第八章 煤的液化技术.ppt

第八章 煤的液化技术 煤炭液化技术就是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。 煤和石油同是可燃的矿产资源，其主要成分都是碳、氢、氧、氮，但两者在组成和性质上存在很大差别。 煤炭具有H/C比小、氧含量高、分子大、结构复杂的特点。 此外，煤中还含有较多的矿物质和氮、硫等杂质。 因此，煤液化过程实质上就是提高H/C比，破坏大分子和提高纯净度的过程。 煤炭的液化技术又分为直接液化技术和间接液化技术。 煤的直接液化是将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降解和加氢从而转化为液体油类的工艺，又称加氢液化。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空煤油等。 煤的间接液化是先通过煤气化生产合成气（CO+H2），将煤原有的大分子结构完全破坏，然后通过高活性的催化剂作用下合成油产品。 一、概述 煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化（热解、溶剂萃取、非催化液化等）成液体烃类，生成少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的深度转化过程。 典型的工艺过程主要包括原料煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产物分馏和精制，以及液化残渣气化制取氢气等部分。 一、概述 （1）直接液化过程 煤与石油相似处：主要都是由C、H、O等元素组成；不同的是：煤的H含量和H/C比比石油低，O含量比石油高；煤的化学结构复杂，分子量大，一般5000，而石油约为200，汽油为110； 要把固体煤转化为液体油，就必须采用高温（400oC~470oC）或其它化学方法打碎煤的分子结构，使大分子物质变成小分子物质，同时要从外界供给足够量的H，以提高H/C比。 一、概述 （1）直接液化过程 为了保证系统中有一定的H浓度，使H容易与煤大分子被打碎后的自由基碎片结合，必须有一定的压力。目前的液化工艺一般压力为5MPa~30MPa。 为了加速煤的裂解加氢反应，提高液化效率，系统中需要加溶剂和催化剂。 一、概述 （1）直接液化过程 该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450oC）和高压（20~30MPa）下直接加氢，获得液化油，然后再经过提质加工，得到汽油、柴油等产品。1吨无水无灰煤可产500~600kg油，加上制氢用煤，约3~4吨原料煤可产1吨成品油。其工艺过程如下图所示。 （2）煤直接液化关键因素 直接液化的原料煤 煤的液化性能主要取决于煤的分子结构、组成和岩相组分含量，并且与煤灰成分（煤中矿物质组成）有关。 适宜液化的煤一般是：（1）年轻烟煤和年老褐煤；（2）挥发分大于37%（无水无灰基），灰分小于10%（干燥基）；（3）氢含量大于5%，碳含量82%~85%，H/C比越高越好，O含量越低越好；（4）芳香度小于0.7；（5）活性组分大于80%；（6）矿物质中富含硫化铁。褐煤比烟煤活性高，但氧含量高，液化过程中用氢量多。 直接液化的原料煤 总的来说，H/C比高，挥发分高，灰分低，镜质组和壳质组含量高的煤有利于液化。 良好液化性能的煤种不仅可以得到高的转化率，使反应在温和的条件下进行，并且可以降低操作成本。低变质程度的煤极易液化。 直接液化的溶剂 在煤液化过程中，溶剂起着溶解煤、溶解气相氢向煤或催化剂表面扩散、供氢或传递氢、防止煤热解的自由基碎片缩聚等作用。 煤的直接液化必须有溶剂存在，这也是与加氢热解的根本区别。 直接液化的溶剂 通常认为在煤的直接液化过程中，溶剂能起到如下作用： 将煤与溶剂制成浆液的形式便于工艺过程的输送。同时溶剂可以有效地分散煤粒、催化剂和液化反应生成的热产物，有利于改善多相催化液化反应体系的动力学过程。 依靠溶剂能力使煤颗粒发生溶胀和软化，使其有机质中的键发生断裂。 直接液化的溶剂 溶解部分氢气，作为反应体系中活性氢的传递介质；或者通过供氢溶剂的脱氢反应过程，可以提供煤液化需要的活性氢原子。 在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化剂表面上强吸附的毒物。 在煤液化工艺中，通常采用煤直接液化后的重质油作为溶剂，且循环使用，因此又称为循环溶剂。 催化剂 选用合适的催化剂对煤的直接液化至关重要，一直是技术开发的热点之一，也是控制工艺成本的重要因素。 催化剂的作用机理，有两种观点：（1）催化剂的作用是吸附气体中的氢分子，并将其活化成为易被煤的自由基团接受的活性氢；（2）催化剂是使煤中的桥键断裂和芳环加氢的活性提高，或是使溶剂加氢生成可向煤转移氢的供氢体等。 催化剂 按煤直接液化所使用的催化剂的成本和使用方法分为：廉价可弃型和高价可再生型两种。 廉价可弃型催化剂由于价格便宜，在直接液化过程中与煤一起进入反应系统，并随反应产物排出。这类催化剂包括：黄铁矿（FeS2）、高炉飞灰（Fe2O3）等 高价可再生型催化剂的催化活性一般好于廉价可弃型催化剂，