1、专家介绍专家介绍l现任煤炭科学研究院北京煤化工研究分院煤液化技术研究所所长。现任煤炭科学研究院北京煤化工研究分院煤液化技术研究所所长。l19841984年至今，一直从事煤直接液化研究工作。年至今，一直从事煤直接液化研究工作。 八十年代，参加国家八十年代，参加国家“六五六五”、“七五七五” ” 科技攻关课题科技攻关课题“煤的直煤的直接液化技术研究接液化技术研究”。九十年代，承担了中日合作开发项目。九十年代，承担了中日合作开发项目“中国中国煤炭的液化性能评价煤炭的液化性能评价”；中德合作项目；中德合作项目“云南先锋煤直接液化示云南先锋煤直接液化示范厂可行性研究范厂可行性研究”；“NEDOLNEDO
2、L工艺煤液化催化剂的研究工艺煤液化催化剂的研究”等课题的等课题的研究。国家研究。国家863863计划课题计划课题“煤直接液化高效催化剂煤直接液化高效催化剂”骨干和组织者骨干和组织者, , “煤直接液化关键技术煤直接液化关键技术”子课题负责人。子课题负责人。973973项目项目“大规模煤炭直大规模煤炭直接液化的基础研究接液化的基础研究”的子课题负责人。合著的子课题负责人。合著煤液化技术煤液化技术和和煤化工手册煤化工手册。发表多篇科技论文和煤直接液化方面的专利。发表多篇科技论文和煤直接液化方面的专利。煤直接液化技术介绍煤直接液化技术介绍李克健李克健煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院
3、北京煤化工研究分院煤液化技术研究所煤液化技术研究所煤液化技术研究所煤液化技术研究所 煤液化研究室成立于煤液化研究室成立于19791979年，一直年，一直从事于煤直接液化的研究。现有专业从事于煤直接液化的研究。现有专业技术人员技术人员2323人，高级工程师职称以上人，高级工程师职称以上有有1111人。是我国长期从事煤直接液化人。是我国长期从事煤直接液化研究并具备一定实力的专业科研机构。研究并具备一定实力的专业科研机构。煤液化技术研究所煤液化技术研究所 二十多年来，煤液化技术研究所在我国政府二十多年来，煤液化技术研究所在我国政府相关部门的支持下和通过广泛的国际合作，相关部门的支持下和通过广泛的国际
4、合作，从事我国煤炭直接液化的研究。从跟踪国际从事我国煤炭直接液化的研究。从跟踪国际煤炭液化领域技术发展趋势到结合我国资源煤炭液化领域技术发展趋势到结合我国资源特点，独立开展煤液化催化剂的开发、我国特点，独立开展煤液化催化剂的开发、我国引进煤液化工艺的优化、煤液化关键技术和引进煤液化工艺的优化、煤液化关键技术和煤直接液化先进工艺的开发等工作。煤直接液化先进工艺的开发等工作。煤液化技术研究所煤液化技术研究所 “十五十五”期间，承担两项期间，承担两项“国家国家863863计划计划”课题和一项课题和一项“国家国家973973计划计划”项目。分别是项目。分别是“煤直接液煤直接液化高效催化剂化高效催化剂”
5、、“神华煤直接神华煤直接液化示范工程技术支持及新工艺液化示范工程技术支持及新工艺开发开发”和和“大规模煤炭直接液化大规模煤炭直接液化的基础研究的基础研究”。煤液化技术研究所煤液化技术研究所发展我国煤直接液化技术，推动我国发展我国煤直接液化技术，推动我国煤直接液化技术产业化的发展，是煤煤直接液化技术产业化的发展，是煤液化技术研究所今后长期工作目标。液化技术研究所今后长期工作目标。大唐国际致力于煤直接液化产业化，大唐国际致力于煤直接液化产业化，煤液化技术研究所提供最佳的技术服煤液化技术研究所提供最佳的技术服务务。主要内容主要内容1.1.煤化学基础煤化学基础2.2.煤直接液化基本原理煤直接液化基本原
6、理3.3.煤直接液化工艺煤直接液化工艺4.4.煤直接液化工业化煤直接液化工业化1.1.煤化学基础煤化学基础煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然 有机岩。由古植物经过漫长的和复有机岩。由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、物理化学和地球化杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成。学作用转变而成。煤煤 腐植煤腐植煤 腐泥煤腐泥煤腐植煤的生成过程腐植煤的生成过程泥炭化阶段泥炭化阶段煤化阶段煤化阶段 1 1）成岩作用阶段）成岩作用阶段 2 2）变质作用阶段）变质作用阶段煤的生成与分类煤的生成与分类植物植物泥炭泥炭褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤褐煤分类褐煤分类年轻褐煤年轻褐煤
