煤液化课件

《煤液化课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤液化课件（292页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1.1 世界能源结构与我国能源概况,能源是一个国家生产技术水平的重要标志，没有能源就没有工业。因此，能源问题是世界各国，尤其是工业发达国家最先考虑发展的问题。我国将能源，材料，信息和生物四个领域的科学与技术作为国家优先支持与发展的方向。 1.1.1 能源的形式（按自然形态划分） 不可再生能源。 化石能源(一次性能源)： a. 煤炭 b.石油 c.天然气 d.油页岩（油砂）等 核能(一次性能源)： a.核裂变 b.核聚变 可再生能源： a.水力能 b.太阳能 c.风能 d.地热能,1.1.2 能源利用史上的几次重大革命 18世纪，以蒸汽为动力的时代：瓦特发明了蒸汽机，其实质使用燃煤产生蒸汽代替了

2、人力和畜力。但是蒸汽机的热效率很低，小于40%. 19世纪70年代，以电力为动力的时代： 用燃煤发电或水力发电取代了蒸汽。 20世纪5060年代： 以石油、天然气为动力的时代，同时发展了 “石油化学工业”。 能源利用的每次革命都引起了世界经济、政治、军事等方面的一系列重大变化: 蒸汽机车； 电力电动机； 石油汽车、飞机. 1.1.3 能源结构的变化 直到上世纪初的现代工业发展时期，煤炭一直作为主要能源，约占总能源消耗量的80%以上。50年代由于在中东地区发现了大量的油田，石油开采量迅速增大，约在60年代中期，石油在总能源消耗中所占比重已达42%。到80年代，工业发达国家中，煤炭占总能源的消耗量

3、远低于石油的（即煤炭占26%，石油占50%）。,1.1.4 我国的能源结构 80年代前，煤炭占80%以上。目前仍然以煤炭为主，约占6570%。2000年国家统计局统计表明：煤炭67%，石油23%，天然气2.5%，水电6.9%。从1993年我国已成为石油进口国。石油的开发主要用于生产汽油、柴油、化工产品和化工原材料（纤维、橡胶、塑料）。 同时，我国目前也正在积极开发其他能源：（1）水力资源(长江三峡水利枢纽)。（2）核能(大亚湾核能发电站,94年1#机组和2#机组相继并网发电；秦山核能发电厂)。 （3）天然气(陕西、新疆等地开发)。 所以，从世界到我国来看，能源结构的发展趋势进入了群雄并起，各自

4、发挥自身优势的阶段。中国化工学会常务理事、国家经贸委综合司司长李寿生说煤炭在今后相当长的时期仍将是我国最主要的一次能源。 应该清醒地看到我国是世界上少数几个以煤炭作为主要能源的国家之一。我国煤炭探明可采量为7300亿吨，名列世界第一，占世界储量的45.7%（16000亿吨）。2000年煤炭消费量12.0亿吨，所占能源消费总量的67.0%。1990年，我国原煤产量10.58亿吨，占世界煤炭总产量的35%（35亿吨）是世界上第一产煤和用煤大国。预计2000年我国煤炭产量可达1400亿吨。,我国煤炭资源的分布也是极不均衡的，64%分布在华北地区。山西省的煤炭资源约占全国的1/3（5000亿吨）；石油

5、主要分布在黑龙江、辽宁、山东和沿海地区。 我国能源消费特点： （1）以煤炭为主。前面已讲过 （2）人均消费水平低，单位产值能耗高。从下表中可见人均能耗是世界平均水平的1/2，单位产值能耗是世界平均水平的近4倍（3.95倍）.,综上所述，为了更好地解决我国未来的能源问题，除了应大力发展其他能源外（核能、水力能、太阳能），还要大力加强煤炭的综合利用，提高煤炭的利用率是极其重要的。煤液化理论是煤炭综合利用技术的基础理论之一。,最新能源构成信息 2006年中国化石能源资源基础储量构成： 煤96.7%；油1.6%；气1.7%。 2006年中国可再生资源量： 水力6.94亿kwh；风能10亿kwh ；太阳

