煤炭耦合利用技术的研究与应用进展.pdfVIP

第六届全国循环经济与生态工业学术研讨会 中国山西201l牟8月12．14日 煤炭耦合利用技术的研究与应用进展 张文俊 (清华大学化学工程系，北京，100084) 摘要：对煤炭利用过程中共液化、共气化和共焦化等耦合利用技术进行了综述，分析了煤炭与气态 烃、生物质、原油、废塑料、造纸黑液等资源耦合利用的特点及优势，阐明了在利用过程中需要解 决的问题，认为耦合利用技术不仪可以实现煤炭与其它资源优势互补，而且也可实现煤炭资源的高 效清洁利用，是煤、气、油、废弃物等资源循环综合利用的重要发展办向。 关键词：煤炭，耦合利用，循环经济 引言 煤炭耦合利用技术是指以煤炭作为主要原料，耦合富氢原料联合利用，联产燃料、电等多种产 品的工业生产技术，包含共气化、共液化和共焦化三个主要的技术研究方向。煤炭的耦合利用，其 基本理念在于富碳原料与富氢原料的有机结合以及产品共生。富氢原料来源广泛，不仅包括天然气、 焦炉气、工业尾气等富氢的气体，而且像重油、造纸黑液、废塑料等液态和固态的物质也闪富含氢 而被归为富氢原料。耦合利用示意图见图l。 图l煤炭耦合利用示意图 煤炭作为碳氢比较高的资源，与富氢原料的有机结合与耦合利用，不仅可以充分利用煤炭中丰 富的碳资源，而且还可以同时利用富氢原料中的氢资源，提高资源的利用效率，同时由于富氢资源 ～般都为工业生产中的副产品或者废弃物，二者耦合利用还可以达到废弃资源的循环综合利用。甚 至在某些条件下，煤炭的耦合利用还可以使得整体工艺能耗降低、污染物排放减少，或者简化工艺 流程，具有优良的利用效果。 第六届全国循环经济与生态工业学术研讨会 中国山西2011年8月12．14日 国内外对煤炭祸合利用的研究最初主要集中于煤和重油的共处理，先后在日本、美幽和德国建 立了小规模的实验装置，后逐渐扩展至煤炭与工业副产气体、废塑料和生物质等领域。国内对于煤 炭耦合利用的研究较国外要晚，大规模的研发起步于上世纪九十年代初，主要集中的领域为煤油共 炼、煤废塑料的共液化和煤生物质的耦合利用等几个方向。 我国是一个多煤、少油、贫气的国家，同时近年来随着环境保护客观要求的增加，如何实现提 高煤炭的利用效率，实现相关废弃物的循环利用便成为需要解决的难题之一。耦合利用技术近年来 得到广泛关注的领域，本文拟对近年来这一领域的研究与发展现状作一总结与分析。 1煤炭共液化技术 1．1煤油共处理技术 该技术是20世纪80年代以来煤炭直接液化领域所取得的重大进步之一【11。该工艺是介于石油 加氢裂化和煤直接液化之间的工艺，其实质是用石油重油、渣油或煤焦油等石油衍生油作为煤商接 液化溶剂油，煤与渣油通过加氢反应同时加氢裂解成轻、中质油和少量烃类气体。一般而占，煤油 共处理中石油衍生油用于配煤浆和作为煤的输送介质，整套T艺中没有溶剂循环同路，可视为没有 溶剂循环的煤直接液化T艺。在该T艺中，大部分液体产品从油中衍生，其总目标是在煤液化的同 时，将石油衍生油提质，减少单位产品的投资和操作费用。 从反应机理来看‘21，煤液化首先发生的是物理软化和溶解的过程，即煤中一部分小分子物质受 热后，摆脱氢键或其它非共价键作用，从大分子结构中逸出。之后，随着反应温度的升高，煤中的 弱化学键开始断裂，大鼍的自由基碎片生成，这些产生的自由基碎片会进一步促进煤结构的桥键断 裂。在这一步反应中，氢可以以加氢裂解的方式直接参与桥键的裂解，因此氢的分压越大，桥键裂 解的反应速率也越快，甚至在某些情况下，高压氢会引发一些仪靠热裂解不能断裂的C—c键裂解。 在煤油共处理中，真空或常压裂解的石油渣油或其它重质油除了充当溶解和传热介质外，还可以提 供和传递氢，使煤大分子中键发生裂解，其中饱和芳香物的供氢性比长链烷烃或环烷烃高很多闭。 煤油共处理技术的开发目前只达到几吨／天的PDU规模，主要设备和直接液化工艺所用设备相 似。在国外，德国是最早开发煤液化fT艺的国家，经过不断改进，德国开发了