煤炭液化技术包括煤炭直接液化和煤炭间接液化

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成绩中国矿业大学2011级本科课程考试试卷考试科目学科前沿讲座考试时间2014年12月学生姓名彭玉斌学生学号06112931所在院系化工学院任课教师周敏教授等多名教师 题目：煤炭液化技术煤炭液化技术摘要;煤炭液化技术包括煤炭直接液化和煤炭间接液化，是属于洁净煤技术的一种。文章简要论述了煤炭直接接液化技术和煤炭间接液化技术的化学反应机理和化学反应过程；回顾了液化技术的发展历史，国外煤液化技术的发展状况;介绍了我国煤碳液化的现状;展望今后煤炭液化的发展方向。关键字：煤炭；直接液化；间接液化所谓煤炭液化是指，固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。1煤炭直接液化概述煤与石油都是由碳、氢、氧为主的元素组成的天然有机矿物燃料。只是煤中氢含量及H/C原子比，较石油相比要低很多。要将煤转化为液体产物，必须在适当的温度、氢压、溶剂和催化剂的条件下，将煤中的大分子裂解为小分子，进而加氢稳定，降低H/C原子比，从而得到液体产物。1.1煤直接液化的化学反应一般认为煤直接液化的过程是煤在溶剂、催化剂和高压氢气存在下，随着温度的升高，煤开始在溶剂中膨胀形成胶体体系。煤进行局部溶解，并发生煤有机质的分裂、解聚，同时在煤有机质与溶剂间进行氢分配，于350~400℃左右生成沥青质含量较高的高分子物质。在此过程中主要发生煤的热解、自由基加氢稳定、自由基缩合以及氮、氧、硫元素杂元素的脱除等一系列反应。其主要反应是自由基的生成和加氢稳定。自由基稳定后可生成分子量小的馏分油，分子量大的沥青烯，及分子量更大前沥青烯。前沥青烯可进一步分解为分子量较小的沥青烯、馏分油和烃类气体。同样沥青烯通过加氢可进一步生成馏分油和烃类气体。如果煤的自由基得不到氢而它的浓度又很大时，这些自由基碎片就会互相结合而生成分子量更大的化合物甚至生成焦炭。 图1表示了煤热解产生自由基以及溶剂向自由基供氢、溶剂和前沥青烯、沥青烯加氢的过程：1.2煤直接液化技术的发展历程煤直接加氢液化一般是在较高温度，高压，氢气(或CO+H2,CO+H2O)、催化剂和溶剂作用下，将煤进行解聚、裂解加氢，直接转化为液体油的加工过程。其一般流程如图2所示:煤直接液化技术最早是由德国科学家研发的，二战期间德国煤直接液化装置总产量420万T/A。50年代后，中东地区大量廉价石油的开发，使煤液化(包括直接液化和间接液化)失去了竞争力。1973年后，由于中东战争，西方世界发生了一场能源危机，煤液化研究又开始活跃起来，德国、美国、日本、俄罗斯等国的煤化学家相继开发了煤炭液化新工艺，陆续成功地完成了日处理150-600t/d煤的大型工业性试验并进行了商业化生产厂的设计。其中最有代表性的工艺有：德国新工艺，又称为工GOR工艺;美国埃克森公司开发的供氢溶剂法((EDS);美国碳氢化合物公司的氢煤法(H-Coal) ;俄罗斯开发的低压加氢液化技术;日本开发的NEDOL烟煤直接液化技术。20实际80年代中期，各国开发的煤直接液化工艺都趋于成熟，工业化发展势头一度十分迅猛。然而此时，世界石油价格迅速下跌，煤液化工业化开发的热情也随之降温。进入21世纪后，我国石油进口量逐年增加，推到了我国国内煤直接液化技术的发展。在国外先进技术的基础上，我国开发了“神华煤直接液化工艺”。该工艺采用全部供氢性循环溶剂制备煤浆、强制循环悬浮床反应器、减压蒸馏分离沥青和固体，强制悬浮床加氢反应器等成熟单元组合。2004年8月“神华煤液化项目”批准开工建设，第一条年产100万t油品的生产线已经建成，并进行了试运行，产出煤液化产品油。1.3我国煤炭直接液化前景在我国现已探明的煤炭资源中，约12.5%为褐煤，29%是不粘煤、长焰煤和弱粘煤，还有13%的气煤，即低变质程度的年轻煤占总储量的一半以上。近年来，几个储量大且质量较高的褐煤和长焰煤田相继探明并投入开发。可见，在我国可供选择的直接液化煤炭资源是极其丰富的。发展煤炭液化技术是解决我国石油供需矛盾的一条重要途径，对于保障能源安全，促进经济可持续发展，具有现实和长远的意义。2煤炭间接液化概述煤炭间接液化是先将煤气化制成合成气(CO+H2)，在一定温度和压力下，定向地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。2.1煤间接液化技术的原理及工艺煤间接液化包括造气单元、F一T合成单元、分离单元、后加工提质单元等，其核心是合成反应单元。F-T合成反应可表示为如下形式:式(1),(2)为生成直链烷烃和1一烯烃的主反应;式(3)为生成醇、醛等含氧有机化合物的副反应;式(4)是F- T合成体系中伴随的水煤气变换反应（WGS反应)，它对F-T合成反应具有一定的调节作用。