煤液化技术中液化煤的发展

煤直接液化技术的研究始于上世纪初的德国,1927年在洛伊纳建成了世界上第一座65438+1亿吨/年的直接液化厂。1936 ~ 1943期间,德国先后建成11套直接液化装置,1944年总生产能力达400万吨/年,为德国提供了二战近三分之二的航空燃料和50%的汽车、装甲车用油。二战结束后,美国、日本、法国、意大利和前苏联先后开展了煤直接液化技术的研究。20世纪50年代末,由于中东廉价石油的大量开采,煤直接液化技术的发展处于停滞状态。1973年,石油危机爆发,煤炭液化技术再度活跃。德国、美国和日本在原有技术的基础上开发了一些煤直接液化新技术,研究工作侧重于降低反应条件的苛刻度,从而达到降低液化油生产成本的目的。目前,许多国家已经完成了中试放大试验,为建立商业示范工厂奠定了基础。

世界上有代表性的煤直接液化工艺有德国的新液化(IGOR)工艺、美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。这些新型液化工艺的共同特点是煤液化的反应条件比旧液化工艺温和得多,生产成本降低,并已完成中试放大试验。目前还没有工业化生产工厂,主要是生产成本与廉价石油相比还没有竞争力。未来的发展趋势是通过开发更具活性的催化剂和对煤进行顶部处理来降低煤的灰分和惰性组分,进一步降低生产成本。

一.德国伊戈尔进程

1981年,德国鲁尔煤矿公司和菲巴石油公司对煤加氢裂化制液体燃料的伯吉斯法进行了改进,建成了日处理煤200吨的半工业化实验装置,操作压力由70 MPa降至30 MPa,反应温度为450 ~ 480℃。将固液分离改为真空闪蒸法中的过滤和离心,沥青质难以加氢,留在残渣中用于气化制氢。轻油和中油收率可达50%。

工艺特点:将循环溶剂加氢、液化油提质和煤直接液化串联在一个高压系统中,避免了单独过程中降低物料的温度和压力以及升高温度和压力带来的能量损失,将二氧化碳和一氧化碳在固定床催化剂上进行甲烷化,使碳损失降到最低。投资可以节省20%左右,提高能效。

第二,美国的HTI进程

该工艺是在两段催化液化和H-Coal工艺的基础上开发的,采用了近十年开发的悬浮床反应器和HTI专利的铁基催化剂。

工艺特点:反应条件温和,反应温度420 ~ 450℃,反应压力17 MPa;采用特殊的液体循环流化床反应器,实现全返混反应器模式;催化剂为HTI专利技术制备的铁基胶体高活性催化剂,用量少;高温分离器后串联在线加氢固定床反应器,对液化油进行加氢精制;在固液分离中,采用临界溶剂萃取的方法,最大限度地回收液化残渣中的重油,从而大大提高了液化油的回收率。

三。日本的NEDOL工艺

从1978到1983,在日本政府的倡议下,日本钢管公司、住友金属工业公司和三菱重工公司分别开发了三种直接液化工艺。所有项目都由NEDO实施。在1983期间,对所有液化过程进行了不同规模的试验,日产量为0.1 ~ 2.4t..新能源行业技术机构不再独立支持各流程,而是将这三个流程合并为NEDOL液化流程,主要液化次烟煤和低阶烟煤。20家公司合并成立了日本煤油有限公司,负责设计、建造和运营一个小规模试验工厂,生产能力为250吨/天。但由于资金问题,该项目在1987被搁置。1t/d工艺配套装置(PSU)按计划于1988安装投产,总投资3000万美元。由于种种原因,项目断断续续地推进。1988重新规划项目,中试液化装置生产能力重新设计为150 t/d,新厂于1991年6月在鹿岛开工,6月初1996年竣工。

从3月1997到2月1998,日本又建了五个液化工厂。这五个液化厂液化了三种不同的煤(印度尼西亚的Tanito Harum煤和Adaro煤以及日本的Ikeshima煤),没有太大问题。在液化过程中获得了许多数据和结果。例如,经过80天的连续给煤和成功运行,液化油产率达到58wt%(干无灰煤),煤浆浓度达到50%,累计生产时间6200小时。

四。俄罗斯FFI流程

俄罗斯煤加氢液化工艺的特点:一是采用自主研发的瞬时涡流筒仓煤粉干燥技术,使煤发生热破碎和孔隙破裂,水分在短时间内降低到1.5 ~ 2%,煤的比表面积增加数倍,有利于提高反应活性。该技术主要适用于干燥内部水分高的褐煤。其次,采用先进高效的钼催化剂,即钼酸铵和三氧化钼。催化剂的加入量为0.02 ~ 0.05%,该催化剂中钼的回收率可达85 ~ 95%。再次,对于高活性褐煤,液化压力较低,可以降低工厂的投资和运行成本,设备难度较小。由于钼催化剂的使用,俄罗斯高活性褐煤的液化反应压力可降至6 ~ 10 MPa,减少投资和电耗,降低成本,提高可靠性和安全性。但是对于烟煤液化,压力必须增加。

煤和原油都是化石燃料,不同的是煤含碳量高,含氢量低,结构致密。煤的含碳量一般为60%至90%,有些无烟煤甚至含碳量高达95%以上,而氢含量一般在5%左右。与液体燃料相比,煤不容易处理和运输。最重要的是,煤炭不能直接供给内燃机和其他内燃机设备直接使用。目前,这些设备广泛应用于各种运输车辆,用于运输燃料的原油消耗量超过世界石油总消耗量的50%。

液体燃料的广泛使用吸引了各国对煤制油的研究。历史上美、日、英、德等主要国家都开展过大规模的煤炭液化研发项目,出现了多种煤炭液化技术,但南非仍是唯一将煤炭液化商业化的国家。2004年以来国际油价的快速上涨吸引了包括中国在内的许多国家对煤化油工业化的兴趣。