煤炭液化技术在能源利用中的应用发展研究

煤炭液化技术在能源利用中的应用发展研究

孙思凡 张鑫

内蒙古科技大学 内蒙古自治区包头市 014010

摘要：在社会和经济发展过程中，各领域对煤炭资源的需求量不断增加，但是煤炭资源利用率较低，一直是困扰我国煤炭行业发展的问题之一。提高煤炭资源的利用率，将煤炭液化技术应用在煤炭领域，本文围绕煤炭液化技术在能源利用中的应用发展展开讨论，为煤炭液化技术应用提供参考依据。

关键词：煤炭液化；能源利用；应用发展；研究

引言：

在经济全球一体化背景下，世界经济发生变化，对煤炭市场产生较大的影响。煤炭是我国重要的战略资源，提高煤炭的利用率，可以稳定多个领域的生产状态。在提升煤炭能源利用率过程中，积极应用煤炭液化技术，根据煤炭生产的实际需要，使用多样化的液化技术，在提升利用率的同时，还能有效保护煤炭资源，实现生态环境可持续发展的目标。

1. 煤炭液化技术

煤炭液化技术是应用在煤炭生产环节，通过高温、高压氢气以及催化剂等共同作用，可以使煤由大分子转换为小分子，利用小分子煤炭，可以提升煤炭的利用率。在应用煤炭液化技术时，要求煤炭具备一定的等级，例如气煤中应用煤炭液化技术，可以获得良好的液化效果。气煤具有液化性能特点，主要是受到H/C原子比的影响，原子比越高，在液化技术的作用下，气煤会快速进入到液化状态。在对我国煤炭资源进行调查发现，液化等级较低的煤炭资源超过总数的三分之二，具有液化性能的煤炭资源为5000亿吨，优化煤炭优化技术，应用在其它煤炭中，可以提升煤炭的利用率。

2. 煤炭液化技术性能比较

现阶段煤炭液化技术工艺分为以下几种，分别为IGOR+、NEDOL、HTI以及SRC-II，对上述技术工艺进行比较，比较内容包括反应器类型、温度、压力、空速、催化剂及用量、固液分离方法、在线加氢、循环溶剂加氢、试验煤及试验规模、转化率、生成水、C4+油、残渣以及氢耗。IGOR+工艺技术选用鼓泡床，温度条件在465-470温度范围内，压力为30MPa，空速为每小时一立方米0.60t，催化剂及用量为炼铝赤泥，含量在3-5%范围内，作为不回收物质，固液分离方法为减压蒸馏，存在在线加氢，循环溶剂加氢为在线，试验煤及试验规模为使用先锋褐煤，每次用量为200t，转化率为0%，生成水为28.6%，C4+油为58.6%，残渣为11.7%，氢耗为11.2%。NEDOL工艺技术选用鼓泡床，温度条件在430-465温度范围内，压力为17-19MPa，空速为每小时一立方米0.36t，催化剂及用量为天然黄铁矿，含量在3-4%范围内，作为不回收物质，固液分离方法为减压蒸馏，不存在在线加氢，循环溶剂加氢为离线，试验煤及试验规模为使用神华煤，每次用量为150t，转化率为89.7%，生成水为7.3%，C4+油为52.8%，残渣为28.1%，氢耗为6.1%。HTI工艺技术选用悬浮床，温度条件在400-450温度范围内，压力为17MPa，空速为每小时一立方米0.24t，催化剂及用量为铁系胶装催化剂，含量为0.5%，作为不回收物质，固液分离方法为临界溶剂萃取，在线加氢根据实际情况调整，循环溶剂加氢为部分，试验煤及试验规模为使用神华煤，每次用量为3t，转化率为93.5%，生成水为13.8%，C4+油为67.2%，残渣为13.4%，氢耗为8.7%。SRC-II工艺技术，温度条件在400-460温度范围内，压力为10-14MPa，空速为0，催化剂及用量为煤中黄铁矿，固液分离方法为减压蒸馏，存在在线加氢，循环溶剂加氢为在线，试验煤及试验规模为使用美国肯塔基煤，每次用量为150t，转化率为805%，生成水为7.2%，C4+油为60.3%，残渣为13.6%，氢耗为4.7%。