7、 挥发份37% 透光率30%年老褐煤年老褐煤 挥发份37% 透光率 30%50%（胜利褐煤35%）烟煤分类烟煤分类 烟煤主要根据其挥发份和粘结指烟煤主要根据其挥发份和粘结指数，依变质程度由深到浅分为：数，依变质程度由深到浅分为： 长焰煤、不粘煤、弱粘煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、 1/2中粘煤、气煤、气肥煤、肥中粘煤、气煤、气肥煤、肥煤、煤、 1/3焦煤、焦煤、瘦煤、焦煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤。贫瘦煤、贫煤。无烟煤的分类无烟煤的分类 挥发份挥发份 H含量含量无烟煤无烟煤0101： 3.5%， 2%无烟煤无烟煤02 02 3.5 2.03.0无烟煤无烟煤03 03 6.510.0 3.0 煤的
8、岩相煤的岩相宏观煤岩组成：丝炭、镜煤、亮宏观煤岩组成：丝炭、镜煤、亮煤和暗煤煤和暗煤煤的显微组成：镜质组、壳质组煤的显微组成：镜质组、壳质组和惰质组和惰质组直接液化适宜的煤种直接液化适宜的煤种年老褐煤：年老褐煤：年轻烟煤：长焰煤、不粘煤、弱年轻烟煤：长焰煤、不粘煤、弱粘煤、粘煤、 1/2中粘煤、气煤中粘煤、气煤2.2.煤直接液化基本原理煤直接液化基本原理 煤炭直接液化技术是通过高温高煤炭直接液化技术是通过高温高压和催化剂的存在下，煤加氢转压和催化剂的存在下，煤加氢转化成洁净液体燃料化成洁净液体燃料( (汽油、柴油、汽油、柴油、航空煤油等航空煤油等) )或化工原料的一种先或化工原料的一种先进的洁
9、净煤技术。进的洁净煤技术。煤为什么可以加氢成为油？煤为什么可以加氢成为油？煤与石油的相同点：由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、由古植物经过漫长的和复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成。物理化学和地球化学作用转变而成。以以C、H、N、S、O等元素组成，等元素组成，C和和H为主。为主。煤为什么可以加氢成为油？煤为什么可以加氢成为油？煤与石油的不同点：煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然有机岩。煤：一种非均相的嵌有矿物质的天然有机岩。煤以芳香烃为主，由一些基本结构单元通过桥煤以芳香烃为主，由一些基本结构单元通过桥键相连成大分子。氢键相连成大分子。氢/ /碳原子比较低，通常为碳原子比较低，通常
10、为0.31.00.31.0。O O、N N、S S含量较高。含量较高。石油：地下岩石中生成的液态的以碳氢化合物石油：地下岩石中生成的液态的以碳氢化合物为主要成份的可燃性矿产。为主要成份的可燃性矿产。正构烷烃为主，氢正构烷烃为主，氢/ /碳比较高，碳比较高，1.81.8。煤加氢提高其煤加氢提高其H/CH/C原子比成为油：原子比成为油：在一定的温度下煤大分子结构裂解成自由基；在一定的温度下煤大分子结构裂解成自由基；这些自由基在活性氢存在的条件下与氢反应，这些自由基在活性氢存在的条件下与氢反应，生成生成H/CH/C原子比较高的小分子；原子比较高的小分子；固液分离脱除煤中的矿物质；固液分离脱除煤中的矿
11、物质；提质加工脱除油中提质加工脱除油中O O、N N、S S等杂原子，生成等杂原子，生成的符合规格的成品油。的符合规格的成品油。 胜利胜利褐煤褐煤大庆大庆原油原油胜利褐胜利褐煤液化煤液化轻油轻油胜利褐胜利褐煤液化煤液化中油中油C,wt%74.2785.7482.3384.78H,wt%4.5813.3112.4411.12N,wt%1.170.150.530.92S,wt%1.030.110.190.11O,wt% 18.960.694.513.07H/C0.741.8351.8131.574胜利褐煤胜利褐煤胜利褐煤液化油：胜利褐煤液化油：煤直接液化基本工艺单元催化剂催化剂煤浆制煤浆制备单元备
