国内外煤炭液化的技术现状精.ppt

国内外煤炭液化的技术现状第1页，本讲稿共30页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2第2页，本讲稿共30页31.1.煤炭液化的研究背景煤炭液化的研究背景3第3页，本讲稿共30页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供在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能需矛盾和贯彻节能减排政策中，煤炭减排政策中，煤炭液化不仅具有重大液化不仅具有重大的环保意义，而且的环保意义，而且具有保障能源安全具有保障能源安全的战略意义。的战略意义。w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。第4页，本讲稿共30页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5第5页，本讲稿共30页2-1 煤炭的直接液化技术煤炭的直接煤炭的直接煤炭的直接煤炭的直接液化技术液化技术液化技术液化技术2 25 53 34 41 1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第6页，本讲稿共30页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。煤在加氢液化过程中，在煤在加氢液化过程中，在一定的温度下（一定的温度下（300C）时，煤的化学结构中时，煤的化学结构中键能最弱的部分开始键能最弱的部分开始断裂成自由基碎片：断裂成自由基碎片：R-CH2-CH2-Rv R CH2+R-CH2煤中的有机质中的杂原煤中的有机质中的杂原子如子如O、N、S在加氢在加氢的条件下能与氢反的条件下能与氢反应，分别生成应，分别生成H2O、H2 S、NH3等，对提等，对提高煤加氢液化产品的质高煤加氢液化产品的质量和保护环境很重要量和保护环境很重要2-1-1 煤炭直接液化的反应机理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第7页，本讲稿共30页2-1-2 煤质要求煤化煤化煤化程度程度程度煤化程度越深，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煤岩组成煤岩组成煤岩组成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 矿物质组成矿物质组成矿物质组成及含量及含量及含量 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%第8页，本讲稿共30页如如ZnCl2、SnCl2等，属酸等，属酸性催化剂，裂解性催化剂，裂解能力强，但是对能力强，但是对煤液化装置设备煤液化装置设备有较强的腐蚀作有较强的腐蚀作用用催化活性较高。催化活性较高。但是这类金属催但是这类金属催化剂的价格比较化剂的价格比较昂贵而且丢弃对昂贵而且丢弃对污染比较严重，污染比较严重，因此用后要回收因此用后要回收包括含铁的天然矿包括含铁的天然矿石、含铁的工业残石、含铁的工业残渣和各种纯态铁的渣和各种纯态铁的化合物（如铁的氧化合物（如铁的氧化物、硫化物和氢化物、硫化物和氢氧化物）。氧化物）。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2-1-3 催化剂第9页，本讲稿共30页2-1-4 供氢溶剂供氢溶剂的作用供氢溶剂的作用供氢溶剂的作用供氢溶剂的作用2 25 53 34 41 1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第10页，本讲稿共30页主要是煤焦油和石油渣油。主要是煤焦油和石油渣油。这种煤直接液化工艺与石这种煤直接液化工艺与石油渣油或煤焦油高温裂解油渣油或煤焦油高温裂解加氢工艺的结合与发展加氢工艺的结合与发展,是一种高效合理利用是一种高效合理利用煤炭资源生产液体燃煤炭资源生产液体燃料的新方法。料的新方法。常见的溶剂有常见的溶剂有:四氢萘、萘、四氢萘、萘、蒽、菲、甲酚、蒽、菲、甲酚、萘酚萘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,同时减少污染同时减少污染,这一技术对环这一技术对环境保护、节约境保护、节约资源很有意义资源很有意义 2-1-4 供氢溶剂分类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、废油脂废油脂第11页，本讲稿共30页12该工艺以炼铝赤泥为催化剂，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 ，不进行催化剂回收。，不进行催化剂回收。反应压力为反应压力为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(即闪蒸即闪蒸)方法进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。在残渣中用作气化制氢的原料。2-1-5 直接液化工艺-德国IGOR工艺 第12页，本讲稿共30页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矿为催化剂，催化剂加人量为4 4 ，也不进行催化剂回收。反，也不进行催化剂回收。