煤直接液化制油畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　（冶金化工系）</b></p><p>　　題 目 煤直接液化制油（年產(chǎn)160萬） </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 </p><p><b&

3、gt;　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 煤制油的發(fā)展歷程2</p><p>　　1.1.1 煤直接液化在世界的發(fā)展史2</p><p>　　1.

4、1.2 煤炭間接液化制油在世界的發(fā)展史3</p><p>　　1.1.3 中國煤制油3</p><p>　　1.2 煤制油的意義4</p><p>　　第二章 煤炭液化的工藝5</p><p>　　2.1直接液化的基本原理6</p><p>　　2.1.1反應(yīng)機(jī)理6</p><p>

5、　　2.1.2 反應(yīng)模型6</p><p>　　2.2單段液化工藝6</p><p>　　2.2.1?？松淙軇┓?EDS工藝)6</p><p>　　2.2.2 IGOR工藝流程描述9</p><p>　　2.3 催化兩段液化工藝(CTSL工藝)10</p><p>　　2.4煤間接液化工藝11<

6、/p><p>　　2.4.1 Mobil公司MTG工藝11</p><p>　　2.4.2 SASOL工藝11</p><p>　　2.4.3 SHELL公司的SMDS合成工藝12</p><p>　　第三章 煤直接液化合成油13</p><p>　　3.1 ?？松淙軇┓ǎ‥DS法）13</p>

7、<p>　　3.1.1 工藝反應(yīng)原理14</p><p>　　3.1.2 工藝流程14</p><p>　　3.2影響煤液化的因素14</p><p>　　3.2.1 原料煤粒度對煤液化的影響14</p><p>　　3.2.2 煤變質(zhì)程度和煤巖顯微組分對煤液化的影響15</p><p>　　3.

8、2.3 煤種礦物質(zhì)對煤液化的影響15</p><p>　　3.2.4 反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力與停留時間15</p><p>　　3.3 工藝計算16</p><p>　　3.3.1 物料衡算16</p><p>　　3.3.2 能量衡算20</p><p>　　第四章 煤直接液化主要設(shè)備23</p>

9、<p>　　4.1 高壓煤漿泵23</p><p>　　4.2 煤漿預(yù)熱器24</p><p>　　4.3 煤直接反應(yīng)器的技術(shù)特點25</p><p>　　4.4 煤直接液化反應(yīng)器的類型26</p><p>　　4.4.1 鼓泡床反應(yīng)器24</p><p>　　4.4.2 強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器

10、27</p><p>　　4.4.3 環(huán)流反應(yīng)器27</p><p>　　4.4.4 種煤液化反應(yīng)器的比較28</p><p>　　第五章 煤炭液化產(chǎn)品的處理31</p><p>　　5.1 煤液化粗油的性質(zhì)32</p><p>　　5.2 液化粗油提質(zhì)加工34</p><p>　　

11、5.2.1 煤液化石腦油餾分的加工34</p><p>　　5.2.2 煤液化重油的加工32</p><p>　　5.3 液化粗油提質(zhì)加工工藝33</p><p>　　5.3.1 日本的液化粗油提質(zhì)加工工藝33</p><p>　　5.4 煤液化殘渣的利用34</p><p><b>　　第六章

12、結(jié)論36</b></p><p><b>　　致 謝37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　煤液化是指在一定工藝條件下把固體煤炭通過化學(xué)加工過程，使其轉(zhuǎn)化成為液體燃料、

13、化工原料和產(chǎn)品的先進(jìn)潔凈煤技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，我國終端能源消費正逐步向優(yōu)質(zhì)高效潔凈能源轉(zhuǎn)化，石油消費量逐年增加。由于國產(chǎn)石油無法滿足需求，對進(jìn)口油依存度越來越高。發(fā)展煤炭液化不僅可以解決燃煤引起的環(huán)境污染問題，充分利用我國豐富的煤炭資源優(yōu)勢，保證煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，滿足未來不斷增長的能源需求，而且更重要的是，煤炭液化還可以生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)適用的燃料油，大量替代柴油、汽油等燃料，有效地解決我國石油供應(yīng)不足和石油供應(yīng)安全問題

14、，且經(jīng)濟(jì)投入和運行成本也低于石油進(jìn)口，從而有利于我國清潔能源的發(fā)展和長期的能源供應(yīng)安全。從結(jié)構(gòu)上講，“富煤少油有氣”的能源資源特征決定了“以煤制油己成為我國能源戰(zhàn)略的一個重要趨勢”。發(fā)展煤炭液化作為我國保證煤炭工業(yè)可持續(xù)展，緩解環(huán)境惡化，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，解決石油短缺，保證能源供應(yīng)安全的最有效途徑之一。本文主要介紹了煤炭直接液化中的?？松淙軇┓üに?，介紹了?？松淙軇┓ǖ陌l(fā)展現(xiàn)狀，反應(yīng)原理，主要化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了直

15、接液化年生產(chǎn)一百六十萬噸油的生產(chǎn)工藝。</p><p>　　關(guān)鍵詞：煤 直接液化 合成油 </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　能源是社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，安全保障能源供應(yīng)是中國經(jīng)濟(jì)建康發(fā)展、實現(xiàn)在21世紀(jì)中葉達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支持和內(nèi)容。</p><p

16、>　　隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，如何有效地發(fā)揮煤炭資源優(yōu)勢，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，解決石油各短缺及由此造成的能源安全問題，已經(jīng)引起我國政府的高度重視。我國煤炭資源豐富，煤種齊全，煤炭資源占能源儲量的92%，這就決定了我國的能源生產(chǎn)和消費在相當(dāng)長的時期仍以煤炭為主，目前占70%左右。隨著能源消費總量的增加，煤炭需求總量將增加，大幅度減少煤炭消費是較難辦到的。另外，我國能源分布不均，重心偏西偏北，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域偏南偏東，常規(guī)能源需要長途運輸才能

17、滿足需求，而且煙煤型污染已經(jīng)給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重問題。因此為了減少環(huán)境污染，提高煤炭利用效率，減少消費，降低CO2 排放量，生產(chǎn)便于運輸?shù)娜剂?，開發(fā)出了煤炭液化技術(shù)。煤炭液化技術(shù)是指煤炭轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴的技術(shù)，可將煤轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、LPG等產(chǎn)品。因此，以國內(nèi)豐富的煤炭資源為基礎(chǔ)，大力發(fā)展煤炭液化技術(shù)，盡快實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，并最終形成新的煤炭能源轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)，對于平衡我國能源結(jié)構(gòu)，解決石油短缺具有重大戰(zhàn)略意義，其產(chǎn)業(yè)前景非常樂觀。從國家政策來看，以

18、煤代油是中國長期能源政策中的重要組成部分，中央及地方政府十分支持“煤代油”技術(shù)的發(fā)展，其中煤炭液化是“煤代油”主要技術(shù)之一。我國已將</p><p>　　1.1 煤制油的發(fā)展歷程</p><p>　　煤液化技術(shù)可分為直接液化和間接液化兩大類。接近工業(yè)化的煤直接液化技術(shù)有 :德國 IG-OR工藝 ,美國 HTI工藝 ,日本 NEDOl工藝 ;已商業(yè)化的煤間接液化技術(shù)有 :南非 Sasol固定

