神华煤制油技术基础知识PPT
煤制油工艺
煤制油工艺煤制油也称煤液化，是以煤炭为原料生产液体燃料和化工原料的煤化工技术的简称。
一、煤炭液化的研究背景：⑴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；⑵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。
二、煤液化技术通常有两种技术路线，即直接液化和间接液化。
1、煤炭的直接液化技术：⑴反应机理：⑵煤质要求：①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；②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；③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%；⑶催化剂的选择：①钴(Co)、钼（Mo）、镍（Ni）：这类催化剂的催化活性较高。
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；②金属卤化物：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；③铁系催化剂：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）。
⑷供氢溶剂的作用：①提供和传递转移活性氢作用；②溶胀分散作用；③对煤粒热裂解生成的自由基起稳定保护作用；④溶解作用；⑤稀释液化产物作用。
⑸直接液化工艺：①德国IGOR工艺：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465C。
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日本NEDOL工艺：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19 MPa，反应温度为460℃。
煤制油
煤液化技术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。
煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。
典型的煤直接液化技术是在400℃、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。
一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。
煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。
煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国，1927年在Leuna建成世界上第一个10万吨／年直接液化厂。
1936～1943年间，德国先后建成11套直接液化装置，1944年总生产能力达到400万吨／年，为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50％的汽车及装甲车用油。
第二次世界大战结束，美国、日本、法国、意大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。
50年代后期，中东地区廉价石油的大量开发，使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。
1973年，爆发石油危机，煤炭液化技术重新活跃起来。
德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。
目前不少国家已经完成了中间放大试验，为建立商业化示范厂奠定了基础。
世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化（IGOR）工艺，美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。
煤制油工艺
煤制油的化学原理及其应用前景煤制油属于新型煤化工的一部分。
在人类面临能源短缺、国际石油价格剧烈波动的情况下,煤制油逐渐进入了公众的视野。
介绍煤制油的化学原理及其应用过程中面临的挑战。
新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它与能源、化工技术结合,可形成煤炭—能源化工一体化的新兴产业。
煤炭能源化工产业将在我国能源的可持续利用中扮演重要的角色,对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。
1 煤制油与煤化工该工艺是把先煤磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，将煤转化成汽油、柴油等石油产品，1t无水无灰煤可产500～600kg油，加上制氢用煤，约3～4t原煤产1t成品油。
煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气（氢气和一氧化碳），然后再在催化剂存在下合成为汽油。
约5～7t煤产1t油。
煤炭间接液化一直未得到普遍发展的主要原因是原料气成本太高，其煤气化装置投资约占总投资的40%，且运营费用高，而原料气合成油装置的投资仅占投资的20%～30%。
现在可以采用地下气化煤气作为原料气，中国矿大煤炭地下气化工程研究中心的试验结果表明，地下气化与地面气化相比，基建投资减少53%～66%；生产成本也大大降低。
从化学上说,煤制油是煤炭化学工业的一部分,简称煤化工。
它与石油化工是不同的化学过程。
煤化工是碳一化学工业的一部分,是以煤为原料,且以含一个碳的煤气为原料合成相应的多碳化合物,甚至是高分子化合物的工艺过程。
