神华集团煤直接液化示范项目

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神华集团煤直接液化示范项目

时间：2022-12-12 来源：现代煤化工

神华集团煤直接液化项目是我国一个现代煤直接液化工艺的大型工业规模示范项目。项目分两期建设。一期工程由三条生产线组成，占地面积363hm²，年产油品300多万吨。考虑到煤直接液化工艺尚未经工业化生产验证，为了规避风险，一期分为两个阶段进行，先期（第一阶段）建设一条100万吨工业规模的煤直接液化生产系统及其配套的公用工程和辅助设施。该项目于2004年8月正式开工，于2008年5月基本建成，2008年年底进行投料试车。

神华集团煤直接液化示范项目采用的煤直接液化核心技术是由神华集团联合国内科研究所开发的具有自主知识产权的中国神华煤直接液化工艺，该工艺是在充分借鉴、消化、吸附国外现有煤直接液化工艺技术的基础上，结合国家“863”高效合成煤直接液化催化剂的开发成功，完全依靠自己的技术力量开发形成的煤直接液化工艺。技术原理和特点如下。

一、采用人工合成高效液化催化剂

中国神华煤直接液化工艺采用列人国家“863”计划、由神华集团公司和煤炭科学研究总院共同研制开发的、具有我国自主知识产权的超细水合氧化铁（FeOOH）作为液化催化剂（简称“863催化剂”）。由于“863催化剂”活性高、添加量少，煤液化转化率高，残渣中催化剂带出的液化油少，增加了蒸馏油产率。

煤直接液化铁系催化剂一般分为两大类————人工合成的高效铁系催化剂和天然含铁矿物，但两者的有效成分是相同的，即都是Fe1-xS。催化剂活性的高低一般以吨煤需要加入的Fe的量来衡量，目前，高效催化剂吨煤需要的Fe量为5kg，即催化剂中Fe添加量为煤的0.5%。合成的高效催化剂之所以高效，是因为在制备过程中采用特殊的技术，将催化剂制备成超细颗粒，使催化剂的颗粒达到100mm左右，催化剂比表面积大大增加，催化剂性中心达到最有效发挥。

二、溶剂全部采用预加氢的供氢性溶剂

中国神华煤直接液化工艺煤浆制备全部采用经过一定条件加氢的供氢性循环溶剂。由于循环溶剂采用预加氢，溶剂性质稳定，成浆性好，可以制备成含固体45%~55%（质量分的高浓度煤浆，而且煤浆流动性好，煤浆黏度小于400cP（1cP=10-3>Pas）（60℃）；于循环溶剂采用预加氢，溶剂供氢性能好，加上高活性液化催化剂，液化反应条件温和，反应温度440～465℃；由于循环溶剂采用预加氢，溶剂具有供氢性能，在煤浆预热和换热过程中，能阻止煤热分解过程中自由基碎片的缩合，防止结焦，延长操作周期，提高热利用率。

煤直接液化过程中溶剂的作用十分重要。在热解过程中煤是被加在循环溶剂中制成煤浆舔与反应的，所以煤在热解的同时，也会发生溶解等物理反应。煤热解产生的自由基，如不能及时分散和加上活性氢使其稳定，则易发生聚合反应。溶剂在此步骤中的作用相当重要，它以两种途径减少聚合反应。第一种途径是它在物理上将反应产生的自由基碎片在溶剂中分开。因此，这种溶剂对重质芳香物的溶解性要好。第二种途径是提供活性氢给自由基，使其成为稳定分子。适合的溶剂中含有稠环芳香烃结构的分子。溶剂中部分加氢的芳香烃可以向反应性高的自由基碎片转移和提供氢。供氢溶剂中提供的氢的反应活性比气态氢要高许多。在高压催化体系中，一般认为气相氢是通过与溶剂反应再转移至煤的。加氢程度合适的溶剂中氢的反应活性高，数量多，因此始终保证溶剂中含有活性氢非常重要。通过催化加氢来提高溶剂的供氢性能是现代煤直接液化工艺的一个标志，其最大优势是剂组成容易控制，煤浆浓度可以提高，黏度适中，由于煤浆性质的改善，可以采用热交换举和预热炉组合进行煤浆预热，使工厂的热效率大大提高。更重要的是，使整个直接液化装置的操作变得很稳定，并且由于溶剂性能的提高，液化条件可以大大缓和，煤在反应器的停留时间可以大大减少，反应器利用率可以提高。

三、反应器采用内循环悬浮床

神华煤直接液化工艺采用两个强制循环的悬浮床反应器。由于强制循环船浮床反应器为全返混沌、径、轴向温度分布均匀，反应温度容易控制，通过进料温度即可控制反应温度，不需要采用反应器侧线急冷氢控制，产品性质稳定。强制循环悬浮床反应器气体滞留体系数偏低，反应器液相利用率高，强制循环悬浮床反应器内液速高，反应器内没有矿物质沉积。

