国内外煤炭液化的技术现状分析与展望

1、1 1 国内外煤炭液化的技术现状分析和展望中国矿业大学 化工学院化工05-4詹俊荣 赵跃 周峰 谢显国 颜刚2 21.1.煤炭液化研究背景煤炭液化研究背景2.2.煤炭直接、间接液化技术现状煤炭直接、间接液化技术现状3.3.两种液化技术比较两种液化技术比较4.4. 煤炭液化的煤炭液化的SWOTSWOT分析分析目录目录3 31.1.煤炭液化的研究背景煤炭液化的研究背景中国是一个富中国是一个富煤贫油少气的煤贫油少气的国家，而煤炭国家，而煤炭液化技术也将液化技术也将成为新型煤化成为新型煤化工产业的重要工产业的重要方向方向之一之一研究背景研究背景在应对当今石油在应对当今石油供需矛盾和贯彻供需矛盾和贯彻节

2、能减排政策中，节能减排政策中，煤炭液化不仅具煤炭液化不仅具有重大的环保意有重大的环保意义，而且具有保义，而且具有保障能源安全的战障能源安全的战略意义。略意义。煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质脱除,产品为洁净燃料产品为洁净燃料 。5 5二、二、煤炭直接、间接液化技术现状煤炭直接、间接液化技术现状反应机理反应机理煤质要求煤质要求催化剂催化剂工艺工艺供氢溶剂供氢溶剂煤在热解过程煤在热解过程中，生成的游中，生成的游离基从供氢溶离基从供氢溶剂中取得氢而剂中取得氢而稳定下来，生稳定下来，生成分子量较小成分子量较小的产物。的产物。煤在加氢液化过程煤在加

3、氢液化过程中，在一定的温度中，在一定的温度下（下（300C）时）时，煤的化学结构中，煤的化学结构中键能最弱的部分开键能最弱的部分开始断裂成自由基碎始断裂成自由基碎片：片：R - CH2 - CH2 - Rv R CH2 +R- CH2煤中的有机质中的煤中的有机质中的杂原子如杂原子如O、N、S在加氢的条件下在加氢的条件下能与氢反应，分别能与氢反应，分别生成生成H2O、H2 S、NH3等，对提等，对提高煤加氢液化产品高煤加氢液化产品的质量和保护环境的质量和保护环境很重要很重要热裂解热裂解反应反应供氢反应供氢反应脱杂原子脱杂原子反应反应煤化程度越深，加氢液化越难煤化程度越深，加氢液化越难 ；高等挥发

4、烟煤（长焰煤、气煤）和年轻褐高等挥发烟煤（长焰煤、气煤）和年轻褐煤是最适宜的液化原料，中等变质程度以煤是最适宜的液化原料，中等变质程度以上的很难液化上的很难液化镜质组和壳质组是活性组分，易镜质组和壳质组是活性组分，易加氢液化，而惰质组难液化或根加氢液化，而惰质组难液化或根本不能液化本不能液化 矿物质的含量越低越好，矿物质的含量越低越好，5%5%左右左右最好，最大不超过最好，最大不超过10% 10% 如如ZnCl2、SnCl2等，属等，属酸性催化剂，酸性催化剂，裂解能力强，裂解能力强，但是对煤液化但是对煤液化装置设备有较装置设备有较强的腐蚀作用强的腐蚀作用催化活性较高催化活性较高。但是这类金。但

5、是这类金属催化剂的价属催化剂的价格比较昂贵而格比较昂贵而且丢弃对污染且丢弃对污染比较严重，因比较严重，因此用后要回收此用后要回收包括含铁的天包括含铁的天然矿石、含铁然矿石、含铁的工业残渣和的工业残渣和各种纯态铁的各种纯态铁的化合物（如铁化合物（如铁的氧化物、硫的氧化物、硫化物和氢氧化化物和氢氧化物）。物）。钴钴(Co)钼（钼（Mo）镍（镍（Ni）金属金属卤化物卤化物铁系催铁系催化剂化剂提供和传递转移提供和传递转移活性氢作用活性氢作用溶胀分散作用溶胀分散作用对煤粒热裂解生对煤粒热裂解生成的自由基起稳成的自由基起稳定保护作用定保护作用稀释稀释液化产物液化产物作用作用溶解作用溶解作用主要是煤焦油和石

