煤直接液化简介

专家介绍现任煤炭科学研究院北京煤化工研究分院煤液化技术研究所所长。1984年至今，一直从事煤直接液化研究工作。八十年代，参加国家“六五”、“七五”科技攻关课题“煤的直接液化技术研究”。九十年代，承担了中日合作开发项目“中国煤炭的液化性能评价”；中德合作项目“云南先锋煤直接液化示范厂可行性研究”；“NEDOL工艺煤液化催化剂的研究”等课题的研究。国家863计划课题“煤直接液化高效催化剂”骨干和组织者,“煤直接液化关键技术”子课题负责人。973项目“大规模煤炭直接液化的基础研究”的子课题负责人。合著《煤液化技术》和《煤化工手册》。发表多篇科技论文和煤直接液化方面的专利。煤直接液化技术介绍李克健煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院煤液化技术研究所煤液化技术研究所煤液化研究室成立于1979年，一直从事于煤直接液化的研究。现有专业技术人员23人，高级工程师职称以上有11人。是我国长期从事煤直接液化研究并具备一定实力的专业科研机构。煤液化技术研究所二十多年来，煤液化技术研究所在我国政府相关部门的支持下和通过广泛的国际合作，从事我国煤炭直接液化的研究。从跟踪国际煤炭液化领域技术发展趋势到结合我国资源特点，独立开展煤液化催化剂的开发、我国引进煤液化工艺的优化、煤液化关键技术和煤直接液化先进工艺的开发等工作。煤液化技术研究所“十五”期间，承担两项“国家863计划”课题和一项“国家973计划”项目。分别是“煤直接液化高效催化剂”、“神华煤直接液化示范工程技术支持及新工艺开发”和“大规模煤炭直接液化的基础研究”。煤液化技术研究所发展我国煤直接液化技术，推动我国煤直接液化技术产业化的发展，是煤液化技术研究所今后长期工作目标。大唐国际致力于煤直接液化产业化，煤液化技术研究所提供最佳的技术服务。主要内容1.煤化学基础2.煤直接液化基本原理3.煤直接液化工艺4.煤直接液化工业化1.煤化学基础煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然有机岩。由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成。煤→腐植煤→腐泥煤腐植煤的生成过程泥炭化阶段煤化阶段1）成岩作用阶段2）变质作用阶段煤的生成与分类植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤褐煤分类年轻褐煤挥发份＞37%透光率≤30%年老褐煤挥发份＞37%透光率＞30%~50%（胜利褐煤35%）烟煤分类烟煤主要根据其挥发份和粘结指数，依变质程度由深到浅分为：长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤。无烟煤的分类挥发份H含量无烟煤01：≤3.5%，≤2%无烟煤02＞3.5＞2.0~3.0无烟煤03＞6.5~10.0＞3.0煤的岩相宏观煤岩组成：丝炭、镜煤、亮煤和暗煤煤的显微组成：镜质组、壳质组和惰质组直接液化适宜的煤种年老褐煤：年轻烟煤：长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤2.煤直接液化基本原理煤炭直接液化技术是通过高温高压和催化剂的存在下，煤加氢转化成洁净液体燃料(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。煤为什么可以加氢成为油？煤与石油的相同点：由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成。以C、H、N、S、O等元素组成，C和H为主。煤为什么可以加氢成为油？煤与石油的不同点：煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然有机岩。煤以芳香烃为主，由一些基本结构单元通过桥键相连成大分子。氢/碳原子比较低，通常为0.3~1.0。O、N、S含量较高。石油：地下岩石中生成的液态的以碳氢化合物为主要成份的可燃性矿产。