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1、褐煤清洁高效综合采用一热溶催化转化工艺的讨论与开发肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司摘要：肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司开发的褐煤热溶催化转化工艺以我们我国储量丰富但采用率低下的褐煤为原料，通过简洁、温柔、平安的工艺流程，将高灰高水低热值的褐煤提质加工成低水分高热值的固体燃料，固体改质褐煤的收率约37%,液体油收率约33%,气体燃料收率约22%,此外产品中还包括高附加值的化工原料，该工艺具有条件温柔、工艺简洁、能源采用效率高、经济环保的特点,是一项褐煤的清洁高效综合采用技术。关键词：褐煤提质热溶催化清洁高效温柔转化引言随着国民经济的高速进展，我们我国的能源消费量快速增加。在我们我国的一次能源消费结构中
2、，煤炭占70%,煤炭在我们我国的能源结构中占有举足轻重的地位。此外，我们我国煤炭资源的消耗尤其是优质动力用煤的消耗也日益增加，2022年我们我国很多地区由于电力煤存量不足而拉闸限电，与优质煤的供应紧急形成对比的是我们我国褐煤储量丰富，但始终被视为劣质煤而采用不足。我们我国褐煤资源丰富，可采储量约1431亿吨，占我们我国煤炭储量的17%,由于它含水量高、含氧量高、易自燃、难储运的特点，只能就地采用，部分含水量特殊高的褐煤还需要脱水改质后才能采用。煤炭是大自然给予人类的珍贵财宝，它既是重要能源又是珍贵的化工资源，而粗放型的采用又会带来严峻的环境问题，所以肯定要遵循能源资源环境一体化的理念，方能实现
3、对煤炭尤其是褐煤的清洁高效可持续开发采用。褐煤的提质加工和有效采用受到世界各国的普遍重视，对我们我国来说更是事关西部开发和我国稳定的重大问题。目前关于褐煤采用的方法主要有褐煤的溶剂抽提褐煤的热解和提质煤直接液化Z褐煤气化等。肇庆市顺鑫煤化工科技有限公司开发的褐煤热溶催化工艺，把褐煤分级提质为气、液、固清洁燃料（还有高附加值的化工产品），既解决了褐煤的清洁高效综合采用，又为我们我国供应了珍贵的石油类液体燃料，对我国的能源平安和国民经济持续进展以及环保事业具有突出贡献。1褐煤热溶催化转化工艺褐煤清洁高效采用之热溶催化工艺是一个全新的创造专利，2003年试验取得突破，被科技部列入我国科技成果重点推广
4、方案项目，2005年小试通过广东省科技成果鉴定并取得了多项专利，其中已有三项专利获得授权（一种用褐煤制取液体燃料的热溶催化方法一种褐煤直接液化循环溶剂的加氢方法煤浆液化残渣的连续焦化设施）。其中专利已申请国外专利，目前正在申请国外专利，此外还有数项专利正在申请中。目前还没有发觉完全相同的技术可以做比较。它是依据褐煤的化学结构特点，通过简洁、温柔、平安的工艺方法把褐煤转化为清洁的气、液、固产品及高附加值的化工产品，使得能量转化效率最大化，经济效益最大化，综合优势明显。本工艺的开发试验包括试验室规模的高压釜装置、褐煤日处理量12Okg的连续小试试验装置和日处理量6.6t的连续中试装置，配有完善的综
5、合分析试验设施。经过多年的努力和探究，确定了本工艺的最佳工艺条件，并在小试和中试装置上进行了验证。此外，通过小试和中试的多次连续试验，获得了大量的试验数据和运行阅历，为今后大规模工业化示范装置的建设供应了珍贵的设计依据。试验用煤为内蒙古锡林浩特褐煤，其原料煤的分析数据如表1所示。表1煤质分析项目原料煤工业分析水分Mad/%9.46灰分Aad%17.82挥发分Vdaf%46.97固定碳FCdaf%54.03元素分析Cdaf%68.66Hdaf%4.37Sdaf%235Ndaf%1.24O*daf%23.38热值Qgr,v,dMJkg)21.70Qnet,v,ad(MJzkg)18.781.1 工