6、主要是煤焦油和石油渣油。油渣油。这种煤直接液化工这种煤直接液化工艺与石油渣油或煤艺与石油渣油或煤焦油高温裂解加氢焦油高温裂解加氢工艺的结合与发展工艺的结合与发展, 是一种高效合理利是一种高效合理利用煤炭资源生产液用煤炭资源生产液体燃料的新方法。体燃料的新方法。 常见的溶剂常见的溶剂有有: 四氢萘、四氢萘、萘、蒽、菲萘、蒽、菲、甲酚、萘、甲酚、萘酚酚使这些废物质使这些废物质得到循环利用得到循环利用,同时减少污同时减少污染染, 这一技术这一技术对环境保护、对环境保护、节约资源很有节约资源很有意义意义 普通溶剂普通溶剂重质油重质油废塑料、废塑料、废橡胶、废橡胶、废油脂废油脂12该工艺以炼铝赤泥为催化

7、剂，催化剂加入量为该工艺以炼铝赤泥为催化剂，催化剂加入量为4 4 ，不进行催化，不进行催化剂回收。反应压力为剂回收。反应压力为30MPa30MPa，反应温度为，反应温度为465465o oC C。现已完成现已完成0 02t2td d和和200t200td d规模的试验研究。采用减压蒸馏规模的试验研究。采用减压蒸馏( (即即闪蒸闪蒸) )方法进行固一液分离，液化粗油不经降温而直接进行提质方法进行固一液分离，液化粗油不经降温而直接进行提质加工，将难以加氢的沥青质留在残渣中用作气化制氢的原料。加工，将难以加氢的沥青质留在残渣中用作气化制氢的原料。13该工艺以黄铁矿为催化剂，催化剂加人量为该工艺以黄铁

8、矿为催化剂，催化剂加人量为4 4 ，也不进行催化，也不进行催化剂回收。反应压力为剂回收。反应压力为19 MPa19 MPa，反应温度为，反应温度为460460。其主要特点是循环溶剂全部在一个单独的固定床反应器中，用高其主要特点是循环溶剂全部在一个单独的固定床反应器中，用高活性催化剂预先加氢，使之变为供氢溶剂。液化粗油经过冷却后活性催化剂预先加氢，使之变为供氢溶剂。液化粗油经过冷却后再去进行提质加工。液化残渣连同其中所含的重质油即可进一步再去进行提质加工。液化残渣连同其中所含的重质油即可进一步进行油回收，也可直接用作气化制氢的原料。现已完成进行油回收，也可直接用作气化制氢的原料。现已完成0 00

9、1t01td d、0 01t1td d、ltltd d以及以及150t150td d规模的试验研究。规模的试验研究。14该工艺使用人工合成的高分散催化剂，加人量为该工艺使用人工合成的高分散催化剂，加人量为0 05 5，不进行，不进行催化剂回收。反应压力为催化剂回收。反应压力为17MPa17MPa，反应温度为，反应温度为4504500 0C C。其主要特点是对液化残渣进行油回收，故液化油收率较高。现已其主要特点是对液化残渣进行油回收，故液化油收率较高。现已完成完成0 0025t025td d和和3t3td d规模的试验研究。规模的试验研究。15该工艺使用高活性的乳化钼催化剂，加人量为该工艺使用高

10、活性的乳化钼催化剂，加人量为0 01 1 ，在，在1600-16501600-1650高温下采用焚烧法进行催化剂回收，回收率达高温下采用焚烧法进行催化剂回收，回收率达9595 9797。反应压力为。反应压力为6 610MPa10MPa，反应温度为，反应温度为425425435435。 其主要特点是原料煤在一个特殊的涡流舱内被惰性气体快速加热其主要特点是原料煤在一个特殊的涡流舱内被惰性气体快速加热( (升温速升温速率为率为10001000minmin以上以上) )，并发生爆炸式的脱水干燥、气孔爆裂、热粉碎，并发生爆炸式的脱水干燥、气孔爆裂、热粉碎以及热裂解。该工艺对原料煤种的要求比较高，高活性、

