煤的直接液化

•一、煤的直接液化•二、煤直接液化关键因素•三、直接液化产物的特点•四、我国煤炭的直接液化技术一、煤的直接液化煤的直接液化是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。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空煤油等。在适当的温度和压力下，催化加氢裂化（热解、溶剂萃取、非催化液化等）成液体烃类，生成少量气体烃，脱除煤中N、O和S等杂原子的深度转化过程。液化残渣气化制取氢气液体产物分馏和精制气体净化固液分离加氢液化煤浆制备原料煤的破碎与干燥工艺流程要把固体煤转化为液体油，就必须采用高温（400ºC~470ºC）或其它化学方法打碎煤的分子结构，使大分子物质变成小分子物质，同时要从外界供给足够量的H，以提高H/C比。该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450ºC）和高压（20~30MPa）下直接加氢，获得液化油，然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1吨无水无灰煤可产500~600kg油，加上制氢用煤，约3~4吨原料煤可产1吨成品油。其工艺过程如下图所示。二、煤直接液化关键因素1、直接液化的原料煤煤的液化性能主要取决于煤的分子结构、组成和岩相组分含量，并且与煤灰成分（煤中矿物质组成）有关。适宜液化的煤一般是：1）年轻烟煤和年老褐煤2）挥发分大于37%（无水无灰基），灰分小于10%（干燥基）3）氢含量大于5%，碳含量82%~85%，H/C比越高越好，O含量越低越好4）芳香度小于0.75）活性组分大于80%；6）矿物质中富含硫化铁。褐煤比烟煤活性高，但氧含量高，液化过程中用氢量多。总的来说，H/C比高，挥发分高，灰分低，镜质组和壳质组含量高的煤有利于液化。2、直接液化的溶剂在煤液化过程中，溶剂起着溶解煤、溶解气相氢向煤或催化剂表面扩散、供氢或传递氢、防止煤热解的自由基碎片缩聚等作用。煤的直接液化必须有溶剂存在，这也是与加氢热解的根本区别。通常认为在煤的直接液化过程中，溶剂能起到如下作用：a）将煤与溶剂制成浆液的形式便于工艺过程的输送。同时溶剂可以有效地分散煤粒、催化剂和液化反应生成的热产物，有利于改善多相催化液化反应体系的动力学过程。b）依靠溶剂能力使煤颗粒发生溶胀和软化，使其有机质中的键发生断裂。c)溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的传递介质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应过程，可以提供煤液化需要的活性氢原子。d）在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化剂表面上强吸附的毒物。在煤液化工艺中，通常采用煤直接液化后的重质油作为溶剂，且循环使用，因此又称为循环溶剂。3、催化剂选用合适的催化剂对煤的直接液化至关重要，一直是技术开发的热点之一，也是控制工艺成本的重要因素。催化剂的作用机理，有两种观点：（1）催化剂的作用是吸附气体中的氢分子，并将其活化成为易被煤的自由基团接受的活性氢；（2）催化剂是使煤中的桥键断裂和芳环加氢的活性提高，或是使溶剂加氢生成可向煤转移氢的供氢体等。按煤直接液化所使用的催化剂的成本和使用方法分为：廉价可弃型和高价可再生型两种。廉价可弃型催化剂由于价格便宜，在直接液化过程中与煤一起进入反应系统，并随反应产物排出。这类催化剂包括：黄铁矿（FeS2）、高炉飞灰（Fe2O3）等高价可再生型催化剂的催化活性一般好于廉价可弃型催化剂，但其价格昂贵，因此在实际工艺中往往以多孔氧化铝或分子筛为载体，担载钼系或镍系催化剂，使之能在反应器中停留较长时间。4、操作条件温度和压力是影响煤直接液化反应进行的两个因素，也是直接液化工艺两个最重要的操作条件。煤的液化反应是在一定温度下进行的，不同工艺的所采用的温度大体相同，一般为440~460ºC。当温度超过450ºC时，煤转化率和油产率增加较少，而气产率增多，因此会增加氢气的消耗量，不利于液化。对压力而言，理论上压力越高对反应越有利，但这样会增加系统的技术难度和危险性，降低生产的经济性，因此，新的生产工艺都在努力降低压力条件。早期液化反应（如德国工艺）压力高达30~70MPa，目前常用的反应压力已经降到了17~25MPa，大大减少了设备投资和操作费用。三、直接液化产物的特点由于煤的大分子的基本结构单元是以芳烃核为主体，并带有环烷侧链、杂环和含氧官能团等非主体部分。而煤的直接液化只是一个催化加氢过程，因此其产物液化油也主要是由芳烃和环烃构成。与石油产品相比，其特点为富含芳烃和脂环，碳含量较高，氢含量较低，并含有一定量的N、O和S等杂原子。基于上述特点，除可直接作为锅炉燃料油外，液化油必须经过提质加工才能作为发动机燃料进行利用。因为煤液体中的芳环成分虽然会增加辛烷值，但它们难以燃烧，热值低，而且燃烧过程中会产生较多的CO2和烟尘。同时由于煤液化燃料的经济性短时间内还无法与石油化工相比，因此在开发液体燃料之外，可以开发非燃料化工产品，如合成医药、农药、工程塑料等。四、我国煤炭的直接液化技术