19、床高溫工藝石油一直是全球各國重要的戰(zhàn)略資源。</p><p>　　1.1.1 煤直接液化在世界的發(fā)展史</p><p>　　煤的直接液化：煤直接液化技術(shù)研究始于上世紀(jì)初的德國，1927年在Leuna建成世界上第一個10萬噸／年直接液化廠。1936～1943年間，德國先后建成11套直接液化裝置，1944年總生產(chǎn)能力達(dá)到400t／a，為德國在第二次世界大戰(zhàn)中提供了近三分之二的航空燃料和50％的

20、汽車及裝甲車用油。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，美國、日本、法國、意大利及前蘇聯(lián)等國相繼開展了煤直接液化技術(shù)研究。50年代后期，中東地區(qū)廉價石油的大量開發(fā)，使煤直接液化技術(shù)的發(fā)展處于停滯狀態(tài)。1973年，爆發(fā)石油危機(jī)，煤炭液化技術(shù)重新活躍起來。德國、美國及日本在原有技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出一些煤直接液化新工藝，其中研究工作重點是降低反應(yīng)條件的苛刻度，從而達(dá)到降低液化油生產(chǎn)成本的目的。目前不少國家已經(jīng)完成了中間放大試驗，為建立商業(yè)化示范廠奠定了基礎(chǔ)。世界上

21、有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點是煤炭液化的反應(yīng)條件比老液化工藝大為緩和，生產(chǎn)成本有所降低，中間放大試驗已經(jīng)完成。目前還未出現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)廠，主要原因是生產(chǎn)成本仍競爭不過廉價石油。今后的發(fā)展趨勢是通過開發(fā)活</p><p>　　1.1.2 煤炭間接液化制油在世界的發(fā)展史</p><p>　　煤炭間接液化技

22、術(shù)主要有三種，即的南非的薩索爾（Sasol）費托合成法、美國的莫比爾法（Mobil）和正在開發(fā)的直接合成法。目前，煤間接液化技術(shù)在國外已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，全世界共有3家商業(yè)生產(chǎn)廠正在運行，它們分別是南非的薩索爾公司和新西蘭、馬來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，而沒有進(jìn)一步以甲醇為原料生產(chǎn)燃料油和其它化工產(chǎn)品，生產(chǎn)能力1.25萬桶/天。馬

23、來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生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)柴油和煤油，生產(chǎn)能力為 50萬噸/年。因此，從嚴(yán)格意義上說，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)。</p><p>　　此外，美國SGI公司于80年代末開發(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SGI

24、公司于1992年建成了一座日處理能力為1000噸的次煙煤商業(yè)示范廠。</p><p>　　1.1.3 中國煤制油</p><p>　　我國從70年代末開始進(jìn)行煤炭直接液化技術(shù)的研究和攻關(guān)，其目的是用煤生產(chǎn)汽油、柴油等運輸燃料和芳香烴等化工原料。煤炭科學(xué)研究總院通過“六五”到 “九五”的科技攻關(guān)和國際合作，先后從日本、德國引進(jìn)2套直接液化小型連續(xù)試驗裝置，從美國引進(jìn)一套液化油提質(zhì)加工試驗裝置

25、，規(guī)模均為0.1噸/天，并建有先進(jìn)的原料及產(chǎn)品分析檢驗裝備。經(jīng)過近20年的試驗研究，找出了14種適于直接液化的中國煤種；選出了5種活性較高的、具有世界先進(jìn)水平的催化劑；完成了4種煤的工藝條件試驗，為開發(fā)適于中國煤種的煤直接液化工藝奠定了基礎(chǔ)；成功地將煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。</p><p>　　目前，從煤一直到合格產(chǎn)品的全流程已經(jīng)打通，煤炭直接液化技術(shù)在中國已完成基礎(chǔ)性研究，為進(jìn)一步工藝放大和

26、建設(shè)工業(yè)化生產(chǎn)廠打下了堅實的基礎(chǔ)。我國從50年代初即開始進(jìn)行煤炭間接液化技術(shù)的研究，曾在錦州進(jìn)行過4500噸/年的煤間接液化試驗，后因發(fā)現(xiàn)大慶油田而中止。由于70年代的兩次石油危機(jī)，以及“富煤少油”的能源結(jié)構(gòu)帶來的一系列問題，我國自80年代初又恢復(fù)對煤間接液化合成汽油技術(shù)的研究，由中科院山西煤化所組織實施。</p><p>　　“七五”期間，山西煤化所開的煤基合成汽油技術(shù)被列為國家重點科技攻關(guān)項目。1989年在代

27、縣化肥廠完成了小型實驗?！鞍宋濉逼陂g，國家和山西省政府投資2000多萬元，在晉城化肥廠建立了年產(chǎn)2000噸汽油的工業(yè)試驗裝置，生產(chǎn)出了90號汽油。在此基礎(chǔ)上，提出了年產(chǎn)10萬噸合成汽油裝置的技術(shù)方案。目前，萬噸級煤基合成汽油工藝技術(shù)軟件開發(fā)和集成的研究正在進(jìn)行，從90年代初開始研究用于合成柴油的鈷基催化劑技術(shù)也正處在試驗階段。經(jīng)過20年的開發(fā)和研究，目前我國已經(jīng)具備建設(shè)萬噸級規(guī)模生產(chǎn)裝置的技術(shù)儲備，在關(guān)鍵技術(shù)、催化劑的研究開發(fā)方面已擁有

28、了自主知識產(chǎn)權(quán)?？梢赃@樣講，我國自己研發(fā)的煤炭液化技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。</p><p>　　1.2 煤制油的意義</p><p>　　我國煤炭資源豐富，煤種齊全，發(fā)展煤炭液化、氣化等技術(shù)，對發(fā)揮資源優(yōu)勢，優(yōu)化終端能源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模補(bǔ)充國內(nèi)石油供需缺口有著現(xiàn)實和長遠(yuǎn)意義。主要體現(xiàn)在：第一，產(chǎn)品為清潔能源，減少污染；第二，煤炭—能源化工一體化，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)；第三，高新技術(shù)優(yōu)化集成，推動現(xiàn)代煤

29、化工技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)；第四，建設(shè)大型企業(yè)和產(chǎn)業(yè)基地；第五，有效利用煤炭資源，高效利用，使各種煤種煤質(zhì)物盡其用，減少資源浪費；第六，經(jīng)濟(jì)效益最大化，通過建設(shè)大型工廠，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益；第七，人力資源得到發(fā)揮。通過產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，帶動其他運輸、建筑、服務(wù)等行業(yè)發(fā)展，擴(kuò)大就業(yè)，充分利用人力資源。</p><p>　　第二章 煤炭液化的工藝</p><p>　　煤的液化是先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)和煤轉(zhuǎn)化技

30、術(shù)之一，是用煤為原料以制取液體烴類為主要產(chǎn)品的技術(shù)。煤掖化分為“煤的直接液化”和“煤的間接液化”兩大類。</p><p>　　煤直接液化煤在氫氣和催化劑作用下，通過加氫裂化轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程稱為直接液化。裂化是一種使烴類分子分裂為幾個較小分子的反應(yīng)過程。因煤直接液化過程主要采用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。</p><p>　　煤的間接液化是以煤基合成氣(CO+ )為原料，在一定的溫度

31、和壓力下，定向催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝，包括煤氣化制取合成氣及其凈化、變換、催化合成以及產(chǎn)品分離和改質(zhì)加工等過程。</p><p>　　通過煤炭液化，不僅可以生產(chǎn)汽油、柴油、LPG(液化石油氣)、噴氣燃料，還可以提取BTX(苯、甲苯、二甲苯)，也可以生產(chǎn)制造各種烯烴及含氧有機(jī)化合物。</p><p>　　煤炭液化可以加工高硫煤，硫是煤直接液化的助催化劑，煤中硫在氣化和液化過程中轉(zhuǎn)

