三种典型煤液化工艺□乔爱军 近年来，随着世界原油的大规模开采和石油产品的广泛应用，伴
近年来，随着世界原油的大规模开采和石油产品的广泛应用，伴随着对原油资源耗尽后的担心，人们对于新的替代原油能源的研究进一步深入。煤炭作为化学成分类似于石油，H、C原子比少（小于1），杂质多的固体燃料，自然吸引了人们的目光。而我国是一个产煤大国，现已探明储量达1万亿t。1999年我国原煤产量为10.45亿t，居世界第一位，由于特殊的地理环境和自身条件，加快开发煤炭液化的战略更为迫切。 目前我国的煤液化技术仅是实验室阶段性成果，本文介绍国外成
目前我国的煤液化技术仅是实验室阶段性成果，本文介绍国外成熟的工业化技术。目前具有代表性的煤液化技术有德国的IGOR工艺、日本的NEDOL工艺和美国的HTI工艺。 一、 德国ＩＧＯＲ工艺
一、 德国ＩＧＯＲ工艺 20世纪70年代，世界石油危机发生后，德国以鲁尔煤炭公司为
20世纪70年代，世界石油危机发生后，德国以鲁尔煤炭公司为首与VEBA石油公司和DMT矿冶及检测技术公司合作，重新开发煤炭液化技术。经过不断改进和完善，开发出了比德国原工艺先进的IGOR工艺。 德国IGOR工艺特点是：反应条件较苛刻，反应温度470℃，反
德国IGOR工艺特点是：反应条件较苛刻，反应温度470℃，反应压力30MPa；催化剂使用炼铝工业的废渣(赤泥)；固液分离采用减压蒸馏的方法；液化反应和液化油提质加工在同一高压系统内，可一次得到杂原子含量极低的液化精制油；该液化油经过蒸馏就可得到十六烷值大于45的柴油，汽油馏分再经重整即可得到高辛烷值汽油；配煤浆用的循环溶剂采用加氢油，供氢性能好，煤液化转化率高。 自1976年以来，该新工艺在DMT的0.2t/d PDU装置上进行了长
自1976年以来，该新工艺在DMT的0.2t/d PDU装置上进行了长期运转试验，以PDU试验的结果为基础，设计建立了200t/d规模的中试厂。该中试厂进行了五年半的试验运转，取得了工程放大的设计数据。此后，中试厂改为处理废塑料的生产厂，至今还在正常运转。 利用该工艺技术进行的中德合作云南先锋褐煤液化厂可行性研究
利用该工艺技术进行的中德合作云南先锋褐煤液化厂可行性研究项目已经完成。研究结果证明该液化厂具有一定的经济效益。 二、日本ＮＥＤＯＬ工艺
二、日本ＮＥＤＯＬ工艺 日本在20世纪80年代初专门成立了日本新能源产业技术综合开
日本在20世纪80年代初专门成立了日本新能源产业技术综合开发机构(NED0)负责“阳光计划”的实施。在NEDO的组织下，十几家大公司进行合作，开发出了NEDOL烟煤液化工艺。在1t/d PDU装置试验成功的基础上，设计建设了150t/d的中试厂。至1998年，该中试厂已完成了运转2个印尼煤和1个日本煤的试验，取得了工程放大设计数据。 NEDOL工艺的特点是：反应压力较低，为17～19MPa，反应温度
NEDOL工艺的特点是：反应压力较低，为17～19MPa，反应温度为455～465℃；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（现已发展了溶剂脱灰工艺）；配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力；液化油含有较多的杂原子，必须加氢提质才能获得合格产品。 以中国黑龙江依兰煤为原料的NEDOL工艺煤液化厂可行性研究项
以中国黑龙江依兰煤为原料的NEDOL工艺煤液化厂可行性研究项目，经中日两国专家的合作也已提出调查报告；针对中国神华煤的可行性研究也已完成，但经济性较差。 三、美国ＨＴＩ工艺
三、美国ＨＴＩ工艺 美国较早期的煤液化工艺有ITSL、SRC-I/II、EDS、H-Coal等工
美国较早期的煤液化工艺有ITSL、SRC-I/II、EDS、H-Coal等工艺，试验厂规模分别为6、50、250、250～600t/d。 H-Coal 工艺是HTI工艺的前身，由HRI公司从沸腾床重油加氢
H-Coal 工艺是HTI工艺的前身，由HRI公司从沸腾床重油加氢裂化工艺(H-Oil)演变而来，HTI在H-Coal工艺的基础上，改进成两段催化液化工艺(TSCL)，最近几年又有发展,采用了近10年来开发的悬浮床反应器以及HTI 的专利铁基催化剂 (GelcatTM)，新工艺名称为HTI Coal ProcesTM。 H-Coal工艺已由HRI和Bechtel工程公司合作于20世纪80年
H-Coal工艺已由HRI和Bechtel工程公司合作于20世纪80年代完成了产液化油5万桶/d规模生产装置的概念设计。 作为H-Coal工艺的进一步发展，HTI煤液化工艺的特点是：反应
