簡述煤炭直接液化技術

杜佳龍

摘要：雖然我國對核能、太陽能、風能等新能源增大了開發力度，但是未來占主導的核聚變能和太陽能技術遠未成熟。即使到2020年全部實現核能計劃，核能的發電能力也不足國家發電能力的5%，太陽能、風能印技術和難以普及使用且資金昂貴等問題，短期內的大規模利用也不現實。因此，煤液化技術將是我國現階段和未來能源開發的重點內容之一。

關鍵詞：直接液化;環境保護;減少污染;NEDO工藝

一、引言

隨著煤炭資源的不斷減少，合理利用現有煤炭資源問題變得更加突出，如何使煤炭資源得到最大化的利用成為現在研究的主要問題。潔凈煤技術的開發利用就顯得更加重要，而在潔凈煤技術里煤炭的直接液化則是其中的重要組成部分。

二、國內發展現狀

我國的煤制油技術研究始于20世紀50年代，中國煤炭研究總院于1980年重啟煤直接液化技術的研究。1997年以來，我國先后引進了德國、美國和日本的煤炭液化技術，對我國不同煤種進行了試驗，進行了建設煤炭液化示范廠的可行性研究工作。目前，我國沒有使用煤間接液化技術生產石油的現代工業化經驗。本世紀初，中國煤炭研究總院和神華集團合作開發了具有世界先進水平的高分散鐵質催化劑。目前，神華集團在上海建成了一套日加工原煤6噸的PDU試驗裝置，各項指標達到設計要求。神華煤在美國HTI的PDU裝置試驗表明，用HTT煤液化工藝對上灣煤液化可得到達到63%-68%的油收率。神華上灣煤液化廠建在馬家塔，其規模為年液化用煤559萬噸，氣化用煤170萬噸，動力用煤95萬噸，合計年用煤824萬噸。年產汽油、柴油、石腦油和LPG等共計300萬噸，其中一期100萬噸級生產線已于2005年開工。原計劃2007年建成投料試車，2011年建成300萬噸/年的生產線。

三、主要技術原理

根據煤炭與石油化學結構和性質的區別，要把固體的煤轉化成液體的油，煤炭液化必須采用以下四個步驟：

（一）將煤炭的大分子機構分解成為小分子;

（二）提高煤炭的H/C原子比，使其達到是有的H/C原子比水平;

（三）脫除煤炭中的氧、氮、硫等雜原子，是惡化有的質量達到石油產品的標準;

（四）脫出煤炭中的無機礦物質。

煤和石油都是由古代生物在特定的歷史條件下， 經過漫長的地質化學演變而成的。煤和石油的本質區別就在于：煤的分子結構中含有大量的碳原子和較少的氫原子，與煤相比，石油的分子結構中氫原子多而碳原子少。通過加氫，改變煤的分子結構，煤就可以液化變成油。早在1913年，德國化學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。煤的分子結構十分復雜，它的有機質是具有不規則構造的空間聚合體，其基本結構單元是以縮合芳香環為主的帶有側鏈或官能團的分子結構， 結構單元之間又有各種橋鍵相連。作為結構單元的縮合芳香環的環數有多有少，平均為2～3個，有的芳環上還有氧、氮 、硫等雜原子，結構單元之間的橋鍵也有不同形態，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，要使煤轉化成油， 就要對煤加氫 。

煤炭加氫液化后剩余的無機礦物質和少量未反應的煤還是固體狀態。可應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、加壓過濾、離心沉降、溶劑萃取等固液分離方法。

煤炭經加氫液化產生的油含有較多的芳香烴，并含有較多的氧氮硫等雜原子，必須在經過一次提質加工，才能得到合格的汽油、柴油等產品。液化油提質加工的工程還需要進一步加氫，通過脫出雜原子，進一步提高H/C原子比，把芳香烴轉化成環烷乃至鏈烷烴。

四、應用情況

世界上有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點是煤炭液化的反應條件比老液化工藝大為緩和，生產成本有所降低，中間放大試驗已經完成。目前還未出現工業化生產廠，主要原因是生產成本仍競爭不過廉價石油。今后的發展趨勢是通過開發活性更高的催化劑和對煤進行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進一步降低生產成本。

（一）德國IGOR工藝

1981年，德國魯爾煤礦公司和費巴石油公司對最早開發的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進行了改進，建成日處理煤200噸的半工業試驗裝置，操作壓力由原來的70兆帕降至30兆帕，反應溫度450～480 攝氏度： 固液分高改過濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘渣中氣化制氫，輕油和中油產宰可達50%。

工藝特點：把循環溶劑加氫和液化油提質加工與煤的直接液化串聯在一套高壓系統中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來的能量損失，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、液化反應單元、液化油蒸餾單元及溶劑加氫單元等4個主要單元組成。

工藝特點：反應壓力較低，只有17兆帕～19兆帕，反應溫度為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;配煤漿用的循環溶劑單獨加氫，以提高溶劑的供氫能力：液化油含有較多的雜原子，還須加氫提質才能獲得合格產品。

五、結論與展望

隨著全球范圍內環境越來越差，人類對環保的呼聲和要求越來越高，作為能源利用領域主要技術之一的潔凈煤技術也需要與時俱進，充分利用理論創新、技術創新以及引進技術的消化吸收再創新來不斷優化、升級、完善現有潔凈煤技術，使技術快速更新換代，以大幅降低水、原料、電的消耗，減少污染，提高產能，增強能量循環利用效率，減少占地面積和設備體積，以期最大限度地縮短工期，增加企業利潤。

煤炭是我國長期依賴的第一能源，同時煤炭利用又是空氣污染的主要污染源。潔凈煤技術的大力推廣和應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化為液體、氣體燃料，保障我國的能源安全，因此潔凈煤技術是通向未來能源的橋梁。在我國，大力開發、研究、推廣和應用潔凈煤技術是當前我國煤炭工業可持續發展的必然選擇，也是我國國民經濟可持續發展的必然選擇，對以煤炭為主要能源的中國來說，更是具有極其重要的現實意義。

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