煤加氢直接液化工艺

1、煤加氢直接液化工艺煤加氢直接液化工艺姓名：姓名：*导师：导师：*时间：时间：2013.12.28煤加氢液化技术的开发过程煤加氢液化技术的开发过程煤直接液化基本工艺流程煤直接液化基本工艺流程德国煤加氢液化老工艺德国煤加氢液化老工艺典型煤直接液化工艺典型煤直接液化工艺煤煤-油共处理油共处理1、煤加氢液化技术的开发过程、煤加氢液化技术的开发过程1.1 煤加氢直接液化的定义煤加氢直接液化的定义 在较高温度（在较高温度（400）、高压（）、高压（6MPa）、氢气）、氢气（或（或CO+H2、CO+H2O）、催化剂和溶剂作用下）、催化剂和溶剂作用下将煤进行解聚、裂解加氢，直接转化为液体油的将煤进行解聚、裂解

2、加氢，直接转化为液体油的加工过程。加工过程。1.2 国外国外煤加氢直接液化的发展背景煤加氢直接液化的发展背景1913年，德国化学家诺贝尔奖获得者柏吉斯（年，德国化学家诺贝尔奖获得者柏吉斯（Bergius）首先研究了煤的高压加氢，并获得了专利，从而为煤加氢首先研究了煤的高压加氢，并获得了专利，从而为煤加氢液化技术奠定了基础。液化技术奠定了基础。 1927年在德国莱那（年在德国莱那（Leuna）建立了世界第一个煤直接液）建立了世界第一个煤直接液化工厂，第二次世界大战期间又建化工厂，第二次世界大战期间又建11套煤直接液化装置，套煤直接液化装置，到到1944年，总生产能力达到年，总生产能力达到4.23

3、Mt/a，为德国提供了发动，为德国提供了发动战争用油。战争用油。 20世纪世纪50年代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去年代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去竞争力。竞争力。1973年后，由于中东战争，石油价格暴涨，煤直接液化技年后，由于中东战争，石油价格暴涨，煤直接液化技术的开发又开始活跃起来。德国、美国、日本、前苏联等术的开发又开始活跃起来。德国、美国、日本、前苏联等国的煤化学家相继开发了煤炭液化新工艺。国的煤化学家相继开发了煤炭液化新工艺。 1.3 煤直接液化工艺开发过程煤直接液化工艺开发过程煤直接液化工艺的开发过程要经历一系列逐步放大的装置煤直接液化工艺的开发过程要经历一系列逐步放

4、大的装置的实验。根据工艺发明原理确定工艺路线后，要通过反复的实验。根据工艺发明原理确定工艺路线后，要通过反复的装置试验来验证工艺的可行性，以降低日后工业放大及的装置试验来验证工艺的可行性，以降低日后工业放大及商业化的风险。商业化的风险。l 实验室规模试验装置实验室规模试验装置 日本称为：日本称为： BSU( bench scale unit) 美国称为：美国称为： CFU (continuous flow unit) 目的：每天处理煤炭数千克至数百千克：验证工艺的可操目的：每天处理煤炭数千克至数百千克：验证工艺的可操作性、确定产物产率构成和产物分析检验方法、提供动力作性、确定产物产率构成和产物

5、分析检验方法、提供动力学数据和催化剂、煤种适应性等数据。学数据和催化剂、煤种适应性等数据。1.3 煤直接液化工艺开发过程煤直接液化工艺开发过程l 日处理吨级煤炭的中试连续试验装置日处理吨级煤炭的中试连续试验装置 日本称为：日本称为：PSU (process support unit) 美国称为：美国称为：PDU (process development unit) 目的：进一步验证目的：进一步验证BSU确立的工艺流程、考察放大效应。确立的工艺流程、考察放大效应。为降低费用，为降低费用，PDU运转过程发现问题可能要回到运转过程发现问题可能要回到BSU中进中进一步研究解决。一步研究解决。l工艺开发

6、的最后的一个步骤，是将工艺开发的最后的一个步骤，是将BSU和和PDU装置的各项装置的各项运转成果全部集中于一个大型的工业性试验装置，通常称运转成果全部集中于一个大型的工业性试验装置，通常称为为PP装置（装置（Pilot Plant）上。工业性试验装置的规模处理）上。工业性试验装置的规模处理煤约数百煤约数百t/d左右，工艺流程和操作条件已基本固定。左右，工艺流程和操作条件已基本固定。1.3 煤直接液化工艺开发过程煤直接液化工艺开发过程发达国家完成发达国家完成PP装置验证的煤直接液化工艺及运行情况装置验证的煤直接液化工艺及运行情况：国家国家工艺工艺规模规模/( t/d)使用期使用期连续进煤连续进煤

7、累计进煤累计进煤油收率油收率/%美国H-COAL20060019801982年（3年）44d(1056h)51美国SRC-5019761981年（5年）44美国EDS25019801982年（2.5年）55d(1321h)445d(10692h)45德国IGOR20019811987年（6年）208d(5000h)917d(22000h)58日本NEDO（2年）80d(1920h)259d(6200h)58日本BCL5019871990年（4年）73d(1760h)417d(10000h)54l煤直接液化工艺流程简图煤直接液化工艺流程简图氢气氢气反应反应单元单元分离分

