第七章煤直接液化_煤化工工艺学

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1、§7、煤的直接液化§7．1煤直接液化的意义和发展概况§7．2煤加氢液化原理§7．3德国煤直接液化工艺的发展§7．1煤直接液化的意义和发展概况1.煤直接液化的意义直接液化：将煤在较高温度（400℃以上）、和压力（10MPa以上），下与氢反应使其降解和加氢，从而转化为液体油类的工艺，故又称加氢液化。2.煤直接液化的发展状况1913年，德国柏吉斯（Bergins）首先研究了煤的高压加氢，从而为煤加氢液化技术奠定了基础。1927年在德国建立了世界第一个煤直接液化工厂，以后又建11套装置，在1944年总生产能力达到400万吨/年，为德国提供了发动战争用油。50年

2、代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去竞争力。1973年石油价格暴涨之后，煤直接液化技术的开发又活跃起来。美国开发了溶剂精制煤法（SRC），供氢溶剂法（EDS）、氢煤法（H-Coal）和催化两段液化工艺（CTSL）。日本NEDOL工艺，超临界溶剂抽提法（SCE）煤和石油渣油联合加工工艺（简称COP工艺）。德国开发了新IG（NewIG）工艺和IGOR工艺。§7．2煤加氢液化原理1.煤与石油的比较⑴燃料H/C比值⑵燃料主体⑶煤中矿物质1、煤加氢液化原理　　煤和石油在结构、组成和性质上有很大差异：①石油的H/C比高于煤，原油为1.76而煤只有0.3～0.7

3、，而煤氧含量显著高于石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧极少；②石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物；③煤中有较多的矿物质。因此要把煤转化为油，需加氢，裂解和脱灰2.煤加氢液化中的主反应⑴煤的热解当温度升至300℃以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。R-CH2-CH2-R'→RCH2·+R'CH2·⑵对自由基“碎片”的供氢煤热解自由基“碎片”的加氢：RCH2·+R'CH2·+2H→RCH3+R'CH3以及再缩聚反应：RCH

4、2·+R'CH2·→RCH2-CH2R'2RCH2·→RCH2-CH2R2R'CH2·→R'CH2-CH2R'★反应中氢的来源有几个方面：①溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢（氢气中的氢分子被催化剂活化）；②溶剂油提供的或传递的氢（供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基）；；③煤本身可供应的氢（煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基）；④化学反应生成的氢（如CO+H2O→CO2+H2）。★采取以下措施对供氢有利：①使用有供氢性能的溶剂；②提高系统氢气压力；③提高催化剂的活性；④保持一定的H2S浓度等。⑶脱杂原子的反应①脱氧反应②脱硫反应③脱氮反应⑷结焦反应防

5、止结焦的措施：①提高系统的氢的分压②提高供氢溶剂的浓度③反应温度不要太高④降低循环油中沥青烯含量⑤缩短反应时间3.加氢液化的产物固体残渣：是不溶于吡啶或四氢呋喃部分，它是由未转化的煤、矿物质和外加催化剂组成。气体（包括两部分）：①杂原子的H2O，H2S，NH3，CO2和CO等；②气态C1-C4。其产率与煤种和工艺条件有关。液体：①前沥青烯：是指不溶于苯但可溶于吡啶和四氢呋喃的重质煤液化产物，其平均分子量约1000，杂原子含量较高。②沥青烯：是指可溶于苯，但不溶于正己烷或环己烷的部分，类似石油沥青质的重质煤液化产物，其平均分子量约为500。③油：是轻质的

6、可溶于正己烷或环己烷的产物，其分子量大约在300以下。　　轻油或石脑油：沸点<200℃部分；中油：沸点200～325℃部分。4.煤加氢液化的反应历程①煤不是组成均一的反应物煤中有易液化的成分，也有难液化的成分；②反应以顺序进行为主即反应产物的分子量由高到低，结构从复杂到简单，出现的时间先后大致有一次序；③前沥青烯和沥青烯是中间产物，它们的组成是不确定的，在不同反应阶段，生成的沥青烯和前沥青烯肯定不同，由它们转化成油的速率较慢，需活性较高的催化剂；④也有可能发生结焦的逆反应。C1是煤有机质主体；C2是煤中低分子化合物；C3是惰性成分；5、工艺特点（1）

7、液化油收率高例如采用HTI工艺，神华煤的油收率可高达63％－68％；（2）煤消耗量小一般情况下，1吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油，加上制氢用煤，约3－4吨原料产1吨液化油。（3）馏份油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高；（4）油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低；（5）反应条件相对较苛刻如德国老工艺液化压力甚至高达70MPa，现代工艺如IGOR、HTI、NEDOL等液化压力也达到17－30MPa，液化温度430－470℃；（6）产物组成较复杂，分离相对困难液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难；（7）氢耗量大一般在6％－10％，工

8、艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，使装置的生产能力降低。§7．3德国煤直接液