煤直接液化技術(shù)介紹

煤直接液化技術(shù)介紹第一頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化技術(shù)介紹李克健煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院煤液化技術(shù)研究所第二頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化技術(shù)研究所煤液化研究室成立于1979年，一直從事于煤直接液化的研究?，F(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員23人，高級工程師職稱以上有11人。是我國長期從事煤直接液化研究并具備一定實力的專業(yè)科研機(jī)構(gòu)。第三頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化技術(shù)研究所

二十多年來，煤液化技術(shù)研究所在我國政府相關(guān)部門的支持下和通過廣泛的國際合作，從事我國煤炭直接液化的研究。從跟蹤國際煤炭液化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢到結(jié)合我國資源特點(diǎn)，獨(dú)立開展煤液化催化劑的開發(fā)、我國引進(jìn)煤液化工藝的優(yōu)化、煤液化關(guān)鍵技術(shù)和煤直接液化先進(jìn)工藝的開發(fā)等工作。第四頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化技術(shù)研究所“十五”期間，承擔(dān)兩項“國家863計劃”課題和一項“國家973計劃”項目。分別是“煤直接液化高效催化劑”、“神華煤直接液化示范工程技術(shù)支持及新工藝開發(fā)”和“大規(guī)模煤炭直接液化的基礎(chǔ)研究”。第五頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化技術(shù)研究所發(fā)展我國煤直接液化技術(shù)，推動我國煤直接液化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，是煤液化技術(shù)研究所今后長期工作目標(biāo)。大唐國際致力于煤直接液化產(chǎn)業(yè)化，煤液化技術(shù)研究所提供最佳的技術(shù)服務(wù)。第六頁，共七十五頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容煤化學(xué)基礎(chǔ)煤直接液化基本原理煤直接液化工藝煤直接液化工業(yè)化第七頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤化學(xué)基礎(chǔ)煤：一種非均相的嵌有礦物質(zhì)的天然有機(jī)巖。由古植物經(jīng)過漫長的和復(fù)雜的生物化學(xué)、物理化學(xué)和地球化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成。煤

→腐植煤→腐泥煤第八頁，共七十五頁，2022年，8月28日腐植煤的生成過程泥炭化階段煤化階段1）成巖作用階段2）變質(zhì)作用階段第九頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤的生成與分類植物→泥炭→褐煤→煙煤→無煙煤第十頁，共七十五頁，2022年，8月28日褐煤分類年輕褐煤

揮發(fā)份＞37%透光率≤30%年老褐煤

揮發(fā)份＞37%透光率＞30%~50%（勝利褐煤35%）第十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日煙煤分類煙煤主要根據(jù)其揮發(fā)份和粘結(jié)指數(shù)，依變質(zhì)程度由深到淺分為：長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤。第十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日無煙煤的分類

揮發(fā)份H含量無煙煤01：≤3.5%，≤2%無煙煤02＞3.5＞2.0~3.0無煙煤03＞6.5~10.0＞3.0

第十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤的巖相宏觀煤巖組成：絲炭、鏡煤、亮煤和暗煤煤的顯微組成：鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組第十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日直接液化適宜的煤種年老褐煤：年輕煙煤：長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤第十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日2.煤直接液化基本原理