8、离单元单元提质加提质加工单元工单元催化剂催化剂煤浆制煤浆制备单元备单元煤煤循环溶剂循环溶剂煤：煤：0.2mm催化剂催化剂: Fe-S系系420-470 oC17-30 MPa380-390 oC15-18 MPa气体气体汽油汽油柴油柴油航空燃料航空燃料残渣残渣氢循环氢循环2、煤直接液化基本工艺流程煤直接液化基本工艺流程3、德国煤加氢液化老工艺、德国煤加氢液化老工艺l德国是世界上第一家拥有煤直接加氢液化工业化生产经验德国是世界上第一家拥有煤直接加氢液化工业化生产经验的国家。其第一套生产装置由德国的国家。其第一套生产装置由德国I.G.Farbenindustrie(燃燃料公司料公司)在在1927年

9、建成，也被称为年建成，也被称为IG工艺。德国煤加氢液工艺。德国煤加氢液化老工艺是世界其他国家开发同类工艺的基础。化老工艺是世界其他国家开发同类工艺的基础。l德国的德国的IG工艺可分为两段加氢过程，第一段加氢是在高压工艺可分为两段加氢过程，第一段加氢是在高压氢气下，煤加氢生成液体油（中质油等），又称煤浆液相氢气下，煤加氢生成液体油（中质油等），又称煤浆液相加氢。第二段加氢是以第一段加氢的产物为原料，进行催加氢。第二段加氢是以第一段加氢的产物为原料，进行催化气相加氢制得成品油，又称中油气相加氢，所以化气相加氢制得成品油，又称中油气相加氢，所以IG法也法也常称作两段加氢法。常称作两段加氢法。3.1

10、工艺流程工艺流程第一段液相加氢第一段液相加氢4704803070MPa第二段气相加氢第二段气相加氢36045032MPa3.2 工艺特点工艺特点l温度和压力温度和压力 德国煤直接加氢液化老工艺的煤糊加氢段的压力高达德国煤直接加氢液化老工艺的煤糊加氢段的压力高达3070MPa，因煤种和所用催化剂的不同而异，反应塔温，因煤种和所用催化剂的不同而异，反应塔温度度470480，煤糊预热器的出口温度比预定反应温度低，煤糊预热器的出口温度比预定反应温度低2060；液化粗油的气相加氢段反应温度为；液化粗油的气相加氢段反应温度为360450，催化加氢反应系统压力大约催化加氢反应系统压力大约32MPa。l催化剂

11、催化剂 煤糊加氢主要采用拜尔赤泥、硫化亚铁和硫化钠，后者煤糊加氢主要采用拜尔赤泥、硫化亚铁和硫化钠，后者的作用是中和原料煤中的氯，以防止在加氢过程中生成氯的作用是中和原料煤中的氯，以防止在加氢过程中生成氯化氢引起设备腐蚀。化氢引起设备腐蚀。3.2 工艺特点工艺特点l固液分离固液分离 该工艺的固液分离采用过滤分离，从热分离器底部流出该工艺的固液分离采用过滤分离，从热分离器底部流出的淤浆在的淤浆在140160温度下直接进入离心过滤机分离。对温度下直接进入离心过滤机分离。对1000kg干燥无灰基烟煤而言，当液化转化率为干燥无灰基烟煤而言，当液化转化率为70时，淤浆时，淤浆总质量为总质量为1130kg

12、，固体残渣重，固体残渣重340kg；而液化转化率为；而液化转化率为96时，淤浆和固体残渣质量分别减少时，淤浆和固体残渣质量分别减少270kg和和80kg。 过滤分离得到的滤液，即重质油，含有较多的沥青烯和过滤分离得到的滤液，即重质油，含有较多的沥青烯和2%12%的固体，作为煤浆加氢循环溶剂，其供氢能力较差的固体，作为煤浆加氢循环溶剂，其供氢能力较差，沥青烯积累会使煤浆黏度上升，这正是德国老工艺需要，沥青烯积累会使煤浆黏度上升，这正是德国老工艺需要70MPa反应压力的主要原因之一；滤饼含固体反应压力的主要原因之一；滤饼含固体38%40%，为回收滤饼中的油，对滤饼进行干馏，可回收滤饼中约为回收滤饼

13、中的油，对滤饼进行干馏，可回收滤饼中约30%的油。的油。3.2 工艺特点工艺特点l产品产率产品产率 在糊相加氢阶段，当氢耗量为在糊相加氢阶段，当氢耗量为7时，时，100t高挥发分烟高挥发分烟煤（煤（daf）可得到）可得到13.8t 汽油、汽油、47.7t 中油和中油和24.3t C1C4气气态烃产品。每生产态烃产品。每生产1t 汽油和液化气需要煤汽油和液化气需要煤3.6t，其中，其中38用于制氢、用于制氢、27用于动力和约用于动力和约35用于液化本身，故液化用于液化本身，故液化效率约为效率约为44。l可见，德国煤直接加氢液化的老工艺能源转化效率低，再可见，德国煤直接加氢液化的老工艺能源转化效率

14、低，再加上反应条件苛刻，缺乏竞争性，人们纷纷寻求降低反应加上反应条件苛刻，缺乏竞争性，人们纷纷寻求降低反应压力和提高过程效率，最终降低液化过程成本的新工艺。压力和提高过程效率，最终降低液化过程成本的新工艺。4、典型煤直接液化工艺、典型煤直接液化工艺l通常人们所谓的典型工艺一般是已通过通常人们所谓的典型工艺一般是已通过50t/d以上规模工业以上规模工业性试验验证的较成熟的工艺。性试验验证的较成熟的工艺。20世纪世纪60年代工艺年代工艺 SRC (SRC I和SRC II)，美国，OCR EDS (供氢溶剂法)，美国，Exxon H-Coal (氢煤法)，美国，HRI (HTI)20世纪世纪70年

