簡述煤炭直接液化技術(shù)

杜佳龍

摘要：雖然我國對核能、太陽能、風(fēng)能等新能源增大了開發(fā)力度，但是未來占主導(dǎo)的核聚變能和太陽能技術(shù)遠未成熟。即使到2020年全部實現(xiàn)核能計劃，核能的發(fā)電能力也不足國家發(fā)電能力的5%，太陽能、風(fēng)能印技術(shù)和難以普及使用且資金昂貴等問題，短期內(nèi)的大規(guī)模利用也不現(xiàn)實。因此，煤液化技術(shù)將是我國現(xiàn)階段和未來能源開發(fā)的重點內(nèi)容之一。

關(guān)鍵詞：直接液化;環(huán)境保護;減少污染;NEDO工藝

一、引言

隨著煤炭資源的不斷減少，合理利用現(xiàn)有煤炭資源問題變得更加突出，如何使煤炭資源得到最大化的利用成為現(xiàn)在研究的主要問題。潔凈煤技術(shù)的開發(fā)利用就顯得更加重要，而在潔凈煤技術(shù)里煤炭的直接液化則是其中的重要組成部分。

二、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的煤制油技術(shù)研究始于20世紀50年代，中國煤炭研究總院于1980年重啟煤直接液化技術(shù)的研究。1997年以來，我國先后引進了德國、美國和日本的煤炭液化技術(shù)，對我國不同煤種進行了試驗，進行了建設(shè)煤炭液化示范廠的可行性研究工作。目前，我國沒有使用煤間接液化技術(shù)生產(chǎn)石油的現(xiàn)代工業(yè)化經(jīng)驗。本世紀初，中國煤炭研究總院和神華集團合作開發(fā)了具有世界先進水平的高分散鐵質(zhì)催化劑。目前，神華集團在上海建成了一套日加工原煤6噸的PDU試驗裝置，各項指標達到設(shè)計要求。神華煤在美國HTI的PDU裝置試驗表明，用HTT煤液化工藝對上灣煤液化可得到達到63%-68%的油收率。神華上灣煤液化廠建在馬家塔，其規(guī)模為年液化用煤559萬噸，氣化用煤170萬噸，動力用煤95萬噸，合計年用煤824萬噸。年產(chǎn)汽油、柴油、石腦油和LPG等共計300萬噸，其中一期100萬噸級生產(chǎn)線已于2005年開工。原計劃2007年建成投料試車，2011年建成300萬噸/年的生產(chǎn)線。

三、主要技術(shù)原理

根據(jù)煤炭與石油化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的區(qū)別，要把固體的煤轉(zhuǎn)化成液體的油，煤炭液化必須采用以下四個步驟：

（一）將煤炭的大分子機構(gòu)分解成為小分子;

（二）提高煤炭的H/C原子比，使其達到是有的H/C原子比水平;

（三）脫除煤炭中的氧、氮、硫等雜原子，是惡化有的質(zhì)量達到石油產(chǎn)品的標準;

（四）脫出煤炭中的無機礦物質(zhì)。

煤和石油都是由古代生物在特定的歷史條件下， 經(jīng)過漫長的地質(zhì)化學(xué)演變而成的。煤和石油的本質(zhì)區(qū)別就在于：煤的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的碳原子和較少的氫原子，與煤相比，石油的分子結(jié)構(gòu)中氫原子多而碳原子少。通過加氫，改變煤的分子結(jié)構(gòu)，煤就可以液化變成油。早在1913年，德國化學(xué)家柏吉烏斯首先研究成功了煤的高壓加氫，為煤的直接液化奠定了基礎(chǔ)。煤的分子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它的有機質(zhì)是具有不規(guī)則構(gòu)造的空間聚合體，其基本結(jié)構(gòu)單元是以縮合芳香環(huán)為主的帶有側(cè)鏈或官能團的分子結(jié)構(gòu)， 結(jié)構(gòu)單元之間又有各種橋鍵相連。作為結(jié)構(gòu)單元的縮合芳香環(huán)的環(huán)數(shù)有多有少，平均為2～3個，有的芳環(huán)上還有氧、氮 、硫等雜原子，結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵也有不同形態(tài)，有碳碳鍵、碳氧鍵 、碳硫健 、氧氧鍵等。從煤的元素組成看，煤的氫碳原子比小于1，而石油的氫碳原子比是1.8左右。所以，要使煤轉(zhuǎn)化成油， 就要對煤加氫 。

