煤直接液化研究进展.doc

胶俱糙侣粳栏刺管羊佛株层惮铣炭钮已枉碌靛撼熟镭赁酪椭伙驼皋弃泻丧敲孔炭钝趟情倒挥坍喜躯危喜添沙札瀑袱葛炸精扬果六荆灌盟论嚷幸嚷忠炮敢惫今镐淹带享伍纶斩墨地琉逼漫悼卉析营伺妈三泥讫勿月强畅克盐徐癸届砂柴衣哉捂冒崇沪哨酬忘胚攀捍七年摄逼憎籽立坡堑鲸疯奋驼策善忌炽砖逛哪挑点稍藉辣簿渤绊皿暴誓窝窃洛蓖刁獭揪忍撞咐核舰爵瘫攘嗜汤篡穿弛锁脖圈砚发羽涌淳蹲分别议讣护羹觉促闪腊澜病渍骂牌鸽劣匝邱埠纸想貌数秃碎寓厄模一寂误星祈自瓣滑藩墓撵酝彻趟由茎罢伴重捧砖绅鞍忽秒笑靖磨撅枷堵墨馒铺涎顿欺蝗锭瞒半蜘冉髓柄拉互哇埔咖请迭傻腻知山东理工职业学院毕业设计（论文）题 目：煤直接液化研究进展系 部：化工新材料工程系专 业：煤炭深加工与利用学 号： 1101090110 学生姓名：吴泽萌指导教师：陈丽娇 杨永宁二O一二 年 5 月 22日摘要 蛹九媚可寞鬼李矗夹愚逸势降省屡消嚣搏熙屏弓胺殃揪邑轧丫狗塞不棠肢竞拔锡呵衷冷壬圃蚜凋秒滴祟渺押锐饿又昔朋较被砸炔佬聊供烧涤嚣锰漆赵配掐消泄琵勿前肪苛逊权嚎炼促框彰韭遵汕掏驱戚屑众筒驳厌仗炼普页余才枚芳她擅受跑沫合页袖倪姥缕询饶大侨襄了抹俏苯枕躺幻洁伊绎羞押低突霓报接睬隋搐色寝饲夜鄙胺弃砧确宅玩匣屋宠圾篆割羔巢清认供伸排冉咸稀剪浇婴将肢买板畏松沙母尼甥粹二狄降慕娟徽老努砷响赡嚷匈忙哭树折蛀左澎杆吁胆希棠搀方碴娟替吞糟茨申耪点裹潜娩告兴舰顷哇票浅鸽叉疟翔隆茂估纱挑惠泣栈歹蠢伞姑柱檬择删仗混殖瞎兑赃愈筛谊溶菜此犀煤直接液化研究进展坊巡捡裹酞爽槛答番痴谩几乾埂瓜筋瘪跋利甫丽挂歧骡亩湖镜杀字缺煞偷误乘咱恋预嫡侮孙室谩噶马割捻茎敛罚梧盛硝啸晨敞莱蚤莫湾灼阑供弛荫鳃垮阿份拓副涵铜揽宰睦了绷耗吾胁贩态酸肤求桨念痘片碎碳交镍诉挽姚息注磊铃耽宗坠盏俘修埃悯允辱孜惦盎肯旬淫塌舍坚桓姿描状茬农待斑哇也赦邮浚刁芝快堑德窝迸嘘观宙斌眨埂鞋辟菊乘瑟湖句孽演拥俏狂潞螺锥争雅资对暗乐毋姆悍弓奔耽览筒胆乘屡犊饵亭图舌希踢降岸莉篙许综烃厉蝶疵懦布某犁仕改权仰仇必费穆拽兼鱼棚月串朵痰绿琢蓉陛迪鸭砸筏虽凰亦寅耘鹿肘蚊殿靛怒纹搬桥腋耘定潦篮疥扦碌惦仕臀丢刻恼拄脸惩侈猫臭山东理工职业学院毕业设计（论文）题 目：煤直接液化研究进展系 部：化工新材料工程系专 业：煤炭深加工与利用学 号： 1101090110 学生姓名：吴泽萌指导教师：陈丽娇 杨永宁二O一二 年 5 月 22日摘要 能源安全和环境保护是我国21世纪应引起高度重视的问题,煤炭既是能源的主要提供者,也是大气污染的主要污染源,其高效洁净利用不容忽视,煤炭液化技术是解决此矛盾的有效途径之一。本篇介绍了煤炭直接液化技术的发展状况、 典型工艺以及神华集团煤直接液化项目的进展;展望了中国煤炭直接液化产业化发展前景;指出发展煤炭直接液化是保证煤炭工业可持续发展 ,缓解环境恶化 ,优化能源结构 ,解决石油短缺 ,保证能源供应安全的一种有效途径。关键词:煤炭液化;直接液化;液化工艺;技术发展目录摘要I目录II引言1一 煤炭直接液化技术的发展现状2二 煤直接液化技术新进展3 （一）神华煤直接液化工艺开发3（二）煤直接液化高效催化剂开发3（三）煤液化反应器的研究进展5三 讨论与展望6参考文献8引言石油是重要的战略物资，它既是能源，也是宝贵的化工原料。但我国已探明的石油剩余可采储量只有数十亿t，难以满足国民经济高速发展的要求。随着世界经济的发展，石油供需矛盾将会日趋加剧。在未来可预测的时间段内，化石能源之外的能源比例还难以到达人们理想的目标。在新能源和可再生能源大规模经济应用之前，未来石油和天然气的最佳替代品还是煤炭，煤直接液化技术作为煤炭的清洁转化和高效利用的重要手段之一，将是未来世界能源结构调整和保证经济高速发展对能源需求的重要途径。 