15、代工艺年代工艺 IGOR (IG新工艺)，德国，DMT HTI (基于H-Coal)，美国，HTI NEDOL (基于EDS和IGOR), 日本, NEDO20世纪世纪80年代工艺年代工艺 CT-5(低压)，俄罗斯，前苏联国家科学院 CTSL(两段液化)，美国，HRI (HTI) HRI(煤油共炼)，美国，HRI (HTI)21世纪世纪 (2004) 工艺工艺 神华工艺(基于HTI和NEDOL), 中国, 神华单段液化工艺单段液化工艺 通过一个主液化反应器生产液体产品。这种工艺可能包含一个在线加氢反应器或离线加氢反应器，对液体产品提质而不能直接提高总转化率。两段液化工艺两段液化工艺 通过两个液

16、化反应器生产液体产品。第一段的主要功能是煤的热解，在此段中不加催化剂或加入低活性可弃性催化剂。第一段的反应产物在第二段反应器中在高活性催化剂存在下加氢再生产出液体产品。煤油共炼工艺煤油共炼工艺 煤和石油混合处理，生产液化产品。此工艺也可以划到上述两种工艺中去。4.1 煤直接液化工艺分类煤直接液化工艺分类SRC-II，EDS，H-Coal，IGOR，NEDOL，CT-5CTSL，HTI，神华工艺HRI，CCLC4.1 德国德国IGOR+工艺工艺lIGOR+（Integrated Gross Oil Refining）工艺由德国矿业）工艺由德国矿业研究院（研究院（DMT）、鲁尔煤炭公司（）、鲁尔煤

17、炭公司（Ruhrkohle AG）和菲）和菲巴石油公司（巴石油公司（Veba Oil）在）在IG工艺基础上开发而成。该工工艺基础上开发而成。该工艺在艺在DMT建立了建立了0.2t/d连续试验装置。连续试验装置。l1981年鲁尔煤炭和菲巴石油在年鲁尔煤炭和菲巴石油在Bottrop建成了建成了200t/d的中试的中试厂。该试验厂从厂。该试验厂从1981年一直运行到年一直运行到1987年年4月，从月，从170,000吨煤中生产出超过吨煤中生产出超过85,000吨的蒸馏产品，运行时间累计达吨的蒸馏产品，运行时间累计达22,000小时。小时。l1997年，中国煤炭科学研究总院与年，中国煤炭科学研究总院与

18、DMT和鲁尔煤炭公司和鲁尔煤炭公司签订了签订了2年的协议，进行中国云南先锋煤液化年的协议，进行中国云南先锋煤液化5000t/d示范示范厂的可行性研究。厂的可行性研究。4.1 德国德国IGOR+工艺工艺l工艺流程图工艺流程图30MPa4703504204.1 德国德国IGOR+工艺工艺l工艺特点工艺特点液化残渣的固液分离由过滤改为减压蒸馏，设备处理能力增大，操作液化残渣的固液分离由过滤改为减压蒸馏，设备处理能力增大，操作简单，蒸馏残渣在高温下仍可用泵输送；简单，蒸馏残渣在高温下仍可用泵输送；循环油由重油改为中油与催化加氢重油混合油，不含固体，也基本上循环油由重油改为中油与催化加氢重油混合油，不含

19、固体，也基本上不含沥烯，煤浆黏度大大降低，溶剂的供氢能力增强，反应压力由不含沥烯，煤浆黏度大大降低，溶剂的供氢能力增强，反应压力由70MPa降低到降低到30MPa，反应条件相对缓和些；，反应条件相对缓和些；液化残渣不再采用低温干馏，而直接送去气化制氢；液化残渣不再采用低温干馏，而直接送去气化制氢；把煤的糊相加氢与循环溶剂加氢和液化油提质加工串联在一套高压系把煤的糊相加氢与循环溶剂加氢和液化油提质加工串联在一套高压系统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失，并统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失，并且在固定床催化剂上还能把且在固定床催化剂上还能把CO2和和CO

20、甲烷化，使碳的损失量降到最低甲烷化，使碳的损失量降到最低限度；限度； 煤浆固体浓度大于煤浆固体浓度大于50，煤处理能力大，反应器供料空速可，煤处理能力大，反应器供料空速可0.5kg/(lh) （daf煤）。煤）。4.2 氢煤法（氢煤法（H-Coal）lH-Coal工艺始于工艺始于1963年，由美国年，由美国Hydrocarbon Research Inc.（HRI）开发。）开发。H-Coal工艺的许多基本概念都来源于工艺的许多基本概念都来源于HRI的用于重油提质加工的的用于重油提质加工的H-Oil工艺。工艺。l在美国政府的支持下，在美国政府的支持下，HRI于于1974年年9月开始着手设计月开始

21、着手设计200600t/d的工业性试验装置，的工业性试验装置，1976年年12月月15日日200600t/d的工业性试验装置在肯塔基的的工业性试验装置在肯塔基的Catlettsburg破土动工，破土动工，1980年开始运转，年开始运转， 1983年运转结束。年运转结束。 l它的主要特点是采用了沸腾床催化反应器，这是它的主要特点是采用了沸腾床催化反应器，这是H-Coal工工艺区别于其他液化工艺的显著特点，属于一段催化液化工艺区别于其他液化工艺的显著特点，属于一段催化液化工艺。艺。4.2 氢煤法（氢煤法（H-Coal）l工艺流程工艺流程l工艺特点工艺特点操作灵活性大，对原料煤种的适应操作灵活性大，

