化工厂主流煤液化工艺及技术特点汇总，7友一起来补充！
【本期内容，由上海神农冠名播出】
煤液化是把固体煤通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。接下来小七带大家认识一下世界主流的液化工艺，欢迎广大7友继续补充。
典型的煤间接液化工艺流程
煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以合成气为原料，在一定温度、压力和催化剂存在下，通过F-T合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺。包括煤气化制取合成气、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。
煤间接液化技术主要有：
1、南非的萨索尔（Sasol）费托合成法
费托合成总的工艺流程主要包括煤气化、气体净化、变换和重整、合成和产品精制改质等部分。合成气中的氢气与一氧化碳的摩尔比要求在2～2.5。 反应器采用固定床或流化床两种形式。如以生产柴油为主，宜采用固定床反应器；如以生产汽油为主，则用 流化床反应器较好。此外，近年来正在开发的 浆态反应器，浆态床反应器比管式固定床反应器结构简单、易于制作，而且价格便宜易于放大。则适宜于直接利用德士古煤气化炉或鲁奇熔渣气化炉生产的 氢气与一氧化碳之摩尔比为 0.58～0.7的合成气。铁系化合物是费托合成 催化剂较好的活性组分。
费托合成的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0-3.0 MPa；转化率高，如SASOL公司SASOL工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60％以上，循环比为2.0时，总转化率即达90％左右。
SASOL生产工艺流程示意图
SASOL煤气化工艺流程图
南非萨索尔公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生产燃料油的Sasol-Ⅰ厂。70年代石油危机后，1980年和1982年又相继建成Sasol-Ⅱ厂和Sasol-Ⅲ厂。3个煤炭间接液化厂年加工原煤约4600万t，产品总量达768万t，主要生产汽油、柴油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113种产品，其中油品占60%，化工产品占40%。该公司生产的汽油和柴油可满足南非28%的需求量，其煤炭间接液化技术处于世界领先地位。
1）固定床煤间接液化工艺
Sasol公司的低温煤间接液化采用沉淀铁催化剂和列管式Arge固定床反应器。新鲜气和循环尾气升压至2.5MPa进入换热器，与反应器出来的产品气换热后从顶部进入反应器，反应温度保持在220~235℃，反应器底部猜出石蜡。气体产物先经换热器冷凝后采出高温冷凝液（重质油），再经两级冷却，所得冷凝液经油水分离器分出低温冷凝物（轻油）和反应水。石蜡、重质油、轻油以及反应水进行进一步的加工处理，尾气一部分循环返回反应器，另一部分送去低碳烃回收装置，产品主要以煤油，柴油和石蜡为主。
2）SSPD浆态床煤间接液化工艺
这是Sasol公司基于低温费托合成反应而开发的浆态床合成中间馏分油工艺。SSPD反应器为三相鼓泡浆态床反应器，在240℃下操作，反应器内液体石蜡与催化剂颗粒混合成浆体，并维持一定液位。合成气预热后从底部经气体分布进入浆态床反应器，在熔融石蜡和催化剂颗粒组成的浆液中鼓泡，在气泡上升过程中，合成气在催化剂作用下不断发生费托合成反应，生成石蜡等烃类化合物。
2、美国的Mobil的MTG工艺（甲醇制汽油法）
Mobil甲醇转化为汽油工艺流程
美国Mobil公司开发的沸石催化剂ZSM-5可高效的将甲醇转化为汽油，是煤间接液化的另一种途径。此项技术已于1986年初在新西兰实现工业化，年产合成汽油57万t，但合成气的原料是天然气。
由合成气合成甲醇，再又甲醇转化为汽油的流程图如上图所示。合成油中几乎不含杂质，其沸点范围和优质汽油相同。根据Mobil公司的研究结果，使用固定床反应器时的甲醇转化率可达100%，烃产物中汽油产率占85%，液化石油气占13.6%，包含加工过程能耗在内的总效率可达92~93%，甲醇转化为汽油的热效率为83%。
在与Mobil公司合作的框架下，Lurgi公司开发了新的甲醇转化为汽油工艺。在MTG工艺中反应划分为两个阶段：甲醇首先部分转化为二甲醚，然后甲醇、二甲醚和水进一步转化为汽油。该工艺除了反应器不同外，与原来的Mobil设计工艺几乎一样。
