煤制油技术路线综述

1、煤制油技术路线综述转发 评论 2008-05-17 20:59 一、煤直接液化 煤直接液化技术又称煤加氢液化,是将煤制成煤浆,在高压下,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。 （一）煤直接液化的经济性分析 目前,煤直接液化技术实现商业化应用的主要制约因素是其经济上与石油的竞争能力。随着石油勘探与开采成本的日益提高和世界石油价格的不断上涨,煤直接液化技术在特定地区实现商业化应用在经济上已经具有较强的竞争能力。权威机构曾预测当石

2、油价格达到25 美元/ 桶,煤炭直接液化在经济上就有了竞争力。美国能源部通过对几个起步工厂的初步经济分析后指出,如果煤炭直接液化厂与现有的工厂建在一起,可节约投资,降低液化成本,使生产的液体燃料价格可以达到相当于石油价格1923 美元/ 桶。煤直接液化成本高的主要原因是一次投资大、煤炭价格高。但是煤直接液化技术仍有很大的研究和发展潜力,还能进一步降低成本。美国能源部计划在2010 年后开始建设独立的煤炭直接液化生产厂。从能源战略上考虑,煤直接液化技术受到世界各工业发达国家的高度重视。 从20 世纪90 年代起,煤炭直接液化工艺又有了新的重大发展。主要表现在:将煤炭液化工艺和液化油提质加工工艺联

3、合起来,将直接液化工艺分离出的高气态烃、中质液化油直接引入二次加氢反应器,大大提高了热效率,也改善了二次加氢条件,降低氢耗量,有效地简化了液化厂的工艺流程;应用胶体化学新技术,制备纳米级分散催化剂,使催化剂用量由3wt %(干煤) 左右降低至千分之一左右,既降低了成本,又提高了固液的分离能力和油收率;研究终端产品的利用,例如生产芳烃类化工原料,其效率高于传统的焦油工艺路线,有利于提高液化工艺产品的市场价值。 我国于1980 年开展煤炭直接液化技术的研究。通过多年来与国外的合作与交流、对多联产技术发展趋向的认识以及示范厂的前期研究,最终选择神华集团在神府东胜矿区筹建中国第一座煤矿直接液化示范厂。

4、针对直接液化的联产可考虑:配合示范工程,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,扩展为煤化工多联产或者电力化学品多联产。 （二）煤直接液化的煤种 煤直接液化的操作条件要求较高,对煤种有严格要求: (1) 煤中的灰分要低,一般小于5 % ,因此原煤要进行洗选,以得到精煤进行液化。煤的灰分组成对液化过程也有影响,灰中的Fe 、Co 、Mo 等元素对液化有催化作用,而Si 、Ca 、Mg 等元素则不利于液化,且容易引起设备结垢。 (2) 煤的可磨性好。直接液化过程要求先把煤磨成200 目左右的煤粉,并干燥到水分小于2 %。如果可磨性不好,生产过程能耗会很高,设备磨损严重,

5、配件、材料消耗大,增加生产成本。水分高将不利于磨矿和制煤浆。 (3) 煤中氢、氧含量差别越小越好,可以减少加氢量,同时减少生成的废水。 (4) 煤中的硫分和氮等杂质含量越少越好,以降低油品加工提质的费用。 (5) 煤岩的组成也是液化的一项主要指标。丝质组成越高,煤的液化性能越好;镜质组成量高,则液化活性差。因此用于直接液化的煤一般是褐煤、长焰煤等年轻煤种。神华的不粘煤、长焰煤和云南先锋的褐煤都是较好的直接液化煤种 二、煤间接液化 所谓煤间接液化, 是区别于煤直接液化而言的,煤间接液化,是将煤首先气化成有效成分为H2 和CO 的合成气, 然后合成气在催化剂作用下, 经F- T合成反应生产有机烃类

6、。而直接液化是将年轻煤褐煤烟煤等在高高压下直接加氢, 转化成有机烃等化合物。煤间接液化技术是先将煤气化生产合成气,完全破坏煤原有的化学结构,然后以合成气为原料通过费托合成( Fischer Trop sch Synt hesis) 生产出馏程不同的液态烃。煤间接液化包括煤气化单元、气体净化单元、F T 合成单元、分离单元、后加工提质单元等。与直接液化技术相比,间接液化技术对煤质基本没有要求。当前,煤间接液化最重要的3 个产品为烃类燃料、甲醇(CH3 OH) 和二甲醚(CH3OCH3 ) 。 （一）煤间接液化技术 目前,典型的工业化煤间接液化技术有南非的SASOL 的F T 合成技术、荷兰She