石油化工则是直接将多碳化合物经过重整、裂化或者合成等工艺手段获得新的多碳组分的化合物的过程。
理论意义上讲,以石油和天然气为原料通过石油化工工艺生产出来的产品也都可以以煤为原料通过煤化工工艺生产出来。
从化学工业发展的历史来看,化学工业经历了农产品化工时代——煤化工时代——石油化工时代几个阶段。
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现场仪表技术
绝对误差是指仪表的测量值与被测 变量真实值之差,即△C＝Cm-Cr。
相对误差是指测量的绝对误差与被 测变量的真实值之比，即 Ca=△C/Cr,通常以百分数表示。
工业仪表通常用引用误差来表示仪 表的准确程度，即绝对误差与测量 范围的比值，以百分数表示， Ca=△C/(Cmax-Cmin)x100%。
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DCS 技术
• 煤液化项目联合控制室UCR1-UCR5采用 HONEYWELL 公司最新推出的Experion PKS 控制系统，它最大的特点是采用容错 以太网技术 。
• 第一循环水场；第二循环水场；给水消防 加压及泡沫泵站；污水处理场；火炬放空 气回收设施；罐区等装置采用 SCADA PACK 32P 控制器，实现数据采集。
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V锥流量计
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V锥流量计
特点：显著改善了传统差、压流量计的使 用局限、较高的精确度和重复性、 无苛刻 的直管段要求、自清洗功能，适用于容易 结垢的脏污介质。
适用范围：可测的流体非常广泛，各种气 体、液体、蒸汽等都可有效测量，适用的 管径DN15～DN3000。从适用的介质范 围和工艺管径、工艺条件来讲，目前还没 有一种流量计能与塔形流量计相比。
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联合控制室
•煤制油全厂共设10个联合控制室
101 煤液化备煤装置 (含23单元部分)
五环股份有限 公司
102 催化剂制备装置 东华工程科技
UCR 103 煤液化装置 *
SEI
1 104 加氢稳定装置
煤制油技术
谢谢指导
风险挑战
技术风险 资源问题 投资风险
煤制油有直接液化和 间接液化两种技术路 线，在全球范围内， 大规模工业化生产的 只有南非萨索尔公司 的间接液化技术，美 国、德国、日本均号 称拥有成熟的直接液 化技术，但均未有大 批量工业化生产的例 子。
资源要素主要包括煤 炭资源和水资源。煤 直接液化法生产一吨 油品需要煤炭3～4吨， 煤间接液化法生产一 吨油品需要煤炭5～7 吨。煤制油工艺需要 消耗大量的水，煤直 接液化法生产一吨油 品需要消耗8吨至9吨 水，Sasol公司所采 用的间接液化方式， 耗水量更是直接液化 法的1.5倍。
资源储备
中国2003-2012能源消费结构
中国各种一次能源消费的百分率 （%）
中国总的能源特征是“富煤、少油、有气”，与之对应的是煤炭在能源消费结 构中占主导，然而煤炭的燃烧引起了严重的环境污染，对煤炭的进一步加工处理使 用已迫在眉睫。
中国能源 元化消费的最佳选择。2
神华鄂尔多斯百万吨煤制油项目工艺流程
技术发展
国内发展
中国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、 钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及 工程开发，完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验， 5吨煤炭可合成1吨成品油。目前世界上可以通过”煤制 油”技术合成高品质柴油的只有南非等少数国家。山西 煤化所优质清洁柴油的问世，标志着我国已具备了开发 和提供先进成套产业化自主技术的能力，并成为世界上 少数几个拥有可将煤变为高清洁柴油全套技术的国家之 一。
无论是Sasol公司或 者Shell公司技术， 最大优点是成熟可靠， 而缺点是引进费用高， 使项目总体造价可能 大幅度上升(估计 ﹥15%)；相反，采用 国内自主研发技术最 大缺点是，工程放大 存在一定风险，放大 倍数越大，风险也越 大，好处是项目总体 造价可以大幅降低。
费托合成—费托合成反应器(煤制油技术课件)
目录
01 费托合成反应器的类型
04 固定床费托合成反应器优点
02 固定床费托合成反应器结构 05 固定床费托合成反应缺点
03 固定床费托合成反应器操作温度
01
费托合成反应器的类型
费托合成生产工艺核心装置为合成反应器， 目前开发应用的费托合成反应器主要有：
1.固定床费托合成反应器 2.循环流化床费托合成反应器 3.固定流化床费托合成反应器 4.浆态床费托合成反应器
03 固定流化床费托合成反应器的优点
反应器内气体线速较低，基本上消除了磨蚀，从而减少了定期磨损检查和维护。 反应器中压降较低，降低了气体压缩成本。积碳问题得到了有效避免。固定流化 床反应器催化剂的用量只为流化床反应器的50%左右。
03 固定流化床费托合成反应器的优点
由于反应器盘管冷却器冷却面积增大，能移走更多的反应热，又因反应热 随反应压力的增加而增加，因此反应过程可采取高达4MPa的操作压力，这 大大地增强了浆态床反应器的生产能力。
05
固定床费托合成反应缺点
另外，装填了催化剂的管子也不能承受太大的操作温度变化。另外， 根据要求的产品组成，需要定期更换铁基催化剂，因而反应器要具备 特殊的可拆卸网格，使得反应器的设计变得十分复杂。重新装填催化 剂需要许多维护工作，导致停车时间较长，干扰了生产的正常运行。
循环流化床费托合成反应器
目录
