煤炭液化论文.docx

煤液化多联产技术概述（辽宁科技大学化学工程学院煤化09-*）摘要：煤炭液化技术是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类：直接液化和间接液化。直接液化是在高温（400以上）、高压（10MPa以上），在催化剂和溶剂作用下使煤的分子进行裂解加氢，直接转化成液体燃料，再进一步加工精制成汽油、柴油等燃料油，又称加氢液化。间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以煤基合成气（一氧化碳和氢气）为原料，在一定温度和压力下，将其催化合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺，包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。关键词：煤直接液化、煤间接液化、多联产、生产模式Guo WeiLiaoning University of Science and Technology, School of Chemical Engineering coalification 09-4General introduction of co- production system for coal liquefactionAbstract：Give a simple introduction to direct coal liquefaction and indirect coal liquefaction, and multi-combinative production, and the application of the technology of multi-combinative production in coal liquefaction and its types of produce，and its development in China.Key word: direct coal liquefaction; indirect coal liquefaction; multi-combinative production; types of produce.据有关资料统计，2010年，中国消耗煤炭总量33亿t，消耗石油4.2亿t，其中本国生产石油1.81亿t，从国外进口2.39亿t,即54%的石油依赖进口，进口量已超过国内总需求的一半，预计到2020年，石油的对外依存度有可能接近70，如此大规模的石油进口，增加了我国对国外资源的依赖程度，国际市场的波动和变化将直接影响到国内经济乃至政治的安全与稳定。而煤炭是我国最丰富的能源资源。全国累计探明的储量超过1000 Gt，经济开采储量1145 Gt，位列美国、俄罗斯之后。煤通过液化技术可以制油，其工艺包括直接液化技术和间接液化技术，是解决我国石油资源短缺的一条重要途径。但是我国是能源消耗大国，如果只是简单的把煤炭转化为石油，能源利用率是很低的。鉴于此，在本论文中，作者简单介绍了煤的液化及多联产技术，以及现有的几种生产模式与国内的发展状况，供业内人员作为简单的参考。1 煤炭液化技术简介煤炭液化是通过化学加工将固体的煤炭转化为液体的化学产品，有直接液化和间接液化两种液化方式。煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产，到1944年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年。二战后，中东地区大量廉价石油的开发，煤炭直接液化工厂失去竞争力并关闭。70年代初期，由于世界范围内的石油危机，煤炭液化技术又开始活跃起来。日本、德国、美国等工业发达国家，在原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺，其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤液化油生产成本的目的。目前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。这些新直接液化工艺的共同特点是，反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力由40MPa降低至1730MPa，产油率和油品质量都有较大幅度提高，降低了生产成本。到目前为止，上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤100t/d级以上大型中间试验，具备了建设大规模液化厂的技术能力。煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术，在技术上是可行的。目前国外没有工业化生产厂的主要原因是，在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高，难以与石油竞争。