11、未氧化原料煤以及热裂解。该工艺对原料煤种的要求比较高，高活性、未氧化原料煤，而且对煤灰成分也有较高的要求。现已建立起，而且对煤灰成分也有较高的要求。现已建立起5 56t6td d规模的连续试规模的连续试验装置。验装置。16 神华煤炭液化项目采用美国碳氢技术公司神华煤炭液化项目采用美国碳氢技术公司(HTI)(HTI)的生产工艺，是目前世界上首条煤直接液化的生产工艺，是目前世界上首条煤直接液化制油的工业化生产线，分为煤液化、液化油提质和制氢三大部分。制油的工业化生产线，分为煤液化、液化油提质和制氢三大部分。 优点：优点： （1）煤浆制备全部采用供氢性循环溶剂）煤浆制备全部采用供氢性循环溶剂,使得液

12、化反应条件温和，系统操作稳定性提高；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；）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；）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。）循环溶剂和产品采用强制循环悬浮床加氢反应器。该工艺该工艺PDUPDU装置的蒸馏油收率达到装置的蒸馏油收率达到56565858，转化率，转化率90909292

13、，气产率约，气产率约12121414, ,水水产率产率11111313，氢耗量，氢耗量5 57 7。烃类原料烃类原料F-TF-T是将气化产生的小分子聚集成大的碳是将气化产生的小分子聚集成大的碳氢化合物分子：氢化合物分子： nCO + 2nH2 nH2O +CnH2n nCO + 2nH2 nH2O +CnH2n nCO +(2n+1)H2nH2O +CnH2nnCO +(2n+1)H2nH2O +CnH2n甲醇和甲醇和二甲醚二甲醚 将固体的煤气化后转化为成将固体的煤气化后转化为成COCO和和H2H2为主的合为主的合成气成气, , 然后在一然后在一 定温度和催化剂作用下合成甲醇定温度和催化剂作用

14、下合成甲醇, , 甲醇脱水生成甲醇脱水生成DMEDME。 甲醇和二甲醚都是洁净煤技术的重要组成部分甲醇和二甲醚都是洁净煤技术的重要组成部分 煤炭间接液化是将煤气化、净化制得煤炭间接液化是将煤气化、净化制得H H2 2 /CO/CO比符合合成油要比符合合成油要求的原料，然后在一定压力、温度、催化剂条件下来合成汽油、求的原料，然后在一定压力、温度、催化剂条件下来合成汽油、柴油等烃类燃料或含氧燃料等液态产品。柴油等烃类燃料或含氧燃料等液态产品。 当前当前, , 煤炭间接液化的最主要产品有煤炭间接液化的最主要产品有3 3 个个: : 烃类原料、甲醇烃类原料、甲醇和二甲醚和二甲醚( (简称简称DME)D

15、ME)。间接液化工艺间接液化工艺固定床固定床MFT合成合成浆态床浆态床-固定床两段合成固定床两段合成（SMFT）工艺）工艺Text荷兰的荷兰的SMDS合成合成丹麦的丹麦的TIGAS合成合成美国的美国的STG 合成合成 美国美国MTG 合成合成南非南非F-T 合成合成 国外工艺国外工艺国内工艺国内工艺 其中，其中，MFTMFT合成工艺将传统合成工艺将传统F-TF-T合成和分子筛作用相结合。已先后完合成和分子筛作用相结合。已先后完成了小型试验、模拟试验、年百吨中型试验和成了小型试验、模拟试验、年百吨中型试验和 2kt/a 2kt/a 的工业性试验，的工业性试验，取得油收率较高、油品性能较好的结果。

16、取得油收率较高、油品性能较好的结果。 SMFT SMFT合成工艺利用超细粒铁基催化剂，在合成工艺利用超细粒铁基催化剂，在ZMS-5ZMS-5分子筛上将过程产分子筛上将过程产物转化物转化 为高辛烷值汽油。该工艺的汽油馏分中含有为高辛烷值汽油。该工艺的汽油馏分中含有 97.8%C5-C11 97.8%C5-C11 组分组分，也富含芳烃和异构烷烃，辛烷值高达，也富含芳烃和异构烷烃，辛烷值高达 9090，是高质量的优质汽油。，是高质量的优质汽油。1919三三. .两种液化技术比较两种液化技术比较20煤炭直接液化对煤种的要求较高，反应条件比较苛刻，对设备材质较高煤炭直接液化对煤种的要求较高，反应条件比较