22、对原料煤种的适应性和对液化煤种的可调性好性和对液化煤种的可调性好流化床内传热传质效果好，有助于流化床内传热传质效果好，有助于提高煤的转化率。提高煤的转化率。煤的催化液化反应、循环溶剂加氢煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反应和液化产物精制过程在一个反反应和液化产物精制过程在一个反应器进行，有效缩短工艺流程应器进行，有效缩短工艺流程采用沸腾床催化反应器和采用沸腾床催化反应器和钴钴- -钼加钼加氢催化剂氢催化剂，反应器中物料混合充分，反应器中物料混合充分，所以，所以H-Coal工艺在反应器温度控工艺在反应器温度控制上，产品性质的稳定性上具有较制上，产品性质的稳定性上具有较大的优势。大的优势。20MPa

23、4254554.3 溶剂精炼煤工艺（溶剂精炼煤工艺（SRC法）法）l1960年年美国煤炭研究局组织开始溶剂精炼煤的研究工作。美国煤炭研究局组织开始溶剂精炼煤的研究工作。lSRC法是煤在较高的压力和温度下，在有氢存在的条件下法是煤在较高的压力和温度下，在有氢存在的条件下进行溶剂萃取加氢，生产低灰、低硫的清洁固体燃料和液进行溶剂萃取加氢，生产低灰、低硫的清洁固体燃料和液体燃料。过程中除煤中所含的矿物质以外，不用其他催化体燃料。过程中除煤中所含的矿物质以外，不用其他催化剂。剂。l该法属加氢抽提液化工艺。通常根据产品形态不同又分为该法属加氢抽提液化工艺。通常根据产品形态不同又分为SRC-和和SRC-。

24、SRC-是以生产低灰、低硫固体精炼是以生产低灰、低硫固体精炼煤（发热量煤（发热量38.7MJ/kg）为主，煤浆在反应器中的操作条）为主，煤浆在反应器中的操作条件是：停留时间件是：停留时间40min；出口温度；出口温度450；压力；压力1013MPa。SRC-以生产液体燃料为主，煤浆停留时间以生产液体燃料为主，煤浆停留时间1小时。小时。pSRC-I工艺工艺 SRC-I工艺由美国匹兹堡密德威煤炭矿业公司工艺由美国匹兹堡密德威煤炭矿业公司（Pittsburg and Midway Coal Mining Company , P&M）于）于六十年代初根据二次大战前德国的六十年代初根据二次大战前德国的P

25、ott-Broche工艺工艺的原理开的原理开发出来的。发出来的。 4.3.1 SRC-直接液化工艺直接液化工艺煤制浆煤制浆萃取器萃取器过滤过滤蒸馏蒸馏煤粉干馏干馏半焦加氢加氢氢加氢加氢液化油循环溶剂液化反应器(萃取器)：不加氢，不使用催化剂；循环溶剂：离线加氢；缺点：易结焦，过滤困难，传热差。德国：Pott-Broche 液化工艺（溶剂萃取法）4301015MPa60%40%4.3.1 SRC-直接液化工艺直接液化工艺lSRC-工艺流程工艺流程l工艺特点工艺特点不用外加催化剂，利用不用外加催化剂，利用煤灰自身催化作用；煤灰自身催化作用；反应条件温和，反应温反应条件温和，反应温度度400450；

26、反应压力为反应压力为1015MPa；氢耗量低，约氢耗量低，约2。主要产品为固体溶剂精主要产品为固体溶剂精炼煤，产率约占炼煤，产率约占60%4.3.2 SRC-直接液化工艺直接液化工艺lSRC-工艺流程工艺流程14MPa3713994384664.3.2 SRC-直接液化工艺直接液化工艺lSRC-工艺特点工艺特点SRC-法与法与SRC-法的不同点：法的不同点：气液分离器底部分出的热淤浆的一部分作为循环溶剂返回气液分离器底部分出的热淤浆的一部分作为循环溶剂返回制煤浆，另一部分进减压蒸馏，部分淤浆循环的优点有，制煤浆，另一部分进减压蒸馏，部分淤浆循环的优点有，一是延长中间产物在反应器内的停留时间，增

27、加反应深度；一是延长中间产物在反应器内的停留时间，增加反应深度；二是矿物含有硫铁矿，提高了反应器内硫铁矿浓度，相对二是矿物含有硫铁矿，提高了反应器内硫铁矿浓度，相对而言添加了催化剂，有利于加氢反应，增加液体油产率；而言添加了催化剂，有利于加氢反应，增加液体油产率；用减压蒸馏替代残渣过滤分离，省去过滤、脱灰和产物固用减压蒸馏替代残渣过滤分离，省去过滤、脱灰和产物固化等工序；化等工序；产品以油为主，氢耗量比产品以油为主，氢耗量比SRC-高一倍。高一倍。4.4 埃克森供氢溶剂工艺（埃克森供氢溶剂工艺（EDS工艺）工艺）l埃克森供氢溶剂工艺（埃克森供氢溶剂工艺（EDS工艺），是工艺），是 美国美国Ex

28、xon石油公石油公司开发的一种煤炭直接液化工艺。司开发的一种煤炭直接液化工艺。lExxon公司从公司从1966年对年对EDS工艺进行开发，并在工艺进行开发，并在0.5t/d的连的连续试验装置上确认了续试验装置上确认了EDS工艺的技术可行性。工艺的技术可行性。l1975年年6月，在月，在Baytown建立了建立了250t/d的工业性试验厂，完的工业性试验厂，完成了成了EDS工艺的研究开发工作。工艺的研究开发工作。l让循环溶剂在进入煤预处理过程之前，先经过固定床加氢让循环溶剂在进入煤预处理过程之前，先经过固定床加氢反应器对溶剂加氢，以提高溶剂的供氢能力，这是反应器对溶剂加氢，以提高溶剂的供氢能力，

