煤炭直接液化技術(shù)基礎(chǔ)

1、提質(zhì)加工提質(zhì)加工加氫加氫煤煤液化油液化油成品油成品油精煉精煉氣化氣化煤煤合成氣合成氣合成油合成油成品油成品油合成合成投產(chǎn)日期投產(chǎn)日期所在地名所在地名原料原料反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力（MPa）生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力（萬(wàn)噸（萬(wàn)噸/年）年）1931Leuna褐煤和焦油褐煤和焦油20651936Bohlen褐煤和焦油褐煤和焦油30251936Magdeberg褐煤和焦油褐煤和焦油30221936Scholven煙煤煙煤30281937Welheim瀝青瀝青70131939Gelsenberg煙煤煙煤70401939Zeitz褐煤和焦油褐煤和焦油30281940Lutzkendorf煤焦油煤焦油5051940Poli

2、tz煙煤煙煤70701941Wesseling褐煤褐煤70251942Brux褐煤和焦油褐煤和焦油30601943Blechhammer煙煤和焦油煙煤和焦油3042國(guó)國(guó)別別裝置名裝置名規(guī)模規(guī)模t/d試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)時(shí)間間地點(diǎn)地點(diǎn)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)煤種試驗(yàn)煤種美美國(guó)國(guó)SRC/501974-1981Fort LewisGulfIllinois,WyomingSRC61974-1992WilsonvilleEPRI Catalytic Inc.高硫煙煤高硫煙煤次煙煤次煙煤EDS2501979-1983BaytonExxonIllinois,煙煤煙煤Wyoming次次煙煤煙煤Texas褐煤褐煤H-COAL

3、 6001979-1982CatlettsburgHRIIllinois,Wyoming國(guó)別國(guó)別裝置名裝置名規(guī)模規(guī)模t/d試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)時(shí)間間地點(diǎn)地點(diǎn)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)煤種試驗(yàn)煤種德國(guó)德國(guó)IGOR2001981-1987Bottrop RAGVEBA魯爾煙煤魯爾煙煤PYROSOL61977-1988SaarSAAR Coal煙煤煙煤日本日本NEDOL 1501992-1999日本鹿日本鹿島島NEDO煙煤煙煤BCL501986-1990澳大利澳大利亞亞NEDO褐煤褐煤英國(guó)英國(guó)LSE2.51988-1992Point of AyrBritish Coal次煙煤次煙煤前蘇前蘇聯(lián)聯(lián)ST-551986-1

4、990圖拉市圖拉市褐煤褐煤步步 驟驟條條 件件功功 能能1加氫液化加氫液化高溫、高壓、氫氣環(huán)高溫、高壓、氫氣環(huán)境境橋鍵斷裂、自由基加橋鍵斷裂、自由基加氫、固體轉(zhuǎn)化成液體氫、固體轉(zhuǎn)化成液體2固液分離固液分離減壓蒸餾、過(guò)濾、萃減壓蒸餾、過(guò)濾、萃取、沉降取、沉降脫除無(wú)機(jī)礦物和未反脫除無(wú)機(jī)礦物和未反應(yīng)煤應(yīng)煤3提質(zhì)加工提質(zhì)加工催化加氫催化加氫提高提高H/C原子比、脫原子比、脫除雜原子、打開(kāi)芳香除雜原子、打開(kāi)芳香環(huán)環(huán)尾氣尾氣水水液化油液化油殘?jiān)鼩堅(jiān)h(huán)溶劑循環(huán)溶劑催催化化劑劑煤煤煤漿煤漿制備制備液液 化化分分 離離氫氣氫氣循環(huán)氫循環(huán)氫提提 質(zhì)質(zhì)加加 工工成品油成品油縮合縮合CO 、 CO2CH4C4H10

5、NH3、H2SH2O殘?jiān)鼩堅(jiān)好焊叻肿痈叻肿踊衔锘衔锝固拷固縃供氫供氫溶劑溶劑溶劑溶劑加氫加氫 H2催化加氫催化加氫瀝 青瀝 青烯烯前瀝青前瀝青烯烯自 由 基自 由 基碎片碎片裂解穩(wěn)定加氫裂化加氫裂化煙煤的大分子結(jié)構(gòu)煙煤的大分子結(jié)構(gòu)Wiser模型模型自由基鏈反應(yīng)自由基鏈反應(yīng)k4C1C3C4b.p.220b.p.220350b.p.350538CI CB CA PAAOb.p.538THFSCO2H2COH2OH2SNH3nH2k6k5k2 k3k1kCAk7k8k10+k9K H2O煤液化反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)模型煤液化反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)模型PAAOGMaMc王勇論文模型王勇論文模型基本假設(shè)基本假

6、設(shè)1. Ma是由各種反應(yīng)性能不同的若干（可以是很多）組分構(gòu)成是由各種反應(yīng)性能不同的若干（可以是很多）組分構(gòu)成2. 各組分的反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)行為各組分的反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)行為3. 各組分轉(zhuǎn)化為瀝青烯、油、氣等產(chǎn)物速率常數(shù)的比例相同各組分轉(zhuǎn)化為瀝青烯、油、氣等產(chǎn)物速率常數(shù)的比例相同aiiaidMk Mk Mdt00exp()( )exp()iiiiiiiaiiikMkMk tkk tMMk t則，則，上式的分子、分母以上式的分子、分母以Taylor公式展開(kāi)，取前三項(xiàng)近似：公式展開(kāi)，取前三項(xiàng)近似：220.5( )10.5ab tc tk ta tb t 00iiiaMkaM200iiiaMkbM3