17、苛刻，对设备材质较高煤炭间接液化对原料的适应性强，技术相当成熟。设备材质要求低，装煤炭间接液化对原料的适应性强，技术相当成熟。设备材质要求低，装置操作、维修相对简单。国外已有大规模商业化应用实例置操作、维修相对简单。国外已有大规模商业化应用实例。项目项目直接液化间接液化煤种适应性煤种适应性差强反应及操作条件反应及操作条件苛刻适度温度温度/C 435-445270-350压力压力/MPa12-302.5油收率油收率较高一般设备材质设备材质要求高，部分设备需进口要求较低，设备可以全部国产化技术成熟程度技术成熟程度小型试验，比较成熟工业化化，相当成熟商业化应用商业化应用国内外均无商业化工厂，只建有中

18、小型试验装置国外已有大规模商业化工厂，国内只有中型试验装置21项目项目直接液化直接液化间接液化间接液化德国德国美国美国固定床固定床循环流化床循环流化床浆态床浆态床SMDSCH42103.23.9C2H615.95.291.84C2H40.141.60.2C3H62.7122.72.5C3H87.62.321.723.11.8C4H82.892.9C4H101.841.71.31.5汽油汽油32.939.9818401817.5柴油柴油43.936.1614719.221.7重质油和蜡重质油和蜡8.2152445.147.9含氧化合物含氧化合物3.262.922产物产物,组成组成%直接液化间接液

19、化（浆态床）汽油柴油汽油柴油烷烃烷烃16.216065烯烃烯烃5.53125环烷烃环烷烃55.5711芳烃芳烃18.66000极性化合物极性化合物4.22487沥青烯沥青烯80辛烷值辛烷值80.335-40十六烷值十六烷值2065-701、直接液化的目标产品是：柴油、汽油或石脑油。、直接液化的目标产品是：柴油、汽油或石脑油。 间接液化的目标产品是：汽油、柴油、煤油等烃类产品，或高附加值的有机化工产品。间接液化的目标产品是：汽油、柴油、煤油等烃类产品，或高附加值的有机化工产品。2、直接液化合成油的辛烷值高达、直接液化合成油的辛烷值高达80，合成柴油的十六辛烷值不到，合成柴油的十六辛烷值不到20,

20、需要加氢裂化改质；需要加氢裂化改质； 间接液化合成汽油辛烷值仅间接液化合成汽油辛烷值仅35-40，柴油十六辛烷值高达，柴油十六辛烷值高达70。23项目项目煤直接液化煤间接液化（浆态床）例1例2例1例2规模，规模，kt/a998.12476709.8550主要产品主要产品,kt/a汽油汽油352195204.0柴油为主柴油柴油530.41775.6475.8其他其他115.3505.030.0吨产品单耗（折合标准煤）吨产品单耗（折合标准煤）原料煤原料煤/t2.772.312.803.7燃料煤燃料煤/t包括在制氢煤中0.260.0.457天然气天然气/t0.226电电/kw.h501596276新

21、鲜水新鲜水/t15.65.421.612.0吨产品投资，元吨产品投资，元/t82166210.57466.68350税后财务收率税后财务收率,%12.56（税前）12投资回收期投资回收期/a11.23（税前）8241、两种液化厂的固定投资都很高，受规模影响明显。、两种液化厂的固定投资都很高，受规模影响明显。 其中，煤间接液化的合成气制造装置占总投资的其中，煤间接液化的合成气制造装置占总投资的 60%-70%；2、直接液化的能源转化率高，耗水比较少，、直接液化的能源转化率高，耗水比较少， 间接液化的热效率较低，耗水量较大；间接液化的热效率较低，耗水量较大；3、当国际原油价格在、当国际原油价格在50美元以下和煤价在美元以下和煤价在150元以下，元以下， 建立煤制油工业装置是可行的。建立煤制油工业装置是可行的。2525四四. .煤炭液化煤炭液化SWOTSWOT分析分析优势（优势（Strength）我国煤炭价格、劳我国煤炭价格、劳动力价格、设备价动力价格、设备价格等