32、化成硫化氫再經(jīng)分解可以得到元素硫產(chǎn)品。</p><p>　　2.1直接液化的基本原理</p><p>　　2.1.1 反應(yīng)機(jī)理</p><p>　　大量研究證明，煤在一定溫度、壓力下的加氫液化過程基本分為三大步驟，首先，當(dāng)溫度升至300℃以上時，煤受熱分解，即煤的大分子結(jié)構(gòu)中較弱的橋鍵開始斷裂，打碎了煤的分子結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生大量的以結(jié)構(gòu)單元分子為基體的自由基碎片，自由

33、基的相對分子質(zhì)量在數(shù)百范圍。第二步，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的分子。能與自由基結(jié)合的氫并非是分子氫，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，如系統(tǒng)中供給()，可發(fā)生變換反應(yīng)()放出氫。當(dāng)外界提供的活性氫不足時，自由基碎片可

34、發(fā)生縮聚反應(yīng)和高溫下的脫氫反應(yīng)，最后生成固半焦或焦炭。第三步，瀝青烯及液化油分子被繼續(xù)加氫裂化生成更小的分子。所以，煤液化過程中，溶劑及催化劑起著非常重要的作用。</p><p>　　2.1.2 反應(yīng)模型</p><p>　　為了能利用計算機(jī)模擬計算煤液化反應(yīng)的結(jié)果，根據(jù)以上反應(yīng)機(jī)理的分析，許多研究者假設(shè)了煤加氫液化的各種反應(yīng)模型。最有代表性的是日本研究者的模型，見圖2-1</p&g

35、t;<p>　　2-1煤液化反應(yīng)模型</p><p>　　該模型假設(shè)原料煤分成三種類型。</p><p>　　CI是不反應(yīng)的惰性煤。</p><p>　　CB熱解只產(chǎn)生瀝青烯類物質(zhì)。</p><p>　　CA熱解產(chǎn)生氣體、重質(zhì)油和瀝青烯三種物質(zhì)。</p><p>　　瀝青烯加氫產(chǎn)生氣體、水、輕質(zhì)油，CA產(chǎn)

36、生的重質(zhì)油加氫產(chǎn)生中油。</p><p>　　通過積累大量試驗數(shù)據(jù)，可算出模型中的各反應(yīng)的級數(shù)及速度常數(shù)冷，再通過不同溫度下求出的k值，可求出各反應(yīng)的活化能。</p><p>　　以上反應(yīng)機(jī)理實際上并不是真正的墓元反應(yīng)，由此得出的動力學(xué)模型僅僅是一種表觀的形式，但被應(yīng)用于反應(yīng)器模擬計算時已足夠了。</p><p>　　也可以劃到這兩種工藝中去。同樣，兩種液化工藝都可

37、改進(jìn)用來做煤油共處理。</p><p>　　2.2 單段液化工藝 </p><p>　　2.2.1 ?？松┑軇┓?EDS工藝)</p><p>　　EDS是美國公司開發(fā)的一種煤炭直接液化工藝。公司從1966年開始研究煤炭直接液化技術(shù)，對EDS工藝進(jìn)行開發(fā)，并在0.5t/d的連續(xù)試驗裝置上確認(rèn)了EDS工藝的技術(shù)可行性。1975年6月，1.0t/d規(guī)模的ETA工藝全

38、流程中試裝置投人運行，進(jìn)一步肯定了ELF工藝的可靠性。1980年在德克薩斯的建了250 t/d的工業(yè)性試驗廠，完成了EDS工藝的研究開發(fā)工作。</p><p>　　EDS工藝（如圖2-2）的基本原理是利用間接催化加氫液化技術(shù)使煤轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，即通過對產(chǎn)自工藝本身的作為循環(huán)溶劑的餾分，在特別控制的條件下采用類似于普通催化加氫的方法進(jìn)行加氫，向反應(yīng)系統(tǒng)提供氫的“載體”。加氫后的循環(huán)溶劑在反應(yīng)過程中釋放出活性氫提供給

39、煤的熱解自由基碎片。釋放出活性氫的循環(huán)溶劑餾分通過再加氫恢復(fù)供氫能力，制成煤漿后又進(jìn)人反應(yīng)系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供活性氫。通過對循環(huán)溶劑的加氫提高溶劑的供氫能力，是EDS工藝的關(guān)鍵特征，工藝名稱也由此得來。</p><p>　　圖 2-2 EDS工藝流程圖</p><p><b>　　EDS工藝流程描述</b></p><p>　　煤與加氫后的溶劑制成

40、煤漿后，與氫氣混合，預(yù)熱后進(jìn)人上流式管式液化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度425~450℃和液體產(chǎn)物，反應(yīng)壓力17.5MPa。不需另加催化劑。反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入氣液分離器，分出氣體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物通過分離后，富氫氣與新鮮氫混合使用。液體產(chǎn)物進(jìn)入常、減壓蒸餾系統(tǒng)，分離成氣體燃料、石腦油、循環(huán)溶劑餾分、和其他液體產(chǎn)品及含固體的減壓塔釜底殘渣。</p><p>　　循環(huán)溶劑餾分(中、重餾分)進(jìn)入溶劑加氫單元，通過催化加氫恢復(fù)循環(huán)溶劑的供氫能

41、力。循環(huán)溶劑的加氫在固定床催化反應(yīng)器中進(jìn)行，使用的催化劑是石油工業(yè)傳統(tǒng)的鎳一鉬或鈷一鉑鋁載體加氫催化劑。反應(yīng)器操作溫度370℃，操作壓力11MPa，改變條件可以控制溶劑的加氫深度和質(zhì)量。溶劑加氫裝置可在普通的石油加氫裝置上進(jìn)行。加氫后的循環(huán)溶劑用于煤漿制備。</p><p>　　含固體的減壓塔釜底殘渣在流化焦化裝置進(jìn)行焦化，以獲得更多的液體產(chǎn)物。流化焦化產(chǎn)生的焦在氣化裝置中氣化制取燃料氣。流化焦化和氣化被組合在一

42、套裝置中聯(lián)合操作，被稱為靈活焦化法。靈活焦化法的焦化部分反應(yīng)溫度為485~650℃，氣化部分的反應(yīng)溫度為800~900℃。整個停留時間為0.5~lh。</p><p>　　EDS工藝的產(chǎn)油率較低，有大量的前瀝青烯和瀝青烯未轉(zhuǎn)化為油，可以通過增加煤漿中減壓蒸餾的塔底物的循環(huán)量來提高液體收率。EDS工藝典型的總液體收率(包括靈活焦化產(chǎn)生的液體)為:褐煤36%，次煙煤38%，煙煤39%~46 %(全部以干基無灰煤為計算

43、基準(zhǔn))。</p><p>　　EDS工藝采用供氫溶劑來制備煤漿，所以液化反應(yīng)條件溫和，但由于液化反應(yīng)為非催化反應(yīng)，液化油收率低，這是非催化反應(yīng)的特征。加重質(zhì)餾分的停留時間可以改善液化油收率，雖然將減壓蒸餾的塔底物部分循環(huán)送回反應(yīng)器但同時帶來煤中礦物質(zhì)在反應(yīng)器中的積聚問題，增加重質(zhì)餾分的停留時間可以改善液化油收率,但同時帶來煤中礦物質(zhì)在反應(yīng)器中的積聚時間問題。</p><p>　　2.2.2