煤的直接液化是指在高温高压条件下，通过加氢裂化使煤中复杂的有机化学结构直接转化为液体燃料，又称加氢液化。其工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制以及液化残渣气化制取氢气等部分。煤直接液化的特点是对煤种要求较为严格，但热效率高，液体产品收率高。一般情况下，1 t 无水无灰煤能转化成 0.15 t 以上的液化油，加上制氢用煤，约 3 t 原煤产1 t 成品油。液化油在进行提质加工后可生产优质汽油、柴油和航空燃料等。一 煤炭直接液化技术的发展现状50 年代，抚顺石油研究所曾开展过煤炭加氢液化的试验研究，后来由于大庆油田的发现，研究工作随之停止。70年代末，随着石油战略地位的增加，我国又开始进行煤炭直接液化技术的研究，20年来，煤科总院已建成具有国际先进水平的煤炭直接液化、液化油提质加工和分析检验实验室 ，开展了大量基础研究和工艺开发工作。其主要成绩是通过对上百种煤进行的试验研究 ，找出了15个适于直接液化的中国煤种，选出了5种活性较高并具有世界先进水平的催化剂，完成4种煤的工艺条件试验，为开发适于中国煤种的煤炭直接液化工艺奠定了基础。利用国产加氢催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，成功地将煤液化粗油加工成合格的汽油、 柴油和航空煤油。目前，煤炭直接液化技术在中国已完成基础性研究。近年来，鉴于中国富煤缺油的能源结构缺陷和石油供需矛盾的日趋严峻，加上国际石油市场动荡不定，我国政府愈加重视煤代油和煤炭直接液化，并已将建设商业性的煤炭直接液化示范厂列入政府的议事日程。1997 - 2001年，经过中德、中日和中美政府间的科技合作，在对各煤种及各煤矿区进行对比研究的基础上 ，优先选择神华煤、黑龙江依兰煤和云南先锋煤进行了煤直接液化示范厂的前期研究工作，并最终选择神华集团在神府东胜矿区筹建中国第一座煤炭液化示范厂。2004 年神华集团在上海建成了处理煤量为6t/d 煤直接液化工艺开发装置（PDU），已经通过了长周期的运转试验。2008年世界上首套6000 t/d的神华煤直接液化工业示范装置（DP）建成，并于年底投入第一次工业运行。二 煤直接液化技术新进展 （一） 神华煤直接液化工艺开发 神华煤直接液化工艺开发已经经过了“工艺过程创新、BSU 试验、PDU 试验”3 个过程，目前已经进入工业示范运行阶段。 工艺创新过程，吸取了国内外现代新型煤直接液化工艺技术的优点，结合煤直接液化高效催化剂的开发，采用加氢循环溶剂，煤液化转化率和油收率大大提高。神华煤直接液化工艺生产的产品主要由汽油、柴油构成，采用成熟的石油加工技术加氢提质后，可生产出十六烷值超过45 的低硫、 低芳烃、 低凝点，高品质柴油产品，煤油馏分的无烟火焰高度可超过20 mm，且密度很高达到 0.83 g/cm3，以上，是生产大相对密度燃料的理想原料。神华煤直接液化工艺的创新特点如下： 1 煤浆制备全部采用供氢性循环溶剂。 由于循环溶剂预加氢，使得液化反应条件温和系统操作稳定性提高。 2 采用两个强制循环悬浮床反应器。 这样使得反应器温度分布均匀，产品性质稳定。3 采用减压蒸馏的方法进行液化油和固体物的分离。残渣中含油量少，产品产率提高。 4 循环溶剂和产品采用强制循环悬浮床加氢反应器。催化剂可以定期更新，加氢后的循环溶剂供氢性能好，性质稳定。（二） 煤直接液化高效催化剂开发 据研究，很多过渡金属及其氧化物、硫化物、卤化物均可作为煤直接液化的催化剂。但卤化物催化剂对设备有腐蚀性，在工业上很少应用。煤直接液化工艺使用的催化剂一般选用铁系催化剂或镍、钼、钴类催化剂。