7、ll 公司的SMDS 技术和Mobil 公司的MTG合成技术等。此外还有一些先进的合成技术但都未商业化,如丹麦Top se 公司的TIGAS ,美国Mobil 公司的STG,Exxon 公司的AGC-21 , Syntroleum 公司的Syntroleum ,中科院的MFT/SMFT 技术等。 1、SASOL 公司。采用德国鲁奇加压气化技术。全公司有97台鲁奇气化炉,其设备利用率达94 %。鲁奇气化炉采取固定床加压气化,使用575 mm 的块煤,操作压力为2. 83. 5 MPa ,利用水蒸气和氧气作为气化剂,所得粗煤气中含有CO2 ,N H3 , H2 S 和焦油等杂质,必须将其除去。净化

8、装置采用水洗脱除灰尘和焦油;采用低甲醇洗脱除煤气中的H2 S ,CO2 和烃类;采用SASOL 公司开发的Sulp holin 硫化氢液相氧化法回收硫磺; 采用鲁奇公司的Phenol solvan 技术净化污水,最后得到纯净的合成气(CO + H2 ) 和工业副产品。 2、中科院MFT/ SMFT 技术。20 世纪80 年代初,中科院山西煤炭化学研究所开始了合成油的研究开发工作,在分析了国外FT 合成和MTG工艺的基础上,提出了将传统的FT 合成与沸石分子筛择形作用相结合的固定床两段法合成工艺(简称MFT) 和浆态床固定床两段合成工艺(简称SMFT) ,并先后完成了MFT 工艺的小试、模拟、中

9、试,取得了油收率较高,油品性能较好的结果。90 年代完成了2 000 t/ a 规模的煤基合成汽油中间实验和SMF T 工艺的模拟试验,并对自主开发的两类催化剂分别进行了3 000 h 的长周期运行,取得了令人满意的结果。近年来,该所针对新型浆态床合成反应器、共沉淀铁系催化剂制备等进行了放大开发试验,于2002 年建成合成油品1 000 t/ a装置,其后进行了多次运行实验,取得了开发自主知识产权技术的阶段性成果。 （二）影响煤间接液化技术经济性能的因素 主要有:(1) 装置的投资规模和生产规模; (2) 整个煤液化工艺流程的集成优化程度; (3) F T 合成反应器生产效率及廉价高效工业铁催

10、化剂的研制,或长寿命高活性工业钴催化剂的研制; (4) 建厂地理位置,原料煤的价格和品质,原油、成品油价格等。 （三）煤间接液化装置的大型工业化 煤制油是一个具有规模经济性的大型综合性产业,要取得明显的经济效益,煤制油装置规模应在1000kt/a 以上,装置规模越大,吨油投资越少,物料和能量利用率越高,其综合效益越好。按照Shell气化炉配浆态床反应器和廉价铁催化剂工艺,规模为1000kt/a 合成油商业装置估算,总耗煤4506kt/a ,折合成油品1020 kt/a ,1t 油品耗煤4.5t ,吨油成本可以达到240 美元左右。 目前百万吨级的合成油装置在国内没有实现工业化的根本问题是设计基

11、础数据不够,实质上是科研的投入不足而造成工业化研究不够完善,因此在建立百万吨级合成油装置前,建立工业示范厂是十分必要的。示范厂是百万吨级工业基地的前期试验性生产装置,其主要目的是在中试后,进行流程的工业性运转,考察系统的物料和能量转化行为及大型煤气炉和气体净化等成熟技术与浆态床F T 合成过程的匹配情况,获取数据、优化流程,以便实施大型化装置。煤间接液化技术产业化带动性强,技术覆盖面广,与未来的燃气联合循环发电等先进洁净煤技术可以实现有机的结合,因此以煤制油技术为主导的大型综合性煤化工产业将是中国具有蓬勃生机的革命性的新兴产业。 （四）煤间接液化装置的集团化：最佳联产方案 煤炭间接液化项目的投

12、资额非常大,研究表明:一般情况下,按每年吨产品能力计算的工程投资,大约为800010000元/ (ta)。降低投资的一个可能途径是装置的集团化,即煤炭液化和炼油厂有机结合,如共享一些产品混合和输出设备。即使最低程度的设备联合使用也可大大降低投资成本。研究表明,一座日产15 万桶油的炼油厂可以接受一座日产5 万桶燃料的液化厂的全部产品,而炼油厂的最终产品质量几乎没有变化,因此,炼油厂可以很容易达到日产20 万桶油的生产能力。 煤制油生产装置是由多个工艺单元组成的,工艺流程的好坏决定了投资的多少和能耗的高低,通过煤制油工艺模拟软件的应用,对煤制油整个工艺流程进行集成优化和合理配置,使物料和能量得到