煤炭加氫液化后剩余的無機礦物質(zhì)和少量未反應(yīng)的煤還是固體狀態(tài)。可應(yīng)用各種不同的固液分離方法把固體從液化油中分離出去。常用的有減壓蒸餾、加壓過濾、離心沉降、溶劑萃取等固液分離方法。

煤炭經(jīng)加氫液化產(chǎn)生的油含有較多的芳香烴，并含有較多的氧氮硫等雜原子，必須在經(jīng)過一次提質(zhì)加工，才能得到合格的汽油、柴油等產(chǎn)品。液化油提質(zhì)加工的工程還需要進一步加氫，通過脫出雜原子，進一步提高H/C原子比，把芳香烴轉(zhuǎn)化成環(huán)烷乃至鏈烷烴。

四、應(yīng)用情況

世界上有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點是煤炭液化的反應(yīng)條件比老液化工藝大為緩和，生產(chǎn)成本有所降低，中間放大試驗已經(jīng)完成。目前還未出現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)廠，主要原因是生產(chǎn)成本仍競爭不過廉價石油。今后的發(fā)展趨勢是通過開發(fā)活性更高的催化劑和對煤進行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進一步降低生產(chǎn)成本。

（一）德國IGOR工藝

1981年，德國魯爾煤礦公司和費巴石油公司對最早開發(fā)的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進行了改進，建成日處理煤200噸的半工業(yè)試驗裝置，操作壓力由原來的70兆帕降至30兆帕，反應(yīng)溫度450～480 攝氏度： 固液分高改過濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘渣中氣化制氫，輕油和中油產(chǎn)宰可達50%。

工藝特點：把循環(huán)溶劑加氫和液化油提質(zhì)加工與煤的直接液化串聯(lián)在一套高壓系統(tǒng)中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來的能量損失，并在固定床催化劑上使土氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的損失量降到最小。投資可節(jié)約20%左右，并提高了能量效率。

（二）日本NEDOL工藝

由煤前處理單元、液化反應(yīng)單元、液化油蒸餾單元及溶劑加氫單元等4個主要單元組成。

工藝特點：反應(yīng)壓力較低，只有17兆帕～19兆帕，反應(yīng)溫度為430攝氏度-465攝氏度：催化劑采用合成硫化鐵或天然硫鐵礦：固液分離采用減壓蒸餾的方法;配煤漿用的循環(huán)溶劑單獨加氫，以提高溶劑的供氫能力：液化油含有較多的雜原子，還須加氫提質(zhì)才能獲得合格產(chǎn)品。

五、結(jié)論與展望

隨著全球范圍內(nèi)環(huán)境越來越差，人類對環(huán)保的呼聲和要求越來越高，作為能源利用領(lǐng)域主要技術(shù)之一的潔凈煤技術(shù)也需要與時俱進，充分利用理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新以及引進技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新來不斷優(yōu)化、升級、完善現(xiàn)有潔凈煤技術(shù)，使技術(shù)快速更新?lián)Q代，以大幅降低水、原料、電的消耗，減少污染，提高產(chǎn)能，增強能量循環(huán)利用效率，減少占地面積和設(shè)備體積，以期最大限度地縮短工期，增加企業(yè)利潤。

煤炭是我國長期依賴的第一能源，同時煤炭利用又是空氣污染的主要污染源。潔凈煤技術(shù)的大力推廣和應(yīng)用可以大幅度提高煤炭的綜合利用效率，減少污染物的排放，并且可以有效的把煤炭轉(zhuǎn)化為液體、氣體燃料，保障我國的能源安全，因此潔凈煤技術(shù)是通向未來能源的橋梁。在我國，大力開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用潔凈煤技術(shù)是當(dāng)前我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，也是我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，對以煤炭為主要能源的中國來說，更是具有極其重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]郝臨山，曾凡桂.潔凈煤技術(shù)，2009.

[2]韓建光，朱廣輝，韓臻.潔凈煤新工藝技術(shù)[J].煤礦現(xiàn)代化，2009.

[3]唐慶杰，王育華.潔凈煤技術(shù)，中國能源發(fā)展的必然選擇[J].中國礦業(yè)，2007.

[4]劉典福，魏小林，盛洪至，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，促進我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].工業(yè)技術(shù)，2009.

[5]吳春來，金嘉璐，煤炭直接液化技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化前景[J].中國煤炭，2002.

[6]崔意華，謝欣馨，楊云龍，潔凈煤技術(shù)發(fā)展思路探討[J].化肥設(shè)計，2012.