煤炭直接液化技术总结

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洁净煤技术——直接液化技术一、德国IGOR工艺1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70兆帕降至30兆帕，反应温度450～480摄氏度；固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50％。原理图：IGOR直接液化法工艺流程工艺流程：煤与循环溶剂、催化剂、氢气依次进入煤浆预热器和煤浆反应器，反应后的物料进入高温分流器，由高温分流器下部减压阀排出的重质物料经减压闪蒸，分出残渣和闪蒸油，闪蒸油又通过高压泵打入系统，与高温分离器分出的气体及清油一起进入第一固定床反应器，在此进一步加氢后进入分离器。中温分离器分出的重质油作为循环溶剂，气体和轻质油气进入第二固定床反应器再次加氢，通过低温分离器分离出提质后的轻质油品，气体经循环氢压机压缩后循环使用。为了使循环气体中的氢气浓度保持在所需的水平，要补充一定数量的新鲜氢气。  液化油经两步催化加氢，已完成提质加工过程。油中的氮和硫含量可降低到10－5数量级。此产品经直接蒸馏可得到直馏汽油和柴油，再经重整就可获得高辛烷值汽油。柴油只需加少量添加剂即可得到合格产品。与其他煤的直接液化工艺相比，IGOR工艺的煤处理能力最大，煤液化反应器的空速为0.36～0.50t/(m3·h)。在反应器相同的条件下，IGOR工艺的生产能力可比其他煤液化工艺高出50%～100%。由于煤液化粗油的提质加工与煤的液化集为一体，IGOR煤液化工艺产出的煤液化油不仅收率高，而且油品质量好。工艺特点：把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化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，并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的损失量降到最小。投资可节约20％左右，并提高了能量效率。反应条件苛刻（温度470℃ ，压力30MPa)；催化剂使用铝工业的废渣（赤泥）；液化反应和加氢精制在高压下进行，可一次得到杂原子含量极低的液化精制油；循环溶剂是加氢油，供氢性能好，液化转化率高。优点：（1）煤液化粗油的提质加工与煤的液化集为一体，IGOR煤液化工艺产出的煤液化油不仅收率高，而且油品质量好。(2)供氢性能好，液化转化率高。(3)结构简单，投资少，克服了反应尺寸、能力、压力等诸多方面的局限(4)传热效果好，反应温度易控制.二、美国HTI工艺７０年代中期以来，美国碳氢技术公司（ＨＴＩ）的前身ＨＲＩ公司就开始从事煤加氢液化技术的研究和开发工作。他们首先利用已得到普遍工业化生产的沸腾床重油加氢裂化工艺研发了Ｈ—Ｃｏａｌ煤液化工艺，并以此为基础，将之改进成两段催化液化工艺（ＴＳＣＬ）。后来，利用近十几年开发的悬浮床反应器和拥有自主知识产权的铁基催化剂（ＧｅｌｃａｔＴＭ）对该工艺进行了改进，形成了ＨＴＩ煤液化新工艺。在其系列煤液化工艺放大实验中，ＨＴＩ积累了大量的经验，并取得了良好的实验结果。该工艺是在两段催化液化法和H－COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂。原理图：工艺流程：该工艺是两段催化法，采用近十年开发的悬浮床反应器和HIT拥有专利的铁基催化剂（GELCATTM)。煤液化的第一段和第二段都是装有高活性加氢和加氢裂解催化剂（Ni、Mo或Co、Mo）的沸腾床反应器，两个反应器既分开又紧密相连，可以使加氢裂解和催化加氢反应在各自的最佳条件下进行。液化产物先用氢淬冷，重质油回收作溶剂，排出的产物主要组成是未反应煤和灰渣。