在上述液化技术中，以SRC-II溶剂精炼工艺为例，该技术具有多种特点，在煤炭处于固液状态时，采用过滤和减压蒸馏技术，可以快速完成固液分离操作，并且在分离过程中无需使用催化剂。该技术一般应用在高硫煤中，应用范围比较狭窄。

NEDOL属于日本工艺，该工艺处理煤炭过程中，会将处理过程分为四个单元，包括转变单元、煤化反应单元、液化油蒸馏单元以及溶剂加氢单元。每个单元在独立的反应装置中进行，在反应的准备阶段，需要向反应装置内加入高活性氢化物，高活性氢化物作为催化剂，可以提高液化处理速度。在煤炭中液化过程中，产生的粗油中含有较多的杂原子，需要 在后续的操作中进行加氢提质，才能获得更高纯度的油化原料。

3. 煤炭液化技术的应用发展

   1. 现有煤炭液化技术与能源利用的依存度

煤炭液化技术应用过程中，应将降低污染和能耗作为目标，通过液化煤炭，使煤炭在燃烧过程中，会产生较少的污染物质。我国在应用煤炭液化技术时，根据我国的实际情况，基于我国煤炭的类型，对煤炭液化技术进行优化，从而提升煤炭液化技术与能源利用的依存度。

我国许多大中型企业在液化项目中，通过多种角度进行液化研究，包括煤的类型、产煤能力、设备生产能力以及生产成本等。我国含有较多的高硫煤，在对高硫煤进行液化时，主要使用SRC-II溶剂精炼工艺，可以有效提高煤炭的液化效率。此外我国对煤炭液化技术进行深入的研究，通过降低液化成本，可以提高产油效率，使更多的煤炭应用液化技术，生成更多的石油资源，以此满足我国各领域对石油资源的需求。

1. 2. 煤炭液化过程有机致癌物质的排放研究

使煤炭处于热解转化反应，该反应温度控制在450℃以下，煤炭会生成较少的致癌物质，一旦反应温度在450-550℃范围内，煤炭生产过程中会产生较多的致癌物质。煤炭生成的致癌物质，主要包括苯、甲苯以及二甲苯，工作人员长期在生产岗位，患癌的风险不断提高。

现阶段对煤炭液化过程产生的有机致癌物质进行研究时，需要将环境中可以检测到的污染物质，均应列入到研究范围，针对某一种强烈的致癌物质进行研究，通过研究调整液化过程，将致癌物排放量严格控制在标准范围内。

1. 3. 煤炭液化无机有害物质控制研究

提高煤炭能源的利用率，通过煤炭液化技术，使煤炭生产出无机有害物质，需要对煤炭液化技术进行调整，在原有的生产过程基础上，增加洗选过程、热解过程、气化过程以及淋滤过程等，使每个过程对煤炭中的有机物进行转化，最终转化成无机物。此外在煤炭进行液化反应时，融合煤岩学、煤化学、煤化工技术等，使液化过程在多种技术的共同作用下，将产生的无机有害物质的排放控制在合理的范围内。

结语：

综上所述，在煤炭能源利用方面，积极应用煤炭液化技术，需要掌握煤炭的类型，根据类型选用不同的液化工艺。我国煤炭中高硫煤含量较多，应广泛使用SRC-II溶剂精炼工艺，在使用该工艺过程中，对煤炭液化过程产生的致癌物质进行研究，通过优化和完善液化工艺，一方面提高煤炭能源的利用率，另一方面将产生的致癌物质控制在合理的范围内，使空气中的有毒物质处于较低的水平。

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