特點
(1) 液化油收率高。例如採用HTI工藝,神華煤的油收率可高達63%-68%;
(2) 煤消耗量小,一般情況下,1噸無水無灰煤能轉化成半噸以上的液化油,加上制氫用煤,約3-4噸原料產1噸液化油。
(3)餾份油以汽、柴油為主,目標產品的選擇性相對較高;
(4)油煤漿進料,設備體積小,投資低,運行費用低;
(5) 反應條件相對較苛刻,如德國老工藝液化壓力甚至高達70MPa,現代工藝如IGOR、HTI、NEDOL等液化壓力也達到17-30MPa,液化溫度430-470℃;
(6) 出液化反應器的產物組成較複雜,液、固兩相混合物由於粘度較高,分離相對困難;
(7)氫耗量大,一般在6%-10%,工藝過程中不僅要補充大量新氫,還需要循環油作供氫溶劑,使裝置的生產能力降低。
產物和目的
液化產物有液態的碳氫化合物、煤氣和水。這些產物的生成量受到多種條件的影響,主要是煤的煤化程度(煤種)、液化用的溶劑、液化工藝及操作條件等。
液化目的是獲得液態的碳氫化合物。這些液態碳氫化合物可進一步加工,製成汽油、柴油和煤油等產品,也可將液態碳氫化合物直接用作鍋爐燃料;或作為原料進一步加工,以製造電極、碳纖維、粘結劑等。副產的煤氣是高熱值氣體燃料 。
加工工藝
煤經化學加工轉化為液體產品的過程。可分為五類加工工藝:
(1)煤在高壓下加氫的直接加氫液化法;
(2)煤的溶劑抽出油加氫的抽出油化法;
(3) 煤的乾餾生成油加氫的乾餾液化法;
(4) 先將煤生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣,再用催化合成法製得液態油的合成液化法;
(5) 煤經溶劑處理的高溫分解液化法。在液化過程中,氫將煤中的硫轉化為硫化氫,進而被部分氧化成元素硫和水。煤的液化可使煤脫硫率在85%以上 。
技術路線
根據加工過程的不同路線,煤的液化分為直接液化和間接液化兩種。主要產物是柴油(或汽油)、石腦油和液化石油氣(LPG)。
煤直接液化是油煤漿在一定的溫度和壓力及催化劑作用條件下,通過一系列加氫反應生成液態烴類及氣體烴,脫除煤中氧、氮和硫等雜原子的深度轉化過程。
典型的煤直接加氫液化工藝包括:氫氣製備、油煤漿製備、加氫液化反應、油品加工等先並聯後串聯4個步驟。氫氣製備是加氫液化的重要環節,通常採用煤氣化或天然氣轉化而獲得。在煤液化過程中,將煤、催化劑和循環油製成的油煤漿,與製得的氫氣混合送入反應器。在液化反應器內,煤首先發生熱解反應,生成自由基“碎片”,不穩定的自由基“碎片”再與氫在催化劑存在條件下結合,形成相對分子質量比煤低得多的初級加氫產物。出反應器的產物成分十分複雜,包括氣、液、固三相。氣相的主要成分是氫氣,分離後循環返回反應器重新參加反應;固相為未反應的煤、礦物質及催化劑;液相則為輕油(粗汽油)、中油等餾分油及重油。液相餾分油經提質加工(如加氫精制、加氫裂化和重整)得到合格的汽油、柴油和航空煤油等產品。重質的液固淤漿經進一步分離得到循環重油和殘渣。
煤間接液化是將煤先經氣化製成合成氣(CO+H),再在催化劑的作用下,經Ficher-Tropsch(F-T費托,下同)合成反應,生成烴類產品和化學品的過程。典型煤間接液化工藝包括:煤的氣化及煤氣淨化、變換和脫碳;F-T合成反應;油品加等3個串聯步驟。氣化裝置產出的粗煤氣經除塵、冷卻得到淨煤氣,淨煤氣經CO寬溫耐硫變換和酸性氣體(包括HS和CO等)脫除,得到成分合格的合成氣。合成氣進入合成反應器,在一定溫度、壓力及催化劑作用下發生F-T合成反應,H和CO轉化為直鏈烴類、水以及少量的含氧有機化合物。生成物經三相分離,水相去提取醇、酮、醛等化學品;油相採用常規石油煉製手段(如常壓、減壓蒸餾),根據需要切割出產品餾分,經進一步加工(如加氫精制、異構降凝、催化重整、加氫裂化等工藝)得到合格的油品或中間產品;氣相經冷凍分離及烯烴轉化得到LPG、聚合級丙烯、聚合級乙烯及中熱值燃料氣 。