作为H-Coal工艺的进一步发展，HTI煤液化工艺的特点是：反应条件较缓和，反应温度440～450℃，反应压力17MPa；采用特殊的液体循环沸腾床或悬浮床反应器，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催化剂(GelCatTM)，此催化剂活性高、用量少；在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器，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，从而大幅度提高了液化油收率；液化油含350～450℃馏分，此馏分可作为加氢裂化原料；少量450～510℃馏分作燃料油。 HTI煤液化工艺与其他成熟的煤液化工艺(主要指德国IGOR工艺
HTI煤液化工艺与其他成熟的煤液化工艺(主要指德国IGOR工艺和日本NEDOL工艺)相比，有如下优点： 1.反应器类型
1.反应器类型 HTI采用的液化反应器是通过位于反应器底部的外循环泵使液相
HTI采用的液化反应器是通过位于反应器底部的外循环泵使液相在反应器内的流速大大增加，从而实现在全返混反应器模式下运转。而德、日两种工艺均是三相鼓泡床反应器模式，液相流速较低，煤的固体颗粒会在反应器内出现沉降现象。日本采取的对策是定期在反应器底部排出部分沉降物，德国工艺是设计了反应器特殊的结构，使固体沉降现象降到能使反应器正常运转的程度。HTI的悬浮床全返混反应器则不会出现固体颗粒沉降现象，从而避免了反应器底部结焦的问题。另外，HTI反应器的全返混条件大大提高了气液固三相间的传热、传质速率，良好的传热使整个反应器内温度均匀，上下温度差大大缩小，从而使反应温度的控制较为容易，不易出现过热点。与此同时，HTI反应器的进料温度比反应温度低50～60℃，充分利用加氢反应热使进料迅速达到反应温度。因此，HTI工艺不需要象德国IGOR和日本NEDOL工艺那样，依靠向反应器内注入冷氢来控制反应温度。 2.催化剂
2.催化剂 HTI公司开发了一种用于煤液化的胶状含铁专利催化剂
HTI公司开发了一种用于煤液化的胶状含铁专利催化剂(GelCatTM)，它的制备方法简单、成本低，但催化活性很高，Fe的加入量仅为干煤的0.5%，替代了H-Coal工艺所用的Ni/Mo载体催化剂。而德国工艺使用的催化剂是炼铝工业的废渣(赤泥)，加入量为干煤的5%，折合Fe的加入量为1%～2%。日本工艺用的催化剂是人工合成硫化铁或天然黄铁矿，加入量为干煤的3%～4%，折合Fe的加入量也是1%～2%， 均高于HTI的加入量。催化剂加入量的增加以及炼铝赤泥和天然矿物中含的大量无机成分会加剧煤浆管道及阀门的磨损，而且还会增加残渣的生成量。所以，相比之下，HTI的催化剂是3种工艺中最先进的。 3.固液分离方法
3.固液分离方法 煤在液化反应之后，还有少量的惰性组分不能转化，而继续呈现
煤在液化反应之后，还有少量的惰性组分不能转化，而继续呈现固体颗粒状态， 加上煤中含有的无机矿物质及加入的催化剂都是固体，为了得到纯净的液化油，必须把它们从液化油中分离出去。德国和日本工艺采用的固液分离方法是减压蒸馏，得到的固体残渣中含有50%以上的重油及沥青质。而HTI工艺采用临界溶剂萃取的方法，能把残渣中的重油及沥青质大部分分离出来，返回去配煤浆，重新进入液化反应器。这些重质组分的进一步转化使液化油的产率比其他两个工艺高出5%～10%。 需要说明的是，日本NEDOL工艺最近也推出了采用溶剂萃取的办
需要说明的是，日本NEDOL工艺最近也推出了采用溶剂萃取的办法从减压残渣中回收脱灰油的工艺，但尚未经过小型试验。而HTI经过了多年、多次小型试验，已取得了完整的试验数据。 4.液化反应条件
4.液化反应条件 HTI工艺的煤液化反应条件比较缓和，反应压力为17MPa，而日
HTI工艺的煤液化反应条件比较缓和，反应压力为17MPa，而日本NEDOL工艺是18MPa，德国IGOR工艺更高，为30MPa。低的反应压力可降低高压设备及高压管道的造价。反应温度也是HTI工艺最低，为440～450℃，而其他两家工艺的反应温度是465～470℃。 由于HTI工艺采用了悬浮床反应器，克服了固体颗粒的沉降问
由于HTI工艺采用了悬浮床反应器，克服了固体颗粒的沉降问题，从而使反应器的高径比可以取很大数值，也就是说它的反应器容积可以做得很大，而其他两种工艺的反应器高径比不能超过一定值，这就使它们的反应器容积因受到反应器直径在制造及运输方面的限制而不能过大。因为反应器容积决定了单系列生产装置的规模，所以对于单系列生产装置的最大规模,HTI工艺可达4000t/d左右，而另外两种工艺只能达到2500t/d。 经过以上的技术分析，可以认为HTI工艺是目前世界上处于领先
经过以上的技术分析，可以认为HTI工艺是目前世界上处于领先地位的煤直接液化工艺。