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煤直接液化,煤液化方法之一。將煤在氫氣和催化劑作用下通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程。因過程主要採用加氫手段,故又稱煤的加氫液化法。

1沿革

煤直接液化技術早在19世紀即已開始研究。1869年,M.貝特洛用碘化氫在溫度270℃下與煤作用,得到烴類油和瀝青狀物質。1914年德國化學家F.柏吉斯研究氫壓下煤的液化,同年與J.比爾維勒共同取得此項試驗的專利權。1926年,德國法本公司研究出高效加氫催化劑,用柏吉斯法建成一座由褐煤高壓加氫液化製取液體燃料(汽油、柴油等)的工廠。第二次世界大戰前,德國由煤及低溫乾餾煤焦油生產液體燃料,1938年已達到年產1.5Mt的水平,第二次世界大戰後期,總生產能力達到4Mt;1935年,英國卜內門化學工業公司在英國比靈赫姆也建起一座由煤及煤焦油生產液體燃料的加氫廠,年產150kt。此外,日本、法國、加拿大及美國也建過一些實驗廠。戰後,由於石油價格下降,煤液化產品經濟上無法與天然石油競爭,遂相繼倒閉,甚至實驗裝置也都停止試驗。至60年代初,特別是1973年石油大幅度提價后,煤直接液化工作又受到重視,並開發了一批新的加工過程,如美國的溶劑精鍊煤法、埃克森供氫溶劑法、氫煤法等。

2埃克森供氫溶劑法

圖一

  圖一

簡稱EDS法,為美國埃克森研究和工程公司1976年開發的技術。原理是藉助供氫溶劑的作用,在一定溫度和壓力下將煤加氫液化成液體燃料。建有日處理250t煤的半工業試驗裝置。其工藝流程主要包括原料混合、加氫液化和產物分離幾個部分(圖1)。首先將煤、循環溶劑和供氫溶劑(即加氫后的循環溶劑)製成煤漿,與氫氣混合後進入反應器。反應溫度425~450℃,壓力10~14MPa,停留時間30~100min。反應產物經蒸餾分離后,殘油一部分作為溶劑直接進入混合器,另一部分在另一個反應器進行催化加氫以提高供氫能力。溶劑和煤漿分別在兩個反應器加氫是EDS法的特點。在上述條件下,氣態烴和油品總產率為50%~70%(對原料煤),其餘為釜底殘油。氣態烴和油品中 C1~C4約佔22%,石腦油約佔37%,中油(180~340℃)約佔37%。石腦油可用作催化重整原料,或加氫處理後作為汽油調合組分。中油可作為燃料油使用,用於車用柴油機時需進行加氫處理以減少芳烴含量。減壓殘油通過加氫裂化可得到中油和輕油。

3溶劑精鍊煤法

簡稱SRC法,是將煤用溶劑製成漿液送入反應器,在高溫和氫壓下,裂解或解聚成較小的分子。此法首先由美國斯潘塞化學公司於60年代開發,繼而由海灣石油公司的子公司匹茲堡-米德韋煤礦公司進行研究試驗,建有日處理煤50t的半工業試驗裝置。
圖2

  圖2

按加氫深度的不同,分為SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ兩種。SRC-Ⅰ法(圖2)以生產固體、低硫、無灰的溶劑精鍊煤為主,用作鍋爐燃料,也可作為煉焦配煤的粘合劑、煉鋁工業的陽極焦、生產碳素材料的原料或進一步加氫裂化生產液體燃料。近年來,此法較受產業界重視。SRC-Ⅱ法用於生產液體燃料,但因當今石油價格下降以及財政困難,開發工作處於停頓狀態。
兩種方法的工藝流程基本相似。最初用石油的重質油作溶劑,在運轉過程中以自身產生的重質油作溶劑和煤製成煤漿,與氫氣混合、預熱後進入溶解器,從溶解器所得產物有氣體、液體及固體殘餘物。先分出氣體,再經蒸餾切割出餾分油。釜底物經過濾將未溶解的殘煤及灰分分離。SRC-Ⅰ法將濾液進行真空閃蒸分出重質油,殘留物即為產品──溶劑精鍊煤(SRC);SRC-Ⅱ法則將濾液直接作為循環溶劑。固液分離採用過濾,設備龐大,速度慢。近年試驗採用超臨界流體萃取脫灰法,操作條件:壓力10~14MPa、溫度450~480℃。以煙煤為原料,SRC-Ⅰ法可得約60%溶劑精鍊煤,尚有少量餾分油。SRC-Ⅱ法可得10.4%氣態烴、2.7%石腦油及24.1%中質餾分油和重質油。

4氫煤法

圖3

  圖3

由美國戴納萊克特倫公司所屬碳氫化合物研究公司於1973年開發,建有日處理煤600t的半工業裝置。原理是藉助高溫和催化劑的作用,使煤在氫壓下裂解成小分子的烴類液體燃料。與其他加氫液化法比較,氫煤法的特點是採用加壓催化流化床反應器(圖3)。操作溫度 430~450℃,壓力20MPa,煤速240~800kg/(h·m3),催化劑補充量每噸煤為0.23~1.4kg催化劑。在以上條件下,約520℃的C4餾分油產率可達干煙煤的40%~50%(質量)。催化劑為顆粒狀鉬鈷催化劑。利用反應器的特殊結構,以及適當的煤粒和催化劑顆粒大小的比例,反應過程中殘煤、灰分及氣液產物,可以從反應器導出,而催化劑仍留於反應器內,為了保持催化劑活性,運轉過程需排放少量已使用過的催化劑(每天約1%~3%),由反應器頂部再補加新催化劑。採用流化床反應器的優點是,可保持反應器內溫度均勻,並可利用反應熱加熱煤漿。由反應器導出的液體產物可用石油煉製方法加工成汽油和燃料油。

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