煤的液化技术_科普之友

煤的液化，主要是生产液体燃料和高附加值化工产品，以此来替代部分石油产品，补偿我国石油资源的短缺。
　　
　　煤的液化有两个途径:其一是使(脱硫)煤在高温、高压条件下与H2反应，直接转化为液体燃油，即煤的直接加氢液化;其二是先使(脱硫)煤气化生成(CO+H2)合成气，再由合成气合成液体燃油，即煤的间接液化。
　　
　　1.煤直接加氢液化
　　
　　3.1.1煤加氢液化的反应机理
　　
　　煤的加氢液化与热解有直接关系。主要反应可用以下方程式表示:
　　
　　R-CH2-CH2-R’＝R-CH2·+R’-CH2·
　　
　　R-CH2·+R’-CH2·+(H2――2H)＝R-CH3+R’-CH3
　　
　　煤加氢液化过程中，H2的主要来源:①溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢;②溶剂油提供或传递的氢;③化学反应(CO+H2OCO2+H2)生成的氢;④煤本身提供的氢。煤中的O、N、S等原子，逐步生成CO2、CO、H2O、H2S、NH3等。
　　
　　1.2煤加氢液化的反应产物
　　
　　煤加氢液化后所得的并非是单一的产物，而是组成十分复杂的气、液、固三相共存的混合物。按照各步产物在不同溶剂中的溶解度的不同，需对液、固相产物进行分离。参见图2煤加氢直接液化产物分离流程示意图。
　　

　　图2煤加氢直接液化产物分离流程示意图
　　
　　1.3我国煤加氢直接液化技术开发现状
　　
　　20世纪80年代，我国煤炭科学研究总院就开始对煤加氢直接液化工艺的研究与开发。随着我国国民经济和科学技术的不断发展，现已建成颇具规模的煤加氢直接液化、油品改质加工实验室。通过对上百个煤种的煤加氢液化试验，筛选出了15种适合于液化的煤，其液化燃油收率达50%以上。2001年，我国煤炭科学研究总院与德国签订了云南先锋煤液化厂可行性研究项目协议，并完成了这一项目的可行性研究报告。拟建的该煤液化厂处理(液化)褐煤约2.6×109kg/a，气化制氢(含发电1.7×105kW)用原煤约2.5×109kg/a，合计约5.1×109kg/a。云南先锋煤液化厂建成后，可生产汽油约3.5×109kg/a、柴油约5.3×108kg/a、液化石油(煤)气约6.8×107kg/a、合成氨约3.9×107kg/a、硫磺约2.5×107kg/a、苯约8.8×106kg/a。另，我国首家大型神华煤直接液化项目的可行性研究，2002年已进入实地评估阶段，厂址设在内蒙古自治区鄂尔多斯市境内的上湾、马家塔、松定霍洛3地。神华煤直接液化项目的生产设计规模为5.0×109kg/a成品燃油，投资2.5×1010元～2.7×1010元(人民币)，分二期建设。2003年4月已开始施工，2008年底一期工程建成投产。该项工程的实施，是将我国丰富的煤炭能源转变成相对紧缺的石油能源的一条新途径，并对我国能源结构的调整，国民经济的昌盛繁荣等产生重要的促进作用。
　　
　　2煤的间接液化技术
　　
　　利用上述的合成气(CO+H2)，再由合成气经费-托(Fischer-Tropsch)和“合成气-甲醇-汽油(MTG)的Mobil工艺”生产液体烃类的“煤间接液化技术”，20世纪50年代和80年代，已分别在南非和新西兰实现了工业化装机(原理[7]从略)。20世纪80年代，我国“中科院山西煤化所”也开始对铁基、钴基两大类催化剂F-T合成燃油煤间接液化技术的研究与工程开发，完成了2.0×106kg/a规模的煤基合成燃油工业实验(5.0×103kg煤可合成约1.0×103kg成品燃油)。按该工程项目的(初始远景)规划，2005年建成一个万吨级的“煤间接液化装置”;2008年建成一个百万吨级的“煤间接液化大型企业”。另据报道，总投资约8.5×1010元(人民币)的朔州连顺能源公司5.0×109kg/a规模的“煤间接液化技术”项目，最近已进入实质性的开发阶段，2005年建成投产。届时，将生产出包括辛烷值不低于90#且不含S、N元素的合成汽油及合成柴油等在内的近500种相关的化工产品。
　　
　　特别指出的是，我国能源专家针对上述“MTG工艺”中存在的几个不足之处[①合成甲醇与甲醇转化分开进行，耗能增加;②当前煤气化炉产生的合成气中n(CO)∶n(H2)=1∶(0.5～0.7)，而生产甲醇所需n(CO)∶n(H2)=1∶2的原料气;③甲醇合成的单程转化率不高，提高循环量，耗能增加]，开发研究出与我国煤型相匹配的“MFT合成汽油新工艺”，即把F-T合成和用ZSM-5型催化剂(微孔型的晶体硅铝酸盐，具有规则的孔隙结构。晶体中有直、弯2个通道，其通道直径均为0.5nm～0.6nm，恰与C10烃分子直径相当。C10以下的烃分子能通过ZSM-5型催化剂晶体通道，而限制了链的增长。这样的产物均为C5～C10烃，正好是汽油馏分)改质组合而成的工艺。工艺过程分2个阶段，第一阶段由F-T合成生成C1～C40宽馏分烃类，产物与未转化的原料气一并进入第二阶段;用ZSM-5型催化剂改质，使产物(烃分子)分布由原来的C1～C40缩小到C1～C10。通常情况下，1m3合成气(CO+H2)可得汽油100g～110g，汽油收率约为76.3%，其辛烷值在85以上。