煤制油液化化工工藝的探討

任生龍

[摘 要]近年來，煤制油液化化工工藝得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，研究其相關(guān)內(nèi)容有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了直接液化工藝以及間接液化工藝，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)二者進(jìn)行了充分的比較分析，闡述了個(gè)人看法。

[關(guān)鍵詞]煤制油液化；化工工藝；分析；比較

中圖分類號(hào)：TE665；TQ530 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）06-0031-01

一、前言

作為一項(xiàng)實(shí)際操作要求較高的化工工藝，煤制油液化化工工藝在近期得到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升煤制油液化化工工藝的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化該項(xiàng)工作的整體效果。

二、概述

近些年來，我國(guó)政府和相關(guān)部門日益重視能源的多元化發(fā)展，意欲探究出代替石油的能源產(chǎn)業(yè)。我國(guó)的石油能源一直在世界能源市場(chǎng)供應(yīng)上處于主導(dǎo)地位，鑒于上述因素，為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)與潮流，諸多石油的替代工藝悄然而生，這些技術(shù)主要涵蓋煤制油、煤制烯烴、生物柴油、燃料乙醇等等。其中，煤制油在替代工藝上被證明更加突出且被廣泛應(yīng)用。

在能源的供應(yīng)與利用方面，德國(guó)具有先見之明，早在十九世紀(jì)三十年代末，便存在石油能源供應(yīng)緊張的問題，那是德國(guó)便首先研制和開發(fā)這種煤制油的技術(shù)與工藝。后來石油危機(jī)在全世界爆發(fā)，被擱置的煤制油的液化技術(shù)重新登上歷史舞臺(tái)，并且暫露頭角，技術(shù)相對(duì)成熟先進(jìn)的德、日、美，在現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的前提下，在降低成本的利益推動(dòng)下，將一種更加新型的煤直接液化的工藝推上歷史舞臺(tái)，這種新的技術(shù)工藝操作進(jìn)行所要求的反應(yīng)條件的苛刻度得到降低，這便大幅地節(jié)約了成本，但是即使這樣其成本仍然遠(yuǎn)高于廉價(jià)的石油開采生產(chǎn)。

三、直接液化的工藝原理

1.直接液化的過程

煤炭的構(gòu)成很復(fù)雜，煤炭中的有機(jī)物主要有碳、氫、氧、少量氮、硫、磷等元素構(gòu)成。煤的分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜那么代表煤化程度越深，但都以芳核為主，含烷基側(cè)鏈、氧、氮、硫基團(tuán)、近似組成為（C135H97O9NS）n。煤直接從固體狀態(tài)加工成液體燃料需要在高溫、高壓下通過加氫液化形成，這一工藝過程，分為三個(gè)不可逆環(huán)節(jié)。

（一）煤受熱分解。將煤加溫到超過300℃，這時(shí)受熱后的煤，大分子結(jié)構(gòu)中較弱的橋鍵開始斷裂，煤分子結(jié)構(gòu)被打碎，即刻產(chǎn)生大量自由基，或者產(chǎn)生大量以結(jié)構(gòu)單元為基體的自由基碎片，自由基的相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)百范圍。

（二）加氫液化。受熱形成自由基的煤，在高壓下加入氫氣或者加入氫溶劑，就會(huì)轉(zhuǎn)化成液化油分子、瀝青烯。

（三）瀝青烯及液化油分子被繼續(xù)加氫裂化生成更小的分子。

2.直接液化工藝流程

（一）原料煤炭的準(zhǔn)備。文章前面已經(jīng)說明直接液化對(duì)煤炭的質(zhì)量與種類有相對(duì)嚴(yán)苛的要求，所以原料準(zhǔn)備這一工作極為重要，只是部分的褐煤和長(zhǎng)焰煤才能滿足要求，同時(shí)準(zhǔn)備原料環(huán)節(jié)要將煤炭進(jìn)行搗碎和干燥處理。

（二）煤漿準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)通俗來講，便是把煤炭進(jìn)行高達(dá)300℃的加熱加溫，這樣固體的煤炭便會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的分解，形成自由基狀態(tài)。

（三）加氫處理，實(shí)現(xiàn)液化。這項(xiàng)工作要在高溫高壓下，在煤漿中施放氫氣或者氫氣混合物質(zhì)，把煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)橛头肿印r青烯。

（四）固體與液態(tài)的分離。直接液化的煤制油只有70%的燃油產(chǎn)出率，其余都是固態(tài)殘?jiān)?，要?jīng)過分離才能將燃油提取。

（五）氣體凈化。經(jīng)過直接液化處理的煤炭，因?yàn)榻?jīng)歷了化學(xué)反應(yīng)，所以其中含有氫氣，煤制油和液化殘?jiān)４藭r(shí)應(yīng)該采用凈化工藝，完成對(duì)氫氣的提取。

（六）液態(tài)煤的分餾和提煉。反應(yīng)剛剛結(jié)束的粗油，其中有石腦油餾和很多芳烴，此時(shí)對(duì)其進(jìn)行加氫處理，可以制成高辛烷值汽油和豐富的芳烴原料，這些都是質(zhì)量?jī)?yōu)良的潔凈燃料。同時(shí)剛剛制備的液態(tài)油中其中有半數(shù)的中油，它包含高達(dá)70%的芳烴，經(jīng)過更深層次的加氫處理后變形成品質(zhì)合格的柴油。

（七）將殘?jiān)夯幚韺?shí)現(xiàn)氫氣制備。對(duì)于加工成本和難度較大的殘?jiān)?，要?jīng)過特殊的技術(shù)工藝可以用來制備氫氣。