反应压力为应压力为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，用高活性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再去进行催化剂预先加氢，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进行油回收，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。现已完成也可直接用作气化制氢的原料。现已完成0 001t01td 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。2-1-5 直接液化工艺-日本NEDOL工艺 第13页，本讲稿共30页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，不进行催化剂，不进行催化剂回收。反应压力为回收。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。现已完成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0 0025t025td d和和3t3td d规模的试验研究。规模的试验研究。2-1-5 直接液化工艺-美国HTI工艺 第14页，本讲稿共30页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高温下采用焚烧法高温下采用焚烧法进行催化剂回收，回收率达进行催化剂回收，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(升温速率为升温速率为10001000minmin以上以上)，并发生爆炸式的脱水干燥、气孔爆裂、热粉碎以及热裂解。该，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、未氧化原料煤，而且对煤灰成分也有较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。现已建立起高的要求。现已建立起5 56t6td d规模的连续试验装置。规模的连续试验装置。2-1-5 直接液化工艺-俄罗斯FFI工艺 第15页，本讲稿共30页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制油的工业化生产的生产工艺，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。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，气产率约，气产率约12121414,水产率水产率11111313，氢耗，氢耗量量5 57 7。2-1-5 直接液化工艺-神华煤直接液化工艺第16页，本讲稿共30页2-2-1煤炭间接液化基本原理烃类原料烃类原料烃类原料烃类原料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甲醇和甲醇和甲醇和甲醇和二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚 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比符合合成油要求的原料，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、柴油等烃类燃料或然后在一定压力、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。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、甲醇和二甲醚烃类原料、甲醇和二甲醚(简称简称DME)DME)。第17页，本讲稿共30页2-2-2 煤炭间接液化工艺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。已先后完成了小型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、年百吨中型试验和试验、模拟试验、年百吨中型试验和 2kt/a 2kt/a 的工业性试验，取得油收率较高、的工业性试验，取得油收率较高、油品性能较好的结果。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分子筛上将过程产物转化分子筛上将过程产物转化 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，也富含芳烃和异组分，也富含芳烃和异构烷烃，辛烷值高达构烷烃，辛烷值高达 9090，是高质量的优质汽油。，是高质量的优质汽油。第18页，本讲稿共30页19三三.两种液化技术比较两种液化技术比较19第19页，本讲稿共30页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，装置操作、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维修相对简单。国外已有大规模商业化应用实例。