01 循环流化床费托合成反应器的发展 02 循环流化床费托合成反应器的优点 03 循环流化床费托合成反应器的缺点 04 循环流化床费托合成反应器的操作条件
01 循环流化床费托合成反应器的发展
20世纪50年代，萨索尔对美国凯洛格 (Kellogg)公司开发的循环流化床反应器 (CFB)进行了第一阶段的500倍放大。放大 后的反应器内径2.3米、高46米，生产能力 1500桶/天，改进后的循环流化床反应器命 名为Synthol的，成功运行了30年。
神华煤简介ppt课件
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4
神华煤种介绍（续）
神华煤种主打品种是神混系列 其它品种有准混系列和石炭系列
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5
神华煤的地质属性
属于侏罗纪煤炭，以前我们公司燃用精选版
6
神华煤的优点
➢ 煤炭热值稳，发热量高，对负荷适应性好；
➢着火温度低，属于极易着火煤。（神华煤着
火温度510℃, 淮南煤着火温度620℃, 准格尔 煤着火温度620℃。）
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18
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19
直接燃用神华煤后果（续）
结渣的重点区域在喷燃器附近，为什么？ 因为我们公司锅炉炉膛宽度14.059m，
深度11.79m，水冷壁下联箱中心线至顶棚 管 中 心 线 5 2 . 7 8 m， 容 积 热 负 荷 qv 为 0 . 1 0 4 7 MW/m3 ， 断 面 热 负 荷 qF 为 4.74MW/m2 ，燃烧器区壁面热负荷qB设计 值1.66MW/m2 ，燃烧器区尺寸偏小，使得 该区域温度高，极易在喷口附近结渣。
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10
直接燃用神华煤后果
后果一 制粉系统爆炸 将会在磨煤机入口、出口、粗粉分离
器、细分分离器、排粉机、三次风分配箱、 粉仓、螺旋输粉机等处发生爆炸。
神华煤是易爆炸煤种，其爆炸性指数 为6.67左右（根据DL / T 5203一2005的规定爆炸性指 数≥ 3.0，则可判断为易爆炸煤种）。
➢定时对煤场煤堆测温，发现煤场的神混煤出现自
燃，严禁灌水灭火，必须先将其翻开，再灭火消 除自燃。确认消除着火点后尽快使用。严禁过火 煤入炉。
➢ 输煤除尘器布袋应每天清理。
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33
掺烧神混煤安全注意事项（续）
第四注意防范积煤积粉自燃风险
煤制油工程课件(08.11.23)
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煤制油工程技术交流
煤的间接液化技术：先将煤气化，然后合成燃料油和化工原料和产品。 • 煤间接液化工艺流程简图
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煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气（氢气和一氧化碳），然 后再在催化剂存在下合成为汽油。约5～7t煤产1t油 。
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3.2 煤炭液化技术
分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。
煤炭液化技术的定义：将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原 料和产品的先进洁净煤技术。
煤的直接液化技术：将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降 解和加氢从而转化为液体油类的工艺，又称加氢液化。一般情 况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液 化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。
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煤的直接液化工艺流程简图
该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配 成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，将 煤转化成汽油、柴油等石油产品，1t无水无灰煤可产500～600kg油， 加上制氢用煤，约3～4t原煤产1t成品油。
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煤制油工程技术交流
4、低温甲醇洗 5、费托合成 6、油品加工 7、氨吸收制冷 8、空分装置 9、煤气水分离
三、我公司承担潞安煤制油装置施工情况介绍
1、公司承担主要装置 2、施工进展情况 3、该工程施工重点和难点
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煤直接液化工工艺流程
催化剂
氢气
煤
煤浆制
备单元
反应 单元
分离 单元
循环溶剂
煤：0.15mm 催化剂: Fe-S系
450-470 oC 17-30 MPa
提质加 工单元
气体
汽油 柴油 航空燃料
残渣
380-390 oC 15-18 MPa
煤直接液化工艺发展概况
