煤液化技術論文
煤液化指在一定溫度、壓力下，用氣化劑對煤進行熱化學加工，將煤中有機質轉變為煤氣的過程。下面是小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!
篇一
煤直接液化綜述
摘要：本文總結了煤直接液化原理。通過實驗研究，在煤油漿體制備和加氫液化反應效果上有重大突破，並提出了新的觀點和看法。在漿體制備上，選用元寶山煤和煤焦油餾分油為溶劑，製備出具有良好流動性和穩定性的煤漿，降低了生產裝置因沉積，堵塞而產生的維修費用，延長了生產週期;在加氫液化方面，選用高效的催化劑，使總轉化率，出油率顯著提高，殘渣明顯減少，增加了產量，降低了殘渣處理量，由於反應時間的需求小，使得生產裝置空速高，生產效率大大提高。
關鍵字：煤直接液化;流動性;穩定性;催化劑;
中圖分類號： X952 文獻標識碼： A
煤直接液化的原理
煤炭直接加氫液化一般是在較高溫度***>400℃***，高壓***17MPa***，氫氣***或CO+H2，CO+H2O***、催化劑和溶劑作用下，將煤加氫，直接轉化為液體油的加工過程。煤和石油主要都是由C、H、O等元素組成，不同的是：煤的氫含量和H/C原子比比石油低，氧含量比石油高;煤的分子量大，一般大於5000。而石油約為200，汽油約為110;煤的化學結構複雜，一般認為煤有機質是具有不規則構造的空間聚合體，它的基本結構單元是縮合芳環為主體的帶有側鏈和官能團的大分子，而石油則為烷烴、環烷烴和芳烴的混合物。煤還含有相當數量的以細分散組分的形式存在的無機礦物質和吸附水，煤也含有數量不定的雜原子***氧、氨、硫***、鹼金屬和微量元素。根據其組成結構，可將煤在液化反應中的轉化過程如圖表示：
注：上述反應歷程中C1表示煤有機質的主體，C2表示存在於煤中的低分子化合物，C3表示惰性成分。
二、製漿階段各種要求
2.1煤種的選擇
國內外大量的煤直接液化實踐證明，由於煤的結構極其複雜，煤中有機質不是以一定的分子形式存在，而是以多樣複雜的高分子化合物的混合形式存在，所以，不能客觀的確定其化學結構。煤種不同，即煤的體相、表面形貌、內水含量、礦物質種類和含量等不同，直接液化難易程度也有很大差別。其中煤的分子結構、組成、巖相組分含量及煤灰成分等對煤直接液化均有很大影響。
綜上所述，選擇適宜直接液化的煤種一般應滿足下述條件中的大部分：
①年青煙煤和年老褐煤，褐煤比煙煤活性高，更易液化;
②揮發分大於35%;
③氫含量大於5%，碳含量82%～85%，氫/碳原子比愈高愈好，同時希望氧含量愈低愈好;
④活性組分大於80%;
⑤灰分小於10%***乾燥基***，礦物質中最好富含硫鐵礦。
2.2溶劑的作用和選擇
①溶解溶脹作用：一些有機溶劑和煤中的有機質發生強烈的作用，導致煤中諸如氫鍵等非共價鍵斷裂溶解在溶劑中，從而破壞煤中交聯鍵形成的交聯網路結構，使煤發生溶脹。溶脹後的煤的結構較為疏鬆，自由能降低。
②供氫和熱傳遞作用：我們選用的溶劑為煤焦油餾分段，它不但可以阻止煤中小的自由基的縮聚，而且煤焦油中含有萘，在催化劑存在的條件下可以形成四氫萘和十氫萘，具有供給煤液化所需要的氫原子，還可作為催化劑的載體，使煤粉在良好的氫氣條件下充分轉化，反應效率高，可迴圈使用。
2.3漿體流態化
在煤液化工業過程中, 首先需要將原料煤與迴圈油以一定比例配製成油煤漿, 經過高壓泵增壓, 流經熱交換器和預熱爐, 送到加氫反應器進行反應。油煤漿的黏度是設計液化反應器和油煤漿輸送系統涉及到的一個重要引數, 對煤液化工程的穩定執行至關重要。
①煤顆粒粒度對煤漿黏度的影響：煤漿體系的黏度隨煤顆粒粒度減小而增加. 相同濃度的煤漿, 粗顆粒較多時, 由於溶劑空間較大, 煤漿流動性好, 煤漿表觀黏度下降,但粒子重力會超過凝聚作用力, 使懸浮體系沉降, 穩定性變差. 細顆粒較多時, 顆粒在溶劑中的分散性增強, 粒子間相互作用力增大, 表觀黏度升高, 但煤漿穩定性提高, 流動性變差。因此, 不同粒度的煤粉可以使大小顆粒互相填充, 製備出濃度高的煤漿。
