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煤炭间接液化技术
时间:2022-11-24 来源: 现代煤化工

煤间接液化是以合成气(CO+H2)为原料,在一定压力和温度条件下,定向催化合成燃料油和化工产品的技术。目前已实现工业化生产的有南非 Sasol公司的费托(F-T)合成技术、美国Mobil公司的MTG技术、荷兰Shell公司的SMOS技术、中国科学院山西煤化所技术和兖矿煤间接液化技术,这些技术均达到大型工业化生产水平。

1.南非Sasol公司F-T合成技术

南非 Sasol公司是世界上规模最大的以煤为原料生产液体燃料和化工产品的公司。1955 年Sasol-I厂投产后,先后于1980~1982年建成投产了Sasol-Ⅱ和Sasol-Ⅲ两个大型煤液化工厂。目前三个煤液化厂年加工煤炭总量为4590万吨,生产汽油、柴油、煤油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醚等130多种产品,总产量达760万吨,其中油品约占67%,由于原料煤价格便宜(810美元/t),加之采取煤--化联合生产,并进行深度加工,公司取得较好的经济效益。Sasol是世界上煤液化工取得成功的典范,在F-T合成技术基础上,研究开发了自己的先进工艺和设备,主要有如下几种。

(1)浆态床反应器 1993年第一台直径 φ3.5m、温度 250℃的浆态床反应器在 Sasol-l 厂投入运行,以生产柴油和石蜡为主。与固定床和循环流化床相比浆态床具有以下技术优势。

①原料合成气中H2/CO比值要求低,一般为0.6~0.7。可直接用大型现代煤气化炉生产的煤气进行合成反应。

②反应器热效率高,反应温度较低(250℃),温度容易控制。

③合成气单程转化率高,生产能力大,操作弹性大。

(2)SAS反应器 Sasol将循环流化床反应器(Synth 1)改为固定流化床反应器 SAS (Sasol Advanced Synth/Reactor),取消了催化剂循环系统。SAS反应器与Synth 1反应器相比具有转化率高、生产能力大、气固分离效果好、操作简单、投资少等优点。是一项技术成熟、应用较多的先进技术。Sasol公司于1989年建成了直径A5m、高22m的8台SAS反应器,1995年又建成4台 φ8m,高38m 的 SAS反应器,单台生产能力1500t/d,199年建成了4台直径φ10.8m、高38m的反应器,单台生产能力2500t/d,使用铁系催化剂,反应温度350℃,主要产品为汽油、柴油和烯烃等。

(3)SSPD工艺 Sasol公司近年来开发了浆态床馏分油(SSPD)工艺,将天然气转化为优质液体燃料。计划建设的第一套大型工业装置的生产能力为20000桶/d馏分油和石脑油,于2006年投入运行。

2. MTG合成技术

20世纪70年代,美国ExxonMobil公司开发成功ZSM-5沸石催化剂,并对F-T合成技术进行改进,实现了甲醇转化为汽油的 MTG 工艺技术工业化。选用ZSM-5 沸石分子筛、提高了以生产C~Gu汽油馏分为主的选择性,制得高辛烷值(>90)的发动机燃料。1985 年Methanen公司在新西兰建成投产了合成汽油能力为57万吨/a的装置,经改造后能力可达80万吨/a。其工艺过程是以天然气为原料制合成甲醇,再用MTG技术将甲醇转化为汽油。中国山西晋煤集团10万吨/a MTG装置于2009年6月建成试生产,生产出了合格的高标号汽油,这是国内第一套MTG工业化生产装置。

3. SMDS合成技术

荷兰Shell公司开发的SMDS(中间馏分油)工艺,是先将合成气(CO+H2)合成石蜡烃,再将石蜡加氢裂解或加氢异构化制取发动机燃料油,主要产品为柴油、煤油、石脑油和蜡。马来西亚应用SMDS技术,于1993年在Bintulu建成了一座50万吨/a合成油厂。该厂采用天然气为原料制合成气。

4. 其他合成燃料油技术

日本三菱重工与COSMO石油公司联合开发的AMSTG工艺、丹麦托普索公司开发的TIGAS工艺都已进入中试阶段,规模分别为1桶/d和1t/d、两种工艺都是以天然气为原料生产合成气,合成气首先转化为含氧化合物,再经汽油反应器生成汽油馏分。这两种工艺都是在MTG技术基础上研究开发的合成气转化为高辛烷值汽油的技术。

此外,利用Exxon公司开发的21世纪先进的气体转化技术(AGC-21)、在美国巴吞鲁日建立了规模为 200 桶/d 的中试装置。合成油 (Syntroleum) 公司开发的自热式转化(ATR)工艺由美国Texaco公司与Brown 8.Roor公司共同进行工业化试验,规模为2500 桶/d的工业装置于1999年建成,其产品成本可与目前的石油产品竞争。由合成气制取高辛烷值汽油组分的最新专利报道,可生产含C~Cn的烃类化合物,生产的汽油辛烷值高,含芳烃低,异构烃产率高。

5.中国合成油技术开发现状

①中国科学院山西煤炭化学研究所从20世纪80年代初开始进行F-T合成技术研究,提出将传统的F-T合成与沸石分子筛相结合的固定床两段合成(MFT)工艺,1993年在山西晋城建成2000t/a以水煤气制合成油工业试验装置,运行不到1000h,取得了有参考价值的数据。另外还开展了浆态床-固定床两段合成工艺(SMFT)研究工作,1990年完成模试。于2001年10月正式启动了“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术开发”项目,2002年进行了千吨级的小型试验,取得阶段性成果,在此基础上,应用山西煤化所浆态床F-T合成技术于2009年先后建成伊泰、潞安两套16万吨/a和神华18万吨/a煤制油装置,并生产出合格的汽油和柴油。此外该所还开展了用超临界技术将CO+H2合成长链烃与甲醇的试验研究工作,已取得初步结果。

② 2002年中国兖州矿业集团公司投资同时开展煤间接液化和直接液化两种液化技术的开发工作。间接液化法完成实验室工作和万吨级中试装置的设计,于2004年建成并开始运行。间接液化采用低温低压浆态床合成技术(LTFT),产品以柴油、石蜡为主。万吨级试验装置由F-T合成、高温/低温冷凝产品回收、液体石蜡分离精制和催化剂还原4个单元组成。反应器内径φ1m,使用自己开发的铁系催化剂。试验的目的是为工业放大设计提供数据。此后又开发了高温F-T合成技术并进行了中试。

在陕西榆林于2011年开工建设110万吨/a低温间接法煤制油项目,2015年底建成运行,产出合格油品。2017年6月10万吨/a高温法合成油(F-T)工业试验装置开工建设,计划2018年投产运行,规划一期总规模达到500万吨/a产能。

③煤炭科学研究总院北京煤炭化学研究所在煤液化试验和液化煤种评价方面做了大量工作,并于2002年完成了宁夏煤炭间接液化项目的预可行性研究工作,对间接液化的技术选择、加工工艺、产品方案及市场进行了研究和论证。另外,近年来国内各大煤炭生产集团都在进行煤炭间接液化项目的前期工作。

④ 陕西金巢科技公司进行技术开发并建成了低温F-T合成油中试装置,采用固定床串联、并联灵活工艺,合成气不循环,生产出合格的高温高纯石蜡和柴油,产品收率为160~180g/m³合成气(CO+H2),中试装置运行一年后进行了国际评价和国内鉴定。

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来源:现代煤化工技术手册

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