煤直接液化技术的工艺进展

煤直接液化技术的工艺进展

韩林1,秦萌萌1,刘祺1,杨来来1,宋兰兰1*,于跃2*

临沂大学化学化工学院1 青岛理工大学2  山东临沂 276000

摘要:中国是一个“富煤、少油、少气”的国家，煤炭产量和消费量居世界首位。因此，改进和推广煤炭液化石油气技术，可以优化我国资源产业结构，进一步发挥煤炭资源优势，对弥补我国煤炭资源短缺具有重要意义。本文主要对煤炭直接液化发展历程、典型工艺介绍、工艺参数影响等方面进行了论述。

关键词：能源；煤直接液化工艺；加氢反应

中国是一个“富煤、少油、少气”的国家，煤炭产量和消费量居世界第一位。煤炭储量大，价格相对稳定，已成为中国发电的首选燃料。煤炭约占一次能源消费结构的60%，而石油资源短缺也将煤炭向石油生产的转变提上了议事日程。煤制油是以煤为原料，通过化学工艺生产石油和石化产品的技术。煤直接液化是煤在高温高压下直接催化加氢液化合成液态烃燃料。该液体产品具有产率高的优点，但也具有反应和操作条件苛刻、杂质含量高、十六烷值低的特点[1]。因此，进一步加强煤制油技术的研究成为近年来研究重点。

一、煤直接液化发展历程

1973年世界石油危机期间，各国相继开发了多种第二代煤直接液化工艺，如氢煤法、溶剂精制煤法、供氢溶剂法、日本和德国的新工艺。这些技术普遍存在反应选择性差、气态烃、耗氢量大、成本高、固液分离技术不成熟、铁催化剂的活性不够好、钴镍催化剂的成本较高等缺点。后期各国主要是从降低水解液化压力方面入手提高了煤炭直接液化工艺的整体效益。

目前，几个主要工业国家正在继续研究和开发第三代煤炭直接液化技术，该技术具有反应条件温和、产油率高、成本相对较低的特点。世界上最典型煤直接液化技术包括：美国的氢煤工艺（H-Coal）、美国溶剂精制煤工艺（SRC）、埃克森供氧溶剂工艺（EDS）、德国IGOR工艺、日本烟煤液化工艺等。

二、煤直接液化的工艺进展

（一）煤直接液化的工艺过程

煤液化炼油工艺是煤气化、空分、急冷、转化、脱硫脱碳、煤氢化、液化油分离、馏分氢化等各种工艺的组合。首先对原料煤进行破碎，经过各种工艺后，与溶剂和催化剂一起搅拌制备煤浆。然后在各种条件下满足煤液化油的需要后，将煤浆送入加氢反应单元，在加氢单元中进行加氢反应，然后再得到粗品液化油。之后，将此前反应得到的粗品液化油和残渣进行分离，进行小部分气体生成物的分离作业，分离的重油可以作为溶剂继续循环。最后在高温、高压条件下分馏液化油作为各种油品和化学品用剂。

（二）煤直接液化的几种典型工艺

德国IGOR工艺：德国的公司在20世纪末改进了原来技术（IG），形成了更为先进的IGOR技术。反应压力由70MPa降至30MPa，反应温度450℃~480℃，并将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产率可达50%。

美国HTI工艺：该技术是在两段催化液化法和H-Coal技术基础上发展起来的，该煤炭直接液化技术还使用了近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利，反应压力为17MPa，反应温度为450℃[2]。，

日本NEDOL工艺：反应压力为19MPa，反应温度为460℃。它是EDS供氧溶剂工艺（美国）与IGOR工艺（德国）的组合体，集聚了“溶剂分解法”、“直接加氢法” 和“溶剂萃取法”这三种烟煤液化法的优点，适用于从次烟煤至煤化度较低的广泛煤种。

俄罗斯FFI工艺:该工艺以褐煤和烟煤为原料煤，俄罗斯在20世纪70~80年代研制的低压6MPa~10MPa技术，反应温度425~435℃。1983年建成了处理煤量为5~10t/d的中试验装置，并完成了年产50万吨油品的煤直接液化厂工程设计[3]。

（三）煤直接液化主要影响因素

1.煤种的影响

首先是煤中灰分比例一般要<5%，煤的可磨性要好；其次煤中氢含量一般要>5%并且越高越好，而氧含量则是越低越好，煤中S、N等杂原子含量也是越低越好；而且煤直接液化技术要求将煤磨成200目左右的细粉，并将水分干燥至<2%。此外煤岩的组成也是煤液化的重要指标，镜质组分越高煤的液化性能越好，但是丝质组分含量越高煤液化性能越差[4]。

煤中有机质是评价原料煤直接液化性能的重要指标，含碳量<85%的煤几乎都可以进行液化。反应的难易程度：泥炭＜年轻褐煤＜高挥发分烟煤＜中等挥发分烟煤＜低挥发分烟煤。除煤的变质程度以外，煤的化学组成和岩相组成对煤液化也有很大影响。

2.氢气氛的影响

工艺、原料煤和产品不同，氢耗也不同。一般产品重时氢耗量低，大约在5%左右。消耗的氢有40%～70%转入C1～C3气体烃，25%～40%用于脱除杂原子，而转入产品油中的氢不多。

三、结语

煤直接液化是解决国家能源危机的有效方式，煤直接液化可以对原料煤进行化工学加工操作，保障煤产品的资源价值、经济价值、环保价值。我国要自主研发出适合本土煤炭开发的工艺方案，在国内全面推广与利用此种工艺，从而保障煤直接液化技术的高效利用。

参考文献:

[1]张玉卓. 中国神华煤直接液化技术新进展[J]. 中国技术产业, 2006,(2):32-35.

[2]高辉, 杜伟东, 王爽, 纵秋云. 神华宁煤煤制油项目变换工艺的选择与应用[J]. 氮肥与合成气, 2021,  49(05):22-25.

[3]李赞忠, 乌云. 煤液化生产技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2009.

[4]方玉虎, 王鹏伟, 李生鹏, 汪亚斌, 党宏伟. 不同浓度煤与油浆共炼研究[J]. 炼油与化工, 2022, 33(01):20-22.

作者简介：韩林（2002-），女，汉族，山西省朔州市，临沂大学化学工程与工艺本科生，研究方向：多相催化。