煤炭直接加氢液化技术开发的几点思考

2022-10-28

煤炭直接加氢液化技术的开发经过了不断的改进, 使得通过对循环溶剂和催化剂等方面在煤炭直接加氢液化技术中的应用, 获得其煤炭的有效开发研究。

1 煤加氢液化机理特点

煤加氢液化机理的研究需要从煤和石油在化学组成上最明显的差别开始, 首先煤的氢含量相对较低其氧含量相对大, 使得H/C原子比偏低、O/C原子比偏高。产生了煤和石油的分子结构的差异, 煤有机质是由2到4个或更多的芳香环组合构成, 并且呈空间立体构造结构的高分子类缩聚物体, 但是煤中存在过多的无机矿物。石油的成分分析其主要由烷烃和芳烃以及环烷烃等烃类化合物构成。使得如果将煤转化为液体产物需要把煤的大分子类缩聚物体裂解为相对偏小的分子结构, 使得增加其H/C原子比, 减少O/C原子比, 并除去矿物质产生具有一定纯度的液化产物[1]。

2 煤在直接加氢液化过程中的化学反应分析

首先煤在溶剂中的加氢液化反应相对较为复杂和繁琐, 需要通过一系列顺序反应和化学平行反应进行综合的化学作用保障。需要对煤加氢液化反应的以下步骤有足够的了解, 将煤进行相应的热解。当煤被加热到所需温度后, 其结构中的弱键开始碎裂产生出自由基碎片状物质。在对这些产生的自由基碎片状物质进行加氢处理后[2], 热解自由基碎片并不具有稳定的效果, 需要加氢结合后才能稳定, 其反应如式, ∑R·+H→∑R。

而在供给自由基的氢源主要来自以下几方面。需要考虑溶解于溶剂油中的氢在催化剂作用下转换变为活性氢, 同时溶剂油可供给足够的传递氢, 并且在这种化学作用下, 其煤本身可供应的氢通过煤分子内部重新的组合。使得原有的结构发生一定的裂解进而缩聚放出的足够的氢, 最后在化学反应生成的氢物质, 通过化学公式可以表述为:CO+H2O→CO2+H2。

通过相应的脱氧和硫以及氮杂的化学反应, 使得煤炭加氢液化产生对煤结构中的相应的氧和硫等物质的断裂发生, 进而产生了H2O等物质, 而H2S和NH3被相应的去除了。通过化学缩合反应, 在加氢液化化学反应的过程中, 相对温度偏高并且供氢量不满足反应所需要求时, 煤热解的自由基碎片状就不能有效的被氢和小分子自由基所相对稳定住。会产生具有一定影响程度的化学缩合反应, 产生半焦等高聚物体, 此类物质是煤加氢液化中不应该产生的物质的反应[3]。

煤直接加氢液化过程是一个多种化学作用反应的过程。因而这种化学作用产物相对并不复杂, 产生的液和固相产物却不简单, 也不轻易可以有效的分离, 在常用不同溶剂对其进行化学分离后, 相应的分离流程通过定义产生正己烷可溶物, 对分子质量进行观察可以得到, 其相对分子质量偏低的程度。而正己烷不溶而甲苯可溶物也可以成为沥青烯, 相对的分子质量为500, 甲苯不溶而四氢呋喃可溶物质就可以成为前沥青烯, 对其分子质量进行分析, 处在1000左右。并产生相当数量的四氢呋喃不容物体, 因而其通过相应的反应煤和催化剂等物质, 形成了缩聚类的半焦物质。

3 煤加氢液化反应的过程

煤加氢液化反应的过程应如何通过化学反应方程式进行正确合理的表达一直没有形成统一的认识。目前较为普遍的认识首先认为煤不是构成相对统一的反应物质, 其存在相对少量的液化构成, 其中含有的有机高分子结构中的相对低分子物质。其存在及其严重的惰性物质成分。其次, 整体的反应过程需要按顺序进行, 前期有少量的油体和气体产生, 但数量相对较少, 在其温和反应条件下数量更趋于偏低的状况。并且, 前沥青烯以及沥青烯是一种反应所产生的作用物质, 并不是一种偏向单一的化合物质, 其反应的阶段以及相应的构成结构存在较大的差异, 导致其整体的化学反应效果趋于缓慢, 需要有相应的催化剂进行合理的作用。最后其结焦反应会相对出现, 其会构成一定的影响。