7、00iiiaMkcM00() exp( )tccMMMk t dtM00acMMM對(duì)于煤的轉(zhuǎn)化，對(duì)于煤的轉(zhuǎn)化，其中：其中：未轉(zhuǎn)化煤分率未轉(zhuǎn)化煤分率M可以表達(dá)為：可以表達(dá)為：20222222221() exp2()arctan()2222()arctan()2 ()ln)222ccaMMMa cbcbabababta cbcab bctbacatbtabM積分可得：積分可得：并可以得到并可以得到 PAA、O、G的動(dòng)力學(xué)關(guān)系：的動(dòng)力學(xué)關(guān)系：MPaPAAdPAAkk(t) MkPAAdtMOaPOdOkk(t) MkPAAdtMGaPGdGkk(t) MkPAAdt00exp()exp()exp()

8、 ( )tPAAPAAMPPAAaPAAPAAktktkkt k t M dt00( )tMOaPOOOkk t MkPAA dt00( )tMGaPGGGkk t MkPAA dt得到微分方程的解：得到微分方程的解： k(t) T/ M a b c PAAk(t) Ok(t) Gk(t) 450 Ma0 Mc PAA 22.72 0 0.046 0 3.2910-3 0 1.2510-4 0 0.6585 0 0.2715 0 0.0173 0.0364 0 0.0068 430 Ma0 Mc PAA 43.72 5.309 0.057 0 3.2110-3 0 9.8510-5 0 0.8

9、669 0 0.1284 0 0.0143 0.009 0 0.0014 430 ，450的動(dòng)力學(xué)參數(shù)：的動(dòng)力學(xué)參數(shù)： 該模型考慮了煤的復(fù)雜性，將各個(gè)組分的反應(yīng)常數(shù)看作是一定的分布，而該模型考慮了煤的復(fù)雜性，將各個(gè)組分的反應(yīng)常數(shù)看作是一定的分布，而不是單一的反應(yīng)，雖然數(shù)據(jù)處理難度增加，但是該模型的方法更趨合理。不是單一的反應(yīng)，雖然數(shù)據(jù)處理難度增加，但是該模型的方法更趨合理。模型回歸的數(shù)據(jù)得到模型回歸的數(shù)據(jù)得到430的模擬曲線的模擬曲線模型回歸的數(shù)據(jù)得到模型回歸的數(shù)據(jù)得到450的模擬曲線的模擬曲線煤液體煤液體己烷可溶己烷可溶（油）（油）己烷不溶己烷不溶甲苯可溶甲苯可溶（瀝青烯）（瀝青烯）甲苯不溶

10、甲苯不溶THF可溶可溶（前瀝青烯）（前瀝青烯）H2H2供供4個(gè)個(gè)H制備高性能炭材料制備高性能炭材料 等離子體法制備納米碳纖維等離子體法制備納米碳纖維 規(guī)則孔結(jié)構(gòu)炭材料規(guī)則孔結(jié)構(gòu)炭材料原料進(jìn)原料進(jìn):催化劑催化劑煤煤氫氣氫氣循環(huán)溶劑循環(huán)溶劑輕油輕油中油中油尾氣尾氣殘?jiān)鼩堅(jiān)h(huán)氫循環(huán)氫目的：降低氫氣消耗、減少氣體產(chǎn)率目的：降低氫氣消耗、減少氣體產(chǎn)率 提高液化油產(chǎn)率、省去循環(huán)泵提高液化油產(chǎn)率、省去循環(huán)泵熱解脫氧熱解脫氧第二反應(yīng)器第二反應(yīng)器中溫分離器低溫分離器輕油分離器新氫新氫煤漿煤漿尾氣尾氣水水第一循環(huán)壓縮機(jī)第二循環(huán)壓縮機(jī)去催化劑配制第一反應(yīng)器第一反應(yīng)器產(chǎn)品油產(chǎn)品油催化劑催化劑循環(huán)循環(huán)溶劑溶劑高溫分離

11、器減壓蒸餾COX內(nèi)循環(huán)環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)環(huán)流反應(yīng)器進(jìn)料進(jìn)料出料出料基本概念基本概念氣泡形狀簡(jiǎn)圖氣泡形狀簡(jiǎn)圖U02 - (Ug+UL+ U0)+ Ug = 0日本日本PP模擬流場(chǎng)模擬流場(chǎng)：a)冷油；冷油； b)第一反應(yīng)器，煤漿濃度第一反應(yīng)器，煤漿濃度40%，450 c)第一反應(yīng)器，煤漿第一反應(yīng)器，煤漿48%； d)第三反應(yīng)器，煤漿濃度第三反應(yīng)器，煤漿濃度40%試算試算BSU、PDU和示范工程反應(yīng)器的氣含率和示范工程反應(yīng)器的氣含率采用公式：采用公式： U02 - (Ug+UL+ U0)+ Ug = 0 U0 =10 cm/s試算結(jié)果試算結(jié)果:懸浮床懸浮床: 液體強(qiáng)制循環(huán)鼓泡床液體強(qiáng)制循環(huán)鼓泡床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間20072007年年1010月月0707年年1212月月至至0808年年1 1月月第一反應(yīng)器操作模式第一反應(yīng)器操作模式強(qiáng)制循環(huán)強(qiáng)制循環(huán)環(huán)流環(huán)流煤樣編號(hào)煤樣編號(hào)1# 1# 1# 1# Mad,%2.262.263.193.19Ad,%（每批實(shí)測(cè)平均）（每批實(shí)測(cè)平均）5.315.313.523.52試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果實(shí)際蒸餾油收率實(shí)際蒸餾油收率(不含不含C4），），daf48.3148.3147.1247.12實(shí)際油收率實(shí)際油收率(含含C4+)，daf%49.0849.0848.3748.37水，水，daf%10.8310.8311.6511.65C1-