3、荷兰SHELL的中质馏分合成（SMDS）工艺
SMDS合成工艺由一氧化碳加氢合成高分子石蜡烃—HPS(Heavy Paraffin Synthesis)过程和石蜡烃加氢裂化或加氢异构化—HPC(Heavy Paraffin Coversion) 制取发动机燃料两段构成。Shell公司的报告指出，若利用廉价的天然气制取的合成气(H2/CO = 2.0)为原料，采用SMDS工艺制取汽油、煤油和柴油产品，其热效率可达60%，而且经济上优于其他F-T合成技术。
Shell公司采用自己开发的热稳定性较好的钴系催化剂高选择性地合成了长链石蜡烃(～C50)，其链增长a值可控制在0.80～0.94之间。HPS技术采用管式固定床反应器。为了提高转化率，合成过程分两段进行。第一段安排了3个反应器。第二段只设一个反应器。每一段设有单独的循环气体压缩机。大约总产量的85%在第一段生成，其余15%在第二段生成。反应系统操作参数如下：合成气组成H2/CO=2.0，反应压力2.0 MPa～4.0MPa，反应温度200℃～240℃，全过程CO转化率：95%，单程单段CO转化率40%。
4、中科院山西煤化所低温煤间接液化工艺
MFT合成工艺：山西煤化所将传统的费托合成与沸石分子筛特殊形选作用相结合，形成了成熟稳定的两段法工艺。在MFT工艺中，合成气经净化后，首先在一段反应器中经铁基催化剂作用生成C1～C40宽馏分烃类，此馏分进入装有择形分子筛催化剂的二段反应器进行烃类催化转化反应，改质为C5～C11汽油馏分。由于两类催化剂分别装在两个独立的反应器内，各自可调控到最佳反应条件，充分发挥各自的催化性能。
SMFT合成工艺： 该工艺是浆态床—固定床两段法工艺。基于传统方法制备的铁基催化剂在费托合成中存在着产物分布范围宽、汽油选择性差和能源利用率低等问题而开发的工艺。该工艺利用超细粒径铁基催化剂，在ZSM-5分子筛上将过程产物转化为高辛烷值汽油，显著提高费托合成过程的效率和液体燃料组分的收率。2005年底，中科院山西煤化所建设了3套16～18 万吨/年的铁基浆态床工业示范装置，分别为山西潞安集团年产16万吨、内蒙古伊泰集团年产18万吨以及神华集团年产18万吨煤基合成油项目。
5、兖矿集团的间接液化工艺
1）低温煤间接液化工艺
上海兖矿能源科技研发有限公司自主研发的低温煤间接液化工艺采用三相浆态床反应器、铁基催化剂，由催化剂前处理、费托合成及产品分离三部分构成，主要工艺流程如图4所示。来自净化工段的新鲜合成气和循环尾气混合，经循环压缩机加压后，预热到160℃进入费托合成反应器，在催化剂的作用下部分转化为烃类物质，反应器出口气体进入激冷塔进行冷却、洗涤，冷凝后液体，经高温冷凝物冷却器冷却后进入过滤器过滤，过滤后的液体作为高温冷凝物送入产品贮槽。在激冷塔中未冷凝的气体，经激冷塔冷却器进一步冷却至40 ℃，进入高压分离器，液体和气体在高压分离器得到分离，液相中的油相作为低温冷凝物，送入低温冷凝物储槽。水相作为反应水，送至废水处理系统。高压分离器顶部排出的气体，经过高压分离器闪蒸槽闪蒸后，一小部分放空进入燃料气系统，其余与新鲜合成气混合后，经循环压缩机加压，并经原料气预热器预热后，返回反应器。反应产生的石蜡经反应器内置液固分离器与催化剂分离后排放至石蜡收集槽，然后经粗石蜡冷却器冷却至130 ℃，进入石蜡缓冲槽闪蒸，闪蒸后的石蜡进入石蜡过滤器过滤，过滤后的石蜡送入石蜡储槽。该工艺已经在陕西榆林成功建设应用，并在2015年成功出油。
2）高温煤间接液化工艺
高温煤间接液化工艺采用沉淀铁催化剂，属国内外首创。其利用煤气化产生并经净化的合成气，在340～360 ℃温度下，在固定流化床中与催化剂作用，发生费托合成反应，生成一系列的烃类化合物。烃类化合物经激冷、闪蒸、分离、过滤后获得粗产品高温冷凝物和低温冷凝物，反应水进入精馏系统，费托合成尾气一部分放空进入燃料气系统；另一部分与界区外的新鲜气混合返回反应器。该工艺轻质烃的产率较高。目前该工艺已经通过了中试。
煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。
目前国内外的主要工艺有：
1、美国SCR溶剂精炼煤工艺
以高硫煤为原料，将煤用供氢溶剂萃取加氢，生产清洁的低硫低灰的固体燃料和液体燃料。可分为SRC-Ⅰ及SRC-Ⅱ法，SRC-Ⅰ法以生产固态溶剂精煤为主，SRC-Ⅱ法以生产液体燃料为主。主要有以下特点：反应条件缓和，固液分离分别采用过滤和减压蒸馏技术；煤中黄铁矿就是催化剂，不外加催化剂，反应剂活化氢主要来源于供氢溶剂。建有50t/d的中试装置。
