煤炭间接液化与直接液化简要论述

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化简要论述
马 时锋
（ 西潞 安 煤基 合 成 油 有 限 公 司 ） 山 摘 要 ： 述 煤 炭 液 化技 术 即煤 的 间接 液 化 和 直 接 液 化 的 工 艺特 征 。煤 直 接 液化 对 煤 质 要 求较 高 ， 间接 液 化 对 煤 质要 求低 ， 合 不 论 而 结 同的煤质要求选择相应 的煤炭液化技术 ， 具有较强的价值 和意义。 关键 词 ： 煤炭 ； 间接 液化 ； 直接 液 化
煤炭 液化 ， 即煤基液体燃料合成技术 ， 是将煤炭在高温 下加 氢 、 １． ．２中国 自主间接液化技术 ３ 加压 、 加催化剂 ， 产生粗油再经炼化制得汽油 、 柴油， 同时制得乙烯 、 山西煤化所对铁系和钴 系催化剂进行 了较 系统 的研究。共沉淀 丙烯 、 石蜡 、 醇等多种 附产 品。煤炭液 化方 法主要分为煤的间接液 Ｆ — ｕ ｅ ｃ 催化 剂（ 编号为 Ｉ Ｃ Ｉ） １９ Ｃ —Ａ 自 ９ ０年 以来一 直在 实验室 中进行 化 、 接 液化 。 直 固定床试验， 主要 目的是获得动力学参数 。Ｆ — ｎ催化￣ （ Ｃ Ｉ ｅＭ ／Ｉ —Ｉ ＵＣ Ａ、 １ 煤炭 间接液化 ＩＣ Ｉ ） Ｃ —Ｉ 和钴催 化￣ （ Ｃ ＩＡ、Ｃ —Ｉ 、Ｃ — Ｇ的研究集 中在催 Ｂ Ｉ Ｃ —Ｉ Ｉ Ｃ Ｉ Ｂ Ｉ Ｃ ｒ ） Ｊ Ｉ Ｉ Ｉ ａ 间接液化首先将原料煤与氧气 、水蒸 汽反应将 煤全 部气化， 化剂的优化 和动力学研究 以及过程模拟 。 制 其中 ＩＣ Ｉ Ｃ — 型催化剂用于 得的粗煤气经变换 、 脱硫 、 脱碳制成洁净 的合成气（Ｏ Ｈ） Ｃ ＋２ ， 合成气在 重质馏分工艺， Ｃ Ｉ型催化剂用于轻质馏分工艺。Ｉ Ｃ Ｉ Ｉ —Ｉ Ｃ Ｃ —Ａ催化剂 催化 剂作用下发生合成反应生成烃类， 烃类经进一步加工可 以生产 已经定型， 实现 了中试放 大生产， 进行 了充分 的中试验证 ， 并 完成 了 汽油 、 柴油和 Ｌ Ｇ等产品 。 Ｐ 累计 ４ ０ ０ ０小时的中试工艺试验， 稳定运转 １ ０ ５ ０小时， 满负荷运转达 １１ ． 间接液化工艺特征 ８ ０ 时。Ｉ Ｃ Ｉ ０小 Ｃ —Ｉ Ａ型催化剂也已经实现 中试放大生产， 在实验 室进 煤炭 间接液化 主要包 括： 的加 压气化 、 煤 煤气净化 、 费托合成 、 行 了长期运转试验， 最长连续运转达 ４ ０ ８０小 时， 近期将进 行首次 中 油 品加工等工艺 。煤经加压气化炉气化成粗合成气 ， 粗合成气经脱 试运转试验 。此外， 中科院山西煤化所 还对 ＩＣ Ｉ Ａ钴催化剂进行 Ｃ —ｌ Ｉ 硫 、脱 碳净 化 后，经 水 汽变换 反 应调 整为 高 Ｈ Ｃ Ｊ Ｏ比 的合 成气 了研究 和开发 。目前， 用于浆态床的 Ｉ Ｃ Ｉ Ｃ —Ａ和 ＩＣ Ｉ Ｃ —Ｉ Ａ催 化剂成本 （． ２１ １ － ．） 