煤液化技術(shù)研究現(xiàn)狀分析與展望

摘要：本文通過對我國煤炭工業(yè)的分析，從煤液化技術(shù)發(fā)展概況、煤液化反應(yīng)機理、煤液化工藝方法、煤液化經(jīng)典技術(shù)和煤液化技術(shù)新進展五個方面對煤液化技術(shù)研究現(xiàn)狀進行了分析與展望。

關(guān)鍵詞：煤炭工業(yè)煤液化煤液化技術(shù)煤間接液化法

1 概述

作為潔凈煤技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的重點，煤液化技術(shù)使當(dāng)今中國引起了越來越多的關(guān)注。究其原因在于，首先，煤液化的兩種實現(xiàn)手段，無論是煤直接液化技術(shù)或煤間接液化技術(shù)，均具有較高的能效比，煤直接液化技術(shù)的能效比可以達到60%，而煤間接液化技術(shù)也可達到50-55%[1]；其次，煤液化技術(shù)可用于生產(chǎn)烴類燃料、甲醇、二甲醚、合成蠟、氨等多種下游的石油和化工產(chǎn)品；再次，研究發(fā)現(xiàn)煤可以實現(xiàn)與生物質(zhì)共液化[2]，選用不同的廢棄生物質(zhì)如塑料、紙、木屑等與煤進行共液化實驗，發(fā)現(xiàn)煤可在較低的溫度下液化。

2 煤液化技術(shù)發(fā)展概況

早在20世紀(jì)初期，德國就開始研究煤液化技術(shù)。1973 年的世界石油危機之后，煤液化技術(shù)進入了發(fā)展迅速的活躍期。這期間針對煤液化新工藝，德國、美國、日本等發(fā)達國家相繼開發(fā)幾十種，在不同程度上突破了工藝和技術(shù)。

3 煤液化反應(yīng)機理

3.1 直接液化機理 通常情況下，煤加氫液化機理就是采取措施讓煤受熱分解，同時產(chǎn)生自由基碎片，然后進行加氫處理，進而在一定程度上進行裂解，同時使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤轉(zhuǎn)化成低分子液態(tài)產(chǎn)物，以及少量的氣態(tài)烴。[3]

3.2 直接液化過程 在隔絕空氣、高溫400℃-450℃條件下，實現(xiàn)煤的熱解。在熱解條件下，通過加氫氣、催化劑，以及加壓等，進而在一定程度上生成各種液化油。

3.3 間接液化過程 270℃-350℃下煤首先氣化制成合成氣(H2和CO)，然后借助于催化劑的作用，在2.5MPa-

3.0MPa下加壓合成汽油。煤間接液化的一般步驟是：①煤的氣化；②合成氣的轉(zhuǎn)變；③粗合成氣的轉(zhuǎn)變；④合成反應(yīng)；⑤合成氣的加工。

4 煤液化工藝方法

4.1 直接液化技術(shù)分類

4.1.1 溶解熱解液化法。利用重質(zhì)溶劑和輕質(zhì)溶劑對煤熱解抽提，可制得不同的油類，分別對應(yīng)于低灰分的提取物和重質(zhì)油為主的油類。

4.1.2 溶劑加氫抽提液化法。常見于溶劑精煉法(SRC)和供氫溶劑法(EDS)中，特點是使用H2、壓力不高。其中溶劑主要是分散催化劑和反應(yīng)物。

4.1.3 高壓催化加氫法。德國的直接液化工藝、美國的氫煤法等在生產(chǎn)工藝方面一般都屬于高壓催化加氫法。

4.1.4 煤和渣油聯(lián)合加工法。在生產(chǎn)過程中，渣油作為溶劑，在一定條件下與煤一起通過反應(yīng)器，無需循環(huán)油。

4.1.5 干餾液化法。所謂干餾液化法，就是通過熱解煤，得到焦油，通過加氫對焦油進行處理，進一步進行裂解和提質(zhì)。

4.2 間接液化工藝分類

4.2.1 MTG合成技術(shù)。對于MTG過程，Mobil公司通過開發(fā)反應(yīng)器系統(tǒng)，對于固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等進行絕熱處理。

4.2.2 Mobil兩段法。在Mobil兩段法生產(chǎn)工藝中，在第一段漿態(tài)床反應(yīng)器的作用下，堿性鐵催化劑懸浮在液體介質(zhì)中，借助漿態(tài)床反應(yīng)器以鼓泡形式將合成氣進行反應(yīng)。

4.2.3 MFT兩段法。合成氣經(jīng)過凈化處理后，進入第一段反應(yīng)器進行反應(yīng)，在該反應(yīng)器內(nèi)裝有費-托合成催化劑，所生成的烴類、水，上述生成物隨即進入裝有分子篩催化劑的第二段反應(yīng)器，進行催化改質(zhì)反應(yīng)。

5 煤液化經(jīng)典技術(shù)

5.1 南非Sasol公司的煤間接液化 南非Sasol公司，目前F-T合成技術(shù)3個Sasol廠得到使用，并且每年用煤25Mt，生產(chǎn)出的液體燃料約5Mt。

5.2 日本NEDOL 工藝NEDOL的特點是：反應(yīng)壓力較低，反應(yīng)溫度為455℃-465℃，選用合成硫化鐵或天然硫鐵礦作為催化劑。

5.3 Shell公司技術(shù)Shell公司開發(fā)的中間餾分油(SMDS)工藝由合成石蠟烴(HPS)和石蠟烴的加氫裂解或加氫異構(gòu)化(HPC) 2個反應(yīng)過程制取發(fā)動機燃料。

6 煤液化技術(shù)新進展

6.1 開發(fā)使用新型催化劑在生產(chǎn)過程中，加入催化劑可以加快反應(yīng)速度，縮短液化過程時間，同時降低液化成本。

6.2 開發(fā)使用新型溶劑對于煤液化來說，主要經(jīng)歷：第一煤的溶解；第二是煤的溶解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品油階。

6.3 煤間接液化技術(shù)與煤化工技術(shù)的融合趨勢采用煤間接液化技術(shù)會產(chǎn)生多種中間產(chǎn)品，與生產(chǎn)燃料相比，部分中間產(chǎn)品生產(chǎn)化工產(chǎn)品更具優(yōu)勢。

7 結(jié)語

在生產(chǎn)過程中，直接液化工藝通常情況下需要在高溫、高壓條件下才能進行，并且需要選擇合理的煤種，同時進行催化加氫進行液化，這樣產(chǎn)出的油在一定程度上含芳烴比較高。

參考文獻：

[1]Liu，Z.Clean Coal Technology:Direct and Indirect Coal-to-

Liquid Technologies.InterAcademy Council Report， Amsterdam，the Netherlands，2005.

[2]Taghiei MM，F(xiàn)eng Z，Huggins FE，et al.Coliquefaction of Waste Plastics with Coal[J].Energy Fuels，1994，8(6):1228-

1232.

[3]胡發(fā)亭，胡勁飛，李克健.煤與廢塑料共液化技術(shù)研究概況[J].煤化工，2004(3):14-18.