1.1 煤炭直接液化煤炭直接液化是指对煤进行高压加氢直接转化成液体化学产品。煤炭直接液化工艺特征是将煤制成煤浆，在高温高压下，通过催化加氢裂化，同时包括热裂解、溶剂萃取、非催化液化，将煤降解、加氢转化为液体烃类，然后再通过加氢精制等过程，脱除煤中氮、氧、硫等杂原子并提高油的品质。煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、分离和加氢提质等单元。基本工艺流程如图1。1.2 煤炭间接液化煤炭间接液化是指先将煤炭通过气化工艺生产合成气（CO+H2）,再用合成气为原料合成柴油、汽油等液态化学产品。间接液化工艺包括：煤的气化、FT合成反应、油品加工等3个步骤。气化装置产出的煤气进入合成反应器后，在一定温度、压力及催化剂作用下，CO和H2转化为直链烃类、水以及少量的含氧有机化合物生成物经三相分离、提取、深加工得到合格的油品及多种化工产品。间接液化工艺流程如图2。2 多联产技术简介2.1 多联产技术的基本定义目前国内对多联产还没有统一的定义，但是基本观点是相似的。有人把多联产技术定义为通过多种煤转化、利用技术的有机集成，制得多种洁净的二次能源，以及多种高附加值的化工产品。简而言之，煤炭多联产系统是煤气化、动力生产、燃料生产系统的集成(技术群)。能源专家们(包括发改委能源所)则认为“多联产技术”是指利用各种气源(煤制合成气、生物质制合成气、天然气、煤层气)生产电力、热能、清洁液体燃料和化学品等适用技术的总称，被称为是减少石油进口的最为经济有效及环境友好的方法。从严格意义上来说，多联产技术是指利用从单一的设备(气化炉)中产生的合成气(主要成分为C0+H2)来进行跨行业、跨部门的生产，以得制多种具有高附加值的化工产品、液体燃料(甲醇、F_T合成燃料、二甲醉、城市煤气、氢气)、以及用于工艺过程的热能和进行发电等。多联产技术能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦合到一起，彼此取长补短，从而达到能源的高利用效率、低能耗、低投资和运行成本、以及最少的垒生命周期污染物排放。2.2煤液化多联产技术的重要性纵观国内外研发进展，跨行业联产是煤液化技术特别是费托合成技术发展的趋势，系统集成是实现“联产优势效应” 的关键环节。某研究结果表明，现阶段如果在我国西部某省建设一座以生产中间化学品（直链烃） 为主、油品为辅的单纯煤基间接液化厂，生产规模160 万，采用国外成熟固定流化床工艺，项目投资约为145亿元（ 其中：气化部分约为60 亿元，公用工程约为15.8亿元，项约占总投资的52.8% ），项目享受国家的税收优惠政策，内部收益率可以达到11.45% 。同样，如果在我国西部某省建设一座以生产油品为主、中间化学品（环烷烃、芳烃） 为辅的煤直接液化厂，生产规模 250万 ，直接液化工艺采用国外某工艺，项目投资约为 160亿元（ 其中：煤气化制氢部分约为35.2 亿元，公用工程约为 10.4亿元，2项约占总投资的32.3% ），也享受国家的税收优惠政策，内部收益率可以达到 12.8%。由此可见，尽管可比基础数据不尽相同，但基本可以反应单纯直接液化工艺的表观经济效益明显优于单纯间接液化工艺。如果在我国的东部某省建设一座以生产中间化学品（ 直链烃） 为主、油品、甲醇及电为辅的煤液化多联产厂，生产规模150万 ，其中合成也采用相同的国外成熟固定流化床工艺，项目总投资约为102亿元（ 其中：气化部分约为35.7亿元，公用工程约为6.8亿元，2项约占总投资的41.7% ），在不享受国家税收优惠政策的情况下，内部收益率即可达到13.71%，以合成为主的联产工艺，表观经济效益又优于单纯直接液化工艺。在中国发展煤液化产业，无论从经济、环境、保障国家能源安全等方面进行考虑，都必须走多联产的道路。3 煤液化多联产技术的生产模式与煤炭液化相应的煤液化多联产技术有两种模式，即煤直接液化多联产与煤间接液化多联产，煤间接液化多联产又包括高温费托合成与低温费托合成两种多联产模式。3.1 煤直接液化多联产煤直接液化多联产主要考虑的是油灰渣副产品的综合利用问题。针对直接液化的联产模式可以考虑：从增强副产品的综合利用和运行灵活性出发，首先从油灰渣气化制甲醇起步，随着煤气化装置规模的扩大，扩展为煤化工多联产或者电力化学品多联产。图3是考虑副产品综合利用的煤直接液化多联产模式的简单工艺流程。转到气化 图3 煤直接液化多联产模式的简单工艺流程3.2煤间接液化多联产煤间接液化多联产主要考虑的是从全厂系统的角度选择和匹配单元技术，降低投资和运行成本，合理扩大单条生产线规模改善经济性；优化产品方案，提高有效产品的产量；全厂装置和能量系统的整体优化集成等。费托合成装置是煤间接液化工厂的核心装置。图4是高温费托合成多联产工艺流程，图5是低温费托合成多联产工艺流程。