煤炭直接加氫液化技術開發(fā)的幾點思考

李地久(中國神華煤化工有限公司鄂爾多斯分公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

煤炭直接加氫液化技術的開發(fā)經(jīng)過了不斷的改進，使得通過對循環(huán)溶劑和催化劑等方面在煤炭直接加氫液化技術中的應用，獲得其煤炭的有效開發(fā)研究。

1 煤加氫液化機理特點

煤加氫液化機理的研究需要從煤和石油在化學組成上最明顯的差別開始，首先煤的氫含量相對較低其氧含量相對大,使得H/C原子比偏低、O/C原子比偏高。產(chǎn)生了煤和石油的分子結構的差異,煤有機質(zhì)是由2到4個或更多的芳香環(huán)組合構成，并且呈空間立體構造結構的高分子類縮聚物體,但是煤中存在過多的無機礦物。石油的成分分析其主要由烷烴和芳烴以及環(huán)烷烴等烴類化合物構成。使得如果將煤轉化為液體產(chǎn)物需要把煤的大分子類縮聚物體裂解為相對偏小的分子結構，使得增加其H/C原子比，減少O/C原子比,并除去礦物質(zhì)產(chǎn)生具有一定純度的液化產(chǎn)物[1]。

2 煤在直接加氫液化過程中的化學反應分析

首先煤在溶劑中的加氫液化反應相對較為復雜和繁瑣，需要通過一系列順序反應和化學平行反應進行綜合的化學作用保障。需要對煤加氫液化反應的以下步驟有足夠的了解，將煤進行相應的熱解。當煤被加熱到所需溫度后，其結構中的弱鍵開始碎裂產(chǎn)生出自由基碎片狀物質(zhì)。在對這些產(chǎn)生的自由基碎片狀物質(zhì)進行加氫處理后[2]，熱解自由基碎片并不具有穩(wěn)定的效果,需要加氫結合后才能穩(wěn)定,其反應如式，∑R·+H→∑R。

而在供給自由基的氫源主要來自以下幾方面。需要考慮溶解于溶劑油中的氫在催化劑作用下轉換變?yōu)榛钚詺?，同時溶劑油可供給足夠的傳遞氫，并且在這種化學作用下，其煤本身可供應的氫通過煤分子內(nèi)部重新的組合。使得原有的結構發(fā)生一定的裂解進而縮聚放出的足夠的氫，最后在化學反應生成的氫物質(zhì)，通過化學公式可以表述為：CO+H2O→CO2+H2。

通過相應的脫氧和硫以及氮雜的化學反應，使得煤炭加氫液化產(chǎn)生對煤結構中的相應的氧和硫等物質(zhì)的斷裂發(fā)生,進而產(chǎn)生了H2O等物質(zhì)，而H2S和NH3被相應的去除了。通過化學縮合反應，在加氫液化化學反應的過程中，相對溫度偏高并且供氫量不滿足反應所需要求時，煤熱解的自由基碎片狀就不能有效的被氫和小分子自由基所相對穩(wěn)定住。會產(chǎn)生具有一定影響程度的化學縮合反應，產(chǎn)生半焦等高聚物體,此類物質(zhì)是煤加氫液化中不應該產(chǎn)生的物質(zhì)的反應[3]。

煤直接加氫液化過程是一個多種化學作用反應的過程。因而這種化學作用產(chǎn)物相對并不復雜，產(chǎn)生的液和固相產(chǎn)物卻不簡單，也不輕易可以有效的分離，在常用不同溶劑對其進行化學分離后,相應的分離流程通過定義產(chǎn)生正己烷可溶物,對分子質(zhì)量進行觀察可以得到，其相對分子質(zhì)量偏低的程度。而正己烷不溶而甲苯可溶物也可以成為瀝青烯，相對的分子質(zhì)量為500，甲苯不溶而四氫呋喃可溶物質(zhì)就可以成為前瀝青烯，對其分子質(zhì)量進行分析，處在1000左右。并產(chǎn)生相當數(shù)量的四氫呋喃不容物體，因而其通過相應的反應煤和催化劑等物質(zhì)，形成了縮聚類的半焦物質(zhì)。

3 煤加氫液化反應的過程

煤加氫液化反應的過程應如何通過化學反應方程式進行正確合理的表達一直沒有形成統(tǒng)一的認識。目前較為普遍的認識首先認為煤不是構成相對統(tǒng)一的反應物質(zhì)，其存在相對少量的液化構成，其中含有的有機高分子結構中的相對低分子物質(zhì)。其存在及其嚴重的惰性物質(zhì)成分。其次，整體的反應過程需要按順序進行，前期有少量的油體和氣體產(chǎn)生，但數(shù)量相對較少，在其溫和反應條件下數(shù)量更趨于偏低的狀況。并且，前瀝青烯以及瀝青烯是一種反應所產(chǎn)生的作用物質(zhì)，并不是一種偏向單一的化合物質(zhì)，其反應的階段以及相應的構成結構存在較大的差異，導致其整體的化學反應效果趨于緩慢，需要有相應的催化劑進行合理的作用。最后其結焦反應會相對出現(xiàn)，其會構成一定的影響。