29、这是EDS工工艺的关键特征，工艺名称也由此得来。艺的关键特征，工艺名称也由此得来。4.4 埃克森供氢溶剂工艺（埃克森供氢溶剂工艺（EDS工艺）工艺）l工艺流程图工艺流程图l工艺特点工艺特点供氢溶剂催化加氢，提高了供氢溶剂催化加氢，提高了催化剂的使用寿命，催化剂催化剂的使用寿命，催化剂是是Co-Mo和和Ni-Mo；对残渣进行焦化，发生干馏对残渣进行焦化，发生干馏和气化反应转化为液体产品和气化反应转化为液体产品和低热值煤气；和低热值煤气；减压蒸馏，避免了复杂的固减压蒸馏，避免了复杂的固液分离技术难题。液分离技术难题。17.5MPa4254504.5 NEDOL工艺工艺l1973年，通产省实施阳光计

30、划，开始煤炭直接液化的基年，通产省实施阳光计划，开始煤炭直接液化的基础研究。础研究。l1980年日本成立新能源开发机构（年日本成立新能源开发机构（NEDO,（the new Energy and Industrial Technology Development Organization）。）。l1983年日本年日本0.1t/d2.4t/d煤直接液化装置的开发，确立了煤直接液化装置的开发，确立了NEDOL煤直接液化工艺。煤直接液化工艺。l19851989年年1t/d规模的规模的NEDOL工艺开发装置的建设和工艺开发装置的建设和运转。运转。l1991年开始年开始150t/d中试规模的中试规模的N

31、EDOL装置的设计。装置的设计。l1996年完成建设试运转。年完成建设试运转。l19971998 正式运转，累计进煤正式运转，累计进煤6200h。4.5 NEDOL工艺工艺l工艺流程图工艺流程图l工艺特点工艺特点反应压力较低，压力为反应压力较低，压力为17 19MPa ,反应温度反应温度430465 ；催化剂采用合成硫化铁或天然硫催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿；铁矿；固液分离采用减压蒸馏的方法；固液分离采用减压蒸馏的方法；配煤浆用的循环溶剂单独加氢，配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力；以提高溶剂的供氢能力；液化油含有较多的杂原子，还须液化油含有较多的杂原子，还须加氢提质才能获得

32、合格产品。加氢提质才能获得合格产品。10MPa3204004.6 俄罗斯低压液化工艺俄罗斯低压液化工艺l前苏联在前苏联在20世纪世纪7080年代针对世界上最大的、露天开年代针对世界上最大的、露天开采煤矿坎斯克采煤矿坎斯克-阿钦斯克、库兹涅茨（西伯利亚）煤田的煤阿钦斯克、库兹涅茨（西伯利亚）煤田的煤质特点，开发了低压（质特点，开发了低压（610MPa）煤直接液化工艺。）煤直接液化工艺。l该工艺采用乳化钼催化剂，反应温度该工艺采用乳化钼催化剂，反应温度425435，液相，液相加氢阶段反应时间为加氢阶段反应时间为3060min。1983年在图拉州建成了处年在图拉州建成了处理煤炭理煤炭510t/d t

33、/d的的“CT-5”中试装置，实验工作进行了中试装置，实验工作进行了7年。在此基础上前苏联先后完成了处理煤炭年。在此基础上前苏联先后完成了处理煤炭75t/d “CT-75”和和500t/d“CT-500”的大型中试厂的详细工程设计，的大型中试厂的详细工程设计，并初步完成年产并初步完成年产50万吨油品的煤直接液化厂工程设计。万吨油品的煤直接液化厂工程设计。4.6 俄罗斯低压液化工艺俄罗斯低压液化工艺l工艺流程图工艺流程图4.6 俄罗斯低压液化工艺俄罗斯低压液化工艺l工艺特点工艺特点使用了加氢活性很高的使用了加氢活性很高的Mo催化剂，并采用了熔剂循环和焚烧两催化剂，并采用了熔剂循环和焚烧两部措施回

34、收部措施回收Mo，据称全过程，据称全过程Mo的回收率达到的回收率达到95%97%,掌握掌握了了Mo的高效回收技术；的高效回收技术；采用了瞬间涡流仓干燥技术，在干燥煤的同时增加了煤的比表采用了瞬间涡流仓干燥技术，在干燥煤的同时增加了煤的比表面积和孔容积，并可减少煤颗粒粒度，有利于煤加氢液化反应面积和孔容积，并可减少煤颗粒粒度，有利于煤加氢液化反应的强化；的强化；液化反应器压力低，褐煤加氢液化压力为液化反应器压力低，褐煤加氢液化压力为6.0MPa，烟煤、次烟，烟煤、次烟煤加氢液化压煤加氢液化压10.0MPa，有利于降低工程总投资和操作用行费，有利于降低工程总投资和操作用行费用；用；采用半离线固定床

35、催化反应器对液化粗油进行加氢精制，便于采用半离线固定床催化反应器对液化粗油进行加氢精制，便于操作。操作。 俄罗斯低压液化工艺温和的操作条件对煤质的要求较高，俄罗斯低压液化工艺温和的操作条件对煤质的要求较高，缺乏较大规模中试装置进行检验和验证，特别是催化剂回收的缺乏较大规模中试装置进行检验和验证，特别是催化剂回收的经济性尚待考证。经济性尚待考证。4.7 熔融氯化锌催化液化工艺熔融氯化锌催化液化工艺l70年代末年代末80年代初，美国年代初，美国Conoco公司开发了一种使用熔公司开发了一种使用熔融氯化锌直接加氢处理煤炭的简单液化工艺，得到高产率融氯化锌直接加氢处理煤炭的简单液化工艺，得到高产率的汽

