煤液化技术进展及展望(二)
责任编辑：cnlng 浏览：4647次 时间： 2009-08-14 13:00:00
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摘要: 2. 2. 2合成气的液化 预热的合成气经反应器底部进入，通过气体分布器均匀地向上进入到液态蜡及催化剂颗粒组成的浆态相中，在催化剂的作用下发生反应，反应放出的热通过分布在反应器内部的底管移出反应器。反应生成的轻组分从反应器顶部以气态形式离开反应器。 Saso..
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2. 2. 2合成气的液化 预热的合成气经反应器底部进入，通过气体分布器均匀地向上进入到液态蜡及催化剂颗粒组成的浆态相中，在催化剂的作用下发生反应，反应放出的热通过分布在反应器内部的底管移出反应器。反应生成的轻组分从反应器顶部以气态形式离开反应器。 Sasol公司生产液体燃料及化工产品最有前途的2种反应器为浆态床反应器和固定流化床反应器。浆态床反应器的主要优点是：结构简单，投资少，克服了反应尺寸、能力、压力等诸多方面的局限，传热效果好，反应温度易控制，产品分布易控制，催化剂可以在线加入与排出，催化剂用量少。 固定流化床反应器也称为改进的SYNTHOL反应器，它与Sasol公司的循环流化床反应器的最大不同是：不把催化剂输送到反应器的外面去，催化剂床层虽也因被合成气的气流携带而膨胀，但膨胀的催化剂床层限于反应器内，因而具有节省投资和提高热效率等优点。 2.3 日本的NEDOL工艺 日本于20世纪80年代初，专门成立了日本新能源产业技术综合开发机构（NEDOL)，负责“阳光计划”的实施，组织十几家大公司合作开发成功了新的NEDOL烟煤液化法。 该工艺的特点是：反应压力较低（17～19MPa),反应温度455～465℃，催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿，固液分离采用减压蒸馏；配煤浆用的循环溶剂单独加氢，可提高溶剂的供氢能力；液化油含有较多杂原子，必须提质后才能获得产品。 2.4 美国的HIT工艺 该工艺是两段催化法，采用近十年开发的悬浮床反应器和HIT拥有专利的铁基催化剂（GELCATTM)。其主要反应特点是：反应条件比较温和（温度440～450℃，压力为17MPa);采用特殊的液体循环沸腾床反应器，可达到全混反应模式；催化剂采用HIT专利制备的铁系胶状高活性催化剂，用量少；在高温分离器后面串联在线加氢固定床反应器，对液化油进行加氢精制；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，可从液化残渣中最大限度地回收重质油，从而提高液化油的收率。 2.5 Shell公司的SMDS技术 Shell公司开发的中间馏分油（SMDS）工艺由合成石蜡烃(HPS)和石蜡烃的加氢裂解或加氢异构化(HPC)两个反应过程制取发动机燃料。合成过程使用的是固定床反应器。该技术已于1993年在马来西亚建成了以天然气为原料、生产能力50万t/a的合成油工厂，主要产品为柴油、煤油、石脑油和蜡。 2.6 我国的煤间接液化工艺 中国科学院山西煤炭化学研究所于2002年6月建成投产了年产千吨级合成油的煤炭间接液化中试厂。其合成技术的主要特点为：采用浆态床反应器，在线补加催化剂，反应器的负荷率弹性大，反应条件控制和产品分布稳定；催化剂的制造成本比较低；系统的H2/CO比波动弹性大，适应性强、操作灵活性大；甲烷化率低，系统反应效率高；合成油产品中约70％以上为石蜡烃，柴油十六烷值高达70。 总之，国内外还有许多其他的煤间接液化工艺技术，且在近几年内发展也非常快，在世界各地有许多新的煤液化项目已经相继建立起来。