型、煤化程度、顯微組成的不同而異。上述復雜的煤化學結構，是具有不規(guī)則構造的空間聚合體，可以認為它的基本結構單元是以縮合芳環(huán)為主體的帶有側鏈和多種官能團的大分子，結構單元之間通過橋鍵相連，作為煤的結構單元的縮合芳環(huán)的環(huán)數(shù)有多有少，有的芳環(huán)上還有氧、氮、硫等雜原子，結構單元之間的橋鍵也有不同形態(tài)，有碳碳鍵、碳氧鍵、碳硫鍵、氧氧鍵等。
煤在一定溫度、壓力下的加氫液化過程基本分為三大步驟。
（2）在具有供氫能力的溶劑環(huán)境和較高氫氣壓力的條件下、自由基被加氫得到穩(wěn)定，成為瀝青烯及液化油分子。能與自由基結合的氫并非是分子氫（
），而應是氫自由基，即氫原子，或者是活化氫分子，氫原子或活化氫分子的來源有：①煤分子中碳氫鍵斷裂產生的氫自由基；②供氫溶劑碳氫鍵斷裂產生的氫自由基；③氫氣中的氫分子被催化劑活化；④化學反應放出的氫。當外界提供的活性氫不足時，自由基碎片可發(fā)生縮聚反應和高溫下的脫氫反應，最后生成固體半焦或焦炭。
（3）瀝青烯及液化油分子被繼續(xù)加氫裂化生成更小的分子。
工藝過程
直接液化典型的工藝過程主要包括煤的破碎與干燥、煤漿制備、加氫液化、固液分離、氣體凈化、液體產品分餾和精制，以及液化殘渣氣化制取氫氣等部分。氫氣制備是加氫液化的重要環(huán)節(jié)，大規(guī)模制氫通常采用煤氣化及天然氣轉化。液化過程中，將煤、催化劑和循環(huán)油制成的煤漿，與制得的氫氣混合送入反應器。在液化反應器內，煤首先發(fā)生熱解反應，生成自由基“碎片”，不穩(wěn)定的自由基“碎片”再與氫在催化劑存在條件下結合，形成分子量比煤低得多的初級加氫產物。出反應器的產物構成十分復雜，包括氣、液、固三相。氣相的主要成分是氫氣，分離后循環(huán)返回反應器重新參加反應；固相為未反應的煤、礦物質及催化劑；液相則為輕油（粗汽油）、中油等餾份油及重油。液相餾份油經提質加工（如加氫精制、加氫裂化和重整）得到合格的汽油、柴油和航空煤油等產品。重質的液固淤漿經進一步分離得到重油和殘渣，重油作為循環(huán)溶劑配煤漿用。
工藝特點
（1）液化油收率高。例如采用HTI工藝，神華煤的油收率可高達63%－68%；
（2）煤消耗量小，一般情況下，1噸無水無灰煤能轉化成半噸以上的液化油，加上制氫用煤，約3－4噸原料產1噸液化油。
（3）餾份油以汽、柴油為主，目標產品的選擇性相對較高；
（6）出液化反應器的產物組成較復雜，液、固兩相混合物由于粘度較高，分離相對困難；
（7）氫耗量大，一般在6%－10%，工藝過程中不僅要補充大量新氫，還需要循環(huán)油作供氫溶劑，使裝置的生產能力降低。
國內技術發(fā)展
我國從70年代末開始煤炭直接液化技術研究。煤炭科學研究總院北京煤化所對近30個煤種在0.1噸/日裝置上進行了50多次運轉試驗，開發(fā)了高活性的煤液化催化劑，進行了煤液化油的提質加工研究，完成了將煤的液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油的試驗。“九五”期間分別同德國、日本、美國有關部門和公司合作完成了神華、黑龍江依蘭、云南先鋒建設煤直接液化廠的預可行性研究。
在開發(fā)形成“神華煤直接液化新工藝”的基礎上，神華集團建成了投煤量
的工藝試驗裝置，于2004年10月開始進行溶劑加氫、熱油連續(xù)運轉，并于2004年12月16日投煤，進行了23小時投料試運轉，打通了液化工藝，取得開發(fā)成果。
間接液化 ICL
發(fā)展歷史