3-1 合成工艺对比项目直接液化直接液化间接液化接液化煤种适应性差差强反应及操作条件苛刻苛刻适度适度温度/C 435-445 270-350 压力/MPa12-302.5油收率较高高一般一般设备材质要求高，部分要求高，部分设备需需进口口要求要求较低，低，设备可以全部国可以全部国产化化技术成熟程度小型小型试验，比，比较成熟成熟工工业化化，相当成熟化化，相当成熟商业化应用国内外均无商国内外均无商业化工厂，只化工厂，只建有中小型建有中小型试验装置装置国外已有大国外已有大规模商模商业化工厂，化工厂，国内只有中型国内只有中型试验装置装置第20页，本讲稿共30页213-2 合成产品对比项目直接液化间接液化德国美国固定床循环流化床浆态床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32.939.9818401817.5柴油43.936.1614719.221.7重质油和蜡8.2152445.147.9含氧化合物3.262.9第21页，本讲稿共30页22 3-2 合成产品对比产物,组成%直接液化直接液化间间接液化（接液化（浆态浆态床）床）汽油汽油柴油柴油汽油汽油柴油柴油烷烃16.216065烯烃5.53125环烷烃55.5711芳烃18.66000极性化合物4.22487沥青烯80辛烷值80.335-40十六烷值2065-701、直接液化的目、直接液化的目标产标产品是：柴油、汽油或石品是：柴油、汽油或石脑脑油。油。间间接液化的目接液化的目标产标产品是：汽油、柴油、煤油等品是：汽油、柴油、煤油等烃类产烃类产品，或高附加品，或高附加值值的有机化工的有机化工产产品。品。2、直接液化合成油的辛、直接液化合成油的辛烷值烷值高达高达80，合成柴油的十六辛，合成柴油的十六辛烷值烷值不到不到20,需要加需要加氢氢裂化改裂化改质质；间间接液化合成汽油辛接液化合成汽油辛烷值仅烷值仅35-40，柴油十六辛，柴油十六辛烷值烷值高达高达70。第22页，本讲稿共30页23 3-3 合成技术经济对比项目煤直接液化煤直接液化煤煤间接液化（接液化（浆态床）床）例例1例例2例例1例例2规模，kt/a998.12476709.8550主要产品,kt/a汽油352195204.0柴油柴油为主主柴油530.41775.6475.8其他115.3505.030.0吨产品单耗（折合标准煤）原料煤/t2.772.312.803.7燃料煤/t包括在制包括在制氢煤中煤中0.260.0.457天然气/t0.226电/kw.h501596276新鲜水/t15.65.421.612.0吨产品投资，元/t82166210.57466.68350税后财务收率,%12.56（税前）（税前）12投资回收期/a11.23（税前）（税前）8第23页，本讲稿共30页24 3-3 合成技术经济对比1、两种液化厂的固定投、两种液化厂的固定投资资都很高，受都很高，受规规模影响明模影响明显显。其中，煤其中，煤间间接液化的合成气制造装置占接液化的合成气制造装置占总总投投资资的的 60%-70%；2、直接液化的能源、直接液化的能源转转化率高，耗水比化率高，耗水比较较少，少，间间接液化的接液化的热热效率效率较较低，耗水量低，耗水量较较大；大；3、当国、当国际际原油价格在原油价格在50美元以下和煤价在美元以下和煤价在150元以下，元以下，建立煤制油工建立煤制油工业业装置是可行的。装置是可行的。第24页，本讲稿共30页2525四四.煤炭液化煤炭液化SWOTSWOT分析分析第25页，本讲稿共30页4-1 煤炭液化优势（Strength）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、设备价格等都较低廉，在格等都较低廉，在我国建设煤炭直接我国建设煤炭直接液化生产厂可减少液化生产厂可减少投资，降低液化油投资，降低液化油成本成本 我国的煤炭直接液我国的煤炭直接液化技术研究进行了化技术研究进行了很长时间，已完成很长时间，已完成基础性研究，具备基础性研究，具备了规模化生产的条了规模化生产的条件件 地方积极性高地方积极性高一些富煤缺油省份急一些富煤缺油省份急切盼望煤炭直接液化切盼望煤炭直接液化技术能在当地商业化技术能在当地商业化 一方面解决石油资一方面解决石油资源的短缺，另一方面源的短缺，另一方面可以带动地方经济的可以带动地方经济的发展发展第26页，本讲稿共30页4-2 煤炭液化劣势（Weakness）劣势（劣势（劣势（劣势（WeaknessWeakness）2 25 53 34 41 1技术和人才技术和人才装备装备水、耗能水、耗能利用效率利用效率地域和运输地域和运输第27页，本讲稿共30页4-3 煤炭液化机遇（Opportunity）对环境的保护的日益关注对环境的保护的日益关注我国能源需求不断上升我国能源需求不断上升国际油价的剧烈波动，并不断上升国际油价的剧烈波动，并不断上升第28页，本讲稿共30页4-4 煤炭液化威胁（Threaten）资源（煤炭）的价格提高资源（煤炭）的价格提高我国液化的技术不具有竞争力我国液化的技术不具有竞争力国际油价剧烈波动，可能上升或回落国际油价剧烈波动，可能上升或回落第29页，本讲稿共30页使煤炭的价值提升，使效率使煤炭的价值提升，使效率和经济效益最大化，并且对和经济效益最大化，并且对环境友好环境友好汇入多联产汇入多联产和循环经济中，和循环经济中，使资源价值得以梯级利用，使资源价值得以梯级利用，各个项目资源得到优化配置和共享各个项目资源得到优化配置和共享自主知识产权技术、自主知识产权技术、装备研发，装备研发，科技创新的突破科技创新的突破加强基础研究加强基础研究,跟踪国际的技术跟踪国际的技术前期工作前期工作准备充分准备充分4-5 液化技术研究方向和建议第30页，本讲稿共30页