以上反应均为强放热反应。根据催化剂的不，可以生成烷烃、烯烃、醇、醛、酸等多种有机化合物。其反应机理如表1所示：间接液化的典型工艺流程如下:煤预处理一气化一合成气净化一F一T合成一粗油品加工一成品油2.2煤直接液化技术的发展历程煤炭液化已有百年科研基础。1913年，德国的Bei1s首先研究了煤的高压加氢，1927年从战略需要出发，德国在Leuna建立了世界上第一个煤炭直接液化厂，年产量达10万，1936} 1943年，德国又建成11套煤直接液化装置，到1944年生产能力达到423万，同一时期，英国、意大利及我国也相继兴建了规模不等的煤或煤焦油加氢工厂。20世纪40年代，德国曾建成9个煤炭间接液化(F一T)合成工厂。1955一1982年，南非在德国F一T合成技术的基础上，对工艺流程和催化剂作了改进，建成3个F-T合成油厂(SASOL-iv,SASOL一园SASOL一园，主要生产汽油、柴油、乙烯、醇、醛等130多种产品，总产量达到700多万t其中油品占601o，化工产品占4010。目前，这家公司的3个液化厂，年耗煤4600万t年产合成油品1000万L除南非的SASOL公司外，还有新西兰、马来西亚也已实现了煤炭间接液化商业化生产，新西兰采用的是Mobi颇化工艺，但只利用天然气或煤气化合成气生产甲醇，生产能力为1.25万桶/ki}}}o20世纪70年代，德、美、日、俄、荷兰等国都开展了煤炭液化新技术的研究，陆续完成了日处理150}600碟的大型工业性试验及工业化生产厂的设计工作。在工业先进国家，由于煤炭、设备、人工等价格因素，煤炭液化油的成本较高，所以美、德等国家没有进行商业化生产。南非煤炭资源丰富，煤价较低，加上人力成本也较便宜，从而使它的合成油具有相当的竞争力。近几十年来，美、德等国家积极开发高效益、低成本先进的煤炭液化工艺，以应对未来石油资源危机。在新型催化剂和联合工艺的开发上有较大进展，有的用1t煤可以生产4-5桶油，有的操作压力可以降到6-10MP。生产成本有所下降。20世纪70年代末，北京煤化学研究所开始与美、日、德等国合作进行煤炭直接液化技术研究，引进了3套连续煤炭直接液化试验装置，取得了许多有价值的研究成果。20世纪80年代初，山西煤化学研究所对传统F-T合成法进行了很大改进，开发了MFT法和9VIFT法，成功地获得了较高收率的高辛烷值汽油。1990年完成了C法模拟19.6亿元，然后进行产业化生产，建设年产52万帕品的煤基合成油厂，使煤一油一化成为潞安能化大集团的一个主导产业。2.3我国煤炭间接液化前景发展煤炭间接液化是保证我国煤炭工业可持续发、缓解环境恶化、解决石油短缺、优化能源结、保证能源供应安全的有效途径之一。技术虽已趋于成熟，但尚需在基础研究：煤炭液化工艺开发展构和经济性、环保性评价方面，做深入、细致的研究。 3煤炭直接液化与间接液化的对比3.1煤炭直接液化与间接液化的工艺对比3.2煤炭间接液化技术的经济性对比一般认为，同一煤种在既适合加氢液化工艺又适合煤基间接液化工艺的前提条件下，若两种工艺均以生产燃料油品为主线，则前者的经济效益将明显优于后者。带，液化技术的经济性影响因素很多，诸如工艺特征(投资影响)、原料价格和当地条件及知识产权(成本影响)、产业政策(税收影响)及产品结构和价格(销售影响)等。因此，不设定时空界限(或条件，简单讨沦间接液化和直接液化经济性优劣是没有意义的。4结语4.1无论是发展的煤炭直接液化还是间接液化，均没有简单定位在取代我国的全部石油进口，而在于减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及可能对经济发展产生的负面影响，同时应做到煤化工与石油化工在技术及产品方面的优势互补。4.2煤基间接液化及煤加氢直接液化不能以生产技术沦优劣，也不能简单从经济沦优劣，二者虽有共性的一面，但根本的Ix:别点在于各有其适用范围，各有其目标定位两种煤液化工艺没有彼此之间的排它性。4.3 不沦是间接液化还是直接液化，均需加大技术投入，加快发展自主知识产权，特别是核心技术及关键技术的自主知识产权(如间接液化的合成反应器及高效催化剂、直接液化的加氢反应器及催化剂等)，完全依附于他人，难免受制于人。4.4煤炭高效清洁利用，推进煤炭液化工艺的发展，坚持绿色生态煤炭工业是我国实现可持续发展的必由之路。参考文献[1]徐国玉，煤间接液化技术及其发展状况，神华集团煤制油公司2007[2]杨春明，煤直接液化和间接液化的经济分析，陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司2007[3]郭新乐，煤的直接液化与间接液化技术进展，合肥学院化学与材料工程系，2011[4]盖彩虹，艾晓玉，煤炭直接液化技术及其发展趋势，肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司，2011