6、能10.9亿kwh ； 地热能33亿tce；生物质能5亿tce 。 2006年世界化石能源资源探明可采储量及构成： 煤炭57.2%；石油21.1%；天然气21.7%。 中国统计年鉴2007 2006年世界能源消费构成： 石油35.80%；煤炭28.40%；天然气23.70%； 水电6.30%；核能5.80% 。 世界能源统计年评2007 2006年中国能源消费构成： 石油18.3%；煤炭69.5%；天然气3.4%；水电、核电、风电8.8% 。 2007年国民经济和社会发展统计公报,能源形势分析 百年原油在造就了人类繁荣的同时，也形成了人类对其过分依赖的局面。目前中国对原油的依存度已达到50%，

7、这样就构成了国家能源的安全问题。 后石油时代原油价格飚升对世界经济发展引发了一系列的负面效应通货膨胀，经济危机等。 科学技术在未来能源（太阳能、氢能等）的利用方面显得苍白无力。 选择主导能源的五大要素：资源量 技术水平 生产成本 投资能力 环境容量（CO2排放） 。 煤炭再次作为主导能源的可能性：煤化工正悄然提高了身价，人们开始重新认识其历史地位与作用。,1.2 煤液化定义及其液化的实质,1.2.1 煤液化的定义： 基本公式：煤+氢气液体产物+气体产物+固体残渣 狭义定义：将煤与某种溶剂充分混合后，通入氢气，在一定温度和压力下，经过复杂的物理、化学过程，使固体煤转化为液体产物的过程称为煤的直接

8、液化。 广义定义：将固态煤经过一定的物理、化学作用转化为液态产物的过 程称为煤液化。,煤液化是提高煤炭资源利用率，减轻燃煤污染的有效途径之一，是洁净能源技术之一。,1.2.2 煤液化的实质 煤液化的目的之一是寻找石油的替代能源。煤炭资源10倍于石油，所以认为液化煤是石油最理想的替代能源。下面是煤与石油的异同点：,相同点：二者均是由C,H,O,N,S组成。不同点：煤的H含量低，O含量高，C含量相差不大。 由以上四方面的比较分析，可得煤转化为液体燃料的实质： 破坏煤的空间立体结构：大分子结构较小分子结构；多环结构单环结构或双环结构；环状结构直链；含O基团 H2O；含N基团 NH3；含S,煤和石油的

9、元素组成（%）,基团 H2S.为了达到该目的，需要向系统输入一定的能量 （1）给系统加热，温度应高于煤热分解的温度，因煤阶不同而不同，一般不超过500 ，否则成焦反应和生成气体反应严重。（2）加压：通氢气，增加反应物的浓度。 增加H/C：需要向系统加氢气，以提高反应速度，相当高的氢气压力可以抑制成焦反应和生成大量气体。另外，通过加入供氢溶剂也可以增加系统氢的浓度。 使用合适的溶剂：使煤粒能很好的分散；让煤的热熔解过程有效进行（有助于结构单元间的键断裂）；使煤热裂解后的自由基碎片得到一定的稳定；必须有可利用的氢原子或自由基氢；使氢自由基有效的传递到煤裂解的自由基碎片上；让催化剂能与氢自由基、煤碎

10、片很好地接触。 所以有五大因素影响煤液化反应的有效进行（1）温度；（2）氢压；（3）溶剂；（4）煤种本身的性质；（5）催化剂。,1.3 煤液化的发展简史 煤液化经历了漫长的发展历程，大致可分为三个阶段： 第一阶段第二次世界大战前及大战期间。德国因为军事上的需要大力发展煤液化工作。德国的柏吉乌斯（Bergius）于1913年研究了在高温高压氢条件下，从煤中得到液体产品： 煤粉和重油（ 1：1 ）+催化剂（ 5% ）在450 ，20MPa条件下。 1921年在Manheim Reinan建立了5t/d的中试厂。1927年I.G.Farben公司在Leuna建成第一个工业厂： 褐煤+重油+氧化钼（催

11、化剂）+(30MPa)H2 第一步液化生成汽油、中油（180325）、重油（325） 第二步气相加氢，将中油在固定床催化剂上进行异步加氢得到汽油.至1943年德国共建了12个煤和焦油加氢液化工厂。提供了战时所需的航空汽油的98%.因此，该阶段为煤液化的发展期。 第二阶段煤液化新工艺的开发期，从五十年代到七十年代后期。50年代中东发现大量油田，致使石油生产迅猛发展，而煤液化生产处于,停滞状态。1973年后，由于中东石油发生危机，以美国等为首的资本主义国家重新重视以煤为原料制取液体燃料技术的开发，建立了各种类型大中型示范液化厂。 二次世界大战后，美国在德国煤液化工艺的基础上开发了SRC(solve