44、 IGOR工藝流程描述</p><p>　　煤與循環(huán)溶劑及“赤泥”可棄鐵系催化劑配成煤漿，與氫氣混合后預(yù)熱。預(yù)熱后的混合物一起進(jìn)人液化反應(yīng)器，典型操作溫度470℃,壓力30.0MPa，反應(yīng)空速0.5t/ ( m3·h}反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)入高溫分離器。高溫分離器底部液化粗油進(jìn)人減壓閃蒸塔，減壓閃蒸塔底部產(chǎn)物為液化殘渣，頂部閃蒸油與高溫分離器的頂部產(chǎn)物一起進(jìn)人第一固定床反應(yīng)器，反應(yīng)條件:溫度350~420 ℃，壓

45、力與液化反應(yīng)器相同， 第一固定床反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)人中溫分離器。中溫分離器底部重油為循環(huán)溶劑，去用于煤漿制備。中溫分離器頂部產(chǎn)物進(jìn)人第二固定床反應(yīng)器，反應(yīng)條件:溫度350~420℃，壓力與液化反應(yīng)器相同，第二固定床反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)人低溫分離器，低溫分離器頂部副產(chǎn)氫氣循環(huán)使用。低溫分離器底部產(chǎn)物進(jìn)人常壓蒸餾塔，在常壓蒸餾塔中分餾為汽油和柴油。</p><p>　　IGOR工藝的操作條件在現(xiàn)代液化工藝中最為苛刻，所以適合于煙煤

46、的液化。在處理煙煤時，可得到大于90%的轉(zhuǎn)化率，液收率以無水無灰煤計算為50%~60%液化油在IGOR工藝中經(jīng)過十分苛刻條件的加氫精制后，產(chǎn)品中的S、N含量降到10數(shù)量級(幾十個ppm數(shù)量級)。表2-1為德國煙煤在IGOR工藝中的產(chǎn)率結(jié)果和產(chǎn)品性質(zhì)表。表2-1為云南先鋒揭煤在IGOR工藝中的液化結(jié)果。</p><p>　　表2-1德國煙煤IGOR工藝產(chǎn)率</p><p>　　2.3 催化兩

47、段液化工藝(CTSL工藝)</p><p>　　催化兩段液化工藝是H-Coal單段工藝的發(fā)展。</p><p>　　在美國的液化試驗裝置上，對該工藝進(jìn)行了15年的研究。該工藝現(xiàn)在已演化成在20世紀(jì)80年代和20世紀(jì)卯年代美國能源部資助的許多液化工藝的組合。采用了緊密串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每段都使用活性載體催化劑。此工藝現(xiàn)稱作催化兩段液化工藝。由美國能源部資助，美國碳?xì)浠衔镅芯抗?HRI)開發(fā)，包括

48、PDU規(guī)模試驗。催化兩段液化工藝工藝流程見圖2-3</p><p>　　圖2-3 催化劑兩段液化工藝(CTSL)流程圖</p><p>　　催化兩段液化工藝(CTSL)工藝流程描述</p><p>　　煤與循環(huán)溶劑配成煤漿，預(yù)熱后，與氫氣混合加入到沸騰床反應(yīng)器的底部。反應(yīng)器內(nèi)填裝載體催化劑，通常為鎳一銘鋁載體催化劑(有些工藝使用分散可棄催化劑)，催化劑被反應(yīng)器內(nèi)

49、部循環(huán)流流態(tài)化。因此反應(yīng)器具有連續(xù)攪抨釜式反應(yīng)器的均一溫度特征。溶劑具有供氫能力，在第一反應(yīng)器中，通過將煤的結(jié)構(gòu)打碎到一定程度而將煤溶解。第一反應(yīng)器也對溶荊進(jìn)行再加氮。操作壓力是17.0MPa，操作溫度在400~420℃。</p><p>　　反應(yīng)產(chǎn)物直接進(jìn)人第二段沸騰床反應(yīng)器中，操作壓力與第一段相同但溫度要高。反應(yīng)器也裝有載體催化劑。操作溫度通常達(dá)至420~440℃。第二反應(yīng)器的產(chǎn)物經(jīng)分離和減壓后,進(jìn)入常壓蒸餾

50、塔, 蒸餾切割出沸點小于 400℃餾分,常壓蒸餾塔塔底含有溶劑、未反應(yīng)的煤和礦物質(zhì)。常壓蒸餾塔塔底物進(jìn)行固液分離，脫除固體，溶劑循環(huán)至煤漿段。在有些工藝中只有部分常壓蒸餾塔底進(jìn)行固體分離，這樣，循環(huán)溶劑中含有礦物質(zhì)和可能使用的分散催化劑。固液分離方法采用Kerr-McGee CSD/ROSE工藝</p><p>　　2.4 煤間接液化工藝</p><p>　　2.4.1 Mobil公司M

51、TG工藝</p><p>　　甲醇轉(zhuǎn)化成汽油MTG，技術(shù)是由Mobil研究與開發(fā)公司開發(fā)成功，該技術(shù)間接克服了煤基合成甲醇直接作燃料的缺點。成為煤轉(zhuǎn)化成汽油的重要途徑。這一技術(shù)的核心是選擇沸石分子篩催化劑ZSM-5 ,其優(yōu)點是較F-T合成的成本低、合成汽油的芳烴含量高，特別是均四甲苯的含量達(dá)3.6%，在性能上又與無鉛汽油相當(dāng)。</p><p>　　MTG反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在絕熱條件下，體系

52、溫度可達(dá)到610℃左右。遠(yuǎn)超過反應(yīng)允許的反應(yīng)溫度范圍，因此反應(yīng)生成熱量必須移出，為此Mobile公司開發(fā)出兩種類型的反應(yīng)器。一是絕熱固定床反應(yīng)器，另一個是流化床反應(yīng)器，1979年以來美國化學(xué)系統(tǒng)公司又成功地開發(fā)出漿態(tài)床甲醇合成技術(shù)并完成了中試研究，漿態(tài)床比其他反應(yīng)器有獨特優(yōu)點。絕熱固定床反應(yīng)器把反應(yīng)分為兩段，第一階段反應(yīng)器為脫水反應(yīng)器，在其中完成二甲醚合成反應(yīng)，在第二階段反應(yīng)器中完成甲醇、二甲醚和水平衡混合物轉(zhuǎn)化成烴的反應(yīng)。</p

53、><p>　　第一、第二反應(yīng)器中反應(yīng)熱分別占總反應(yīng)熱的百分?jǐn)?shù)為20%和80%。工藝流程如圖2-2。</p><p>　　甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在催化劑上一狹窄帶狀區(qū)域進(jìn)行，隨反應(yīng)時間延長，這一催化劑帶失活，催化反應(yīng)逐步沿反應(yīng)器向下移動，最終整個反應(yīng)器中的催化劑活化需要再生，圖2-2有四個反應(yīng)器，在實際生產(chǎn)中正常操作條件下，至少有一個反應(yīng)器在再生。MTG反應(yīng)器由于積炭而失活，需要周期性再生，再生周期一般

54、為20天，可通過通入熱空氣進(jìn)行再生。二甲醚反應(yīng)器不積炭。正常情況下無需再生。</p><p>　　流化床反應(yīng)器與固定床反應(yīng)器完全不同，流化床反應(yīng)器中，用一個反應(yīng)器代替兩段固定床反應(yīng)器。甲醉與水混合后加人反應(yīng)器，加料為液態(tài)或氣態(tài)。在反應(yīng)器上部氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物與催化劑分。 </p><p>　　2.4.2 SASOL工藝</p><p>　　薩索爾(