13、充分合理的利用,完全有可能使吨油能耗降低10%15%。通过工艺和操作条件的优化,调整煤制油生产装置的产品结构也是提高煤制油技术经济性的一个重要措施。20 世纪90 年代,中科院通过对MFT合成油气、油硬蜡煤气联产方案进行比较,认为两者在经济效益上有较大差别,前者的投资利润率为3.10%,而后者达9.68%。 （五）煤间接液化技术的工业应用前景 煤炭是世界储量最丰富的化石能源,在一次能源中煤占31%,20世纪70年代后发生的2次石油危机以及近期原油价格暴涨,使各国普遍认识到未来能源中煤炭的战略地位。我国作为最大的发展中国家,无论从全球经济一体化,还是地区资源条件和国家安全考虑,都必须重视以煤为基

14、础的能源结构。发展相对成熟的煤间接液化技术可以满足国内对液体燃料日益增长的需求,降低对石油进口的依赖,是解决清洁二次能源的途径;同时对于我国合理、有效利用能源,对于国家安全和可持续发展具有重大战略意义。因此,尽快研究和开发出煤炭能源就地转化的高效洁净利用技术,具有良好的经济效益和社会效益。 三、两种技术路线比较 煤直接液化的操作条件苛刻, 对煤种的依赖性强。典型的煤直接液化技术是在450、150- 300 大气压(氢压) 左右将合适的年轻煤(褐煤等) 催化加氢液化, 工艺过程对设备要求高, 设备维修费用大, 产出的油品芳烃含量高, 硫、氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级

15、。煤间接液化几乎不依赖于煤种, 并且间接液化过程的操作条件和, 典型的间接液化的合成过程在250、15- 40 大气压下操作。间接液化的合成技术可用于天然气以及其它含碳有机物的转化。合成产品不含硫、氮等污染物, 合成汽油的辛烷值不低于90 号, 合成柴油的十六烷值高达75, 且不含芳烃, 质量高于第四代洁净油品。另外, 煤间接液化在南非已形成大规模的、盈利的产业。国内技术开发已产业化, 而且包括反应器在内的所有设备和控制系统均可在国内制造, 其催化剂开发已达到了国际先进水平。从技术的发展来看, 间接液化合成油技术在我国将具有广阔的市场前景。 煤间接液化合成油品在南非已经形成了百万吨级的盈利产业

16、; 并且国内已开发出工业化生产高效催化剂的技术, 在浆态床反应器技术方面也取得了重大突破。目前国内五大煤炭企业: 内蒙古伊泰集团、山西潞安集团、徐州矿务集团、神华集团及连顺能源集团等五家企业已联手中科院山西煤化所, 建立数十万吨级的煤间接液化示范厂, 将我国自主知识产权的煤液化技术产业化。 煤炭液化的经济性在很大程度上决定于煤炭成本, 并且将煤炭运到液化厂的运费比较低。由于煤炭运输比石油困难, 因此, 从原则上讲, 煤炭液化厂最好选在煤矿上。但是, 如果煤矿所处位置比较偏僻, 则液化厂的建设费用比较高, 或者矿区铁路设施比较完善的情况下, 也可以不将液化厂建在煤矿附近。同时优化整个生产工艺流程

17、, 最大限度地降低能耗和原、辅材料的消耗, 降低生产成本。 从柴油馏分产物的性质看, 煤直接液化法直链烃少, 环烷烃及芳烃含量高, 十六烷值低, 凝点较低,硫、氮等杂质含量较高煤低间接液化法则以链烷烃组分为高, 十六烷值过剩, 不含硫、氮等杂质, 但凝点较高。两者的柴油馏分均须经过较苛刻的加氢提质工艺, 花费较大的代价才可生产出合格的柴油产品。因此, 若将煤直接液化与间接液化结合起来, 建立联合装置, 将二套装置的柴油馏分调合地一起, 即可直接生产出满足世界燃料规范类以上要求的柴油, 这样可省去复杂的后加工提质工艺系统, 显著降低煤液化装置的投资和加工成本, 大大提高其市场竞争能力。若在现有柴

18、油质量较差的炼油厂建设一套煤低间接液化装置, 也可极大地提升炼油厂生产符合世界燃料规范类标准要求的柴油以及产品综合利用的能力。(来自网友zhangfeibin)沁园春雪北国风光， 千里冰封， 万里雪飘。望长城内外，惟余莽莽；大河上下，顿失滔滔。山舞银蛇， 原驰蜡象， 欲与天公试比高。须晴日， 看红装素裹，分外妖娆。江山如此多娇， 引无数英雄竞折腰。惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋祖，稍逊风骚。一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。俱往矣，数风流人物， 还看今朝。 克 出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及