煤炭直接液化技術(shù)是通過高溫高壓和催化劑的存在下，煤加氫轉(zhuǎn)化成潔凈液體燃料(汽油、柴油、航空煤油等)或化工原料的一種先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)。第十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日第十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤為什么可以加氫成為油？煤與石油的相同點(diǎn)：由古植物經(jīng)過漫長的和復(fù)雜的生物化學(xué)、物理化學(xué)和地球化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成。以C、H、N、S、O等元素組成，C和H為主。第十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤為什么可以加氫成為油？煤與石油的不同點(diǎn)：煤：一種非均相的嵌有礦物質(zhì)的天然有機(jī)巖。煤以芳香烴為主，由一些基本結(jié)構(gòu)單元通過橋鍵相連成大分子。氫/碳原子比較低，通常為0.3~1.0。O、N、S含量較高。石油：地下巖石中生成的液態(tài)的以碳?xì)浠衔餅橹饕煞莸目扇夹缘V產(chǎn)。正構(gòu)烷烴為主，氫/碳比較高，1.8。第十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤加氫提高其H/C原子比成為油：在一定的溫度下煤大分子結(jié)構(gòu)裂解成自由基；這些自由基在活性氫存在的條件下與氫反應(yīng)，生成H/C原子比較高的小分子；固液分離脫除煤中的礦物質(zhì)；提質(zhì)加工脫除油中O、N、S等雜原子，生成的符合規(guī)格的成品油。第二十頁，共七十五頁，2022年，8月28日勝利褐煤大慶原油勝利褐煤液化輕油勝利褐煤液化中油C,wt%74.2785.7482.3384.78H,wt%4.5813.3112.4411.12N,wt%1.170.150.530.92S,wt%1.030.110.190.11O,wt%18.960.694.513.07H/C0.741.8351.8131.574勝利褐煤→勝利褐煤液化油：第二十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化基本工藝單元催化劑煤漿制備單元煤氫氣反應(yīng)單元分離單元提質(zhì)加工單元循環(huán)溶劑煤：0.15mm催化劑:Fe-S系450-470oC17-30MPa380-390oC15-18MPa氣體汽油柴油航空燃料殘渣第二十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤漿制備煤破碎成一定粒度與溶劑和催化劑制成可泵送的煤漿是實現(xiàn)煤直接液化連續(xù)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。一般而言，煤經(jīng)過干燥和破碎制成煤漿的濃度在40~50%；煤的粒度一般小于150μm。煤的水分一般小于4%。第二十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化反應(yīng)煤的熱溶漲與熱溶解：煤與溶劑加熱到在250℃以上，煤中可被極性溶劑萃取物明顯增加。第二十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化反應(yīng)煤熱裂解產(chǎn)生大量的自由基：隨著溫度的進(jìn)一步提高，煤熱裂解產(chǎn)生大量的自由基，在氫原子的作用下，這些自由基與氫原子結(jié)合形成穩(wěn)定的分子，自由基穩(wěn)定后生成物的分子量分布很廣，從氣體到油，分子量較大的是瀝青烯、前瀝青烯。如果煤的自由基濃度較高，得不到氫原子，它們就會相互結(jié)合形成分子量更大的化合物甚至焦炭。第二十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化催化劑廉價可棄性催化劑石油加氫催化劑高分散鐵系催化劑第二十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日廉價可棄性催化劑

主要有含活性金屬的工業(yè)廢棄物，如煉鋁廠的赤泥、煉鐵廠的高爐飛灰、煉鎢廢渣等；含活性金屬的礦產(chǎn)，如黃鐵礦、鈦精礦等第二十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日石油加氫催化劑最典型的例子是美國開發(fā)的H-Coal工藝，采用Mo-Ni催化劑，帶底部循環(huán)泵的懸浮床反應(yīng)器。HTI工藝：反應(yīng)器形式基本保留，但催化劑改成高分散鐵系催化劑。第二十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日高分散鐵系催化劑HTI用的是Gel-Cat，日本三井造船開發(fā)的吸附炭催化劑，神華用的是煤科總院開發(fā)的863煤直接液化高效催化劑。第二十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日高分散鐵系催化劑合成納米級的水合氧化鐵（FeOOH)。納米級水合氧化鐵（FeOOH)在液化條件下，100%轉(zhuǎn)化為有催化作用的磁黃鐵礦（Fe1-xS)。納米級磁黃鐵礦（Fe1-xS)提供了巨大的活性表面。催化劑用量可大大降低，提高油收率。第三十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日8萬倍電鏡下的煤表面第三十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日8萬倍電鏡下載有催化劑的煤表面第三十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日863催化劑產(chǎn)品及性能863催化劑的活性組分特征：寬30－50nm，長120－150nm紡錘形成漿性能好適用煤種廣泛活性高、添加量少，與天然黃鐵礦相比，可提高油收率4－5％。第三十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化過程中的溶劑溶解作用供氫作用氫轉(zhuǎn)移與分布作用第三十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化油的提質(zhì)加工初級液化油保留了原料煤的一些特性，芳烴含量高、N和O等雜原子含量高、穩(wěn)定性較差。經(jīng)過提質(zhì)加工后才能成為合格的產(chǎn)品油。