36、油产品。该液化工艺是当时极少的几种与战前液化技的汽油产品。该液化工艺是当时极少的几种与战前液化技术不同的技术之一。术不同的技术之一。l利用该工艺建成了一座利用该工艺建成了一座1t/d的小规模试验厂，但该试验厂的小规模试验厂，但该试验厂只生产了较短的一段时间，原因是存在以下问题：氯化锌只生产了较短的一段时间，原因是存在以下问题：氯化锌和液化过程中生成的其它氯化盐的强腐蚀性对设备的破坏和液化过程中生成的其它氯化盐的强腐蚀性对设备的破坏很大。如果这一问题得以解决，该液化工艺的经济性将带很大。如果这一问题得以解决，该液化工艺的经济性将带来可观的市场前景。来可观的市场前景。l该工艺使用熔融氯化锌作为催化

37、剂，一步可直接得到高产该工艺使用熔融氯化锌作为催化剂，一步可直接得到高产率而辛烷值大于率而辛烷值大于90的汽油产品。的汽油产品。4.7 熔融氯化锌催化液化工艺熔融氯化锌催化液化工艺l工艺特点工艺特点反应速度快，反应速度快，产品中汽油馏分收率高，产品中汽油馏分收率高，气产率低，气产率低，异构烷烃含量高异构烷烃含量高汽油不必深加工辛烷值即可达汽油不必深加工辛烷值即可达904.8 中国煤炭直接液化技术开发概况中国煤炭直接液化技术开发概况早在二战前，日本侵占中国东北三省时，由日本军方开始早在二战前，日本侵占中国东北三省时，由日本军方开始在中国进行煤直接液化试验研究，后移交给当时的日本在在中国进行煤直接

38、液化试验研究，后移交给当时的日本在中国的殖民科研机构中国的殖民科研机构“满铁中央试验所满铁中央试验所”，于，于1937年在抚年在抚顺建设了煤液化生产试验厂，后因战败，于顺建设了煤液化生产试验厂，后因战败，于1945年停止试年停止试验。验。 到到20世纪世纪50年代，我国在中科院研究所曾开展过煤直接液年代，我国在中科院研究所曾开展过煤直接液化试验研究，抚顺石油三厂也曾经进行过用煤焦油加氢生化试验研究，抚顺石油三厂也曾经进行过用煤焦油加氢生产汽油、柴油的工业行试验。后来由于大庆油田的开发，产汽油、柴油的工业行试验。后来由于大庆油田的开发，中国一举甩掉了贫油国的帽子，煤直接液化的研究工作也中国一举甩

39、掉了贫油国的帽子，煤直接液化的研究工作也随之中断。随之中断。4.8 中国煤炭直接液化技术开发概况中国煤炭直接液化技术开发概况从从20世纪世纪80年代初开始，煤炭科学研究总院和国内有关大年代初开始，煤炭科学研究总院和国内有关大学开展了煤的直接液化研究。二十几年来取得了一批具有学开展了煤的直接液化研究。二十几年来取得了一批具有先进水平的研究成果，完成了国内液化煤种和铁系催化剂先进水平的研究成果，完成了国内液化煤种和铁系催化剂的性能评价。的性能评价。进入进入21世纪，我国先后开展了高分散铁系催化剂的开发和世纪，我国先后开展了高分散铁系催化剂的开发和工程化，中国煤直接液化新工艺工程化，中国煤直接液化新

40、工艺6t/d的试验装置在上海成的试验装置在上海成功运行，高分散铁系催化剂的活性达到了世界先进水平。功运行，高分散铁系催化剂的活性达到了世界先进水平。煤直接液化装置的工业化示范建设走在了世界各国前列。煤直接液化装置的工业化示范建设走在了世界各国前列。2004年，神华年，神华320万吨万吨/年的神华一期工程正在建设中，现年的神华一期工程正在建设中，现已投产，中国已成为现代煤直接液化技术工业化示范的第已投产，中国已成为现代煤直接液化技术工业化示范的第一家。今后将进行商业化大型工业生产。一家。今后将进行商业化大型工业生产。4.9 神华直接液化工艺神华直接液化工艺l神华集团在吸收近几年煤炭液化研究成果的

41、基础上，根据神华集团在吸收近几年煤炭液化研究成果的基础上，根据煤液化单项技术的成熟程度，对煤液化单项技术的成熟程度，对HTI工艺进行优化提出的。工艺进行优化提出的。工艺流程图如下：工艺流程图如下：4.9 神华直接液化工艺神华直接液化工艺中国神华集团在内蒙古在建的煤直接液化工厂效果图中国神华集团在内蒙古在建的煤直接液化工厂效果图煤浆制备单元煤浆制备单元p功能功能 煤、催化剂和循环溶剂混合，使固态的煤流态化，煤、催化剂和循环溶剂混合，使固态的煤流态化，便于输送和加压；同时，煤溶解在溶剂中，有利于加氢液化便于输送和加压；同时，煤溶解在溶剂中，有利于加氢液化。4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的