固定床反应器合成烃或直接采用低 Ｈ Ｃ ５ 进入 Ｊ Ｏ比的合成气 大幅度下降， 品率 明显提高， 成 催化剂性 能尤其是产 品选择性得 到明 （． １ ） 入浆态床反应 器合 成烃， 同链长 的烃经 加工改质后 即 显提高， ０ —．进 ５ ０ 不 在实验 室模拟验证浆态床装置上， 催化剂 与液体产物 的分离 可制得汽油 、 柴油等塔０ 产硬蜡， 尾气可深冷分离得到低碳 烯烃， 或重 和催化剂磨损问题得到根本性 的解决， 术上 突破了煤基合成油 从技 整为合成气返 回用 于合成烃， 弛放气可用于供热 、 电或合成氨等 。 过 程 的 技术 经 济 瓶 颈 。 发 １ ． ２间接液化工艺优缺点 ２０ ０ ６年采用 中科合成油低温铁 系催化剂浆 态床费托 合成技术 优点： 先后在 内蒙伊泰 、山西潞安 和内蒙鄂尔多斯开工建设 三套规模为 ａ ． 合成反应条件较适 中。固定床 、 流化床 、 浆态床反应器其反应 １ ～ ８万 ｔ ６万 １ 油品 ／ 的合成油厂 。 ２ ０ ａ 至 ０ ９年， 三套工业示 范装置 已 温度 均 低 于 ３ ０Ｃ反应 压 力 在 ２０ ３ Ｍｐ 。 ５ ｑ， ． ． ａ —０ 先 后 开 工运 行 ，三 套装 置 的费 托 合 成 技 术 为 同 一基 础 ，以 山西 潞 安 ｂ转化效率高。以 Ｓ Ｓ Ｌ公司 Ｓ Ｓ工艺为例， ． ＡＯ Ａ 采用熔铁催化剂 １ ｔ ６万 级合成油 品工业化示范项 目为例， 该联合装置主要包括： 费托 其 合成气通过 转化率达 ６ ％以上，循环 比 ２ ３时，其转 化率可达 合成 、 ０ － 油品加工 、 碳油洗 、 脱 催化 剂预处理 、 合成水处 理及公用工程 ９ ％。钴基催化剂 的转化率更高些 。 ０ 部分 。 此外， 山西煤化所研发 的钴催化剂系列 为 Ｉ Ｃ Ｉ Ａ、 Ｃ ＩＢ、 Ｃ —Ｉ １ —Ｉ Ｉ Ｃ Ｉ ｃ ． 适应性煤种多样化 。 不仅适用于年轻煤质（ 、 褐煤 烟煤等） ， 而且 Ｉ Ｃ ＩＣ反应器 为列管式 固定床反应器 。目前其开发的低 温钻 系催 Ｃ —Ｉ ， Ｉ 特别适合 中国主要煤炭种类（ 年老煤 、 高灰煤等） 。 化剂固定床 费托合成工艺 已完成小试开发， ０ ２ ９年进行 了工业侧线 ０ ｄ其 产品洁净 、 ． 无硫氮等污染 物。可以进一步加 工成汽油 、 柴 单管试验， 于中试放大阶段 。 正处 油、 航煤等多种燃料产 品和石油化工原材料。 ２煤 炭 直 接 液化 缺点 ： 直接液化是指将原料煤 在一定 的温度和压 力下 ， 与氢气 、 催化剂 ａ油品回收率较低。一般情况下， ５ ８ 原煤产 ｌ成品油 。 ． 约 —ｔ ｔ 发生作用， 通过加氢裂化转变为液体燃料的过程 称为煤炭 的直接液 ｂ设备体积庞大 、 ． 投资高， 运行费用相对较高 。 化 。因原料煤直接液化过程主要采用加氢手段， 故又称煤 的加氢液 ｃ ． 合成油 品的选择性 较差 ，副产物较多 。