12、单元煤煤氢气氢气反应反应单元单元分离分离单元单元提质加提质加工单元工单元循环溶剂循环溶剂煤：煤：0.15mm催化剂催化剂: Fe-S系系450-470 oC17-30 MPa380-390 oC15-18 MPa气体气体汽油汽油柴油柴油航空燃料航空燃料残渣残渣煤浆制备煤破碎成一定粒度与溶剂和催化剂制成可泵送的煤浆是实现煤直接液化连续化生产的基础。一般而言，煤经过干燥和破碎制成煤浆的浓度在4050%；煤的粒度一般小于150m。煤的水分一般小于4%。煤直接液化反应煤的热溶涨与热溶解 ： 煤与溶剂加热到在250以上，煤中可被极性溶剂萃取物明显增加。煤直接液化反应煤热裂解产生大量的自由基：煤热裂解产生
13、大量的自由基： 随着温度的进一步提高，煤热裂解产生大随着温度的进一步提高，煤热裂解产生大量的自由基，在氢原子的作用下，这些自量的自由基，在氢原子的作用下，这些自由基与氢原子结合形成稳定的分子，自由由基与氢原子结合形成稳定的分子，自由基稳定后生成物的分子量分布很广，从气基稳定后生成物的分子量分布很广，从气体到油，分子量较大的是沥青烯、前沥青体到油，分子量较大的是沥青烯、前沥青烯。如果煤的自由基浓度较高，得不到氢烯。如果煤的自由基浓度较高，得不到氢原子，它们就会相互结合形成分子量更大原子，它们就会相互结合形成分子量更大的化合物甚至焦炭。的化合物甚至焦炭。煤直接液化催化剂廉价可弃性催化剂廉价可弃性催
14、化剂石油加氢催化剂石油加氢催化剂高分散铁系催化剂高分散铁系催化剂廉价可弃性催化剂 主要有含活性金属的工业废弃物，如炼铝厂的赤泥、炼铁厂的高炉飞灰、炼钨废渣等；含活性金属的矿产，如黄铁矿、钛精矿等石油加氢催化剂最典型的例子是美国开发的H-Coal工艺，采用Mo-Ni催化剂，带底部循环泵的悬浮床反应器。 HTI工艺：反应器形式基本保留，但催化剂改成高分散铁系催化剂。高分散铁系催化剂HTI用的是Gel-Cat，日本三井造船开发的吸附炭催化剂，神华用的是煤科总院开发的863煤直接液化高效催化剂。高分散铁系催化剂1-x1-x8万倍电镜下的煤表面8万倍电镜下载有催化剂的煤表面863863催化剂产品及性能催
15、化剂产品及性能863863催化剂的活性组分特征：宽催化剂的活性组分特征：宽303050nm50nm，长，长120120150nm150nm纺锤形纺锤形成浆性能好成浆性能好适用煤种广泛适用煤种广泛活性高、添加量少，与天然黄铁矿相活性高、添加量少，与天然黄铁矿相比，可提高油收率比，可提高油收率4 45 5。煤直接液化过程中的溶剂溶解作用供氢作用氢转移与分布作用煤液化油的提质加工煤液化油的提质加工 初级液化油保留了原料煤的一些特性，芳烃含量高、N和O等杂原子含量高、稳定性较差。经过提质加工后才能成为合格的产品油。 煤液化油的提质加工（煤液化油的提质加工（1）煤液化油的提质加工（煤液化油的提质加工（2
16、）3.煤直接液化工艺煤直接液化工艺煤直接液化的发展概括主要煤直接液化工艺介绍煤直接液化的发展概况（一）1913年，德国柏吉乌斯（Bergius）进行了从煤或煤焦油通过高温高压加氢生产液体燃料研究，为煤直接液化奠定了基础，并获得世界上第一个煤直接液化专利。煤直接液化的发展概况（一）1927年，德国I.G.Farbenindustrie（燃料公司）在Leuna工厂建立了世界上第一个煤直接液化厂，规模10104t/a，原料为褐煤或褐煤焦油，铁系催化剂，氢压20-30Mpa,反应温度430-490。该工艺又称德国老工艺。煤直接液化的发展概况（一）德国的I.G.公司于1935年，在Scholven工厂建
17、设了一座20万t/年汽油的烟煤液化厂，1937-1940年间，I.G.公司在Gelsenberg工厂，采用铁系催化剂，70MPa,480的反应条件，建成了70万t/年汽油的烟煤液化厂。1939年二次大战爆发后，德国一共有12套直接液化装置建成投产，生产能力达到423104t/a，为发动第二次世界大战的德国提供了2/3的航空燃料和50%的汽车和装甲车用油。煤直接液化的发展概况（二）1945年至1973年（石油危机）二次世界大战后，由于战争的破坏，更主要的是50年代后，中东地区大量廉价石油的开发，使煤液化失去了竞争力和继续存在的必要。这段时间，煤直接液化技术的研究开发基本上是处于停顿阶段煤直接液化