55、Sasol )是南非煤炭、石油和天然氣股份有限公司(South African Coal, Oil and Gas Corp.)的簡稱。南非缺乏石油資源但卻蘊(yùn)藏有大量煤炭資源。為了解決當(dāng)?shù)厥偷男枨髥栴}，于1951年籌建了SASOL公司。1955年建成了第一座由煤生產(chǎn)液體運輸燃料的SASOL-I廠。建設(shè)由美國凱洛格(M.W.Kellogg CO.)公司及原西德的阿奇公司(Arge 即Arbeit Gemeinshaft Lurgi un

56、d Ruhrchemie)承包。阿奇建造的五臺固定床反應(yīng)器作為第一段，年產(chǎn)量為53,000t初級產(chǎn)品，開洛格建造了兩套流化床反應(yīng)器(Synthol)，設(shè)計年產(chǎn)液體燃料16000t，在SASOL-I廠成功的經(jīng)驗上，1974年開始，南非在賽昆達(dá)地區(qū)開工建設(shè)了SASOL-II廠，并于1980年建成投產(chǎn)。1979年又在賽昆達(dá)地區(qū)建設(shè)了SASOL-III廠，規(guī)模與II廠相同，造氣能力大約是SASOL-I廠的8倍。隨著時代的變遷和技術(shù)的進(jìn)步，SAS

57、OL三個廠的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)能力和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大的變化。目前三個廠年用煤4590萬t，其中I廠650萬t/年</p><p>　　2.4.3 SHELL公司的SMDS合成工藝</p><p>　　值高的條件下，可以高選擇性和高收率地合成高分子長鏈烷烴，同時也大大降低了低碳?xì)鈶B(tài)烴的生成。在1985年第五次合成燃料研討會上，該公司宣布已開發(fā)成功F-T合成兩段法的新技術(shù)—SMDS(Shell

58、多年來，荷蘭皇家Shell石油公司一直在進(jìn)行從煤或天然氣基合成氣制取發(fā)動機(jī)燃料的研究開發(fā)工作。尤其對一氧化碳加氫反應(yīng)的Schulz-Flory聚合動力學(xué)的規(guī)律性進(jìn)行了深入的研究，認(rèn)為在鏈增長的 Middle Distillate Synthesis)工藝，并通過中試裝置的長期運轉(zhuǎn)。 </p><p>　　SMDS合成工藝由一氧化碳加氫合成高分子石蠟烴—HPS(Heavy Paraffin Synthesis)過程

59、和石蠟烴加氫裂化或加氫異構(gòu)化—HPC(Heavy Paraffin Coversion) 制取發(fā)動機(jī)燃料兩段構(gòu)成。Shell公司的報告指出，若利用廉價的天然氣制取的合成氣(H2/CO = 2.0)為原料，采用SMDS工藝制取汽油、煤油和柴油產(chǎn)品，其熱效率可達(dá)60%，而且經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于其他F-T合成技術(shù)。 </p><p>　　第三章 煤直接液化合成油</p><p>　　3.1 ?？松淙軇?/p>

60、法（EDS法）</p><p>　　3.1.1 工藝反應(yīng)原理</p><p>　　EDS工藝的基本原理是利用間接催化加氫液化技術(shù)使煤轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，即通過對產(chǎn)自工藝本身的作為循環(huán)溶劑的餾分，在特別控制的條件下采用類似于普通催化加氫的方法進(jìn)行加氫，向反應(yīng)系統(tǒng)提供氫的“載體”。加氫后的循環(huán)溶劑在反應(yīng)過程中釋放出活性氫提供給煤的熱解自由基碎片。釋放出活性氫的循環(huán)溶劑餾分通過再加氫恢復(fù)供氫能力，制

61、成煤漿后又進(jìn)人反應(yīng)系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供活性氫。通過對循環(huán)溶劑的加氫提高溶劑的供氫能力，是EDS工藝的關(guān)鍵特征，工藝名稱也由此得來。</p><p>　　3.1.2 工藝流程</p><p>　　煤與加氫后的溶劑制成煤漿后，與氫氣混合，預(yù)熱后進(jìn)人上流式管式液化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度425~450℃，反應(yīng)壓力17.5MPa。不需另加催化劑。反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入氣液分離器，分出氣體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物通過分離

62、后，富氫氣與新鮮氫混合使用。液體產(chǎn)物進(jìn)人常、減壓蒸餾系統(tǒng)，分離成氣體燃料、石腦油、循環(huán)溶劑餾分、和其他液體產(chǎn)品及含固體的減壓塔釜底殘渣。</p><p>　　循環(huán)溶劑餾分(中、重餾分)進(jìn)人溶劑加氫單元，通過催化加氫恢復(fù)循環(huán)溶劑的供氫能力。循環(huán)溶劑的加氫在固定床催化反應(yīng)器中進(jìn)行，使用的催化劑是石油工業(yè)傳統(tǒng)的鎳一鉬或鈷一鉬鋁載體加氫催化劑。反應(yīng)器操作溫度370℃，操作壓力11MPa,改變條件可以控制溶劑的加氫深度和質(zhì)

63、量。溶劑加氫裝置可在普通的石油加氫裝置上進(jìn)行。加氫后的循環(huán)溶劑用于煤漿制備。</p><p>　　EDS的特點：EDS工藝的產(chǎn)油率較低，有大量的前瀝青烯和瀝青烯未轉(zhuǎn)化為油，減壓蒸餾的塔底物的循環(huán)量來提高液體收率。</p><p>　　3.2 影響煤液化的因素</p><p>　　3.2.1 原料煤粒度對煤液化的影響</p><p>　　為確保

64、煤液化過程中的試樣粒度不受溶劑擴(kuò)散的作用的限制，采用略小一些的原料煤粒度是適宜的。當(dāng)用幾種不同溶劑進(jìn)行煤萃取實驗時，發(fā)現(xiàn)粒度不同煤的萃取物中得到的喹啉可溶物的含量也不同，且多環(huán)芳烴化合物的含量高于前者，有供氫溶劑時，兩種煤液化產(chǎn)物中的SRC產(chǎn)率基本相近，但大粒度煤的殘渣質(zhì)量產(chǎn)率提高。結(jié)果如表3-1所示。</p><p>　　表3-1原料煤粒度對煤轉(zhuǎn)化率的影響</p><p>　　注：1實驗

65、條件：反應(yīng)溫度400℃：反應(yīng)時間1h：攪拌速度≥500ppm</p><p>　　2．Dmmf為干燥無礦物質(zhì)</p><p>　　3.2.2 煤變質(zhì)程度和煤巖顯微組分對煤液化的影響</p><p>　　研究工作表明：煤液化轉(zhuǎn)化率和煤液化油產(chǎn)率與煤粒度和煤巖組分關(guān)系較大。同一煤化度的煤，不同煤巖組分的液化性能也不相同。</p><p>　　我國

66、煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所在處理能力為0.1t/d煤連續(xù)液化實驗裝置上，對我國十幾個省和自治區(qū)的氣煤、長煙煤和褐煤等進(jìn)行了煤液化性能研究。結(jié)果表明，碳含量小于85%，H/C原子比大于0.8，揮發(fā)份大于40%，活性組分含量接近90%的煤，具有較好的液化性能。</p><p>　　3.2.3 煤種礦物質(zhì)對煤液化的影響</p><p>　　一般來說，煤中礦物質(zhì)含量高，液化轉(zhuǎn)化率就較高。為了弄清礦

