煤炭液化是什么?关于煤炭液化的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:49:54

利用煤炭生产出各种液态燃料和其他化学品(通常称为“煤炭液”或“煤制油”),有着长久和复杂的历史,最早可追溯到20世纪初。但在中东发现便宜的原油后,这些工艺就变得不经济了,从那时起,对煤炭液化的商业兴趣就变得分散和边缘化。能源经济学家多次强调,为使大部分液化技术具有经济可行性,原油价格需要保持在35美元/桶以上的水平。对拥有丰富煤炭资源的国家来说,推行煤炭液化技术可提高液态燃料和化学品的供应安全。这类国家的最大特点是“贫油、多煤”,因而,要快速发展经济,满足对液态燃料的需求,发展煤炭液化技术势在必行。

煤炭液化的概念

煤炭液化是指把煤通过高温高压的办法变成富含各种烃类的气体,然后将这些气体经,过提纯后进行反应生成石油和其他化工产品的过程。煤炭液化的实质是通过非石油路线大规模生产石油替代品,它对在石油资源短缺、液体,燃料供需出现矛盾的情况下,保障国家经济的持续发展、社会稳定和石油安全具有重要的意义。

煤的液化方法

煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。

1)煤直接液化,煤在氢气和催化剂作用下,通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段,故又称为煤的加氢液化法。

2)煤间接液化,间接液化是以煤为原料,先气化制成合成气,然后通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。

煤炭液化的发展史及工艺

德国IGOR工艺

1981年,德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进,建成日处理煤200t的半工业试验装置,操作压力由原来的70MPa降至30MPa,反应温度450~480℃;固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法,将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢,轻油和中油产率可达50%。

工艺特点:把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中,避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失,并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化,使碳的损失量降到最小。投资可节约20%左右,并提高了能量效率。

美国HTI工艺

该工艺是在两段催化液化法和H-COAL工艺基础上发展起来的,采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂。

工艺特点:反应条件比较缓和,反应温度420~450℃,反应压力17MPa;采用特殊的液体循环沸腾床反应器,达到全返混反应器模式;催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂,用量少;在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器,对液化油进行加氢精制;固液分离采用临界溶剂萃取的方法,从液化残渣中最大限度回收重质油,从而大幅度提高了液化油回收率。

日本NEDOL工艺

1978~1983年,在日本政府的倡导下,日本钢管公司、住友金属工业公司和三菱重工业公司分别开发了3种煤直接液化工艺,所有的项目均由新能源产业技术机构(NEDO)负责实施。1983年,所有的液化工艺以日产0.1~2.4t不同的规模进行了试验,新能源产业技术机构不再对每个工艺单独支持,相反将这3种工艺合并成NEDOL液化工艺,主要对次烟煤和低阶烟煤进行液化。有20家公司合并组成了日本煤油有限公司,负责设计建造和经营一座250t/d规模的小型试验厂。但是,该项目于1987年由于资金问题搁置。一座1t/d的工艺支持单元(PSU)按计划于1988年安装投产,项目总投资3000万美元,由于各种原因该项目进展断断续续。1988年,该项目被重新规划,中试规模液化厂的生产能力被重新设计为150t/d。新厂于1991年10月在鹿岛开工,于1996年初完工。

1997年3月~1998年12月,日本又建成了5座液化厂。这5座液化厂对3种不同品种的煤(印度尼西亚的TanitoHarum煤和Adaro煤以及日本的lkeshima煤)进行了液化,没有太大问题。液化过程获得了许多数据和结果,如80天连续加煤成功运转,液化油的收率达到58%(干基无灰煤),煤浆的浓度达50%,累计生产时间为6200h。

俄罗斯FFI工艺

俄罗斯煤加氢液化工艺的特点为:①采用自行开发的瞬间涡流仓煤粉干燥技术,使煤发生热粉碎和气孔破裂,水分在很短的时间内降到1.5%~2%,并使煤的比表面积增加数倍,有利于改善反应活性。该技术主要适用于对含内在水分较高的褐煤进行干燥。②采用先进高效的钼催化剂,即钼酸铵和三氧化二钼。催化剂添加量为0.02%~0.05%,而且这种催化剂中的钼可以回收85%~95%。③针对高活性褐煤,液化压力低,可降低建厂投资

和运行费用,设备制造难度小。由于采用了钼催化剂,俄罗斯高活性褐煤的液化反应压力可降低到6~10MPa,从而减少投资和动力消耗、降低成本、提高可靠性和安全性。但是对烟煤液化,必须把压力提高。

煤的液化对煤质的基本要求

直接液化对煤质的基本要求

1)煤中的灰分要低,一般小于5%,因此原煤要进行洗选,生产出精煤进行液化。煤的灰分高,影响油的产率和系统的正常操作。煤的灰分组成也对液化过程有影响,灰中的Fe、Co、Mo等元素有利于液化,对液化起催化作用;而灰中的Si、Ae、Ca、Mg等元素则不利于液化,它们易产生结垢,影响传热和不利于正常操作,也易使管道系统堵塞、磨损,从而降低设备的使用寿命。

2)煤的可磨性要好。因为煤的直接液化要先把煤磨成200目左右的煤粉,并把它干燥到水分小于2%,配制成油煤浆,再经高温.高压,加氢反应。如果可磨性不好,则能耗高,设备磨损严重,配件、材料消耗大,增加生产成本。同时,要求煤的水分要低。水分高,不利于磨矿,不利于制油煤浆,加大了投资和生产成本。

3)煤中氢的含量越高越好,氧的含量越低越好,它可以减少加氢的供气量,也可以减少生成的废水,提高经济效益。

4)煤中的硫分和氮等杂原子含量越低越好,以降低油品加工提质的费用。

5)煤岩的组成也是液化的一项主要指标。丝质组成越高,煤的液化性能越好;镜质组含量高,则液化活性差。因此能用于直接液化的煤,一般是褐煤、长焰煤等煤种,而且这些牌号的煤也不是都能直接液化的。神华的不黏煤、长焰煤和云南先锋的褐煤都是较好的直接液化煤种。

间接液化对煤质的要求

1)煤的灰分要低于15%。当然灰分越低,越有利于液化。

2)煤的可磨性要好,水分要低。不论采用哪种气化工艺,制粉是一个重要环节。

3)对于用水煤浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。水煤浆的固体浓度应在60%以上。

4)煤的灰熔点要求。固定床气化要求煤的灰熔点温度越高越好,一般不小于1250℃;流化床气化要求煤的灰熔点温度小于1300℃。虽然间接液化对煤的适应性广些,不同的煤要选择不同的气化方法,但是对原煤进行洗选加工、降低灰分和硫分是必要的。

我国发展煤炭液化技术的意义

我国煤炭资源丰富,煤种齐全,发展煤炭液化、气化等技术,对发挥资源优势,优化终端能源结构,大规模补充国内石油供需缺口有着现实和长远意义。主要体现在:

1)产品为清洁能源,可减少污染;

2)煤炭一能源化工一体化,发展新兴产业;

3)高新技术优化集成,推动现代煤化工技术发展和产业化建设;

4)建设大型企业和产业基地;

5)有效利用煤炭资源,高效利用,使各种煤种煤质物尽其用,减少资源浪费;

6)经济效益最大化,通过建设大型工厂,提高综合经济效益;

7)人力资源得到发挥,通过产业化建设,带动其他运输、建筑、服务等行业发展,扩大就业,充分利用人力资源。