18、的发展概况（三）1973以后至现在1973年后，由于中东战争，西方世界发生了一场石油危机，石油价格暴涨，使人们对世界一次能源资源重新认识，煤直接液化技术研究与开发又开始活跃起来。煤直接液化的发展概况（三）以德国、美国、日本为代表的工业发达国家，相继开发了许多煤直接液化新工艺，重点是缓和反应条件，即降低反应压力从而达到降低煤液化油的生产成本的目的。不少国家己相继完成了中间试验厂的建设和试验，为建立大规模工业生产厂打下了基础。煤直接液化的发展概况（三）有代表意义的是德国的IGOR煤液化工艺（200t/d）、美国的Hcoal氢煤法（600t/d）工艺和日本的NEDOL 工艺（150t/d ）。中国煤
19、直接液化的发展概况中国的煤直接液化研究是从上世纪70年代末开始，煤炭科学研究总院（CCRI）采用技术攻关和国际合作相结合的形式，跟踪世界煤直接液化技术的发展。 1982年与日本合作，在煤炭科学研究总院内建立了一套0.1t/d的老IG工艺的煤直接液化连续试验装置，进行了长时间的试验运转研究。中国煤直接液化的发展概况19831983年年1111月煤炭科学研究总院在美国月煤炭科学研究总院在美国HRIHRI公司的协助下，与日本伊藤忠、三公司的协助下，与日本伊藤忠、三井造船、共同石油、日挥和技术咨询等井造船、共同石油、日挥和技术咨询等五家公司合作，完成了兖州煤日产五家公司合作，完成了兖州煤日产25000
20、25000桶桶/ /天（年液化用煤天（年液化用煤350350万吨）规万吨）规模模H HCOALCOAL工艺直接液化厂的初步可行工艺直接液化厂的初步可行性研究。性研究。19821982年煤炭科学研究总院派人年煤炭科学研究总院派人去美国去美国HRIHRI公司对兖州煤进行了试验。公司对兖州煤进行了试验。 中国煤直接液化的发展概况19861986年通过与德国合作，在煤炭科学年通过与德国合作，在煤炭科学研究总院内建立了一套德国新研究总院内建立了一套德国新IGIG工艺工艺的的0.12t/d0.12t/d的煤直接液化连续试验装置，的煤直接液化连续试验装置，进行了运转研究。进行了运转研究。19901990年开
21、始与日本合作，在年开始与日本合作，在0.1t/d0.1t/d煤煤直接液化连续试验装置上进行了直接液化连续试验装置上进行了NEDOLNEDOL工艺的运转研究。工艺的运转研究。中国煤直接液化的发展概况1997-20001997-2000年，煤炭科学研究总院分别年，煤炭科学研究总院分别同德国、日本、美国有关政府部门和同德国、日本、美国有关政府部门和公司合作，完成了云南先锋煤、黑龙公司合作，完成了云南先锋煤、黑龙江依兰和神华煤采用国外工艺建设煤江依兰和神华煤采用国外工艺建设煤直接液化示范厂可行性研究，开始了直接液化示范厂可行性研究，开始了在中国煤制油产业化的步伐在中国煤制油产业化的步伐。中国煤直接液化
22、的发展概况“十五十五”期间，承担两项期间，承担两项“国家国家863863计计划划”课题和一项课题和一项“国家国家973973计划计划”项目。项目。分别是分别是“煤直接液化高效催化剂煤直接液化高效催化剂”、“神华煤直接液化示范工程技术支持神华煤直接液化示范工程技术支持及新工艺开发及新工艺开发”和和“大规模煤炭直接大规模煤炭直接液化的基础研究液化的基础研究”。主要煤直接液化工艺介绍基本单元催化剂催化剂煤浆制煤浆制备单元备单元煤煤氢气氢气反应反应单元单元分离分离单元单元提质加提质加工单元工单元循环溶剂循环溶剂煤：煤：0.15mm催化剂催化剂: Fe-S系系450-470 oC17-30 MPa380
23、-390 oC15-18 MPa气体气体汽油汽油柴油柴油航空燃料航空燃料残渣残渣主要煤直接液化工艺的运行美国美国工艺工艺H-Coal工艺始于1963年,由美国Hydrocarbon Research Inc.（HRI）开发。H-Coal工艺的许多基本概念都来源于HRI的用于重油提质加工的H-Oil工艺。美国美国工艺工艺在美国政府的支持下，1974年9月开始着手设计200-600t/d的工业性试验装置，1976年12月15日200-600t/d的工业性试验装置在肯塔基的Catlettsburg破土动工，1980年开始运转， 1983年运转结束。 美国美国工艺工艺美国美国工艺工艺H-Coal工艺由