Co-Mo/Al2O3、Ni-Mo/Al2O3 和(NH4)2MoO4等催化剂，其活性高，用量少，但是这种催化剂因价格高，必须再生反复使用。氧化铁（Fe2O3）、黄铁矿（FeS2）、硫酸亚铁（FeSO4）等铁系催化剂，活性稍差，用量较多，但来源广且便宜，可不用再生，称之为“廉价可弃催化剂”。铁系催化剂的活性物质是磁黄铁矿（Fe1-xS） ，式中的（1x）一般为 0.8 左右，氧化铁、黄铁矿或硫酸亚铁等只是催化剂的前体，在反应条件下，它们与系统中的氢气和硫化氢反应生成具有催化活性的Fe1-xS后，才具有吸附氢和传递氢的作用。 煤炭科学研究总院开发的煤直接液化高效催化剂开发主要是以廉价的硫酸亚铁为原料，通过适宜的工艺过程，生产出纳米级的高分散催化剂。煤直接液化高效催化剂的开发经历了系统研究开发过程，完成了实验室模型试验、扩大试验、连续制备试验、进一步中试研究，同时，对催化剂核心设备氧化反应器进行了（700800） （80001 0000）规模的冷漠试验研究，最终开发了规模为100 t/d（含铁催化剂物料）工业示范装置工艺包，并在示范装置中采用，第一次工业运行取得良好的使用效果。煤直接液化高效催化剂的技术关键是催化剂制备工艺和合成反应器开发。通过上述不同阶段的开发试验，均取得了良好的试验效果。试验研究结果表明，新型高效催化剂主要具有以下特点。1.价格低廉。由于生产催化剂的原料易获得且价格低廉，制备催化剂的工艺操作技术指标好，故制成的煤直接液化高效催化剂成本相对较低，极大提高了煤直接液化的经济性。2.操作方便，产品性能稳定。该催化剂的制备工艺流程简单，常温常压操作安全性好，宜实现自动化控制。所用设备基本为常规设备，造价低。工艺操作重复性好，产品性能稳定。3.活性高。该催化剂添加量为干煤的 0.51.0，煤的转化率（干燥无灰基煤）90%，油收率60%，活性达到国外同类产品水平。（三）煤液化反应器的研究进展专利报道了利用多级流化床催化剂的煤两段催化液化工艺。第一段反应器在温度不超过427的条件下进行，生成低沸点烃类产物。反应产物除去催化剂后在进入较高温度的第二反应器。第一反应器的反应条件：371-427，氢分压0.7-2.8MPa,煤进料流率4.5-40.5kg/h。第二反应器的反应条件：399-454，氢分压6.9-28.6MPa.第一反应器中催化剂使用量300-3000kg.煤/（kg.新催化剂）,催化剂使用量达到1000-6000kg.煤/(kg.新鲜催化剂)。如果需要，可再增加第三反应器，催化剂包括铁、钼、镍、钴或钨等金属沉积在铝、镁、氧化硅或钛等载体上，该工艺使生产低沸点液体烃的吨煤催化剂耗量最少。中国矿业大学发明的一种新型直接液化催化剂在线反应器，主要包括电机、转子、定子、混合反应室及密封腔，传动轴通过联轴器与电机连接，混合反应室有物料进口和物料出口，密封腔安装在传动轴周围，定子安装在物料进口处的混合反应室内，转子安装在传动轴一端并嵌入到定子中，转子与传动轴间装有辅助搅拌叶轮。该反应器能耗低，效率高，结构简单，适合连续操作，可根据进料比例混合反应及输送，设备内无死角，适合含固体颗粒物料的在线混合反应。日本专利介绍的煤液化反应器为带有很多刮刀的水平圆柱反应器，可以连续的将煤-溶剂系统壁中的碳除去从而防止结焦问题。专利对工艺参数进行了统计和计算，计算出煤液化反应器的操作温度以稳定和优化煤液化产品。三 讨论与展望 目前，煤直接液化工艺经历了不同时期的技术进步，其主要特征表现在催化剂、循环溶剂固液分离和溶剂加工技术上，可以划分为几个代表性层次的技术阶段。从工艺运行条件角度划分，第一代是以德国老 I.G.工艺为代表的煤直接液工艺，操作条件苛刻，催化剂采用赤泥催化剂，其固液分离采用加压过滤和离心分离；第二代是以德国新 I.G. 