12、nt refain coals)和SRC工艺,1973年美国利用催化液化原理开发了氢煤法（H-Coal）、供氢溶剂法（EDS），还有德国液化新工艺（NewTG）、日澳褐煤液化法。该阶段在煤液化的实验室研究和新技术开发研究方面做了许多工作。 第三阶段1982年至今，煤液化新工艺的研究期。1982年后期石油市场供大于求，石油价格不断下跌，各大煤液化试验工厂纷纷停止试验.但是各发达国家的实验室研究工作及理论研究工作仍在大量的进行。如近年来开发出来的煤油共处理新工艺和超临界抽提煤工艺等。 近两年，由于中东形势的复杂性，石油原油的价格迅猛升高，最高价格已超过70美元/桶，目前仍然维持在60美元/桶左右。

13、必将促进煤液化工艺的发展。,1. 煤液化的典型工艺 1.1 煤直接催化加氢工艺 德国IGOR 工艺,该工艺主要特点是: 反应条件比较苛刻,温度470,压力30MPa； 催化剂使用炼铝工业的废渣(赤泥)； 液化反应和液化油加氢精制在一个高压系统内进行,可一次得到杂原子含量极低的液化精制油,该液化油经过蒸馏就可以得到十六烷值大于45%的柴油,汽油馏分再经重整即可得到高辛烷值汽油；循环溶剂是加氢油,其供氢性能好,煤液化转化率高。,氢煤工艺 (H-Coal）,该工艺的主要特点：（1）采用沸腾床反应器，使煤浆、循环溶剂和催化剂接触良好，温度均一。（2）催化剂可以连续加入和抽出，以不断更新。（3）可以将高

14、硫煤转化为低硫燃料。（4）许多设备可采用石油加工过程所用的设备。,美国HTI 工艺,该工艺为两段催化液化工艺,采用近10 年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂(GelCat TM)。其主要特点是:（1）反应条件比较缓慢,反应温度440450,反应压力17MPa;（2）采用特殊的液体循环沸腾床(悬浮床)反应器,达到全返混反应器模式;（3）催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状催化剂,此催化剂活性高,用量少;（4）在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器,对液化油进行加氢精制;（5）固液分离采用临界溶剂萃取的方法,从液化残渣中最大限度回收重质油,从而大幅度提高了液化油收率;（6）

15、液化油含可作为催化裂化原料的大于350馏份.,1.2 煤加氢抽提液化工艺 溶剂精炼煤工艺（SRC） Solvent Refain Coals,SRC-和SRC,SRC-特点： 不用催化剂； 压力（10MPa）较低； 氢耗较低； 选用的煤种范围宽（褐煤烟煤)； 用途广,溶剂精制煤热值134kJ/kg； 存在的问题：灰以微型固体颗粒 存在，使过滤操作困难。,与SRC相比较SRC 有如下特点： （1）液体产率显著提高；（2）C1C4 气体产率高，氢耗也高；（3）它省去过滤装置，增加了高压气化装置；（4）煤浆循环。,埃克森供氢溶剂工艺（EDS工艺）,其特点： 供氢溶剂催化加氢，提高了催化剂的使用寿命，

16、催化剂是Co-Mo,Ni-Mo； 对残渣进行焦化，发生干馏和气化反应转化为液体产品和低热值煤气； 减压蒸馏，避免了复杂的固液分离技术难题。,日本NEDOL 工艺,工艺的特点是: 反应压力较低,压力为17 19MPa ,反应温度455465 ； 催化剂采用合成硫化铁或天然 硫铁矿； 固液分离采用减压蒸馏的方法； 配煤浆用的循环溶剂单独加氢,以提高溶剂的供氢能力； 液化油含有较多的杂原子,还须 加氢提质才能获得合格产品。,1.3 其它液化方法 煤的超临界萃取 在任一溶剂中，不同物质具有不同的溶解度，利用此溶解度的不同， 使混合物中的组分得到完全或部分的分离过程称为萃取。 一般来说，溶剂的溶解能力随溶剂的密度增加而提高。液体就比气体 具有较高的密度，溶解能力大。但液体的粘度又比气体高得多，粘度是影 响分离的主要因素。所以高密度对溶解有利，低粘度对快速分离有利。而 超临界气体具有液体