正构烷烃为主，氢/碳比较高，1.8。煤加氢提高其H/C原子比成为油：在一定的温度下煤大分子结构裂解成自由基；这些自由基在活性氢存在的条件下与氢反应，生成H/C原子比较高的小分子；固液分离脱除煤中的矿物质；提质加工脱除油中O、N、S等杂原子，生成的符合规格的成品油。1.5741.8131.8350.74H/C3.074.510.6918.96O,wt%0.110.190.111.03S,wt%0.920.530.151.17N,wt%11.1212.4413.314.58H,wt%84.7882.3385.7474.27C,wt%胜利褐煤液化中油胜利褐煤液化轻油大庆原油胜利褐煤胜利褐煤→胜利褐煤液化油：煤直接液化基本工艺单元催化剂煤浆制备单元煤氢气反应单元分离单元提质加工单元循环溶剂煤：0.15mm催化剂:Fe-S系450-470oC17-30MPa380-390oC15-18MPa气体汽油柴油航空燃料残渣煤浆制备煤破碎成一定粒度与溶剂和催化剂制成可泵送的煤浆是实现煤直接液化连续化生产的基础。一般而言，煤经过干燥和破碎制成煤浆的浓度在40~50%；煤的粒度一般小于150μm。煤的水分一般小于4%。煤直接液化反应煤的热溶涨与热溶解：煤与溶剂加热到在250℃以上，煤中可被极性溶剂萃取物明显增加。煤直接液化反应煤热裂解产生大量的自由基：随着温度的进一步提高，煤热裂解产生大量的自由基，在氢原子的作用下，这些自由基与氢原子结合形成稳定的分子，自由基稳定后生成物的分子量分布很广，从气体到油，分子量较大的是沥青烯、前沥青烯。如果煤的自由基浓度较高，得不到氢原子，它们就会相互结合形成分子量更大的化合物甚至焦炭。煤直接液化催化剂廉价可弃性催化剂石油加氢催化剂高分散铁系催化剂廉价可弃性催化剂主要有含活性金属的工业废弃物，如炼铝厂的赤泥、炼铁厂的高炉飞灰、炼钨废渣等；含活性金属的矿产，如黄铁矿、钛精矿等石油加氢催化剂最典型的例子是美国开发的H-Coal工艺，采用Mo-Ni催化剂，带底部循环泵的悬浮床反应器。HTI工艺：反应器形式基本保留，但催化剂改成高分散铁系催化剂。高分散铁系催化剂HTI用的是Gel-Cat，日本三井造船开发的吸附炭催化剂，神华用的是煤科总院开发的863煤直接液化高效催化剂。高分散铁系催化剂合成纳米级的水合氧化铁（合成纳米级的水合氧化铁（FeOOHFeOOH))。。纳米级水合氧化铁（纳米级水合氧化铁（FeOOHFeOOH))在液化条件在液化条件下，下，100%100%转化为有催化作用的磁黄铁矿转化为有催化作用的磁黄铁矿（（FeFe1-xS)S)。。纳米级磁黄铁矿（纳米级磁黄铁矿（FeFe1-xS)S)提供了巨大的活提供了巨大的活性表面。性表面。催化剂用量可大大降低，提高油收率。催化剂用量可大大降低，提高油收率。8万倍电镜下的煤表面8万倍电镜下载有催化剂的煤表面863催化剂产品及性能863催化剂的活性组分特征：宽30－50nm，长120－150nm纺锤形成浆性能好适用煤种广泛活性高、添加量少，与天然黄铁矿相比，可提高油收率4－5％。煤直接液化过程中的溶剂溶解作用供氢作用氢转移与分布作用煤液化油的提质加工初级液化油保留了原料煤的一些特性，芳烃含量高、N和O等杂原子含量高、稳定性较差。经过提质加工后才能成为合格的产品油。煤液化油的提质加工（1）图5-2液化油提质加工流程简图煤液化粗油液化油处理单元石脑油馏份煤油及柴油馏份柴油加氢处理单元加氢煤油和柴油馏份轻馏份柴油石脑油加氢处理单元加氢石脑油重整单元轻馏份芳烃萃取单元苯、甲苯二甲苯汽油煤液化油的提质加工（2）NaOH脱酚油石脑油提质加工苯酚（蒸馏）碱洗塔邻甲酚加氢石脑油H2SO4酚精制（溶剂加氢）碱抽出液粗酚钠粗酚间、对甲酚脱油中和二甲酚CO23.煤直接液化工艺煤直接液化的发展概括主要煤直接液化工艺介绍煤直接液化的发展概况（一）1913年，德国柏吉乌斯（Bergius）进行了从煤或煤焦油通过高温高压加氢生产液体燃料研究，为煤直接液化奠定了基础，并获得世界上第一个煤直接液化专利。