2、美国EDS工艺
EDS工艺是美国埃克森公司于1977年开发成功。原料煤经破碎、干燥与供氢溶剂混合制成煤浆，与氢气混合预热后进入反应器，进行萃取加氢液化反应，煤液化产物进入分离后得到气体、石脑油、重油和残渣。该工艺的主要特点：采用供氢溶剂对煤进行萃取加氢液化；采用了循环溶剂，非催化反应，循环溶剂在进入煤的加氢反应前先在固定床反应器中用高活性催化剂加氢使其成为供氢溶剂；溶剂加氢和煤萃取加氢是分别进行；采用减压蒸馏进行固液分离。1985年完成了日处理煤250t的工业性试验装置。
3、美国H-Coal工艺
该工艺是美国碳氢化合物研究公司研制。以褐煤、次烟煤或烟煤为原料，生产合成原油或低硫燃料油。原料煤经破碎、干燥后与循环油一起制成煤浆，加压至 21MPa并与氢气混合，进入沸腾床催化剂反应器进行加氢液化反应，经分离、蒸馏加工后制得轻质油和重油。该工艺的特点是：高活性载体催化剂，采用固、液、气三相沸腾床催化反应器；残渣作气化原料制氢气。建有600t/d工业性试验装置。
4、德国IGOR+工艺
德国开发的IGOR+工艺是在IG工艺的基础上改进而成的。原料煤经磨碎、干燥后与催化剂、循环油一起制成煤浆，加压至30MPa并与氢气混合，进入反应器进行加氢液化反应。液体产物经 ( 个在线固定床反应器加氢后，分离成汽油、柴油等。该工艺特点是将液化油二次加氢反应器与高压液化装置联合为一个整体，省去了由于物料进出装置而造成的能量消耗及工艺设备。1981年在Bottrop建成日处理煤200t的工业性试验装置。
5、日本NEDOL工艺
20世纪80年代，日本开发了NEDOL烟煤液化工艺，该工艺世纪是EDS工艺的改进型，在液化反应器内加入铁催化剂，反应压力也提高到17-19MPa，循环溶剂是液化重油加氢溶剂，供氢性能优于EDS工艺。NEDOL工艺过程由5个主要部分组成：
（1）煤浆制备；
（2）加氢液化反应；
（3）液固蒸馏分离；
（4）液化粗油二段加氢；
（5）溶剂催化加氢反应。
此工艺的特点：
（1）总体流程与德国工艺相似；
（2）反应温度455-465℃,反应压力17-19MPa，空速36t/m3,
（3）催化剂使用合成硫化铁或天然黄铁矿；
（4）固液分离采用减压蒸馏的方法；
（5）配煤浆用的循环溶剂单独加氢提高溶剂的供氢能力，循环溶剂加氢技术是引用美国eds工艺的成果；
（6）液化油含有较多的杂原子。进行加氢精制，必须加氢提高来获得合格产品。
6、日本褐煤液化（BCL）工艺
日本的褐煤液化工艺是由日本的NEDO组织来发的。1980年11月，日本政府与澳大利亚签订了协议，在澳大利亚实施褐煤直接液化项目。
BCL工艺主要由4部分组成：
（1）煤浆制备和煤浆脱水；
（2）一段加氢反应；
（3）溶剂脱灰；
（4）二段加氢反应。
该液化工艺是专门用于液化低煤阶的煤，例如维多利亚州Latrobe峡谷地区生产的煤，该种煤的水分含量超过了60%。因此，液化工艺的一个重要环节是有效干燥煤。
7、催化两段液化工艺（CTSL工艺）
CTSL工艺是美国碳氢化合物公司在H - Coal工艺基础上发展起来的催化两段液化工艺。特点是反应条件缓和，采用2个与H - Coal工艺相同的反应器，达到全返混反应器模式；催化剂采用专利技术制备的铁系胶状催化剂，催化剂活性高、用量少；在高温分离器后面串联有加氢固定床反应器，起到对液化油加氢精制的作用；固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油。
8、HTI工艺
该工艺是在两段催化液化法和H－COAL工艺基础上发展起来的，采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂（GelCatTM）。反应温度420～450℃，反应压力17MPa；采用特殊的液体循环沸腾床反应器，达到全返混反应器模式；催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂。在高温分离器后面串联一台加氢固定床反应器，对液化油进行在线加氢精制。
9、俄罗斯FFI低压加氢液化工艺
工艺特点：一是采用了自行开发的瞬间涡流仓煤粉干燥技术，使煤发生热粉碎和气孔破裂，水分在很短的时间内降到1.5％～2％，并使煤的比表面积增加了数倍，有利于改善反应活性。该技术主要适用于对含内在水分较高的褐煤进行干燥。二是采用了先进高效的钼催化剂，即钼酸铵和三氧化二钼。催化剂添加量为0.02％～0.05％，而且这种催化剂中的钼可以回收85％～95％。三是针对高活性褐煤，液化压力低，可降低建厂投资和运行费用，设备制造难度小。由于采用了钼催化剂，俄罗斯高活性褐煤的液化反应压力可降低到6～10MPa，减少投资和动力消耗，降低成本，提高可靠性和安全性。但是对烟煤液化，必须把压力提高。