工艺特点：HTI工艺的主要特点是：反应条件比较缓和，反应温度440~450℃，压力17MPa；采用悬浮床反应器，到达全返混反应模式； 催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂，用量少；在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器，对液化油进行加氢精制；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油，从而大幅度提高了液化油回收率。同氢-煤工艺相比较，C4以上在402℃馏分油增加53%，液化1吨无水无灰煤生成的馏分油从3.3桶提高到点5.0桶；C1~C3气体烃产率从11.3降到8.6%，氢利用率从8.4%提高到10.7%；油品质量提高，氮、硫杂原子减少50%，从而使煤液化经济性明显改善，液化油成本降低了17%。优点：（1）HTI工艺油收率高，可达到60m%以上；（2）HTI工艺反应器有特点，易于大型化；（3）HTI的胶体催化剂活性较好。（4）HIT工艺已经进行了大量试验，技术先进，工艺较成熟。三、日本NEDOL工艺为保护大气环境，加大开发和利用洁净能源的步伐，日本在８０年代制定了阳光计划，并专门成立了新能源产业技术综合开发机构（ＮＥＤＯ），负责该计划的实施。在ＮＥＤＯ组织下，日本开发出ＮＥＤＯＬ煤液化工艺，并在ＰＤＵ试验成功的基础上，设计建设了１５０ｔ／ｄ的大型中试装置。到１９９８年，该中试装置已完成运转两个印尼煤和一个日本煤的试验，取得了工程放大设计数据。该工艺的特点是：反应压力较低，为１７—１９ＭＰａ，反应温度为４５５—４６５℃；催化剂使用合成硫。工艺特点：反应压力较低，只有17兆帕～19兆帕，反应温度为430摄氏度~465摄氏度；催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿；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，以提高溶剂的供氢能力；液化油含有较多的杂原子，还须加氢提质才能获得合格产品。原理图：NEDOL工艺流程 工艺流程：由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元4个主要单元组成。优点：（1）商业化放大风险较小（2）液化反应塔的安定运行：NEDOL工艺的反应塔使用悬浊鼓泡床反应塔，内部无构造，结构简单，运行稳定。（3）液化油蒸馏系统运行相对可靠，NEDOL工艺，以150t/d中试装置及1t/d工艺支持单元的运行实绩为基础，在大型化装置的液化生成物蒸馏工艺中，采用纯液体生成物和含残渣生成物并联蒸馏工艺，前者采用常压蒸馏塔进行分离，后者采用减压蒸馏塔进行分离。（4）溶剂加氢系统相对简单，NEDOL工艺使用循环溶剂，只将必要的溶剂加氢，产品液化粗油在提质设备进行氢化。（5）油收率相对较高，液化油收率，很大程度上取决于煤炭的性状，必须根据每种煤炭的性状设定最适合的反应条件。（6）反应条件相对温和，NEDOL工艺的标准反应条件是温度450℃、压力17Mpa，反应条件（反应温度、反应压力、滞留时间等）根据煤炭种类设定最适合的条件。(四、工艺对比HIT工艺已经进行了大量试验，技术先进，工艺较成熟，与德国IGOR工艺和日本NEDO工艺相比，有如下突出优点： [1]反应器类型。采用全返混反应模式的悬浮床反应器，克服了反应器内煤固体颗粒的沉降问题，反应器的直径比大，因而，单系列生产装置的规模比其他两个工艺增加了近一倍。同时全返混性也使反应器内的反应温度更易控制。[2]催化剂。HIT采用的铁系催化剂由于催化活性高，Fe的加入量少，这不仅减少了煤浆 管道及阀门的磨损，而且还减少了残渣的生成量。同时，催化剂制备简单，成本低。[3]固液分离法。煤经液化反应后，还有少量的惰性组分不能转化，为了得到纯净的液化油，必须把他们分离出去。IGOL和NEDOL工艺采用的固液分离法是减压蒸馏，得到的固体残渣中含有50%以上的重油及沥青质。而HIT采用临界萃取的方法，能把残渣中的大部分重油及沥青质分离出来，重新用于配煤浆，再次进入液化反应器。这些重质组分的进一步转化使HIT液化油的产率比其他两种工艺高5%-10%. [4]液化反应条件。HIT的煤液化反应条件比较缓和，反应压力和温度均较低。低的压力条件可降低高压设备及高压管道的造价，而低温也同样能降低造价，且有助于长设备的使用寿命。