四、固液分离采用减压蒸馏

神华煤直接液化工艺采用减压蒸馏的方法进行沥青和固体物的脱除。减压蒸馏是一种成熟有效的脱除沥青和固体的分离方法，减压蒸馏的馏出物不含沥青，产品中柴油馏分多，并可按环溶剂增加供氯性提供合格原料：减压蒸馏的残渣含固体50%~55%（质量分数），残渣中含量少。由于使用了高活性的“863催化剂”，催化剂添加量少，排出的残渣量也相对减少。

减压蒸馏被认为是一种在煤直接液化工艺中最有效的固液分离方法，现代煤直接液化工艺中大多采用此种分离方法。减压蒸馏是根据物质的挥发度（也就是分子的大小以及分子的作用力）来进行分离，通过温度、压力的控制，理论上可完全脱除固体物和重质沥青物。

为了能最大限度地得到液体油并使得减压塔底残渣能顺利排出，一般控制减压塔底线中的固体物含量在50%左右。

减压蒸馏是成熟可靠的固液分离技术。减压蒸馏在煤直接液化工艺中的使用，为提高环溶剂质量提供了可能，分离出的溶剂由于不含沥青和固体物，可以通过催化加氢来提高剂的供氢性能。

五、溶剂加氢采用强制循环悬浮床反应器

神华煤直接液化工艺的循环溶剂和产品采用强制循环悬浮床加氢反应器（T-Star工艺进行加氢。第一次将强制循环悬浮床反应器引入煤直接液化工艺中，由于强制循环悬浮床氢反应器采用上流式，催化剂可以在线更新，加氢后的供氢溶剂供氢性能好，产品性质稳定，操作周期长，而且也避免了固定床反应由于催化剂积炭压差增大的风险。

固定床加氢是石油加工十分成熟的技术。但固定床加氢加工煤液化油面临着金属含量和沥青质含量较高的问题。金属含量高将使固定床加氢催化剂迅速失活，沥青质含量过高将使催化剂床层压差急剧升高。采用固定床加氢制备循环溶剂，对加氢原料质量的控制要求十分严格，否则将影响固定床操作周期。

解决液化油金属含量和沥青质含量较高问题的最好方法是使用悬浮床反应器。T-Sur工艺是沸腾床缓和加氢裂化工艺，具有沸腾床工艺的特点。沸腾床工艺是借助于液体流速，将具有一定粒度的催化剂自下而上移动并保持一定的界面，使氢气、催化剂和原料充分接触而完成加氢反应的过程。沸腾床工艺的特点是：可在反应过程中不断补充新催化剂并排除旧催化剂，无床层堵塞问题，因而可以长时间连续运转；沸腾床反应器使反应物与催化剂呈返混状态，保证了反应物与催化剂之间接触良好，而且有利于传热和传质，使反应器内温度比较均匀；对原料的适应性强，可加工高金属含量（V＋Ni含量可高达700×10-6以上）、高残炭值原料。

中国神华煤直接液化工艺采用的各单元技术都是经过国外百吨级工业性试验装置验证的成熟技术。如采用全部供氢溶剂的煤浆系统、减压蒸馏系统与日本NEDOL工艺、德国IGOR+工艺基本一样，采用全部供氢溶剂的煤浆制备、煤浆预热和减压蒸馏在日本、德国启工业性试验装置上分别经过了长达1900h和5000h的长周期运转，取得了满意的结果。强都循环悬浮床反应器H-Oil已经在工业应用，在煤直接液化工艺上也在H-Coal工艺的百吨受工业性试验装置上进行了长周期的运转。溶剂加氢采用的T-Star工艺与H-Oil工艺十分接近。863煤直接液化高效催化剂也经过了相当规模的中试装置的反复连续运转试验。中国律华煤直接液化工艺连续试验装置5000h的运转结果也表明，中国神华煤直接液化工艺技术道熟的，能长期稳定运转，反应器利用率高，可防止矿物质沉积，反应条件缓和，最大限**提高了液体收率，同时为液化产品进一步加工提供优质原料。

六、神华煤直接液化工艺的先进性

神华煤直接液化工艺与目前现有工艺相比具有明显的先进性。

（1）单系列处理量大神华煤直接液化工艺采用与国外第三代煤直接液化工艺相同的全部供氢溶剂循环，但是由于反应器的不同，单系列处理液化煤量大大增加。国外煤直接液化工艺采用鼓泡床反应器，单系列最大处理液化煤量为2500～3000t干煤/d，而中国神华煤直接液化工艺由于采用强制循环的悬浮床反应器，单系列处理液化煤量为6000t干煤/d。

（2）油收率高神华煤直接液化工艺由于采用高活性的液化催化剂，添加量少，蒸馏油收率高于相同条件下的国外煤直接液化工艺。

（3）稳定性好中国神华煤直接液化工艺采用经过加氢的供氢溶剂，溶剂性质稳定，煤浆性质好，工艺的稳定性与国外第三代煤直接液化工艺相当。但由于神华煤直接液化工艺采用T-Star工艺加氢，溶剂加氢的可靠性要优于国外煤直接液化工艺的固定床加氢。

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来源：现代煤化工技术手册

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