10、神华煤直接液化工艺
该工艺对美国HTI工艺进行了优化。采用两段反应，反应温度455℃，压力19MPa，采用人工合成超细铁基催化剂，催化剂用量1.0%（质量）（Fe/干煤）。采用较成熟的减压蒸馏进行固液分离，循环溶剂全部加氢。C4以上油收率为55％左右，油品重馏分较多，适宜于柴油产品的生产。
11、延长煤油混炼技术
2012年4月，世界首个采用德国IGOR煤直接液化技术工艺煤油共炼工业示范项目在陕西靖边开工建设，这意味着我国煤制油战略又添新技术。一旦成功，将对我国乃至世界能源格局产生深远影响。该煤油共炼试验示范项目，将依托陕北地区油、煤资源优势和榆炼的基础设施条件，建设45万吨/年 悬浮床加氢裂化装置及相应配套技术研究设施。
煤油混炼技术利用褐煤或低变质烟煤与炼厂渣油具有的良好协同效应，可大幅缓解煤直接液化制油的反应苛刻度，提高油品转化率和产品收率。与传统的煤直接液化相比，煤油共炼技术具有氢耗低、投资低、转化率高的比较优势。
优点：
（1）合成条件较温和。无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0—3.0MPa。
（2）转化率高。如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60％以上．循环比为2．0时，总转化率即达90％左右。SheⅡ公司的SMDS工艺采用钴基催化荆，转化率甚至更高。
（3）煤种适应性强。间接液化不仅适用于年轻煤种（褐煤、烟煤等），而且特别适合中国主要煤炭资源（年老煤、高灰煤等）的转化。
（4）间接液化的产品非常洁净，无硫氮等污染物，可以加工成优良的柴油（十六烷值75），航煤，汽油等多种燃料，并且可以提供优质的石油化工原料。
（5）工艺成熟，有稳定运行的产业化工厂。煤间接液化的大型工业过程在南非经过50年的生产实践。目前已经形成了年产500多万吨油品和约200万吨化学品的产业，是南非的支柱产业。
缺点：
（1）油收率低。煤消耗量大，一般情况下，约5—7t原煤产lt成品油。
（2）反应物均为气相，设备体积庞大，投资高，运行费用高。
（3）目标产品的选择性较低，合成副产物较多。正构链烃的范围可从C1至C100；随合成温度的降低，重烃类（如蜡油）产量增大。轻烃类（如CH4，C2H4，C2H6等）产量减少。
优点：
（1）油收率高。例如采用HTI工艺。神东煤的油收率可高达63％到68％。
（2）煤消耗量小。一般情况下．1吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油，加上制氢用煤，约3—4吨原料产1吨液化油。
（3）馏份油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高。
（4）油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低。
缺点：
（1）反应条件相对较苛刻。如德国老工艺液化压力甚至高达70MPa。现代工艺如IGOR、HTI、NEDOL等液化压力也达到17-30MPa。液化温度420—470℃。
（2）煤种适应范围窄。直接液化主要适用于褐煤、长焰煤、气煤、不粘煤、弱粘煤等年轻煤。
（3）出液化反应器的产物组成较复杂。液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难。
（4）氢耗量大，一般在6％-10％。工艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，使装置的生产能力降低。
（5）工艺不够成熟。目前国内只有神华一套产业化装置在运行，而且运行不稳定。
同一煤种在既适合间接液化工艺又适合直接液化工艺的前提条件下，若间接液化与直接液化两种工艺均以生产燃料油品为主、化学品为副，则煤直接液化的经济效益将明显优于前者，以选择直接液化为好。如果以生产化学品（直链烃）为主、燃料油品为副，则间接液化的经济效益将明显优于后者，故以选择间接液化为好。
二者根本的区别点在于各有其适用范围，各有其目标定位。从历史渊源、工艺特征、煤种的选择性、产品的市场适应性及对集成多联产系统的影响等多方面分析，两种煤液化工艺没有彼此之间的排它性。
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