图4 高温费托合成多联产工艺流程图5 低温费托合成多联产工艺流程4 我国煤液化多联产技术的发展状况 目前国内在煤炭液化方面主要还处于探索与试验阶段，主要是搞试点项目。煤直接液化多联产技术试点项目只有神华集团唯一一家在鄂尔多斯建设，煤间接液化多联产技术试点项目有潞安集团、伊泰集团、兖矿集团等三家企业在建试点项目。4.1 神华集团煤直接液化多联产神华集团与美国HTI公司合作取得成功，其技术有以下特点：处理煤的能力强、转化率和油收率都高；其产品有石油液化气、石脑油、汽油、柴油，以及尿素、硫磺和粗酚等副产品。此项目所建成的工厂也是“十一五”煤直接液化(含间接液化)的示范厂之一。鉴于技术进步与形势发展需要，神华集团公司与美国碳氢(HTI)公司已进行许可证谈判。神华集团煤直接液化多联产生产模式如图6.图6 神华集团煤直接液化多联产生产模式4.2 潞安集团煤间接液化多联产山西潞安煤基合成油示范厂项目2006年2月22日在潞安集团循环经济园奠基。潞安煤基合成油示范厂是国家“863”高新技术项目和中国科学院知识创新工程重大项目的延续项目，是通过国家级项目招标确定的国内唯一的煤基合成油(问接液化)示范工厂。生产规模为160 kta，主要产品为柴油、石脑油、LPG及少量混合醇燃料。该项目目前已经建成投产，正在稳定运行中。图7 潞安集团煤间接液化多联产流程图4.3伊泰集团煤间接液化多联产内蒙古伊泰集团煤制油项目一期工程生产规模为160 kta，目前工程正中交，预计2009年初投产。该项目的核心技术已于2004年10月通过中国科学院的技术鉴定，2005年9月通过国家科技部“863”项目验收，具有完全自主知识产权。浆态床反应器、费一托合成催化剂、油品精制及系统集成全部由我国自主研制，目前已获得国家专利40余项，涵盖了煤问接液化的所有核心技术。2010年二期工程完成后生产规模为15Mca。图8 伊泰集团煤间接液化多联产流程图4.4 兖矿集团煤液化多联产4.4.1 兖矿集团煤间接液化多联产的生产模式兖矿集团通过“十五”期间各项单元技术的研发与示范，掌握了多联产系统内煤间接液化等关键单元技术，具备了关键技术研发和创新能力，经过大量前期研究工作初步确定了以下多联产系统建设方案和实施规划。其多联产系统基本流程方案如图9。图9 兖矿集团煤液化多联产流程图4.4.2 兖矿集团煤系统规划兖矿集团煤间接液化多联产系统规划分为三个阶段。第一阶段：200 6年将兖矿集团煤化工产业发展规划及陕西榆林百万吨级煤间接液化项目核准报告上报国家发改委；2008年左右建成采用低温费托合成工艺的100万ta煤间接液化制油工业化示范项目，完成工业化示范任务；采用自主知识产权大型化水煤浆气化技术，建设大型化水煤浆煤气化工业化示范装置，完成大型化水煤浆气化技术工业化示范研究；以部分合成气和氢回收装置尾气为燃料，建设300MW煤气化联合循环发电装置，完成煤间接液化和燃气发电联产系统的示范任务；为提高系统投资经济性，引进鲁奇公司超大甲醇和甲醇制丙烯技术，建设50万t甲醇制丙烯装置，超大甲醇装置驰放气进入氢回收装置提氢后也作为燃气轮机燃料。第二阶段：于2013年形成以低温费托工艺为主的年产500万t油品总生产能力，进一步提高低氢尾气发电量，减少合成气发电量，示范研究采用高活性低温费托合成催化剂、降低反应气循环比，示范研究燃气发电装置变工况特性，为一次通过费托合成与高效燃气发电联产系统奠定基础。第三阶段：到2020年左右建成1000万t左右油品总生产能力，煤间接液化装置将采用自主知识产权的低温和高温费托合成工艺技术，实现有中国特色的大型煤基多联产系统。但是据目前有关信息资料看来，兖矿集团的项目规划进展情况并不顺利，但是其基本路线并没有改变，只是进程稍慢而已。所以，我们还是要对其抱有坚定的信心。结束语：煤炭液化是解决中国多煤、少油、缺气能源国情的重要途径，而煤液化多联产技术是煤液化的发展模式，是提高能源利用率的重要途径，是发展煤炭循环经济的重要措施，我们应给予充分的肯定与重视。考文献1、认真研究与应用多联产技术 努力探索煤炭企业发展循环经济新模式 李毛 平煤集团公司 河南平顶山2、利用煤炭问接液化技术改造中小型氮肥厂 王秀国 兖矿集团煤化公司企业管理处 山东省邹城市矿建西路439号3、煤间接液化技术及发展前景木王光彬 中国石油集团工程设计有限责任公司抚顺分公司 辽宁抚顺4、煤(CTO)技术及国内的发展状况 付长亮 张晓 河南工业大学化学工业职业学院化工系 河南郑州450042 义马气化厂化验室，河南义马472300 5、关于煤液化多联产系统发展的思考 李现勇 任相坤 神华集团中国神华煤制油有限公司神华煤液化研究中心，北京 6、大型煤气化装置的工艺技术性能及其在 多联产系统组合中的节能减排评述 李琼玖 杜世权 廖宗富 等 基玖能源化工工程开发设计科技公司，四川成都6100127、兖矿集团煤炭间接液化项目的进展及其煤气化多联产系统的应用前景 张鸣林 韩梅 兖矿集团煤化公司 山东省邹城市2735008、潞安发展煤基合成油意义重大优势明显 访山西潞安矿业集团集团董事长任润厚9、煤多联产能源系统热经济学分析 张