4 煤直接加氢液化技术需要进行的思考

(1) 原料煤的因素分析

需要对加氢液化原料煤进行不同指标的判定参考, 首先是干燥无灰基原料煤的油体回收效率进行必要的参考。其次是对煤转化形成的低分子产物的整体效率和速率进行评定, 进而对其转化的整体效果得出准确的估量, 最后是直接加氢后的消耗程度。煤体的碳含量在相对低于86%以下即可进行液化的处理, 其煤炭碳含量越小则反应的效率相对较快, 在对液化反映的效率进行判定后, 可以得出当含有的氧占其比重较大后, 其在反应过程中更容易形成水。并对氢气进行额外的消耗, 使得整体的反应过程的成本开始增加, 在对煤岩进行构成的分析可以得出, 镜煤与亮煤更容易产生反应作用, 其丝炭结构是最难以被液化的。

(2) 溶剂的因素分析

溶剂在煤炭加氢液化反应过程中, 具有主导的作用, 可以把固体煤中的分子状态以及自由基碎片进行相对的溶解, 使得产生的气体发生相互抵消的化学作用。提高了煤以及固体催化剂的作用, 进而提高了整体的液化反应过程。随后在通过持续的提供氢气会使得煤在热作用下开始出现自由基碎片相对稳定转换, 产生了能对热解自由基碎片有聚合作用的阻止反应。使得其煤液体的转化效率开始提高, 进而减轻了氢的消耗程度, 通过对煤质的热均匀传导, 可以有效的防治局部的热产生, 进而保证了溶剂和煤在形成糊状后。通过泵进行的输送转移。需要从煤液化技术的有效开发进行研究, 进而对其溶剂进行合理的改进。使得提高其供氢效果, 已经成为了溶剂开发的研究方向, 进而需要对相互物质在协调效应的作用过程进行研究。

(3) 催化剂的因素分析

催化剂是通过煤糊在加氢作用下的液化效果得出的, 首先通过活化反应使得改变氢分子的裂解过程, 进而有效地降低氢和自由基碎片之间的反应程度, 使得加氢液化的反应程度增加。并且, 也可以有效的促进容易在对氢和氢源以及煤三者的作用下的传递影响, 使得传递可以获得更为高效率的反馈。最后, 也对其不同的催化剂和相应的液体产物的回收效率获得效果上的提升。

(4) 液体和固体的有效分离因素分析

煤液直接的产出物质是气体和液体以及固状的一种混合, 需要进行有效的气体和液体分离, 才能产生需要的液固混合物。首先得出的混合物需要颗粒粒度很细腻, 其整体的粒度分布从不到1μm到10μm之间。通过悬浮于残液中混合物, 呈现出部分呈胶体状态。并通过黏度通常偏大, 进而产生了沥青烯等高黏度物质的有效作用, 需要进行合理的未转化的煤等作用都会使黏度增大。最后, 在固体颗粒和不同的液相之间的密度差额存在较小的范围后, 对其导致液化残渣固和液分离困难的情况进行一定的认识。在对液和固分离以及液化残渣的利用上, 要进行整体工艺上的优化。使得不直接影响液化工艺的操作整体过程, 也会减低液化工艺的生产所需的投资成本。在对传统的液和固分离的方法可以得出需要进行有效的过滤和相应的真空闪蒸, 进行临界溶剂脱灰处理。才能得出具有一定质量特征的产生物质。目前这种传统的过滤法早在德国第一代煤液化生产工艺上的应用过程中, 就开始被逐渐的替代。目前相对先进的过滤方法, 在开发整体工艺上更倾向于采用真空闪蒸法进行处理, 相对的优点是循环油是其蒸馏油的替代, 整体的过滤过程是不会产生沥青烯体的。因而在用此过滤方法进行合理的配制煤浆过程中, 其黏度会相应的降低, 进而加氢反应性能可得到有效的改进。但较为明显的缺点是残渣中含有部分超过要求的重油, 进而影响了液体产物的收率状况。需要降低并回收闪蒸残渣中的重油馏分。