▪1913年，柏吉乌斯（Bergius）创立了煤的直接液化技术并获得了专利。 ▪1927年德国IG公司开始建设第一座工业规模的直接液化生产装置，1931年投 入运转。 ▪二十世纪五十年代以后，中东大量廉价石油的开发，使煤炭直接液化失去了 竞争能力和继续存在的必要，一度停滞。 ▪ 二十世纪七十年代后，相继开发出一批新工艺。代表性工艺： 美国HTI、 日本NEDOL、德国IGOR。 ▪国内煤炭科学研究总院从七十年代末开始开展煤炭直接液化技术研究。 ▪神华集团开发了中国神华煤直接液化工艺
一起的大分子固体物，石油是不同大小分子 组成的液体混合物
煤直接液化原理
石油和煤炭主要元素组成对比
碳% 氢% 氧% 氮% 硫% 氢 /碳 原 子 比
石油 87-88 13-14
1.8
煤炭 75-80 5.0-6.0 10.0-20.0
1 0.5-2.0
0.8
煤直接液化原理
• 打断煤大分子的桥键 • 加氢，改变分子结构，提高H/C原子比 • 脱除煤炭中氧、氮、硫等杂原子 • 脱除煤炭中无机矿物质
煤直接液化催化剂
• Mo-Ni 或W-Ni型催化剂：
载体型、钼酸铵型
• Fe可弃性催化剂：
黄铁矿、赤泥、炼锌铁矾渣等 合成铁系催化剂：合成FeS2、FeOOH
• 酸性催化剂：
ZnCl2
助催化剂：S、H2S
煤直接液化催化剂作用机理
• 裂解：促进煤的大分子裂解成自由基 • 自由基稳定：防止自由基缩聚 • 加氢：前沥青烯 沥青烯 油
概要
原油进口量，年均递增25%
进口石油依存度变化
万吨
10000
9000 9.18倍
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1993
2003
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
1995
2003
2020(估)
中国的石油安全不容乐观：
▪对国际石油的依赖程度逐渐增强，中国石油供应安全充满变数。
• 流动介质，配成煤浆便于输送和加压； • 溶解煤、分隔煤裂解自由基； • 溶解氢气，温度越高或压力越高，溶解氢气越多； • 向自由基供氢，部分氢化的多环芳烃具有供氢作用
。
＋H2
＋H2
例如:
供4个H
循环溶剂的质量要求
• 芳烃及氢化芳烃含量高 • 馏程较重并有一定宽度 • 预加氢可提高溶剂质量
（Δfa = 0.05～0.1） • 起始溶剂必须循环10次以上，溶剂性质才能达到稳定
煤直接液化基本历程
加氢裂化
▪在热解反应过程中产生的物质仍含有大分子。如果 把可蒸馏液体作为最终产品，这些分子必须要通过 加氢裂化来降低分子尺寸。加氢裂化还有另外一个 作用，即脱除不同比例的硫和氮。 ▪加氢裂化可以与煤的热解反应在同一反应器中进行 ，或者作为完全独立的操作步骤。 ▪加氢裂化的产物远未达到均质，因而在溶剂循环时 重的、难以处理的物质会积累。所以，所有的工艺 都含有脱除高沸点沥青类物质的步骤。一般与固液 分离合在一起。
煤直接液化基本历程
煤的热解
▪煤的大分子结构中，联接基本结构单元的桥键 强度较弱，当施加外作用力超过桥键的强度时 ，联接基本结构单元的桥键会发生断裂，分解 为自由基碎片，由于这一过程一般是通过提高 温度来实现，通常称作煤的热解 ▪煤热解产生的自由基，易发生缩合反应。溶剂 的作用相当重要，加氢程度合适的溶剂中的氢 的反应活性很高，可以向反应性高的自由基碎 片转移和提供氢。因此始终保证溶剂中含有活 性氢非常重要。
煤直接液化工艺发展概况
完成PP装置验证的煤直接液化工艺及运行情况
直接液化对煤质的要求
• 惰性组分低、活性组分高 • H/C比>0.7 • 挥发分>35% • 灰含量<10% • 硫含量高对液化有利
根据上述要求，直接液化适宜煤种范围： 褐煤—气煤 包括：褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘 煤、气煤
循环溶剂的作用
煤直接液化基本历程
▪固液分离的方法主要有加压过滤、离心分离、溶剂 萃取、减压蒸馏等。 ▪减压蒸馏被认为是一种在煤直接液化工艺中最有效 的固液分离方法。
煤直接液化基本历程
步骤
条件
功能
1 加氢液化 2 固液分离 3 提质加工
高温、高压、 氢气环境
减压蒸餾、过 滤、萃取、沉 降 催化加氢
桥键断裂、自由 基加氢、固体转 化成液体 脱除无机矿物和 未反应煤
▪国际石油供应存在暂时短缺、石油价格上涨等不稳定因素。
▪未来中国油气勘探开发难度增大，国内油气供应存在一定的不确定性。
概要
石油供需矛盾是中国最主要的能源安全问题
• 中国石油资源相对短缺； • 中国石油产量难以大幅度提高； • 中国石油需求量快速增长； • 大量进口石油花费大量外汇，难以为继； • 中国的能源安全主要是石油供需问题。
煤制油技术专业基础知识
煤炭液化技术
概要
煤的液化是将煤转化成清洁的便于运输和使用 的液体燃料(汽油、柴油、航空煤油等)或化工 原料的一种先进的洁净煤技术。
概要
发展煤炭液化技术的意义
• 中国是富煤少油国家，煤炭液化可弥补石油资源的 短缺，具有重要的战略意义。
• 煤炭液化对一些富煤缺油的省、区具有 现实意义 • 与煤炭相比，石油是一种清洁、方便、高效的能
源，对环境污染小。煤中的硫是直接液化的助催 化剂，将煤液化有利于环境保护。 • 为煤炭行业提供新的发展空间。
概要
煤炭、石油储采比
可采储量 近年产量 （亿吨） （亿吨）
储采比
能源 世界 中国 世界 中国 世界 中国
煤炭 9842 1145 45.5 12.5 216 92
石油 1434 33 35.2 1.61 41 20.5
煤炭液化工艺
• 煤质加工
成品油
• 煤气炭化 间接液化：合煤成 — 合成气 —精炼油
煤
合成气
合成油
成品油
煤直接液化原理
煤炭与石油的根本区别
• 煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主 • 煤的H/C原子比低，0.3-0.8， 石油H/C原子比
高，1.8 • 煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在