四、煤間接液化制油技術(shù)的核心工藝

1.選擇原料煤

煤間接液化制油技術(shù)對(duì)于煤質(zhì)有以下幾點(diǎn)要求：其一，煤灰分應(yīng)小于13%；其二，煤水含量要低，應(yīng)具有良好的可磨性，可快速制粉；其三，煤要具有良好的成漿性能，滿足水煤漿制氣工藝要求，水煤漿濃度應(yīng)高于60%；其四，滿足煤氣化要求，應(yīng)具有較高的灰熔點(diǎn)。雖然煤間接液化制油技術(shù)對(duì)于煤炭資源具有廣泛的適應(yīng)性，但是還應(yīng)該考慮到最大化經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)不同煤種，采用不同氣化方法，并且做好原煤的降低硫分和灰分以及洗選加工環(huán)節(jié)。

2.F-T合成反應(yīng)器

F-T合成反應(yīng)器是煤間接液化制油技術(shù)的關(guān)鍵核心，其在工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用主要有漿態(tài)床、流化床和固定床。

（一）漿態(tài)床反應(yīng)器。漿態(tài)床反應(yīng)器具有潛在的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和良好操作性，被公認(rèn)為是最佳F-T合成反應(yīng)工藝。漿態(tài)床反應(yīng)器可用來生產(chǎn)蠟產(chǎn)品和柴油，蠟產(chǎn)品是一種直鏈烷烴，不含有對(duì)人體有損壞的芳環(huán)烴，熔點(diǎn)較高[2]；柴油是一種高十六烷值并且無硫的產(chǎn)品。這些優(yōu)點(diǎn)使得漿態(tài)床反應(yīng)器在煤間接液化制油工藝中發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過漿態(tài)床反應(yīng)器產(chǎn)生的烴，經(jīng)過加工處理后即可得到煤油、柴油、汽油德國(guó)，還可生產(chǎn)硬蠟，其尾氣經(jīng)過深冷分離處理后可獲得低碳、高附加值的烯烴，在經(jīng)過齊聚反應(yīng)后，可提高油品收率，也可以形成合成氣生成合成烴，用于合成甲醇、合成氨或者燃料氣等。在我國(guó)石油化工領(lǐng)域，油品加工技術(shù)比較成熟，由F-T合成產(chǎn)生的烴基本不含雜環(huán)芳烴、氮和硫等雜質(zhì)，加工成本很低，加氫深度不高，但是需結(jié)合F-T合成烴的特點(diǎn)，研發(fā)相應(yīng)的催化劑。

（二）流化床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器可以分為固定流化床和循環(huán)流化床，在產(chǎn)物分布、移熱性能、生產(chǎn)能力等方面，流化床反應(yīng)器具有明顯優(yōu)勢(shì)。循環(huán)流化床主要是氣流攜帶細(xì)粉催化劑進(jìn)行上升反應(yīng)，在支管中受到旋風(fēng)影響不斷沉降分離，在催化劑反應(yīng)下循環(huán)，循環(huán)流化床的合成氣轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%，氣體中含有大量汽油餾分烴類，蠟和輕油生產(chǎn)量較少。固定流化床主要是氣流中的催化劑懸浮反應(yīng)，其具有良好的床層等溫性和較高的油選擇性，反應(yīng)器投資造價(jià)較低，適用于高溫F-T合成。

（三）固定床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器工藝比較簡(jiǎn)單，對(duì)于液態(tài)、氣態(tài)或者混合態(tài)的F-T合成產(chǎn)物對(duì)于環(huán)境溫度要求較低，不需要考慮液態(tài)產(chǎn)品和催化劑分離的問題，并且液態(tài)產(chǎn)物易從反應(yīng)器出口氣流中跨蘇分離，可用于F-T蠟生產(chǎn)。固定床反應(yīng)器可吸附大量硫，有效保護(hù)下部床層，降低催化劑活性損失。

3.催化劑

催化劑的使用直接影響著煤間接液化制油工藝的經(jīng)濟(jì)效益，是降低制油工藝成本的關(guān)鍵。煤間接液化制油技術(shù)應(yīng)采用高效廉價(jià)、磨損強(qiáng)度高、綠色環(huán)保、易于和油品分離的催化劑，并且催化劑可盡量回收再利用，能夠大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)前，煤間接液化制油技術(shù)最常用的催化劑有Ru、Ni、Co和Fe等過渡金屬[3]，這些催化劑具有良好的加氫作用，并且有利于促進(jìn)鏈增長(zhǎng)，其含有d軌道空位，可快速接收電子，和碳原子和氫原子產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附性，促進(jìn)CO活性。Ru催化劑在F-T合成過程中受到的影響因素較少，但是其儲(chǔ)量不足、價(jià)格昂貴，只能用于研究；Ni催化劑具有很強(qiáng)的加氫作用，易產(chǎn)生甲烷和羰基鎳；在實(shí)際應(yīng)用中，Co和Fe應(yīng)用最為廣泛。

五、結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)煤制油液化化工工藝的研究分析，對(duì)于該項(xiàng)工作的順利進(jìn)行有著十分重要的意義，因此在今后的實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)直接與間接液化工藝各自優(yōu)勢(shì)的重視程度，注重其整體性與科學(xué)性，以實(shí)現(xiàn)化工效果的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 費(fèi)紀(jì)川.煤制油工藝技術(shù)探討[J].硅谷.2013（16）：1-2.

[2] 逆流.三問煤制油：未來·環(huán)?！ぎa(chǎn)業(yè)化煤企之“囚徒困境”[J].礦業(yè)裝備.2013（10）：10-11.

[3] 葉濤.煤制油過程中凈化工藝方案及其工藝流程研究[J].山東工業(yè)技術(shù).2013（15）：83-84.