67、物質(zhì)對液化的影響，人們進(jìn)行了如下研究：</p><p>　　礦物質(zhì)含量增加使液化產(chǎn)物組成向低分子方向轉(zhuǎn)化。</p><p>　　3.2.4 反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力與停留時間</p><p>　　1．反應(yīng)溫度如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1煙煤在各溫度下液化的產(chǎn)率 </p><p><b>　　2．反應(yīng)

68、壓力</b></p><p>　　壓力增高時，轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率都增高，瀝青烯和前瀝青下降。氫氣分壓增大，有利于氫溶解。同時有利于抑制脫氫反應(yīng)。增大氫壓時，油產(chǎn)率提高的幅度大于轉(zhuǎn)化率提高的幅度，有利于得到油類。</p><p><b>　　3．停留時間</b></p><p>　　停留時間是指漿料進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)至液化產(chǎn)物從反應(yīng)器排出的時間

69、間隔。</p><p><b>　　3.3 工藝計算</b></p><p>　　3.3.1 物料衡算</p><p><b>　　1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）年生產(chǎn)力：1600000t/a</p><p>　　（2）年開工時數(shù)：8000h</p&g

70、t;<p>　　（3）原料采用義馬褐煤，元素質(zhì)量組成如表3-2所示</p><p>　　表3-2元素質(zhì)量組成</p><p>　　（4）產(chǎn)品質(zhì)量組成如表3-3所示</p><p>　　表3-3產(chǎn)品質(zhì)量組成</p><p>　?。?）基準(zhǔn) 年工作為8000h，以1h為基準(zhǔn)</p><p>　　160=20

71、0t/h</p><p>　　以100t/h為基準(zhǔn)進(jìn)行計算</p><p>　　2、計算范圍 全裝置如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2煤直接液化制油流程圖</p><p><b>　　3、物料衡算</b></p><p><b>　?。?）產(chǎn)品的計算</b><

72、/p><p>　　生產(chǎn)出液體的量戰(zhàn)總產(chǎn)品的比例：32.80%+43.90%=76.70%</p><p>　　總產(chǎn)品的質(zhì)量：200 76.70%=260.7562t/h</p><p>　　混合氣體A的質(zhì)量：260.756215.70%=40.9837t/h</p><p>　　混合氣體B的質(zhì)量：260.75627.60%=19.8175t/h&

73、lt;/p><p>　　混合液體A的質(zhì)量：260.756232.80%=85.5280t/h</p><p>　　混合液體B的質(zhì)量：260.756243.90%=114.4732t/h</p><p>　　甲烷的質(zhì)量：40.983725.46%=10.4344t/h</p><p>　　乙烷的質(zhì)量：40.983747.88%=19.6016t/h

74、</p><p>　　乙烯的質(zhì)量：40.983726.66%=10.9142t/h</p><p>　　丙烯的質(zhì)量：19.817518.52%=3.6702t/h</p><p>　　丙烷的質(zhì)量：19.817535.70%=7.7048t/h</p><p>　　丁烯的質(zhì)量：19.817545.78%=9.0724t/h</p>

75、<p>　　輕質(zhì)油的質(zhì)量：85.528021.46%=18.3554t/h</p><p>　　汽油的質(zhì)量：85.528078.54%=67.1736t/h</p><p>　　柴油的質(zhì)量：260.756243.90%=114.4732t/h</p><p><b>　?。?）原料的計算</b></p><p&g

76、t;　　設(shè)制取100t/h的產(chǎn)品油所需的原料為At/h。</p><p>　　則所用催化劑為：4%At/h</p><p>　　全過程的氫耗量為：5.80%At/h</p><p>　　其中，加氫反應(yīng)器Ⅰ中的氫耗量占總量的68.00%</p><p>　　加氫反應(yīng)器Ⅱ中的氫耗量占總量的32.00%</p><p>　　

77、另殘渣內(nèi)含油8.00%，</p><p>　　全工藝流程如裝置圖所示：</p><p>　　進(jìn)入反應(yīng)器的量：A+4%A=104.00%At/h</p><p>　　高溫分離器分離出的氣體及輕油量：82.00%At/h</p><p>　　高溫分離器分離出的重質(zhì)物料量：18.00%At/h</p><p>　　減壓塔分離

78、出的油量：18.00%A76.00%t/h</p><p>　　減壓塔分離出的殘渣量：18.00%A24.00%t/h</p><p>　　殘渣內(nèi)含油量：18.00%A24.00%8.00%t/h</p><p>　　實際的殘渣量：18.00%A24.00%（1-8.00）t/h</p><p>　　進(jìn)入氫反應(yīng)器Ⅰ的氣體及輕油量：82.00%

79、A+18.00%A76.00%t/h</p><p>　　加氫反應(yīng)器Ⅰ的氫耗量：5.80%A68.00%t/h</p><p>　　進(jìn)入中溫分離器分離的總量：82.00%A+18.00%A76.00%+5.80%A68.00%t/h</p><p>　　中溫分離器分離出的氣體及輕質(zhì)油量：</p><p>　　（82.00%A+18.00%A7

80、6.00%+5.80%A68.00%）94.00%t/h</p><p>　　中溫分離器分離出的重質(zhì)油量：</p><p>　?。?2.00%A+18.00%A76.00%+5.80%A68.00%）6.00%t/h</p><p><b>　　循環(huán)溶劑的量：</b></p><p>　　18.00%A24.00%+（8

81、2.00%A+18.00%A76.00%+5.80%A68.00%）6.00%t/h</p><p>　　加氫反應(yīng)器Ⅱ的氫耗量：5.80%A32.00%t/h</p><p>　　進(jìn)入低溫分離器的產(chǎn)品總量：</p><p>　?。?2.00%A+18.00%A76.00%+5.80%A68.00%）94.00%t+5.80%A32.00%t/h</p>

82、<p>　　由a過程知總產(chǎn)品的質(zhì)量：130.3781t/h</p><p>　　則進(jìn)入低溫分離器的產(chǎn)品總量：（82.00%A+18.00%A76.00%+5.80%A68.00%）94.00%t+5.80%A32.00%t/h=260.7562</p><p>　　A=273.0432t t/h故得出：</p><p>　　催化劑的加入量：4%273.0

83、432t/h=10.9218t/h</p><p>　　全過程氫的消耗量：5.80%273.0432t/h=15.8366t/h</p><p>　　進(jìn)入反應(yīng)器的量：A+4%A=104.00273.0432t/h=283.965t/h</p><p>　　高溫分離器分離出的氣體及輕油量：82.00%273.0432t/h=111.9477t/h</p>

84、<p>　　高溫分離器分離出的重質(zhì)油量：18.00%273.0432t/h=49.1478t/h</p><p>　　減壓塔分離出的油量：18.00%273.0432t/h76.00%t/h=37.3522t/h </p><p>　　減壓塔分離出的殘渣量：18.00%273.0432t/h24.00%t/h=11.7954t/h</p><p>　　殘

85、渣內(nèi)含油量：18.00%273.0432t/h24.00%8.00%=0.9436t/h</p><p>　　實際的殘渣量：18.00%A24.00%（1-8.00）=10.8518t/h</p><p>　　進(jìn)入氫反應(yīng)器Ⅰ的氣體及清油量：</p><p>　　82%273.0432t/h+18%273.0432t/h76%=261.2478t/h</p>