6、艺流程图1工艺流程简图工艺流程简图如图1所示。循环溶剂先通过加氢成为富氢溶剂油，干燥磨碎的原料煤和催化剂、加氢溶剂油配成油煤浆后经过加热炉和脱竣反应器脱除煤中的竣基等含氧官能团后再进入煤浆活塞流反应器进行热溶催化反应，反应产物采纳分别器和减压塔进行分别，减压分别后的油渣进入焦化炉进行焦化获得焦油和固体燃料。1.2 催化剂筛选表2催化剂的筛选试验催化剂编号无ZSL-OIZSL-02ZSL-03ZSL-04ZSL-05ZSL-06YQCT-613THF转化率5868757371627576通过在相同条件下试验，对8种催化剂进行了筛选试验，发觉大部分催化剂-都有较高的催化性能，尤其是ZSL-O2、Z
7、SL-06.YQCT6193三种催化剂，虽然YQCT613（液体催化剂）的效果较为突出，但是该催化剂制备成本较高，因此本工艺确定的催化剂为ZSL-O2,它是一种自制的自有学问产权的高活性双效催化剂。1.3 褐煤脱氧预处理的影响本工艺通过褐煤脱氧预处理将褐煤中的竣基等含氧官能团在肯定温度下预先脱除，结果如表3所示。表3脱氧预处理对油产率的影响编号Yh29Yh36/Akxm人脱氧温度/预处理条件停留时间min300未脱氧预处理油产率/%26左右24左右由表3可知，通过脱氧预处理后的褐煤的油产率要高出未处理原煤约2个百分点，并降低了在后续反应中无谓的氢耗，降低了运行成本。1.4 反应温度、压力的影响
8、反应阻度/匕图2工艺条件对转化率的影响a停留时间的影响b温度的影响c压力的影响d气氛的影响图1为反应停留时间、反应温度、压力和气氛对转化率的影响。通过筛选比较，最终确定适合本工艺的工艺条件为：反应时间V60min、反应温度450、压力W8MPa、气氛为合成气。催化剂ZSL-02既有良好的催化加氢作用，且价格低廉，是优良的褐煤热溶催化转化用催化剂。16产品分析本工艺的固体改质褐煤收率约37%,油收率约33%,气体产率约22%,此外还有58%左右的水产生。改质褐煤的分析数据如表4所示。比较表1和表4可知,原本高水含量高氧含量低热值的褐煤通过热溶催化工艺提质后，含水量大大降低、热值明显提高，且具有多
9、孔的结构，降低了其风化变质和自燃的可能性，便于储运，是优良的民用和工业燃料。表4改质褐煤分析项目改质褐煤(半焦)工业分析水分Mad/%0.49灰分Aad%21.60挥发分Vdaf%14.78固定碳FCdaf%85.24元素分析Cdaf%88.90Hdaf%4.09Sdaf%1.25Ndaf%1.11O*daf%4.65热值Qgr,v,dMJkg)28.09Qnet,v,ad(MJkg)27.13褐煤热溶工艺除了生产改质褐煤和液体油产品外，还依据煤基转化油的特点,从中提取高附加值的化工产品，如酚类和芳燃类化合物，如表5所示。表5转化油中250C前溜分油的三苯和三酚含量酸性组分/%中性组分/%苯酚
10、甲酚二甲酚C3甲酚单环芳煌双环芳煌三环芳煌0.761.570.680.715.524.181.11从进展看，近代具有芳香结构的工程高聚物和高碳材料必需依靠煤的衍生物作为原料，例如高聚物骨架中如具有芳环以及加长主链，将使大分子更具有刚性，其强度可以与钢铁媲美。只有选择相宜的原料来制取这些芳燃单体才能推动高聚物工艺过程的商业化。煤恰恰是富芳烧的物料，煤基液化油的基本组成就是1-4环芳燃和酚类化合物的混合物。因此，煤基化学制品的讨论可为将来高附加值芳香单体的开发做出重大贡献。2技术经济分析依据120kgd小试及6.6td中试获得的试验数据，从技术方面对该工艺进行全面、客观、科学的初步评价。评价褐煤热