1923年，德國化學家首先開發(fā)出了煤炭間接液化技術。40年代初，為了滿足戰(zhàn)爭的需要，德國曾建成9個間接液化廠。二戰(zhàn)以后，同樣由于廉價石油和天然氣的開發(fā)，上述工廠相繼關閉和改作它用。之后，隨著鐵系化合物類催化劑的研制成功、新型反應器的開發(fā)和應用，煤間接液化技術不斷進步，但由于煤炭間接液化工藝復雜，初期投資大，成本高，因此除南非之外，其它國家對煤炭間接液化的興趣相對于直接液化來說逐漸淡弱。
煤炭間接液化技術主要有三種，即的南非的薩索爾（Sasol）費托合成法、美國的Mobil甲醇制汽油法和正在開發(fā)的直接合成法。煤間接液化技術在國外已實現(xiàn)商業(yè)化生產，全世界共有3家商業(yè)生產廠正在運行，它們分別是南非的薩索爾公司和新西蘭、馬來西亞的煤炭間接液化廠。新西蘭煤炭間接液化廠采用的是Mobil液化工藝，但只進行間接液化的第一步反應，即利用天然氣或煤氣化合成氣生產甲醇，而沒有進一步以甲醇為原料生產燃料油和其它化工產品，生產能力1.25萬桶/天。馬來西亞煤炭間接液化廠所采用的液化工藝和南非薩索爾公司相似，但不同的是它以天然氣為原料來生產優(yōu)質柴油和煤油，生產能力為50萬噸/年。因此，從嚴格意義上說，南非薩索爾公司是世界上唯一的煤炭間接液化商業(yè)化生產企業(yè)。
工藝原理
費托合成（Fisher-Tropsch Sythesis）合成是指CO在固體催化劑作用下非均相氫化生成不同鏈長的烴類（C1～C25）和含氧化合物的反應。該反應于1923年由F.Fischer和H.Tropsch首次發(fā)現(xiàn)后經Fischer等人完善，并于1936年在魯爾化學公司實現(xiàn)工業(yè)化，費托（F-T）合成因此而得名。
費托合成反應化學計量式因催化劑的不同和操作條件的差異將導致較大差別，但可用以下兩個基本反應式描述。
（1）烴類生成反應
（2）水氣變換反應
由以上兩式可得合成反應的通用式：
（3）烷烴生成反應
（4）烯烴生成反應
間接液化的主要反應就是上面的反應，由于反應條件的不同，還有甲烷生成反應，醇類生成反應（生產甲醇就需要此反應），醛類生成反應等等。
工藝過程
煤間接液化可分為高溫合成與低溫合成兩類工藝。高溫合成得到的主要產品有石腦油、丙烯、α－烯烴和
烷烴等，這些產品可以用作生產石化替代產品的原料，如石腦油餾分制取乙烯、α－烯烴制取高級洗滌劑等，也可以加工成汽油、柴油等優(yōu)質發(fā)動機燃料。低溫合成的主要產品是柴油、航空煤油、蠟和LPG等。煤間接液化制得的柴油十六烷值可高達70，是優(yōu)質的柴油調兌產品。
煤間接液化制油工藝主要有Sasol工藝、Shell的SMDS工藝、Syntroleum技術、Exxon的AGC-21技術、Rentech技術。己工業(yè)化的有南非的Sasol的漿態(tài)床、流化床、固定床工藝和Shell的固定床工藝。國際上南非Sasol和Shell馬來西亞合成油工廠已有長期運行經驗。
典型煤基
合成工藝包括：煤的氣化及煤氣凈化、變換和脫碳；合成反應；油品加工等3個純“串聯(lián)”步驟。氣化裝置產出的粗煤氣經除塵、冷卻得到凈煤氣，凈煤氣經
寬溫耐硫變換和酸性氣體（包括和
等）脫除，得到成分合格的合成氣。合成氣進入合成反應器，在一定溫度、壓力及催化劑作用下，
和轉化為直鏈烴類、水以及少量的含氧有機化合物。生成物經三相分離，水相去提取醇、酮、醛等化學品；油相采用常規(guī)石油煉制手段（如常、減壓蒸餾），根據(jù)需要切割出產品餾份，經進一步加工（如加氫精制、臨氫降凝、催化重整、加氫裂化等工藝）得到合格的油品或中間產品；氣相經冷凍分離及烯烴轉化處理得到LPG、聚合級丙烯、聚合級乙烯及中熱值燃料氣。