86、;<p>　　進(jìn)入反應(yīng)器Ⅰ的氫耗量：5.80%273.0432t/h68.00%=10.7692t/h</p><p>　　進(jìn)入中溫分離器分離出的氣體及輕質(zhì)油量：</p><p>　　(82%273.0432t/h+18%273.0432t/h76%+5.80%273.0432t/h68.00%)94.00%=261.1364t/h</p><p>　

87、　中溫分離器分離的重質(zhì)油量：</p><p>　　(82%273.0432t/h+18%273.0432t/h76%+5.80%273.0432t/h68.00%)6.00%=16.321t/h</p><p><b>　　循環(huán)溶劑的量：</b></p><p>　　18.00%273.0432t/h24.00%+(82.00%273.0432

88、+18.00%273.0432t/h76.00%+5.80273.0432t/h68.00%)6.00%=28.1164t/h</p><p>　　加氫反應(yīng)器Ⅱ的氫耗量：5.80%273.0432t/h32.00%=5.0678t/h</p><p><b>　　由此知實際需煤量：</b></p><p>　　煤液化物料衡算如表3-4所示<

89、;/p><p>　　表3-4煤液化物料衡算組分組成</p><p>　　3.3.2 能量衡算</p><p><b>　　1．基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　(1) 各產(chǎn)物的比熱容如表3-5所示</p><p>　　表3-5產(chǎn)物的比熱容</p><p>　?。?）已知能量

90、公式Q=CMT，進(jìn)口溫度350℃，出口溫度25℃，由物料衡算知各物料的質(zhì)量。</p><p>　　2．計算范圍 對液體在低溫分離器分離過程進(jìn)行能量衡算</p><p><b>　　3.能量衡算</b></p><p>　　對低溫分離器進(jìn)口處各物料進(jìn)行能量計算</p><p>　　對低溫分離器進(jìn)口處各物料進(jìn)行能量計算<

91、;/p><p>　　甲烷的能量：10.4344170350=6.2016kJ</p><p>　　乙烷的能量：19.6016 1.44 350=9.8792 kJ</p><p>　　乙烯的能量：10.9142 1.222 350=4.6680 kJ</p><p>　　丙烷的能量：7.7048 1.65 350=4.0856 kJ<

92、/p><p>　　丙烯的能量：3.6702 2.436 350=3.130 kJ</p><p>　　丁烯的能量：9.07242.314 350=7.3478 kJ</p><p>　　輕質(zhì)油的能量：18.35541.7 350=11.1136 kJ</p><p>　　汽油的能量：67.17362.200350=5.1722 kJ<

93、;/p><p>　　柴油的能量：114.4732 2.100 350=8.4136 kJ</p><p>　　低溫分離器進(jìn)口處各物料的總能量：</p><p>　　3.1008+9.8792+4.6680+4.0856+3.130+7.3478+11.1136+5.1722+8.4136=18.2844 kJ</p><p>　　對低溫分離器出口

94、處各物料進(jìn)行能量衡算</p><p>　　甲烷的能量：10.4344 1.700 25=4.4298 kJ</p><p>　　乙烷的能量：19.60161.4425=7.0566×105kJ</p><p>　　乙烯的能量：10.91421.22225=3.3342kJ</p><p>　　丙烷的能量：7.70481.6525=2

95、.9184kJ</p><p>　　丙烯的能量：3.67022.43625=2.2352kJ</p><p>　　丁烯的能量：9.07242.31425=4.8524kJ</p><p>　　輕質(zhì)油的能量：18.35541.7325=7.9382kJ</p><p>　　汽油的能量：67.17362.20025=3.6946 kJ</p

96、><p>　　柴油的能量：114.47322.10025=6.0098 kJ</p><p>　　低溫分離器出口處各物料的總能量：</p><p>　　4.4298+7.0566+3.3342+2.9184+2.2352+4.8524+7.9382+3.6946+6.0098=12.3004 kJ</p><p>　　出的熱量：Q放=Q進(jìn)-Q出=

97、18.2844－12.3004=16.9844 kJ</p><p>　　煤液化能量衡算如表3-6所示</p><p>　　表3-6 煤液化能量衡算各組分組成</p><p>　　第四章 煤直接液化主要設(shè)備</p><p>　　煤直接液化技術(shù)是在高壓和比較高的溫度下加氫的過程，所以工藝設(shè)備及材料必須具備耐高溫高壓、以及臨氫條件下耐氫腐蝕等性能

98、。另外，直接液化處理的物料中含有煤及催化劑等固體顆粒，因此還必須解決由于處理固體顆粒所帶來的沉積、磨損、密封等技術(shù)問題。在此對一些關(guān)鍵設(shè)備作一簡單的介紹。</p><p><b>　　4.1 高壓煤漿泵</b></p><p>　　高壓煤漿泵的作用是把煤漿從常壓送人高壓系統(tǒng)內(nèi)，除了有壓力要求外，還必須達(dá)到所要求的流量。煤漿泵一般選用的往復(fù)式高壓柱塞泵，小流量可用單柱塞

99、或雙柱塞，大流量情況下要用多柱塞并聯(lián)。柱塞材料必須選用高硬度的耐磨材料。</p><p>　　柱塞泵的進(jìn)出口煤漿止逆閥的結(jié)構(gòu)形式必須適應(yīng)煤漿中固體顆粒的沉積和磨損，這是必須解決的技術(shù)問題。由于柱塞在往復(fù)運動時內(nèi)部為高壓而外部為常壓，因此密封問題也要得以解決，一般采用中間有油壓保護(hù)的填料密封。荷蘭生產(chǎn)的隔膜柱塞泵應(yīng)用于煤漿輸送是成功的。</p><p><b>　　4.2 煤漿預(yù)熱

100、器</b></p><p>　　煤漿預(yù)熱器的作用是在煤漿進(jìn)人反應(yīng)器前，把煤漿加熱到接近反應(yīng)溫度。采用的加熱方式小型裝置采用電加熱，大型裝置采用加熱爐。由于煤漿在升溫過程中的翁度變化很大(尤其是煙煤煤漿)，在300~400℃范圍內(nèi)，煤漿鉆度隨溫度的升高而明顯上升。在加熱爐管內(nèi)，煤漿貓度升高后，一方面爐管內(nèi)阻力增大，另一方面流動型式成為層流，即靠近爐管管壁的煤漿流動十分緩慢。這時如果爐管外壁熱強(qiáng)度較大，溫

101、度過高，則管內(nèi)煤漿很容易局部過熱而結(jié)焦，導(dǎo)致爐管堵塞。解決上述間題的措施是一方面使循環(huán)氫與煤漿合并進(jìn)人頂熱器，由于循環(huán)氣體的擾動作用，使煤漿在爐管內(nèi)始終處于湍流狀態(tài)。另一方面是在不同溫度段選用不同的傳熱強(qiáng)度，在低溫段可選擇較高的傳熱強(qiáng)度，即可利用輻射傳熱，而在煤漿溫度達(dá)到300℃以上的高溫段，必須降低傳熱強(qiáng)度，使?fàn)t管的外壁溫度不致過高，建議利用對流傳熱。另外選擇合適的爐管材料也能減少煤漿在爐管內(nèi)的結(jié)焦。</p><p