第三十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化油的提質(zhì)加工（1）第三十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤液化油的提質(zhì)加工（2）第三十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日3.煤直接液化工藝煤直接液化的發(fā)展概括主要煤直接液化工藝介紹第三十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（一）1913年，德國柏吉烏斯（Bergius）進(jìn)行了從煤或煤焦油通過高溫高壓加氫生產(chǎn)液體燃料研究，為煤直接液化奠定了基礎(chǔ)，并獲得世界上第一個煤直接液化專利。第四十頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（一）1927年，德國I.G.Farbenindustrie（燃料公司）在Leuna工廠建立了世界上第一個煤直接液化廠，規(guī)模10×104t/a，原料為褐煤或褐煤焦油，鐵系催化劑，氫壓20-30Mpa,反應(yīng)溫度430-490℃。該工藝又稱德國老ＩＧ工藝。第四十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（一）德國的I.G.公司于1935年，在Scholven工廠建設(shè)了一座20萬t/年汽油的煙煤液化廠，1937-1940年間，I.G.公司在Gelsenberg工廠，采用鐵系催化劑，70MPa,480℃的反應(yīng)條件，建成了70萬t/年汽油的煙煤液化廠。1939年二次大戰(zhàn)爆發(fā)后，德國一共有12套直接液化裝置建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力達(dá)到423×104t/a，為發(fā)動第二次世界大戰(zhàn)的德國提供了2/3的航空燃料和50%的汽車和裝甲車用油。第四十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（二）1945年至1973年（石油危機(jī)）二次世界大戰(zhàn)后，由于戰(zhàn)爭的破壞，更主要的是50年代后，中東地區(qū)大量廉價石油的開發(fā)，使煤液化失去了競爭力和繼續(xù)存在的必要。這段時間，煤直接液化技術(shù)的研究開發(fā)基本上是處于停頓階段第四十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（三）1973以后至現(xiàn)在1973年后，由于中東戰(zhàn)爭，西方世界發(fā)生了一場石油危機(jī)，石油價格暴漲，使人們對世界一次能源資源重新認(rèn)識，煤直接液化技術(shù)研究與開發(fā)又開始活躍起來。第四十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（三）以德國、美國、日本為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國家，相繼開發(fā)了許多煤直接液化新工藝，重點(diǎn)是緩和反應(yīng)條件，即降低反應(yīng)壓力從而達(dá)到降低煤液化油的生產(chǎn)成本的目的。不少國家己相繼完成了中間試驗廠的建設(shè)和試驗，為建立大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)廠打下了基礎(chǔ)。第四十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化的發(fā)展概況（三）有代表意義的是德國的IGOR煤液化工藝（200t/d）、美國的H－coal氫煤法（600t/d）工藝和日本的NEDOL工藝（150t/d）。第四十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日中國煤直接液化的發(fā)展概況中國的煤直接液化研究是從上世紀(jì)70年代末開始，煤炭科學(xué)研究總院（CCRI）采用技術(shù)攻關(guān)和國際合作相結(jié)合的形式，跟蹤世界煤直接液化技術(shù)的發(fā)展。1982年與日本合作，在煤炭科學(xué)研究總院內(nèi)建立了一套0.1t/d的老IG工藝的煤直接液化連續(xù)試驗裝置，進(jìn)行了長時間的試驗運(yùn)轉(zhuǎn)研究。第四十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日中國煤直接液化的發(fā)展概況1983年11月煤炭科學(xué)研究總院在美國HRI公司的協(xié)助下，與日本伊藤忠、三井造船、共同石油、日揮和技術(shù)咨詢等五家公司合作，完成了兗州煤日產(chǎn)25000桶/天（年液化用煤350萬噸）規(guī)模H－COAL工藝直接液化廠的初步可行性研究。1982年煤炭科學(xué)研究總院派人去美國HRI公司對兗州煤進(jìn)行了試驗。

第四十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日中國煤直接液化的發(fā)展概況1986年通過與德國合作，在煤炭科學(xué)研究總院內(nèi)建立了一套德國新IG工藝的0.12t/d的煤直接液化連續(xù)試驗裝置，進(jìn)行了運(yùn)轉(zhuǎn)研究。1990年開始與日本合作，在0.1t/d煤直接液化連續(xù)試驗裝置上進(jìn)行了NEDOL工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)研究。第四十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日中國煤直接液化的發(fā)展概況1997-2000年，煤炭科學(xué)研究總院分別同德國、日本、美國有關(guān)政府部門和公司合作，完成了云南先鋒煤、黑龍江依蘭和神華煤采用國外工藝建設(shè)煤直接液化示范廠可行性研究，開始了在中國煤制油產(chǎn)業(yè)化的步伐。第五十頁，共七十五頁，2022年，8月28日中國煤直接液化的發(fā)展概況“十五”期間，承擔(dān)兩項“國家863計劃”課題和一項“國家973計劃”項目。分別是“煤直接液化高效催化劑”、“神華煤直接液化示范工程技術(shù)支持及新工藝開發(fā)”和“大規(guī)模煤炭直接液化的基礎(chǔ)研究”。第五十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日主要煤直接液化工藝介紹－基本單元催化劑煤漿制備單元煤氫氣反應(yīng)單元分離單元提質(zhì)加工單元循環(huán)溶劑煤：0.15mm催化劑:Fe-S系450-470oC17-30MPa380-390oC15-18MPa氣體汽油柴油航空燃料殘渣第五十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日主要煤直接液化工藝的運(yùn)行第五十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日美國Ｈ—Ｃｏａｌ工藝H-Coal工藝始于1963年,由美國HydrocarbonResearchInc.（HRI）開發(fā)。H-Coal工藝的許多基本概念都來源于HRI的用于重油提質(zhì)加工的H-Oil工藝。第五十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日美國Ｈ—Ｃｏａｌ工藝在美國政府的支持下，ＨＲＩ1974年9月開始著手設(shè)計200-600t/d的工業(yè)性試驗裝置，1976年12月15日200-600t/d的工業(yè)性試驗裝置在肯塔基的Catlettsburg破土動工，1980年開始運(yùn)轉(zhuǎn)，1983年運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束。

