国能哈密能源集成创新基地项目为煤矿、煤制油、煤化工、新能源、新材料一体化项目,其中国能哈密煤制油项目将应用全球首个二代直接液化技术。
“哈密有着世界罕见的富油煤,非常适合煤直接液化项目。”国家能源集团董事长刘国跃说。国能哈密煤制油项目计划每年用煤1420万吨,产油品超400万吨。其中,设计直接液化煤制油生产线年产油品320万吨,间接液化煤制油生产线年产油品80至100万吨。最终,两种液化方式油品耦合,调制出特种油品。
国际上,煤制油有两种方式,一是直接液化,二是间接液化。“今天开工的新疆哈密项目是我国目前技术最先进、规模最大的煤制油项目。”中国工程院院士袁亮表示,相比间接液化,直接液化技术更难。在国家能源集团的研究努力下,我国直接液化煤制油技术已达到全球领先水平。
“目前,二代技术为我国自主研发,具有自主知识产权。”国家能源集团新疆哈密能源化工有限公司董事长武振林介绍,在鄂尔多斯成功应用煤制油一代技术后,经过优化流程和设备,形成了全球首个二代直接液化技术工艺包。
国能哈密煤制油项目分两期实施,一期将建设煤矿、煤制油项目、风光发电项目;二期将联产出PX(对二甲苯)、PGA(聚乙交酯)等化工产品。其中,PX可用作纺织原料,下游可与新疆纺织产业耦合;PGA用作可降解塑料,下游可带动生活用品、农用地膜和医用等产业发展。
国能哈密能源集成创新基地项目将于2027年底建成投产,未来可增加直接就业岗位5500个,间接就业岗位近3万个。
煤制油
煤制油(Coal-to-liquids,CTL)也称煤液化,是以煤炭为原料,通过化学加工过程生产液体燃料和化工原料的煤化工技术。煤制油具有高热值、低污染、长寿命等优点,广泛应用于汽车、船舶、工业、发电等领域。目前煤制油工艺主要可分为直接液化工艺和间接液化工艺两种,直接液化从直观上来看,是利用特定的工艺技术将固体燃料直接转变为液体的形式;间接液化是先将煤气制成合成气,再以合成气为原料使用催化剂合成油品和化学品。
煤直接液化也称为加氢液化技术,首先将合适的煤磨成细粉,然后在高温高压条件下,通过催化加氢反应使煤液化直接转化成液体燃料,转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚。在精制后可制得优质的汽油、柴油和航空燃料,工艺过程包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加氢改质等。
煤液化技术起源于德国,早在19世纪即已开始研究。此后日本、苏联、南非等国家都曾开展了对该技术的研究。第二次世界大战后,随着中东石油的大规模开采,油价下跌,各国对于煤制油的研究热情逐渐冷却。随着70年代世界上出现石油危机,美国、日本、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、中国、英国等又重新研究开发煤制油技术,近年来该技术在降低加氢液化压力、催化剂的使用、油渣分离等方面有了很大进展,提高了该法的整体效率。目前,世界上较先进成熟的直接液化技术主要有:
H—Coal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。
SRC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。
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。
EDS供氢溶剂工艺
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。
IGOR工艺
德国直接液化新工艺—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。
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;总体流程与德国工艺相似。反应温度455~465℃,反应压力17-19MPa,空速36t/m3,h 催化剂使用合成硫化铁或天然黄铁矿;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,液化油含有较多的杂原子。
FFI低压加氢液化工艺
是俄罗斯在开发研制的煤直接加氢液化成液体燃料的新工艺。以褐煤和烟煤为原料生产液体燃料产品和化工产品。利用此工艺于1987年建立了日处理煤5~10t的工艺开发装置,还进行了年生产300万t液体产品的工业企业的工厂设计。
该工艺的特点是:原料准备阶段采用了先进的高效振动碾磨机;采用了瞬间煤涡流舱干燥技术,使煤发生爆炸式湿度分离、热粉碎和气孔爆裂,干燥时间大大减少;采用了高效可再生催化剂钼酸铵和三氧化二钼,85%~90%的催化剂可以经再生回收;煤液化压力降至6~10MPa,降低了设备制运费用、减少了气体压缩及液体泵送的电能消耗。
神华煤直接液化技术
煤直接液化项目所选厂址位于陕西省榆林地区和内蒙古鄂尔多斯境内,神府东胜煤田属世界七大煤田之一,资源赋存条件好,埋藏浅,煤炭属低灰、特低硫、特低磷、中高发热量优质动力煤和化工用煤。
由于神华综合能力占据优势,神华开发了中国神华煤直接液化工艺,世界上第一套大型现代煤直接液化工艺示范装置。项目选址内蒙古鄂尔多斯市马家塔。先期建设一条每天处理6000吨干煤的煤直接液化生产线,年产液化油100万吨。先期工程2004年8月现场开始开工建设,2007年建成投产,目前2012年连续运行时间243天,实际年产油品86万吨,神华100万吨工业示范工程对今后技术及产业发展至关重要。
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。
目前国内为有多个设计院正在配合研究完成中国新工艺工艺开发的基础研究,逐步形成国内工程设计、管理、施工能力、设备开发并逐步实现国产化。
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工业是节能降碳的重点领域,也是实现“3060”碳达峰碳中和目标的关键。党的二十大报告明确提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,推进降碳、减污、扩绿、增长,完善能源消耗总量和强度调控,重点控制化石能源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度。为了回顾 2023 年工业企业在节能降碳、绿色可持续发展方面的成就,了解当下的创新技术和应用,《流程工业》编辑部在 2024 年第一期特别策划了“工业碳中和”专题,邀请了一批国内外优秀的工业企业分享观点和产业实践,为广大的流程工业企业提供绿色可持续发展的启迪和借鉴。
作者:本刊编辑部
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