102、>　　對于大規(guī)模生產(chǎn)裝置，煤漿加熱爐的爐管需要并聯(lián)，此時，為了保證每一支路中的流量一致，最好每一路爐管配一臺高壓煤漿泵。</p><p>　　還有一種解決預(yù)熱器結(jié)焦堵塞的辦法是取消單獨的預(yù)熱器，煤漿僅通過高壓換熱器升溫至300℃以下就進(jìn)人反應(yīng)器，靠加氫反應(yīng)放熱和對循環(huán)氣體加熱使煤漿在反應(yīng)器內(nèi)升至反應(yīng)所需的溫度。</p><p>　　煤漿加熱爐的設(shè)計參數(shù)選擇可參照石油煉制加熱爐的設(shè)計經(jīng)

103、驗。煤漿加熱爐的熱負(fù)荷計算可以將熱效應(yīng)分解成以下幾部分。</p><p>　　①煤粉升溫所需的顯熱。</p><p>　?、诿悍凼軣岱纸馑璧姆磻?yīng)熱(吸熱，參考值:550~580kJ/kg)</p><p>　?、廴軇┥郎厮璧娘@熱。</p><p>　?、苋軇┲休p組分蒸發(fā)所需的潛熱。</p><p>　?、菖c煤漿一起

104、進(jìn)入的氫氣升溫所需的顯熱。</p><p>　　有關(guān)數(shù)據(jù)可查閱有關(guān)手冊。還有煤的自由基碎片有少部分加氫放出的反應(yīng)熱，反應(yīng)熱數(shù)值參見下一節(jié)。</p><p>　　4.3 煤直接反應(yīng)器的技術(shù)特點</p><p>　　反應(yīng)器是煤直接液化工藝的核心設(shè)備，其處理的物料包括氣相氫、液相溶劑、少量的催化劑和固體煤粉，物料固體含量高，煤漿濃度為40%～50%，屬于高固含量的漿態(tài)物料

105、;而在反應(yīng)條件下，氣、液體積流量之比為8～13。這種高固含率和高氣液操作比使得煤直接液化反應(yīng)體系成為一個復(fù)雜的多相流動體系。一般來說，煤液化反應(yīng)器的操作條件都是高溫、高壓。煤液化工藝不同，相應(yīng)的操作條件也不同，一般煤直接液化反應(yīng)器的操作條件:壓力15～30MPa,溫度440～465℃,氣液比700～1 000(標(biāo)態(tài)V /V )， 停留時間1～2h，氣含率0.1～0.5%，進(jìn)出料方式下部進(jìn)料、上部出料。 </p><

106、p>　　在煤液化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，主要有煤的熱解反應(yīng)和熱解產(chǎn)物的加氫反應(yīng)，前者是吸熱反應(yīng)，后者是強(qiáng)放熱反應(yīng)，而總的熱效應(yīng)是放熱反應(yīng)。因此反應(yīng)器的溫度一般要求嚴(yán)格控制，低于正常溫度則反應(yīng)不完全，其未反應(yīng)的生煤將進(jìn)入后續(xù)單元，給后續(xù)單元造成更大的操作負(fù)荷和難度;而反應(yīng)溫度過高，則容易使液化油氣化，導(dǎo)致操作不穩(wěn)定，油收率降低，也容易導(dǎo)致反應(yīng)器結(jié)焦，減少了反應(yīng)器的有效體積和物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，甚至導(dǎo)致反應(yīng)中斷。<

107、;/p><p>　　煤直接液化反應(yīng)器在實踐中應(yīng)用時，必須考慮以下4個因素:</p><p>　　1)保證足夠的反應(yīng)時間，主要是液相停留時間，為此，反應(yīng)器內(nèi)氣含率不能太高。</p><p>　　2)有足夠的液相上升速度，目的是防止煤粉顆粒的沉降。</p><p>　　3)保證足夠的傳質(zhì)速率，需要有足夠和均勻的氣含率及氣、液湍流程度。</p&g

108、t;<p>　　4)有合理的反應(yīng)熱移出手段，這樣可以靈敏地控制反應(yīng)溫度，防止反應(yīng)器飛溫。</p><p>　　在煤液化反應(yīng)器的操作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)如下問題:①飛溫，當(dāng)反應(yīng)器溫度控制不好時，反應(yīng)器內(nèi)溫度就會急劇上升，失去控制，這就是飛溫現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)盡量避免該現(xiàn)象的發(fā)生;②固體顆粒沉積，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)液相上升速度低時，就會產(chǎn)生煤粉及無機(jī)顆粒的沉積，沉積不僅能導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部物料的堵塞，還會因局部反應(yīng)劇烈而產(chǎn)生飛

109、溫現(xiàn)象;③結(jié)焦，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)液體流動有死區(qū)、煤漿濺上氣體空腔壁或飛溫超過470℃時縮聚反應(yīng)成為主要反應(yīng)時，反應(yīng)器內(nèi)就會產(chǎn)生結(jié)焦，結(jié)焦嚴(yán)重時會導(dǎo)致反應(yīng)器正常操作無法進(jìn)行。為了盡量減少以上異常情況的發(fā)生，除嚴(yán)格遵守操作規(guī)程外，增加反應(yīng)器的操作彈性也是很有必要的。為了盡量減少以上異常情況的發(fā)生，除嚴(yán)格遵守操作規(guī)程外，增加反應(yīng)器的操作彈性也是很有必要的。</p><p>　　4.4 煤直接液化反應(yīng)器的類型</p>

110、;<p>　　自從1913年德國的Bergius發(fā)明煤直接液化技術(shù)以來，德國、美國、日本、前蘇聯(lián)等國家已經(jīng)相繼開發(fā)了幾十種煤液化工藝，所采用的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)也各不一樣?？偟膩碚f，迄今為止，經(jīng)過中試和小規(guī)模工業(yè)化的反應(yīng)器主要有3種類型:鼓泡床反應(yīng)器，懸浮床反應(yīng)器，環(huán)流反應(yīng)器。</p><p>　　4.4.1 鼓泡床反應(yīng)器</p><p>　　氣液鼓泡床反應(yīng)器以其良好的傳熱、傳質(zhì)、

111、相間充分接觸與高效率的可連續(xù)操作特性，而廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、煤化工、生物化工、環(huán)境工程等生產(chǎn)過程。鼓泡床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，其外形為細(xì)長的圓筒，其長徑比一般為18 ～ 30里面除必要的管道進(jìn)出口外，無其他多余的構(gòu)件。為達(dá)到足夠的停留時間，同時有利于物料的混合和反應(yīng)器的制造，通常用幾個反應(yīng)器串聯(lián)。氫氣和煤漿從反應(yīng)器底部進(jìn)入，反應(yīng)后的物料從上部排出。由于反應(yīng)器內(nèi)物料的流動形式為平推流(即活塞流)，理論上完全排除了返混現(xiàn)象，實際應(yīng)用中大直徑的鼓泡

112、床反應(yīng)器液相有輕微的返混，因此也有稱該種反應(yīng)器為活塞流反應(yīng)器的管道進(jìn)出口外，無其他多余的構(gòu)件。為達(dá)到足夠的停留時間，同時有利于物料的混合和反應(yīng)器的制造，通常用幾個反應(yīng)器串聯(lián)。氫氣和煤漿從反應(yīng)器底部進(jìn)入，反應(yīng)后的物料從上部排出。由于反應(yīng)器內(nèi)物料的流動形式為平推流(即活塞流)，理論上完全排除了返混現(xiàn)象，實際應(yīng)用中大直徑的鼓泡床反應(yīng)器液相有輕微的返混，因此也有稱該種反應(yīng)器為活塞流反應(yīng)器。日本液化工藝和德國液化工藝鼓泡床反應(yīng)器是典型的液化鼓泡床