第五十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日美國Ｈ—Ｃｏａｌ工藝第五十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日美國Ｈ—Ｃｏａｌ工藝H-Coal工藝由于采用沸騰床催化反應(yīng)器，反應(yīng)器中物料混合充分，所以H-Coal工藝在反應(yīng)器溫度控制上，產(chǎn)品性質(zhì)的穩(wěn)定性上具有較大的優(yōu)勢。催化劑失活嚴(yán)重，成本高。第五十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日德國IGOR＋工藝第五十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日德國IGOR＋工藝IGOR+（IntegratedGrossOilRefining）工藝由魯爾煤炭和ＤＭＴ在IG工藝基礎(chǔ)上開發(fā)而成。在Bergbau-Forschung建立了0.2t/d連續(xù)試驗裝置。1981年魯爾煤炭和菲巴石油在Bottrop建成了200t/d的中試廠。第五十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日德國IGOR＋工藝Bottropd的200t/d中試驗廠從1981年一直運(yùn)行到1987年4月，從170,000噸煤中生產(chǎn)出超過85,000噸的蒸餾產(chǎn)品，約22,000操作小時。第六十頁，共七十五頁，2022年，8月28日德國IGOR＋工藝IGOR＋工藝采用鼓泡床反應(yīng)器，減壓蒸餾分離循環(huán)溶劑，并采用在線固定床加氫反應(yīng)器對循環(huán)溶劑和產(chǎn)品進(jìn)行不同深度的加氫，液化催化劑采用赤泥。由于全部采用加氫后的供氫性循環(huán)溶劑，煤漿性質(zhì)穩(wěn)定，煤漿濃度高，預(yù)熱容易，而且可以與高溫分離器氣相進(jìn)行換熱，熱利用率高。由于赤泥催化劑活性低，反應(yīng)條件苛刻，典型操作條件：反應(yīng)壓力30MPa，反應(yīng)溫度470℃；在線固定床加氫反應(yīng)器存在催化劑結(jié)焦失活、操作周期短的風(fēng)險。第六十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日日本NEDOL工藝1980年日本成立新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）。1983年日本0.1t/d~2.4t/d煤直接液化裝置的開發(fā)，NEDOL煤直接液化工藝的確立。1985~1989年1t/d規(guī)模的NEDOL工藝開發(fā)裝置的建設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)。1991年開始150t/d中試規(guī)模的NEDOL裝置的設(shè)計。1996年完成建設(shè)試運(yùn)轉(zhuǎn)。1997~1998正式運(yùn)轉(zhuǎn)，累計進(jìn)煤6200h。第六十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日日本NEDOL工藝第六十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日NEDOL北京0.1t/d煤直接液化連續(xù)試驗裝置流程圖第六十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日日本NEDOL工藝NEDOL工藝采用鼓泡床反應(yīng)器，減壓蒸餾分離循環(huán)溶劑，并采用離線的固定床加氫反應(yīng)器對循環(huán)溶劑進(jìn)行加氫，液化催化劑采用超細(xì)粉碎的天然黃鐵礦（0.7μ）。由于全部采用加氫后的供氫性循環(huán)溶劑，煤漿性質(zhì)穩(wěn)定，煤漿濃度高，預(yù)熱容易，而且可以與高溫分離器氣相進(jìn)行換熱，熱利用率高，反應(yīng)條件緩和，典型的操作條件為反應(yīng)壓力19MPa，反應(yīng)溫度450℃。由于天然黃鐵礦硬度大，超細(xì)粉碎困難，成本高。第六十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日4.煤直接液化工業(yè)化新一代煤直接液化技術(shù)經(jīng)過中試（日處理煤炭百噸級）規(guī)模的驗證中國面臨煤直接液化的最好時機(jī)中國煤直接液化工業(yè)化應(yīng)注意的問題第六十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化工藝的確立1小型連續(xù)試驗裝置

日本稱為：BSU(benchscaleunit)美國稱為：CFU(continuousflowunit)德國稱為：PDU（processdevelopmentunit）每天處理煤炭數(shù)百公斤：驗證裝置的可操作性、確定產(chǎn)物的產(chǎn)率、催化劑和煤種適應(yīng)性、工藝參數(shù)的優(yōu)化等第六十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日煤直接液化工藝的確立2日處理噸級煤炭的連續(xù)試驗裝置日本稱為PDU或PSU美國稱為PDU進(jìn)一步驗證BSU確立的工藝流