11、溶催化液化分级转化提质工艺系统的技术指标主要由碳采用率、煤转化率以及系统能源效率等几方面进行。其中碳采用率(XC)约85%,该指标表观上反映的是该工艺系统过程中的碳采用率，而实际上是在肯定程度上反映了该工艺系统过程对CO2排放环节的影响。XC数值越大，说明CO2排放要到后面的产品采用阶段去排放，而本工艺系统的CCh的排放量小；麻化率(Tle)约88%,该指标反映了褐煤分级转化提质系统过程中煤炭的能量转化效率；系统能源效率(下)约71.63%,该指标反映了整个褐煤分级转化提质系统过程中总的能量采用效率。可见，由于工艺系统过程实现了原料煤分级转化提质和能量的梯级采用，和将自产的气体产物用作生产过程
12、清洁燃烧加热，所以碳采用率、煤转化率和系统能源效率均超过70%,与单级转化项目相比具有较为明显的过程效率和转化优势，及较少的CCh排放量。项目投资方经多次调研，2022年初已在内蒙锡林郭勒立项建设一个采纳褐煤热溶催化转化新工艺的褐煤提质工业示范厂，目前已获准进行前期筹备工作，项目设计年处理褐煤377万吨(收到基)，产提质褐煤76万吨/年，联产液化油63万吨/年或加工为成品柴油40.32万吨/年，总投资48.2亿元(粗油吨油投资6550+1100元的精制成本)，年销售收入27.4亿(不含税)，税前利润可达11.13亿元。项目投资税前内部收益率28.97%,静态投资回收期6.6年，动态投资回收期7
13、.64年。3结论褐煤的热溶催化转化工艺具有以下几个特点：(1)本工艺符合我国提出的煤炭清洁高效综合采用的指导思想和褐煤的化学组成特点，采纳简洁的流程、相对温柔的操作条件和有效的技术措施将褐煤部分液化为油，未液化的固体部分得到改质，同时还有高附加值的化工产品。(2)本工艺在工艺技术上的创新主要有：优化了溶剂的加氢条件，把握了优化溶剂组成和掌握的方法，溶剂具有优异的供氢作用；研制了具有自主学问产权的高活性双效催化剂；采用气体作为煤浆反应器的提升搅拌介质，同时实现变换反应，油产率可提高12个百分点，并降低了水产率；依据褐煤含氧官能团的特点，在煤浆升温过程中预先脱粉，有利于降低热溶催化转化过程的氢耗量
14、，提高氢的采用率。(3)本工艺的核心设施一煤浆反应器采纳活塞流反应器，反应器结构简洁，制作成本低，反应器内温度分布匀称。(4)本工艺几乎不产生废渣，只有少量废气和废水，采纳常用技术可以有效处理,不会污染环境。(5)本工艺具有装置投资和运行成本均较低且能源转化效率高的优点，适合我们我国国情，可以较好地解决褐煤提质加工难题。具有较强的盈利力量、较好的经济效益和社会效益。总体来说，热溶催化转化是清洁高效综合采用褐煤的先进工艺，它从技术上、经济上解决了传统煤炭作为能源使用上的种种弊病，且条件温柔、运行成本和投资较低，经济效益较好，能为我们我国社会进展供应干净能源，将为解决我们我国石油资源紧缺，保障能源平安做出重大贡献，是一条符合我们我国国情的经济有用的进展途径，值得重视和推广应用。4参考文献1贾明生，陈恩鉴，赵黛青，煤炭液化技术现状与进展前景J,选煤技术2003,4,50-53吴春来。煤炭直接液化M,化学工业出版社，2022.3:613徐熠，张德祥，金山等.成功褐煤在CO+H2O系统中液化的讨论J.化学工程,2022.38(3)：95-98
