煤的直接液化與間接液化作業(yè)

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1、煤的直接液化與間接液化裝備0904張康200906081214煤液化是把固體煤炭通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程，使其轉(zhuǎn)化成為液體燃料、化工原料和產(chǎn)品的先進(jìn)潔凈煤技術(shù)。根據(jù)不同的加工路線，煤炭液化可分為直接液化和間接液化兩大類。直接液化（DCL）發(fā)展歷史1923年，德國(guó)化學(xué)家首先開(kāi)發(fā)出了煤炭間接液化技術(shù)。40年代初，為了滿足戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，德國(guó)曾建成9個(gè)間接液化廠。二戰(zhàn)以后，同樣由于廉價(jià)石油和天然氣的開(kāi)發(fā)，上述工廠相繼關(guān)閉和改作它用。之后，隨著鐵系化合物類催化劑的研制成功、新型反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，煤間接液化技術(shù)不斷進(jìn)步，但由于煤

2、炭間接液化工藝復(fù)雜，初期投資大，成本高，因此除南非之外，其它國(guó)家對(duì)煤炭間接液化的興趣相對(duì)于直接液化來(lái)說(shuō)逐漸淡弱。煤炭間接液化技術(shù)主要有三種，即的南非的薩索爾（Sasol）費(fèi)托合成法、美國(guó)的Mobil甲醇制汽油法和正在開(kāi)發(fā)的直接合成法。目前，煤間接液化技術(shù)在國(guó)外已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，全世界共有3家商業(yè)生產(chǎn)廠正在運(yùn)行，它們分別是南非的薩索爾公司和新西蘭、馬來(lái)西亞的煤炭間接液化廠。新西蘭煤炭間接液化廠采用的是Mobil液化工藝，但只進(jìn)行間接液化的第一步反應(yīng)，即利用天然氣或煤氣化合成氣生產(chǎn)甲醇，而沒(méi)有進(jìn)一步以甲醇為原料生

3、產(chǎn)燃料油和其它化工產(chǎn)品，生產(chǎn)能力1.25萬(wàn)桶/天。馬來(lái)西亞煤炭間接液化廠所采用的液化工藝和南非薩索爾公司相似，但不同的是它以天然氣為原料來(lái)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油和煤油，生產(chǎn)能力為50萬(wàn)噸/年。因此，從嚴(yán)格意義上說(shuō)，南非薩索爾公司是世界上唯一的煤炭間接液化商業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)。南非薩索爾公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生產(chǎn)燃料油的Sasol-1廠。70年代石油危機(jī)后，1980年和1982年又相繼建成Sasol-2廠和Sasol-3廠。3個(gè)煤炭間接液化廠年加工原煤約4600萬(wàn)t，產(chǎn)品總量達(dá)768萬(wàn)t，主要生產(chǎn)汽

4、油、柴油、蠟、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113種產(chǎn)品，其中油品占60%，化工產(chǎn)品占40%。該公司生產(chǎn)的汽油和柴油可滿足南非28%的需求量，其煤炭間接液化技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。此外，美國(guó)SGI公司于80年代末開(kāi)發(fā)出了一種新的煤炭液化技術(shù)，即LFC（煤提油）技術(shù)。該技術(shù)是利用低溫干餾技術(shù)，從次煙煤或褐煤等非煉焦煤中提取固態(tài)的高品質(zhì)潔凈煤和液態(tài)可燃油。美國(guó)SGI公司于1992年建成了一座日處理能力為1000t的次煙煤商業(yè)示范廠。工藝原理煤的分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，一些學(xué)者提出了煤的復(fù)合結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為煤的有機(jī)質(zhì)可以設(shè)想

5、由以下四個(gè)部分復(fù)合而成。第一部分，是以化學(xué)共價(jià)鍵結(jié)合為主的三維交聯(lián)的大分子，形成不溶性的剛性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它的主要前身物來(lái)自維管植物中以芳族結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的木質(zhì)素。第二部分，包括相對(duì)分子質(zhì)量一千至數(shù)千，相當(dāng)于瀝青質(zhì)和前瀝青質(zhì)的大型和中型分子，這些分子中包含較多的極性官能團(tuán)，它們以各種物理力為主，或相互締合，或與第一部分大分子中的極性基團(tuán)相締合，成為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一部分。第三部分，包括相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)百至一千左右，相對(duì)于非烴部分，具有較強(qiáng)極性的中小型分子，它們可以分子的形式處于大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙之中，也可以物理力與第一

6、和第二部分相互締合而存在。第四部分，主要為相對(duì)分子質(zhì)量小于數(shù)百的非極性分子，包括各種飽和烴和芳烴，它們多呈游離態(tài)而被包絡(luò)、吸附或固溶于由以上三部分構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)之中。煤復(fù)合結(jié)構(gòu)中上述四個(gè)部分的相對(duì)含量視煤的類型、煤化程度、顯微組成的不同而異。上述復(fù)雜的煤化學(xué)結(jié)構(gòu)，是具有不規(guī)則構(gòu)造的空間聚合體，可以認(rèn)為它的基本結(jié)構(gòu)單元是以縮合芳環(huán)為主體的帶有側(cè)鏈和多種官能團(tuán)的大分子，結(jié)構(gòu)單元之間通過(guò)橋鍵相連，作為煤的結(jié)構(gòu)單元的縮合芳環(huán)的環(huán)數(shù)有多有少，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

7、、碳硫鍵、氧氧鍵等。從煤的元素組成看，煤和石油的差異主要是氫碳原子比不同。煤的氫碳原子比為0.2～1，而石油的氫碳原子比為1.6～2，煤中氫元素比石油少得多。煤在一定溫度、壓力下的加氫液化過(guò)程基本分為三大步驟。（1）當(dāng)溫度升至300℃以上時(shí)，煤受熱分解，即煤的大分子結(jié)構(gòu)中較弱的橋鍵開(kāi)始斷裂，打碎了煤的分子結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生大量的以結(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。（2）在具有供氫能力的溶劑環(huán)境和較高氫氣壓力的條件下、自由基被加氫得到穩(wěn)定，成為瀝青烯及液化油分子。能與自由基結(jié)合的氫并非是分

8、子氫（H2），而應(yīng)是氫自由基，即氫原子，或者是活化氫分子，氫原子或活化氫分子的來(lái)源有：①煤分子中碳?xì)滏I斷裂產(chǎn)生的氫自由基；②供氫溶劑碳?xì)滏I斷裂產(chǎn)生的氫自由基；③氫氣中的氫分子被催化劑活化；④化學(xué)反應(yīng)放出的氫。當(dāng)外界提供的活性氫不足時(shí)，自由基碎片可發(fā)生縮聚反應(yīng)和高溫下的脫氫反應(yīng)，最后生成固體半焦或焦炭。（3）瀝青烯及液化油分子被繼續(xù)加氫裂化生成更小的分子。工藝過(guò)程直接液化典型的工藝過(guò)程主要包括煤的破碎