②煤油比對煤漿黏度的影響：由於煤為多孔物質, 能夠吸收一定量的溶劑進入煤顆粒間的微孔, 使得在顆粒間自由運動的液相分子減少, 溶劑的作用之一就是作為顆粒間的自由相, 充當煤顆粒之間的“潤滑劑”, 溶劑量越少, 自由相的潤滑作用就越差, 當溶劑量較少時, 油煤漿的黏度都較大。
③溫度對煤漿黏度的影響
實驗以元寶山煤製成煤含量為45%的煤漿為例，考察了溫度為60℃, 70℃, 80℃和90℃時, 煤漿體系黏度隨溫度的資料***見表***。
溫度***℃*** 60 70 80 90
黏度***mpa.s*** 930 730 630 380
由實驗結果可知, 溫度對煤漿黏度的影響很大, 溫度升高時黏度降低。一般液體的黏度與溫度的關係可近似用Arrhenius關係式表示: n=A.exp ***E/RT ***; 對上式兩邊取對數, 則有: lnn= lnA+E/RT。對實驗溫度範圍內的資料按“最小二乘法”進行線性迴歸, 迴歸方程為:y = 0.1478x + 4.4378;式中: y = lnn ，x= 1000/T. 線性相關性檢驗得到的相關係數接近於1, 表明近似呈線性關係***見圖2.3***。 因此可得到, 在常壓低溫條件下, 煤漿的黏度隨溫度增加而降低。
圖2.3 煤漿黏度與溫度的關係
④溶脹對煤漿黏度的影響:煤與溶劑混合後，放置一段時間發生溶脹，煤漿體系的黏度比溶脹前增大, 這主要是由於溶脹作用使煤顆粒粒徑增大, 固相顆粒在煤漿中的體積濃度增大, 隨之造成黏度的增加。
綜上所述：在選定合適的煤粉顆粒度，煤油比的前提下，所調配的煤漿在經過熟化工藝讓其充分溶脹，最終得到具有良好流動性和穩定性的煤油漿。
三、反應階段
本文以元寶山煤種所制煤漿為例，進行實驗，資料分析如下：
3.1溫度對加氫液化反應的影響
在初始壓力8.0Mpa，相同的煤含量為50%物料，氫油比為9.96***100g/g***,反應時間為2min，改變反應溫度350℃，380℃，400℃，420℃和450℃，反應溫度對液化效果的影響見圖3.1 。由圖3.1可知，隨著反應溫度的升高，轉化率是一直增加，但到450℃轉化率趨於平穩，出油率是先增加後降低，而氣產率一直在增大，且幅度越來越大。這就說明了煤隨著溫度的升高，逐漸解聚、溶解、加氫轉化，轉化率和出油率同時增加，當溫度在420℃-450℃時，煤的轉化率和出油率達到最高，並於達到最高點後在較小的高溫區間持平。溫度在升高，分解反應超過加氫反應，縮聚反應也隨之加強，則會引起焦化，氣產率升高，出油率下降。
圖3.1不同反應溫度對加氫液化反應的影響
3.2氫油比對加氫液化反應的影響
在工業生產上，氫油比往往體現在氫氣的壓力上，在物料一定時，氫壓越高，反應速率越高，效果越好，但是，對高壓裝置的投資、能量消耗和氫耗量都要增加，產品成本相應提高，所以應根據原料煤性質、催化劑活性和操作溫度，選擇合適的氫壓。
3.3時間對加氫液化反應的影響
在初始壓力8.0Mpa，相同的煤含量為50%物料，溫度為450℃,氫油比為9.96***100g/g***，改變反應時間分別為10,15,30,45和60分鐘。反應時間對反應效果影響如圖3.3。隨著反應時間的延長，轉化率緩慢增加，出油率先增加後略微下降，最高點為30min，氣體產率開始減少，隨反應時間的延長，後來增加很快，同時氫耗量也隨之增加。
圖3.3不同反應時間對加氫液化反應的影響
從生產的角度出發，一般要求反應時間越短越好，因為反應時間短意味著空速高、處理量高，不過合適的反應時間與煤種、催化劑、反應溫度、壓力、溶劑以及對產品的質量要求等因素有關，應通過實際情況而定。
3.4催化劑的加氫液化反應的影響
催化劑的組成，催化方式每個細微的改變都會對反應結果帶來直接影響，這裡不做詳述。
結論：
煤直接液化是一個複雜的過程，每一個操作步驟都會影響最終的反應結果，因此還需要更為細緻的研究和發現，在漿體穩定性和催化劑上還需要進一步突破，從而為實現工業化奠定紮實的基礎，並創造出巨大的經濟價值。
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