24、于采用沸腾床催化反应器，反应器中物料混合充分，所以H-Coal工艺在反应器温度控制上，产品性质的稳定性上具有较大的优势。催化剂失活严重，成本高。德国德国IGOR工艺工艺德国德国IGOR工艺工艺IGOR+（Integrated Gross Oil Refining）工艺由鲁尔煤炭和在IG工艺基础上开发而成。在Bergbau-Forschung建立了0.2t/d连续试验装置。1981年鲁尔煤炭和菲巴石油在Bottrop建成了200t/d的中试厂。德国德国IGOR工艺工艺Bottrop d的200t/d中试验厂从1981年一直运行到1987年4月，从170,000吨煤中生产出超过85,000吨的蒸馏
25、产品，约22,000操作小时。德国德国IGOR工艺工艺日本日本NEDOL 工艺工艺1980年日本成立新能源开发机构（NEDO）。1983年日本0.1t/d2.4t/d煤直接液化装置的开发，NEDOL煤直接液化工艺的确立。19851989年1t/d规模的NEDOL工艺开发装置的建设和运转。1991年开始150t/d中试规模的NEDOL装置的设计。1996年完成建设试运转。19971998 正式运转，累计进煤6200h。日本日本NEDOL 工艺工艺NEDOL北京北京0.1t/d煤直接液化连续试验装置流程图煤直接液化连续试验装置流程图日本日本NEDOL 工艺工艺pNEDOL工艺采用鼓泡床反应器，减压
26、蒸馏分离循环溶剂，并采用离线的固定床加氢反应器对循环溶剂进行加氢，液化催化剂采用超细粉碎的天然黄铁矿（0.7）。p由于全部采用加氢后的供氢性循环溶剂，煤浆性质稳定，煤浆浓度高，预热容易，而且可以与高温分离器气相进行换热，热利用率高，反应条件缓和，典型的操作条件为反应压力19MPa，反应温度450。p由于天然黄铁矿硬度大，超细粉碎困难，成本高。 4.煤直接液化工业化煤直接液化工业化新一代煤直接液化技术经过中试（日处理煤炭百吨级）规模的验证中国面临煤直接液化的最好时机中国煤直接液化工业化应注意的问题煤直接液化工艺的确立1小型连续试验装置 日本称为： BSU( bench scale unit) 美
27、国称为：CFU (continuous flow unit) 德国称为：PDU（process development unit）每天处理煤炭数百公斤：验证装置的可操作性、确定产物的产率、催化剂和煤种适应性、工艺参数的优化等煤直接液化工艺的确立2日处理吨级煤炭的连续试验装置 日本称为PDU或PSU 美国称为PDU进一步验证BSU确立的工艺流程、考察放大效应。为降低费用，PDU运转过程发现问题可能要回到BSU中进一步研究解决。煤直接液化工艺的确立3工艺开发的最后的一个步骤，是将BSU和PDU装置的各项运转成果在一个大型的工业性试验装置（PP装置：Pilot Plant）上验证。工业性试验装置的规
28、模处理煤约数百t/d左右，工艺流程和操作条件已基本固定。NEDOL中试厂的运转研究验证中试厂本身的设计、建设和运转；对工艺本身的验证。确立运转技术。收集和积累工液化装置所需要的数据和经验。NEDOL中试厂的解体研究对关键设备和配管等进行磨损、腐蚀和璧厚变化进行调查研究，对装置用材质的有效性进行评价，并将改进的方案应用到未来的工业化装置中。NEDOL中试厂的解体研究单元 设备部位煤前处理：1431液化：2543常减压蒸馏：1212溶剂加氢：1824采用NEDOL工艺实现工业化美国煤直接液化结束的最早，煤直接液化的技术力量所剩无几。德国也停止煤直接液化技术的研究多年，人员和研究手段也流失严重。日本NEDOL工艺开发较晚，人员和技术力量保留的比较完整。中国面临煤直接液化的最好时机中国经济持续高速发展 对石油产品需求将长期持续增长 我国综合国力得到提升 煤的化工利用将迎来新局面 石油价格长期高位运行 煤炭资源丰富、煤种多样性煤代油是国家扶持的产业煤直接液化工业化应注意的问题充分认识煤直接液化的难度尽量采用已经验证过的相对成熟的单元技术不单纯追求经济效益，立足长远谢谢！