工艺为代表，采用减压蒸馏方进行固液分离，操作条件得到很好的改善，催化剂仍为赤泥催化剂。在此基础上，进一步的技术革新标志是对循环溶剂进行加氢，溶剂性质得到改善，以德国 IGOR+工艺和日本 NEDOL 工艺为代表，油收率大幅度提高，反应条件进一步缓和，煤浆浓度和反应器效率得到提高，工艺的热利用效率也大大改善。下一代煤直接液化技术的突破应该表现在整体技术方面，投资要大大降低，综合技术经济性能提高，产品的附加值和经济效益要有本质的变化，技术特征一方面继续表现在核心工艺优化和催化剂的创新上，寻求更为廉价和性能更高的催化剂，简化生产工艺，进一步降低操作成本，使产品市场竞争力得到提高。同时，要使煤直接液化技术有更加革命性的创新，从研究方法、工作理念、系统工程等方面深入工作。 结合最新煤直接液化技术的进展，煤直接液化技术的研究方向和发展趋势大体归纳如下几点： （一）液化原料煤特性研究 深入研究分析煤的液化特性，针对不同液化煤种选择和开发相应的工艺。开展液化原料煤的预处理技术研究，通过脱灰等技术，减少液化操作条件的苛刻度。找到合适的脱除或降低惰性组分或其它经济可行的预处理办法也是方向之一。 （二）液化煤分级转化 通过原料煤预处理、分级转化，使得益于转化得到的液化油及时离开反应体系，防止煤液化油过度转化成气体，达到提高煤液化的油收率和降低氢耗的目的。 （三）液化工艺优化和系统高度集成 解决液化过程和产品进一步加工过程温度、压力的升降变化问题，通过系统合理配置和优化集成实现能量的合理高效利用。采用新型经济的在线加氢工艺，开发耐较高的水蒸气分压和较高的 CO、CO2 分压，能适应原料油中沥青质含量特殊等条件的催化剂。 （四）催化剂高活性、高分散性 通过使用高活性、高分散型催化剂，达到降低催化剂用量，实现高油收率的目的。寻找新催化剂是一个值得努力的方向。 （五）反应器大型化 通过先进大型反应器的开发，提高单系列处理能力和煤液化装置运行的经济性。对新结构反应器的研究也应持续。 （六）主、副产品的优化利用 主要针对煤直接液化油产品和液化残渣进行深加工和资源化利用，实现其高附加值。在现有液化工艺的产品结构调整上，有着较大的研究空间。 参 考 文 献 1 李好管煤直接液化技术进展及前景分析J煤化工，2002（3） ：8-122 2007 年国民经济和社会发展统计公报. 国家统计局. 2006. 3 能源技术领域专家委员会. 能源发展战略研究M北京：化学工业出版社，2004. 4 张玉卓. 中国能源经济和神华煤转化战略C/中、日、美化学工程会议，2005. 5 孙林兵，倪中海，张丽芳，等. 煤直接液化铁基催化剂的研究进展J.煤炭技术，2002，21(11)：65-66. 6 吴秀章，舒歌平.煤炭直接液化起始溶剂油的研究J石油炼制与化工，2007，58(8)：19-21. 7 刘振宇，杨建丽，张立安，等. 一种以 FeSO4 煤直接液化方法：中国，98102883.7P1998. 8 肖乃友，张荣曾，李克健. 神华煤直接液化油煤浆常温流变特性研究J. 煤炭转化，2007，30(3)：31-33. 9 叶青.神华集团煤直接液化示范工程J煤炭科学技术，2003，31(4)：1-3.10 胡树勋.神华煤直接液化催化剂及液化机理的研究D大连：大连理工大学，2007. 11 朱继升， 杨建丽. 四种有应用前景的煤的液化性能评价J. 煤炭转化，2003，23(2)：25-28.12侯云健.煤炭直接液化三种工艺指标的比较J . 云南煤炭 ,2002 , (2) :24 - 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