簡(jiǎn)述煤炭直接液化技術(shù)

杜佳龍

摘要：雖然我國(guó)對(duì)核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源增大了開(kāi)發(fā)力度，但是未來(lái)占主導(dǎo)的核聚變能和太陽(yáng)能技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。即使到2020年全部實(shí)現(xiàn)核能計(jì)劃，核能的發(fā)電能力也不足國(guó)家發(fā)電能力的5%，太陽(yáng)能、風(fēng)能印技術(shù)和難以普及使用且資金昂貴等問(wèn)題，短期內(nèi)的大規(guī)模利用也不現(xiàn)實(shí)。因此，煤液化技術(shù)將是我國(guó)現(xiàn)階段和未來(lái)能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

關(guān)鍵詞：直接液化;環(huán)境保護(hù);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(wèn)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(wèn)題。潔凈煤技術(shù)的開(kāi)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(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的煤制油技術(shù)研究始于20世紀(jì)50年代，中國(guó)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(lái)，我國(guó)先后引進(jìn)了德國(guó)、美國(guó)和日本的煤炭液化技術(shù)，對(duì)我國(guó)不同煤種進(jìn)行了試驗(yàn)，進(jìn)行了建設(shè)煤炭液化示范廠的可行性研究工作。目前，我國(guó)沒(méi)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(yàn)。本世紀(jì)初，中國(guó)煤炭研究總院和神華集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)了具有世界先進(jìn)水平的高分散鐵質(zhì)催化劑。目前，神華集團(tuán)在上海建成了一套日加工原煤6噸的PDU試驗(yàn)裝置，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。神華煤在美國(guó)HTI的PDU裝置試驗(yàn)表明，用HTT煤液化工藝對(duì)上灣煤液化可得到達(dá)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(wàn)噸，氣化用煤170萬(wàn)噸，動(dòng)力用煤95萬(wàn)噸，合計(jì)年用煤824萬(wàn)噸。年產(chǎn)汽油、柴油、石腦油和LPG等共計(jì)300萬(wàn)噸，其中一期100萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線已于2005年開(kāi)工。原計(jì)劃2007年建成投料試車，2011年建成300萬(wàn)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(gè)步驟：

（一）將煤炭的大分子機(jī)構(gòu)分解成為小分子;

（二）提高煤炭的H/C原子比，使其達(dá)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(dá)到石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn);

（四）脫出煤炭中的無(wú)機(jī)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(guò)漫長(zhǎng)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(guò)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(guó)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(jī)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(tuán)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(gè)，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(duì)煤加氫 。

煤炭加氫液化后剩余的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和少量未反應(yīng)的煤還是固體狀態(tài)?？蓱?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(guò)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(guò)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(jìn)一步加氫，通過(guò)脫出雜原子，進(jìn)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(guó)的新液化（IGOR）工藝，美國(guó)的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點(diǎn)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(yàn)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(jìng)爭(zhēng)不過(guò)廉價(jià)石油。今后的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)開(kāi)發(fā)活性更高的催化劑和對(duì)煤進(jìn)行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

（一）德國(guó)IGOR工藝

1981年，德國(guó)魯爾煤礦公司和費(fèi)巴石油公司對(duì)最早開(kāi)發(fā)的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進(jìn)行了改進(jìn)，建成日處理煤200噸的半工業(yè)試驗(yàn)裝置，操作壓力由原來(lái)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(guò)濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘?jiān)袣饣茪?，輕油和中油產(chǎn)宰可達(dá)50%。

工藝特點(diǎn)：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(lái)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(gè)主要單元組成。

工藝特點(diǎn)：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(dú)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(lái)越差，人類對(duì)環(huán)保的呼聲和要求越來(lái)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(shí)俱進(jìn)，充分利用理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新以及引進(jìn)技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新來(lái)不斷優(yōu)化、升級(jí)、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(qiáng)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(rùn)。

煤炭是我國(guó)長(zhǎng)期依賴的第一能源，同時(shí)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(guó)的能源安全，因此潔凈煤技術(shù)是通向未來(lái)能源的橋梁。在我國(guó)，大力開(kāi)發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用潔凈煤技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，對(duì)以煤炭為主要能源的中國(guó)來(lái)說(shuō)，更是具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[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(guó)能源發(fā)展的必然選擇[J].中國(guó)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(jìn)我國(guó)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].工業(yè)技術(shù)，2009.

[5]吳春來(lái)，金嘉璐，煤炭直接液化技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化前景[J].中國(guó)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(jì)，2012.