探究煤制油殘?jiān)母吒郊又道眉夹g(shù)

郭兆棟

(潞安化工集團(tuán)能源事業(yè)部調(diào)度指揮部，山西 長治 046200)

引 言

對于煤制油技術(shù)來說，能夠?qū)⒐腆w煤實(shí)現(xiàn)對類似原油替代品的轉(zhuǎn)化，在降低環(huán)境污染、平衡能源結(jié)構(gòu)以及緩解石油資源短缺等方面都具有十分重要的意義。而在煤液化處理當(dāng)中，也將形成較多的液化殘?jiān)渲芯哂写罅繛r青質(zhì)、重質(zhì)油以及沒有完全反應(yīng)的碳質(zhì)，具有較高的處理成本以及復(fù)雜的成分，將會(huì)對環(huán)境造成較大的污染。同時(shí)，該類殘?jiān)簿哂休^高的再利用價(jià)值。對此，即需要能夠以清潔、高效的方式做好液化殘?jiān)氖褂茫袑?shí)提升資源利用效率水平。

1 氣化制合成氣

對于煤液化裝置來說，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中對于燃料氣以及氫氣往往具有較大的需求，通過殘?jiān)鼩饣幚硇纬蓺錃狻⒁谎趸紴橹鞯暮铣蓺猓瑒t能夠在對部分煤液化殘?jiān)那闆r下為煤液化提供一定的燃料氣以及氫氣，能夠有效的實(shí)現(xiàn)殘?jiān)Y源化處理。在殘?jiān)鼩饣^程當(dāng)中，根據(jù)具體工藝的不同，可以分為以下幾種形式。

1.1 直接氣化

對于直接氣化方式來說，即是將殘?jiān)コ煞郏笫蛊渲苯舆M(jìn)入到氣化爐當(dāng)中配制成水煤漿，也可以將熔融態(tài)殘?jiān)苯颖萌氲綒饣伯?dāng)中。對于煤液化渣來說，可以同氣化劑進(jìn)行氣化處理實(shí)現(xiàn)對合成氣的轉(zhuǎn)變[1]。就目前來說，有國外人員對液化殘?jiān)M(jìn)行試驗(yàn)，第一種方式即是將流動(dòng)殘?jiān)诮?jīng)過加壓處理后泵入到氣化爐當(dāng)中，之后將殘?jiān)コ煞酆髮?shí)現(xiàn)對水煤漿的配置，再泵入到氣化爐當(dāng)中。根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液化殘?jiān)跉饣磻?yīng)性方面具有較好的表現(xiàn)，在低氣化溫度下，具有97%以上的碳轉(zhuǎn)化率。也有研究人員將工業(yè)廢水與煤液化殘?jiān)M(jìn)行協(xié)同制漿處理，對0.4%濃度的復(fù)配型添加劑，能夠?qū)?6%濃度的水渣漿間配置。在該過程當(dāng)中，通過工業(yè)廢水的加入，則能夠有效增加漿體黏度，有效改善漿料的穩(wěn)定性，使廢水煤漿在析水率、濃度以及黏度等方面都能夠符合氣化生產(chǎn)需求。

1.2 共氣化

近年來，國內(nèi)在石油焦以及煤液化殘?jiān)确矫骈_展了研究。有研究人員在800 ℃水蒸氣環(huán)境下對殘?jiān)矚饣绊戇M(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)液化殘?jiān)哂?0%摻混比時(shí)，半焦產(chǎn)率有所降低，碳轉(zhuǎn)化率以及焦油轉(zhuǎn)化率增加，這部分情況的存在，即表明在添加殘?jiān)那闆r下，對于共氣化形成了較好的促進(jìn)作用。而在30%摻混比時(shí)，共氣化在協(xié)同作用方面具有最好的表現(xiàn)，而在進(jìn)一步增加殘?jiān)繒r(shí)效果下降。也有研究人員對殘?jiān)矚饣约笆徒惯M(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍以內(nèi)，通過殘?jiān)募尤耄茨軌驅(qū)κ徒箽饣磻?yīng)速率進(jìn)行增加。其主要原因，即是在煤液化殘?jiān)?dāng)中具有對氣化具有催化作用的催化劑。在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件下，在增加殘?jiān)繒r(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其對于石油焦氣化促進(jìn)具有明顯的作用。同時(shí)，雖然煤直接液化同直接液化殘?jiān)哂休^低的活性，但對于前一種方式來說，更能夠?qū)κ徒箽饣姆磻?yīng)活性產(chǎn)生影響。