正构链烃的范 围为 化 法 Ｃ 一 １０随合成温度及 氢碳 比的降低， １Ｃ ０ ； 重烃类产 量增 大， 轻烃类产量 ２１ 接 液 化工 艺 特 征 ．直 减少 。 典型的煤直接加氢液化工艺包括： 相（ 浆１ 煤糊 油煤 制备 、 氢气制 １ ． 型 间接 液化 工 艺 ３典 备、 加氢液化反应 、 油品加工等“ 先并后 串” 四个步骤 。 氢气制备是加 １ ．南非 Ｓ Ｓ Ｌ间接液化工艺 ．１ ３ ＡＯ 氢液化 的重要环节， 大规模制氢通常采用煤气化 或天然气转化 。液 Ｓ Ｓ Ｌ的 相 浆态床反应器（ ｕｒＰ ａｅ ｅｃ ｒ ＡＯ Ｓ ｒ ｈｓＲ ａｔ ） ｌ ｙ ｏ 使用铁催化剂 化过程 中， 将煤 、 催化 剂和循环油制成的煤浆， 与制得 的氢气混合送 生产 蜡 、 燃料和溶剂 。其反应压力 ２０ ａ ． ＭＰ ， 反应温度达 ２ ０ ２ ０ ￣以上 。 入液化反应器 。在液化反应器 内， 煤首先发生热解反应， 生成 自由基 反应器 内有鼓泡的液态反应产物（ 主要为费托产 品蜡） 和悬浮的催化 “ 片” 碎 ， 不稳定 的 自由基“ 碎片” 再与氢在催化剂存在条件下结合， 形 剂颗粒 。Ａ Ｏ Ｓ Ｓ Ｌ浆态床专利技术的核心和创新是其蜡产物和催化剂 成分子量 比煤低得多的初级加氢产物。 出反应器的产物结 构十分复 实现分离的工艺； 此技术避免了传统 反应器需停车更换催化剂 。浆 杂， 包括气 、 、 液 固三相 。气相的主要成分是氢气， 分离后循环返 回反 态床反应器可连续运转两年， 中间仅 维护性停 车一次 。反应 器设 计 应器重新参 与反应 ； 固相为未反应 的煤 、 矿物质及催化剂 ； 液相则为 简单。 Ａ Ｏ Ｓ Ｓ Ｌ浆态床技术 的另一专利技术是把反应器出 口气体中所 轻油 、 中油等馏份油及重油 。 ２２ 接 液 化 工 艺优 缺 点 ．直 夹带的“ 有效地分离出来 。 浆” Ｓｓｌ ａｏ 浆态床反应器结构比列管式 固定床反应器较简单， 便于安 优点： 装， 放大更容易， 台反应器生产能力 高。其最大优势是反应 物混合 单 ａ ．油 品 回收 率 较 高 。 以神 东 Ｈ Ｉ工艺 为例 油 品 回收 率 达 Ｔ 好 、 有 良好的传热性能， 于反应 温度 的控制和反应热的移 出， ６ — ８ 具 有利 ３ ６ ％以上 。 可等温操 作，从而可用更高 的平 均操作温度而 获得更高的反应 速 ｂ原料煤消耗低 。１无水无灰煤能转化半吨 以上的液化油 品， ． ｔ 加 率。单位反应器体积的产率高， 每吨产品催化剂 的消耗 仅为列管式 上制氢用煤， ３ ４ 原料煤可产 Ｉ液化油品。 约 —ｔ ｔ 固定床反应器 的 ２ ％ ０ 另一 大优势是可在线装卸催化剂。 ０ ３ ％。 通过 ｃ ． 设备体积小 、 投资低 ， 运行费用相对较低 。 有规律的替换催化剂， 平均催 化剂寿命易于控制， 从而更易于控制过 ｄ合成油 品的选择性相对较高。主要 以汽油 、 ． 柴油为主 。 程的选择性， 提高粗产 品的质量。 缺点：