42、对比有技术技术制浆制浆制浆制浆制浆制浆制浆制浆制浆制浆混合混合供氢单股单股两股供氢供氢供氢两股供氢含固溶剂溶剂FeSCo/Ni/MoNi/MoMo黄铁矿Fe赤泥Ni/Co/Mo催化催化神华HRICTSLCT-5NEDOLHTIIGORH-CoalEDSSRC-II项目项目瞬间涡流仓干燥技术反应单元反应单元p功能功能 第一步，煤热解产生自由基；第二步，自由基加氢，第一步，煤热解产生自由基；第二步，自由基加氢，获得粗油。反应单元是煤液化的核心单元。获得粗油。反应单元是煤液化的核心单元。p反应器反应器 液化反应器液化反应器煤加氢（一段或两段）；煤加氢（一段或两段）； 加氢反应器加氢反应器油加氢（在线

43、或离线）。油加氢（在线或离线）。4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比反应单元反应单元 功 能 第 一 步 ， 煤 热 解 产 生 自 由 基 ； 第 二 步 ， 自 由 基 加 氢 ， 获 得粗油。4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比1819MPa1520MPa17MPa610MPa1719MPa压力压力440455435445400440425435430465温度温度离线离线加氢加氢两段两段两段单段单段液化液化神华HRICTSLCT-5NEDOL项目项目17 MPa30MPa20MPa1016MPa14MPa压力压力440450470450460430470440466

44、温度温度在线在线离线加氢加氢两段单段单段单段单段液化液化HTIIGORH-CoalEDSSRC-II项目项目分离单元分离单元p功能功能 进行气、液、固分离。进行气、液、固分离。p反应器反应器 高高/ 低低(中中)温分离器温分离器气气/液液(固固)分离；分离； 常压蒸馏塔常压蒸馏塔液液分离液液分离 (轻组分轻组分)； 减压蒸馏塔减压蒸馏塔液液分离和液固分离（重组分）。液液分离和液固分离（重组分）。4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比分离单元分离单元p 各种分离器之间的关系各种分离器之间的关系4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比高温分离器中低温分离常压塔减压塔液化粗油气体轻油固

45、体、重油氢气轻油轻组分较轻组分固体、重组分液化油油渣溶剂脱灰油循环溶剂氢循环氢循环分离单元分离单元 功 能 第 一 步 ， 煤 热 解 产 生 自 由 基 ； 第 二 步 ， 自 由 基 加 氢 ， 获 得粗油。4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比高/低分底高/低分底低底减顶低分底高/低分底常压常压高/低分-常压高/低分-常压高分高分离心高/低分-常压减压减压减顶/离线常底减底常底减顶减顶/离线溶剂溶剂低分低分低分低分低分神华HRICTSLCT-5NEDOL项目项目低分底低分底高分顶高分底常压常压高分高分高分旋液高分常压高分减压减压减底/在线中分/在线常底减顶减顶/离线高分溶剂溶剂低

46、分低分高分高分高分后处理氢循环氢循环HTIIGORH-CoalEDSSRC-II项目项目综合分析综合分析4.10 直接液化工艺的对比直接液化工艺的对比有中分中分有有有有有有有有有有高分高分供氢单股单股两股供氢供氢供氢两股供氢含固溶剂溶剂两段两段两段单段单段两段单段单段单段单段液化液化神华HRICTSLCT-5NEDOLHTIIGORH-CoalEDSSRC-II项目项目有有有有有有有有有常压常压有有有有有有有低分低分有有脱灰脱灰有有有有有有有有有有减压减压5、煤的直接液化两段工艺、煤的直接液化两段工艺l大部分两段直接液化工艺是以单段工艺发展而来，只有少大部分两段直接液化工艺是以单段工艺发展而来

47、，只有少数工艺超过试验室规模，并且大部分基本相似。数工艺超过试验室规模，并且大部分基本相似。l两段液化工艺包括催化两段液化工艺（美国能源部和两段液化工艺包括催化两段液化工艺（美国能源部和HRI）、HTI工艺（美国）、工艺（美国）、Kerr-McGee ITSL工艺（工艺（ Kerr-McGee，美国）、，美国）、Pyrosol工艺（工艺（Saarbergwerke，德国）、，德国）、联合合成燃料工艺（联合合成燃料工艺（CSF）（联合煤炭公司，美国）（联合煤炭公司，美国） 、Lummus ITSL工艺（工艺（ Lummus Grest，美国）、，美国）、Chevron煤炭液化工艺（煤炭液化工艺（

48、CCLP）（）（ Chevron ，美国）、阿莫科，美国）、阿莫科CC-TSL工艺（阿莫科，美国）。工艺（阿莫科，美国）。5.1 催化两段液化工艺催化两段液化工艺l催化两段液化工催化两段液化工艺（艺（CTSL，Catalytic Two-stage Liquefaction）是是H-Coal单段工艺的发展。单段工艺的发展。l此工艺由美国能源部资助，此工艺由美国能源部资助，HRI公司开发的。公司开发的。l在美国在美国Wilsonville的液化试验装置上，对该工艺进行了的液化试验装置上，对该工艺进行了15年的研究。年的研究。l该工艺集中了在该工艺集中了在20世纪世纪8090年代美国能源部资助许多

49、液年代美国能源部资助许多液化工艺的优点。化工艺的优点。5.1 催化两段液化工艺催化两段液化工艺l工艺流程工艺流程 在下图所示的工艺流程图中去掉一个反应器和把在下图所示的工艺流程图中去掉一个反应器和把CSD改改成减压蒸馏即为成减压蒸馏即为H-Coal工艺。工艺。17MPa40042017MPa4204405.1 催化两段液化工艺催化两段液化工艺l工艺特点工艺特点两个沸腾床催化反应器紧密连接，中间只有一个段间分离两个沸腾床催化反应器紧密连接，中间只有一个段间分离器，缩短了一段反应产物在两段间的停留时间，可减少缩器，缩短了一段反应产物在两段间的停留时间，可减少缩合反应，有利于提高馏分油产率；合反应，