4 煤直接加氫液化技術需要進行的思考

(1)原料煤的因素分析 需要對加氫液化原料煤進行不同指標的判定參考，首先是干燥無灰基原料煤的油體回收效率進行必要的參考。其次是對煤轉化形成的低分子產(chǎn)物的整體效率和速率進行評定，進而對其轉化的整體效果得出準確的估量，最后是直接加氫后的消耗程度。煤體的碳含量在相對低于86%以下即可進行液化的處理，其煤炭碳含量越小則反應的效率相對較快，在對液化反映的效率進行判定后，可以得出當含有的氧占其比重較大后，其在反應過程中更容易形成水。并對氫氣進行額外的消耗，使得整體的反應過程的成本開始增加，在對煤巖進行構成的分析可以得出，鏡煤與亮煤更容易產(chǎn)生反應作用，其絲炭結構是最難以被液化的。

(2)溶劑的因素分析 溶劑在煤炭加氫液化反應過程中，具有主導的作用，可以把固體煤中的分子狀態(tài)以及自由基碎片進行相對的溶解，使得產(chǎn)生的氣體發(fā)生相互抵消的化學作用。提高了煤以及固體催化劑的作用，進而提高了整體的液化反應過程。隨后在通過持續(xù)的提供氫氣會使得煤在熱作用下開始出現(xiàn)自由基碎片相對穩(wěn)定轉換，產(chǎn)生了能對熱解自由基碎片有聚合作用的阻止反應。使得其煤液體的轉化效率開始提高，進而減輕了氫的消耗程度，通過對煤質(zhì)的熱均勻傳導，可以有效的防治局部的熱產(chǎn)生，進而保證了溶劑和煤在形成糊狀后。通過泵進行的輸送轉移。需要從煤液化技術的有效開發(fā)進行研究，進而對其溶劑進行合理的改進。使得提高其供氫效果，已經(jīng)成為了溶劑開發(fā)的研究方向，進而需要對相互物質(zhì)在協(xié)調(diào)效應的作用過程進行研究。

(3)催化劑的因素分析 催化劑是通過煤糊在加氫作用下的液化效果得出的，首先通過活化反應使得改變氫分子的裂解過程，進而有效地降低氫和自由基碎片之間的反應程度，使得加氫液化的反應程度增加。并且，也可以有效的促進容易在對氫和氫源以及煤三者的作用下的傳遞影響，使得傳遞可以獲得更為高效率的反饋。最后，也對其不同的催化劑和相應的液體產(chǎn)物的回收效率獲得效果上的提升。

(4)液體和固體的有效分離因素分析 煤液直接的產(chǎn)出物質(zhì)是氣體和液體以及固狀的一種混合，需要進行有效的氣體和液體分離,才能產(chǎn)生需要的液固混合物。首先得出的混合物需要顆粒粒度很細膩，其整體的粒度分布從不到1μm到10μm之間。通過懸浮于殘液中混合物，呈現(xiàn)出部分呈膠體狀態(tài)。并通過黏度通常偏大,進而產(chǎn)生了瀝青烯等高黏度物質(zhì)的有效作用，需要進行合理的未轉化的煤等作用都會使黏度增大。最后，在固體顆粒和不同的液相之間的密度差額存在較小的范圍后，對其導致液化殘渣固和液分離困難的情況進行一定的認識。在對液和固分離以及液化殘渣的利用上，要進行整體工藝上的優(yōu)化。使得不直接影響液化工藝的操作整體過程,也會減低液化工藝的生產(chǎn)所需的投資成本。在對傳統(tǒng)的液和固分離的方法可以得出需要進行有效的過濾和相應的真空閃蒸，進行臨界溶劑脫灰處理。才能得出具有一定質(zhì)量特征的產(chǎn)生物質(zhì)。目前這種傳統(tǒng)的過濾法早在德國第一代煤液化生產(chǎn)工藝上的應用過程中，就開始被逐漸的替代。目前相對先進的過濾方法，在開發(fā)整體工藝上更傾向于采用真空閃蒸法進行處理，相對的優(yōu)點是循環(huán)油是其蒸餾油的替代，整體的過濾過程是不會產(chǎn)生瀝青烯體的。因而在用此過濾方法進行合理的配制煤漿過程中，其黏度會相應的降低，進而加氫反應性能可得到有效的改進。但較為明顯的缺點是殘渣中含有部分超過要求的重油,進而影響了液體產(chǎn)物的收率狀況。需要降低并回收閃蒸殘渣中的重油餾分。

5 結語

煤直接加氫的液化產(chǎn)業(yè)化的過程需要進行有效地工藝改進，并保障現(xiàn)有工藝和實際生產(chǎn)相互符合。要對其技術問題進行足夠的重視，使得我國的煤加氫液化大規(guī)模生產(chǎn)成為一種可能。

[1]毛學鋒.煤炭直接液化體系高溫高壓氣液相平衡研究[D].煤炭科學研究總院,2008.

[2]張瑞滋.內(nèi)蒙古煤制油項目的引進及其相關問題研究[D].內(nèi)蒙古師范大學,2009.

[3]馬斌.水熱和溶脹預處理及鐵催化劑對神華煤加氫液化的影響[D].大連理工大學,2010.