2 熱解

對于該方式來說，即是從殘?jiān)?dāng)中對沒有完全分離的油品進(jìn)行回收，能夠以此使殘?jiān)?dāng)中存在的有機(jī)質(zhì)同瀝青物質(zhì)實(shí)現(xiàn)對油氣以及焦炭的轉(zhuǎn)化[2]。通過熱解技術(shù)的應(yīng)用，即能夠?qū)γ阂夯?dāng)中形成的油產(chǎn)率進(jìn)行增加，具有合理以及經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。在具體研究煤液化殘?jiān)鼰峤鈺r(shí)，早期重要是對熱解機(jī)理、過程、產(chǎn)物以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面形成關(guān)注。根據(jù)煤液化殘?jiān)臒嶂胤治隹梢园l(fā)現(xiàn)，其會(huì)在500 ℃之前逸出。在具體步驟方面，在低溫狀態(tài)下，殘?jiān)?dāng)中的揮發(fā)性氣體將逸出，在高溫階段，則是高分子有機(jī)質(zhì)的熱解，而在粒徑不斷增加的情況下，殘?jiān)畲髶]發(fā)釋放速率將逐漸減小，而對于最大揮發(fā)釋放速率方面，對應(yīng)溫度則將具有增加，且具有熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的提出。煤液化殘?jiān)鼰峤夥矫妫錂C(jī)理即是揮發(fā)殘?jiān)?dāng)中存在的瀝青烯以及重質(zhì)油等。有研究人員對煤炭液化殘?jiān)哂械慕够匦赃M(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其在粘結(jié)性方面具有較好的表現(xiàn)，同時(shí)對不同藝術(shù)對熱解半焦特性影響進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在終態(tài)溫度提升的情況下，在半焦氣化反應(yīng)方面將存在隨之降低的情況。在具有較長反應(yīng)停留時(shí)間的情況下，也將獲得較少的半焦量[3]。

近年來，共熱解是煤液化殘?jiān)鼰峤猱?dāng)中研究較多的技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，在增加殘?jiān)尤肓康那闆r下，焦油的干基收率具有增加，共熱解在焦油收率方面具有著正協(xié)同作用。而在不斷增加液化殘?jiān)砑颖壤那闆r下，對于粒度不同的共熱解半交轉(zhuǎn)鼓率也隨之增加，當(dāng)具有較大增加比例時(shí)，半焦易碎性F值將隨之降低，相反在具有較小粒度時(shí)，共熱解半焦轉(zhuǎn)鼓率則將降低，具有較高的F值，對此，即需要能夠?qū)υ厦毫６鹊南孪捱M(jìn)行設(shè)定。總體來說，熱解方式在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中能夠?qū)堅(jiān)?dāng)中存在的重質(zhì)油進(jìn)行回收，使瀝青烯實(shí)現(xiàn)對油品的最大程度轉(zhuǎn)化，對液體產(chǎn)品回收率進(jìn)行增加，但需要在此當(dāng)中對焦炭以及半焦的利用進(jìn)行考慮。

3 再加氫液化

在實(shí)際處理當(dāng)中，對煤液化殘?jiān)M(jìn)行再加氫液化處理，不僅能夠?qū)堅(jiān)?dāng)中存在的稠環(huán)芳烴污染物進(jìn)行去除，且能夠在對油品收率有效提升的情況下，切實(shí)提升煤液化油回收率，可以說是對煤液化經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行增加的有效方式[4]。近年來，很多研究人員對殘?jiān)募託湟夯矫孢M(jìn)行了研究，主要集中在加氫機(jī)理、裂化反應(yīng)他條件等方面。有研究人員對直接液化殘?jiān)煌愋洼腿∥锼哂械募託浠钚赃M(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)正乙烷可溶物在穩(wěn)定性方面所具有的表現(xiàn)最好，前瀝青烯以及瀝青烯具有最高的反應(yīng)活性，同時(shí)在研究當(dāng)中對以下路徑進(jìn)行提出：第一根據(jù)煤液化加氫體系，對鐵系催化劑進(jìn)行使用，同溶劑油共加氫處理。第二是經(jīng)過萃取獲得瀝青烯以及重組分油品，通過催化劑的應(yīng)用對在線加氫進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。也有研究人員在微型反應(yīng)器當(dāng)中，使用液化殘?jiān)鼮樵希軇樗臍漭粒诜磻?yīng)時(shí)間30 min、初壓6 MPa情況下開展液化殘?jiān)託錃庠囼?yàn)，對殘?jiān)募託鋭?dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究，對相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行建立，確定了瀝青質(zhì)對于不同方向轉(zhuǎn)化的活化能[5]。

此外，在液化殘?jiān)託浞矫嬉簿哂忻摶覍託浞矫嬗绊懙难芯浚约皬U舊輪胎同塑料的共液化處理等等。在煤液化殘?jiān)偌託湟夯?dāng)中，雖然能夠?qū)堅(jiān)?dāng)中環(huán)芳烴污染物進(jìn)行有效的處理，切實(shí)提升油品收率，但在具體催化加氫反應(yīng)方面，則具有較為苛刻的條件，如果沒有同煤液化裝置以協(xié)同的方式運(yùn)行，則會(huì)使液化處理殘?jiān)夹g(shù)在運(yùn)行成本以及投資成本方面相對較高。最為合理的方式，即是分離煤液化殘?jiān)?dāng)中存在的不同組分，并結(jié)合組分加氫難易程度以單獨(dú)的方式進(jìn)行加氫，對于難以加氫的組分，則可以應(yīng)用在氣化等用途。

4 結(jié)語

沒液化殘?jiān)膿綗⑷紵夹g(shù)的應(yīng)用，雖然能夠?qū)堅(jiān)廴厩闆r進(jìn)行有效的解決，但在具體資源利用率方面相對較低，無法對高附加值利用目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在上文中，我們對煤制油殘?jiān)母吒郊又道眉夹g(shù)進(jìn)行了一定的研究。在未來發(fā)展當(dāng)中，需要能夠?qū)堅(jiān)睦霉ぷ餍纬沙浞值闹匾暎e極采取措施做好利用技術(shù)的研究，在切實(shí)提升產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益水平的情況下更好的實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約利用目標(biāo)。