但在我国发展还比较缓慢，有许多项目只是与国外合作或是在拟建之中。 3 煤液化技术的发展趋势 从目前中国已建和拟建的煤液化项目可以看出，我国采用的煤炭液化技术全部为中外合作研发或从国外引进，主体设备全部进口，对煤炭液化技术尚处于引进消化吸收阶段。国内的煤炭液化技术尚未达到工业化规模，在煤炭液化核心技术方面也无自主的知识产权，且煤炭液化成本受煤炭价格、相关产品石油价格、水资源以及技术风险等因素影响较大。因此，在充分吸收国外液化技术的基础上，研发先进的液化技术，并使之工业化，将成为我国今后液化技术的发展趋势。 3.1 新型催化剂的开发与使用 催化剂的使用可以使反应速度加快，液化过程的时间缩短，液化成本降低。催化剂的性能主要取决于金属的种类、比表面积和载体等。一般认为，Fe、Co、Ni、Ti、W等过渡金属对氢化反应具有催化作用。这是由于催化剂通过对某种反应物的化学吸附形成化学吸附键，致使被吸附分子的电子或几何结构发生变化，从而提高化学反应活性。所以在煤液化过程中，由于催化剂的作用产生了活性氢原子，又通过溶剂媒介实现了氢的间接转移，使液化反应顺利进行。 另外，与高分子合成技术相结合，采用低成本高活性供氢体或其他低成本还原剂如甲醇等替代氢气，配合自由基湮灭剂、阻聚剂，应是研发液化新技术的思路之一。 总之，目前世界上煤直接液化的催化剂正向着高活性、高分散、低加入量与复合性的方向发展，根据美国碳氧化合物技术公司的报告，在30kg/d的两段液化工艺实验中，加入高分散的胶体催化剂（含0.10%～0.50％的铁和0.005%～0.010％的钼），这比传统催化剂的常规加人量少得多。 3.2 新型溶剂的开发与使用 在煤的液化过程中，溶剂的使用具有重要的作用。溶剂可及时分散催化剂和反应物，防止热解产生的自由基聚合；还可以溶解氢气，从而促进煤的加氢；可使煤与催化剂及氢气更好地接触。国内外的文献指出，煤液化经历如下两个阶段：首先是煤的溶解阶段；其次是煤的溶解产物转化为产品油阶段。因此，在催化剂存在时，热溶解在第一阶段中占主导地位；在第二阶段催化剂促进了沥青烯等产物的加氢。因此结合煤液化的反应机理，开发对氢溶解度高的溶剂，对改进煤液化工艺有着重要的意义。 3.3 液化工艺和设备的革新 反应器内设置外动力循环方式来实现液化反应器的返混转动模式，以提高煤、催化剂和氢的混合程度，从而提高油收率；全馏分离线加氢，供氢溶剂配置煤浆，可实现长期稳定运转。 3.4 配煤技术的发展 研究和评价煤的液化特性，从我国丰富的煤炭资源中选择出适宜的煤种，是一项重要的基础研究工作，不仅关系到煤炭直接液化和间接液化的工艺指标和经济效益，而且直接影响到工厂的生产年限和建设地点。根据煤质分析，将不同的煤种采用不同的配煤方式，从而获得最大的液化率和最小的生产成本。 3.5 煤间接液化技术与煤化工技术的融合趋势 由于煤间接液化技术的中间产品种类繁多，部分中间产品生产化工产品较生产燃料更具优势，从而促进了煤间接液化技术与煤化工技术的融合趋势。 4 结束语 煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种要求高。典型的直接液化工艺是在高温、高压条件下，选择较合适的煤种催化加氢液化，产出含芳烃高的油，精制得到所需的油类产品。煤的间接液化操作条件比较温和，对煤种要求不高，生产出的油类产品比较清洁。先进的煤液化工艺应是在低能耗和低污染的条件下生产出清洁、高能的液体燃料和化工产品。总之，深入开展煤液化技术的基础研究工作，开发先进的煤液化工艺和技术，对解决能源短缺问题具有重要意义。 |
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