工藝特點
（1）合成條件較溫和，無論是固定床、流化床還是漿態(tài)床，反應溫度均低于350℃，反應壓力
；
（2）轉化率高，如SASOL公司SAS工藝采用熔鐵催化劑，合成氣的一次通過轉化率達到60%以上，循環(huán)比為2.0時，總轉化率即達90%左右。Shell公司的SMDS工藝采用鈷基催化劑，轉化率甚至更高；
（4）有效產物－
－的理論收率低，僅為43.75%，工藝廢水的理論產量卻高達56.25%；
（6）反應物均為氣相，設備體積龐大，投資高，運行費用高；
（7）煤基間接液化全部依賴于煤的氣化，沒有大規(guī)模氣化便沒有煤基間接液化。
國內技術發(fā)展
山西煤化所辦公樓
“七五”期間，山西煤化所開的煤基合成汽油技術被列為國家重點科技攻關項目。1989年在代縣化肥廠完成了小型實驗?！鞍宋濉逼陂g，國家和山西省政府投資2000多萬元，在晉城化肥廠建立了年產2000噸汽油的工業(yè)試驗裝置，生產出了90號汽油。在此基礎上，提出了年產10萬噸合成汽油裝置的技術方案。2001年，國家863計劃和中科院聯(lián)合啟動了“煤變油”重大科技項目。中科院山西煤化所承擔了這一項目的研究，科技部投入資金6000萬，省政府投入1000萬和本地企業(yè)的支持，經過一年多攻關，千噸級漿態(tài)床中試平臺在2002年9月實現(xiàn)了第一次試運轉，并合成出第一批粗油品，低溫漿態(tài)合成油可以獲得約70%的柴油，十六烷值達到70以上，其它產品有LPG(約5%～10%)、含氧化合物等。其核心技術費托合成的催化劑、反應器和工藝工程也取得重大突破。
神華鄂爾多斯煤直接液化裝置地理位置
在技術開發(fā)的同時，國內煤炭企業(yè)對引進成熟技術、建設煤間接液化工廠做了大量工作。平頂山煤業(yè)集團、寧夏煤業(yè)集團以及神華集團就建設間接液化商業(yè)化示范工廠進行了煤種評價試驗和建廠預可行性研究，并就引進技術、投融資、立項等做了大量前期工作，項目正在論證階段。
煤液化相關的文章
鼻炎是一種常見的鼻腔黏膜炎癥性疾病。多發(fā)生于春夏交替的季節(jié)，我國發(fā)病率呈上升的趨勢。病因較為復雜，與多種因素有關，病毒感染是首要原因。主要表現(xiàn)為鼻塞、鼻癢、打噴嚏、流鼻涕、嗅覺下降、頭痛、頭昏等。主要通過藥物治療來緩解癥狀，此外還會有變應原特異性免疫治療、手術治療等。如未及時治療，可能會引起急性鼻竇
Gelato是意大利的甜品代表，與冰淇淋相似但有所不同。它選用時令水果、天然堅果、奶、蛋等原料，甚至制作過程不再加一滴水，因此更為新鮮、低熱、富有創(chuàng)意。與冰淇淋相比，Gelato更注重原料的質量和口感，被奉為冰淇淋的經典。冰淇淋源于中國，在元朝時期已有制作，是以飲用水、牛乳、奶粉、奶油（或植物油脂）
布拉格是捷克共和國的首都和最大的城市，位于該國的中波希米亞州、伏爾塔瓦河流域。該市地處歐洲大陸的中心，在交通上一向擁有重要地位，與周邊國家的聯(lián)系也相當密切。布拉格的面積為496平方公里，截至2022年1月，人口約為127.5萬。布拉格是一座歐洲歷史名城，城堡始建于公元9世紀。1345—1378年，在
宴會又稱燕會、筵宴、酒會，是因習俗或社交禮儀需要而舉行的宴飲聚會，是社交與飲食結合的一種形式。人們通過宴會，不僅獲得飲食藝術的享受，而且可增進人際間的交往。宴會上的一整套菜肴席面稱為筵席，由于筵席是宴會的核心，因而人們習慣上常將這兩個詞視為同義詞。
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