煤直接液化的发展概况（一）1927年，德国I.G.Farbenindustrie（燃料公司）在Leuna工厂建立了世界上第一个煤直接液化厂，规模10×104t/a，原料为褐煤或褐煤焦油，铁系催化剂，氢压20-30Mpa,反应温度430-490℃。该工艺又称德国老ＩＧ工艺。煤直接液化的发展概况（一）德国的I.G.公司于1935年，在Scholven工厂建设了一座20万t/年汽油的烟煤液化厂，1937-1940年间，I.G.公司在Gelsenberg工厂，采用铁系催化剂，70MPa,480℃的反应条件，建成了70万t/年汽油的烟煤液化厂。1939年二次大战爆发后，德国一共有12套直接液化装置建成投产，生产能力达到423×104t/a，为发动第二次世界大战的德国提供了2/3的航空燃料和50%的汽车和装甲车用油。煤直接液化的发展概况（二）1945年至1973年（石油危机）二次世界大战后，由于战争的破坏，更主要的是50年代后，中东地区大量廉价石油的开发，使煤液化失去了竞争力和继续存在的必要。这段时间，煤直接液化技术的研究开发基本上是处于停顿阶段煤直接液化的发展概况（三）1973以后至现在1973年后，由于中东战争，西方世界发生了一场石油危机，石油价格暴涨，使人们对世界一次能源资源重新认识，煤直接液化技术研究与开发又开始活跃起来。煤直接液化的发展概况（三）以德国、美国、日本为代表的工业发达国家，相继开发了许多煤直接液化新工艺，重点是缓和反应条件，即降低反应压力从而达到降低煤液化油的生产成本的目的。不少国家己相继完成了中间试验厂的建设和试验，为建立大规模工业生产厂打下了基础。煤直接液化的发展概况（三）有代表意义的是德国的IGOR煤液化工艺（200t/d）、美国的H－coal氢煤法（600t/d）工艺和日本的NEDOL工艺（150t/d）。中国煤直接液化的发展概况中国的煤直接液化研究是从上世纪70年代末开始，煤炭科学研究总院（CCRI）采用技术攻关和国际合作相结合的形式，跟踪世界煤直接液化技术的发展。1982年与日本合作，在煤炭科学研究总院内建立了一套0.1t/d的老IG工艺的煤直接液化连续试验装置，进行了长时间的试验运转研究。中国煤直接液化的发展概况1983年11月煤炭科学研究总院在美国HRI公司的协助下，与日本伊藤忠、三井造船、共同石油、日挥和技术咨询等五家公司合作，完成了兖州煤日产25000桶/天（年液化用煤350万吨）规模H－COAL工艺直接液化厂的初步可行性研究。1982年煤炭科学研究总院派人去美国HRI公司对兖州煤进行了试验。中国煤直接液化的发展概况1986年通过与德国合作，在煤炭科学研究总院内建立了一套德国新IG工艺的0.12t/d的煤直接液化连续试验装置，进行了运转研究。1990年开始与日本合作，在0.1t/d煤直接液化连续试验装置上进行了NEDOL工艺的运转研究。中国煤直接液化的发展概况1997-2000年，煤炭科学研究总院分别同德国、日本、美国有关政府部门和公司合作，完成了云南先锋煤、黑龙江依兰和神华煤采用国外工艺建设煤直接液化示范厂可行性研究，开始了在中国煤制油产业化的步伐。中国煤直接液化的发展概况“十五”期间，承担两项“国家863计划”课题和一项“国家973计划”项目。分别是“煤直接液化高效催化剂”、“神华煤直接液化示范工程技术支持及新工艺开发”和“大规模煤炭直接液化的基础研究”。主要煤直接液化工艺介绍－基本单元催化剂煤浆制备单元煤氢气反应单元分离单元提质加工单元循环溶剂煤：0.15mm催化剂:Fe-S系450-470oC17-30MPa380-390oC15-18MPa气体汽油柴油航空燃料残渣主要煤直接液化工艺的运行国家工艺规模，t/d使用期连续进煤累计进煤油收率美国EDS2501980-1982（2.5年）55天（1321小时）445天（10692小时）45%美国SRC-II501976-1981（5年）--44%美国H-Coal200-6001980-1982(3年)44天（1056小时）-51%德国IGOR2001981-1987(6年)208天（5000小时）917天（22000小时）58%日本BCL501987-1990(4年)73天（1760小时）417天（10000小时）54%日本NEDOL