50、有利于提高馏分油产率；采用采用Kerr-McGee的临界溶剂脱灰技术，提取固体残渣中的的临界溶剂脱灰技术，提取固体残渣中的油，这种脱灰方法效率高，分离的液化油灰分含量低，回油，这种脱灰方法效率高，分离的液化油灰分含量低，回收率高达收率高达80；两段加氢都使用高活性的两段加氢都使用高活性的Ni/Mo等催化剂，使更多的渣油等催化剂，使更多的渣油转化为粗柴油馏分；转化为粗柴油馏分；部分含固体物溶剂循环，不但减少部分含固体物溶剂循环，不但减少Kerr-McGee装置的物料装置的物料量，而且使灰浓缩物带出的能量损失由量，而且使灰浓缩物带出的能量损失由22减少到减少到15。5.2 HTI工艺工艺l该工艺是

51、在该工艺是在H-Coal工艺和工艺和CTSL工艺基础上，采用悬浮床工艺基础上，采用悬浮床反应器和反应器和HTI研发的胶体铁基催化剂而专门开发一种煤加研发的胶体铁基催化剂而专门开发一种煤加氢液化工艺。氢液化工艺。17MPa40042017MPa4204405.2 HTI工艺工艺l工艺特点工艺特点用胶态用胶态Fe催化剂替代催化剂替代Ni/Mo催化剂，降低催化剂成本，同催化剂，降低催化剂成本，同时胶态时胶态Fe催化剂比常规铁系催化剂活性明显提高，催化剂催化剂比常规铁系催化剂活性明显提高，催化剂用量少，相对可以减少固体残渣夹带的油量；用量少，相对可以减少固体残渣夹带的油量；采用外循环全返混三相鼓泡床反

52、应器，强化传热、传质，采用外循环全返混三相鼓泡床反应器，强化传热、传质，提高反应器处理能力；提高反应器处理能力；与德国与德国IGOR工艺类似，对液化粗油进行在线加氢精制，工艺类似，对液化粗油进行在线加氢精制，进一步提高了馏分油品质；进一步提高了馏分油品质；反应条件相对温和，反应温度反应条件相对温和，反应温度440450，反应压力为，反应压力为17MPa，油产率高，氢耗低；，油产率高，氢耗低；固液分离采用固液分离采用Lummus公司的溶剂萃取脱灰，使油收率提公司的溶剂萃取脱灰，使油收率提高约高约5。6、煤、煤-油共处理油共处理l煤煤-油共处理（又称为油共处理（又称为“煤煤-油共炼油共炼”）是指同

53、时对煤和非）是指同时对煤和非煤衍生物进行加工。煤衍生物进行加工。l煤煤-油共处理所使用的油通常为低价值的高沸点物质，如油共处理所使用的油通常为低价值的高沸点物质，如来自石油加工业的沥青、超重原油、或者石油残渣等。来自石油加工业的沥青、超重原油、或者石油残渣等。l煤煤-油共处理中的油主要用于配煤浆和作为煤的输送介质油共处理中的油主要用于配煤浆和作为煤的输送介质，基本工艺可以是单段或是两段，全部或部分取消循环溶，基本工艺可以是单段或是两段，全部或部分取消循环溶剂。剂。l目标是在煤液化的同时将石油衍生油提质，减少单位产品目标是在煤液化的同时将石油衍生油提质，减少单位产品的投资和操作费用。的投资和操作

54、费用。l煤煤-油共处理技术的开发目前只达到日处理几吨的油共处理技术的开发目前只达到日处理几吨的PDU规规模，还没有像其他煤直接液化工艺那样，达到模，还没有像其他煤直接液化工艺那样，达到100t/d以上以上的规模。的规模。6.1 煤煤-油共处理的优点油共处理的优点转化率高：煤的转化率和重油的转化率都超过转化率高：煤的转化率和重油的转化率都超过90% ，远大于煤，远大于煤单独加氢液化和重油直接加氢裂解时的转化率。单独加氢液化和重油直接加氢裂解时的转化率。 存在协同效应：煤和重油之间由于协同效应的存在，使得煤油存在协同效应：煤和重油之间由于协同效应的存在，使得煤油共处理时生成油的总量高于单独加工煤和

55、重油时生成油的总量共处理时生成油的总量高于单独加工煤和重油时生成油的总量，除此之外煤的存在还能防止催化剂积碳，有利于脱除重油中，除此之外煤的存在还能防止催化剂积碳，有利于脱除重油中的金属元素。进而可以延长催化剂的使用寿命，降低生产成本的金属元素。进而可以延长催化剂的使用寿命，降低生产成本，提高企业的经济效益。，提高企业的经济效益。 油品产率高：与煤液化相比，由于只是一次通过，生产装置的油品产率高：与煤液化相比，由于只是一次通过，生产装置的油品产量大大提高。油品产量大大提高。氢耗量低：氢耗降低，氢利用率氢耗量低：氢耗降低，氢利用率(消耗每消耗每kg氢所得到的产品油氢所得到的产品油kg数数)大幅度提高，有利减少能耗，减小设备的投资。大幅度提高，有利减少能耗，减小设备的投资。 油品质量较好：煤油共处理产品油与煤直接液化油相比，油品油品质量较好：煤油共处理产品油与煤直接液化油相比，油品的质量较大提高，氢含量增加，芳烃含量降低，更容易加工成的质量较大提高，氢含量增加，芳烃含量降低，更容易加工