Hay tres tecnologías de licuefacción indirecta de carbón: la síntesis Sasol Fischer-Tropsch en Sudáfrica, la conversión de metanol a gasolina Mobil en los Estados Unidos y la síntesis directa en desarrollo. La tecnología de licuefacción indirecta de carbón se ha comercializado en el extranjero. Hay tres plantas de producción comerciales en el mundo, a saber, Sasol Company en Sudáfrica y plantas de licuefacción indirecta de carbón en Nueva Zelanda y Malasia. La planta de licuefacción indirecta de carbón de Nueva Zelanda utiliza el proceso de licuefacción Mobil, pero solo realiza el primer paso de la licuefacción indirecta, que consiste en utilizar gas natural o gas de síntesis de gasificación de carbón para producir metanol, y no utiliza más metanol para producir fueloil y otros productos químicos. productos La capacidad de producción es de 654,38+0,25 Miles de barriles/día. El proceso de licuefacción utilizado por la planta de licuefacción indirecta de carbón de Malasia es similar al de la sudafricana Sasol, pero la diferencia es que utiliza gas natural como materia prima para producir diésel y queroseno de alta calidad, con una capacidad de producción de 500.000 toneladas/año. . Por lo tanto, estrictamente hablando, Sasol Sudáfrica es el único productor comercial de licuefacción indirecta de carbón del mundo.
La compañía Sasol de Sudáfrica se fundó a principios de la década de 1950. La primera planta Sasol-1 para producir fueloil a partir de carbón se construyó en 1955. Después de la crisis del petróleo de la década de 1970, las plantas Sasol 2 y Sasol Plant 3 se construyeron en 1980 y 1982 respectivamente. Las tres plantas de licuefacción indirecta de carbón procesan aproximadamente 46 millones de toneladas de carbón bruto al año, con un volumen total de producto de 7,68 millones de toneladas. Producen principalmente 113 productos como gasolina, diesel, ceras, amoníaco, etileno, propileno, polímeros, alcoholes y aldehídos, de los cuales los productos petrolíferos representan el 60% y los productos químicos el 40%. La producción de gasolina y diésel de la empresa puede satisfacer el 28% de las necesidades de Sudáfrica y su tecnología de licuefacción indirecta de carbón es líder mundial.
Además, la empresa estadounidense SGI desarrolló una nueva tecnología de licuefacción de carbón a finales de los años 80, la tecnología LFC (coal-to-liquid). Esta tecnología utiliza tecnología de carbonización a baja temperatura para extraer carbón limpio sólido de alta calidad y fueloil líquido a partir de carbón no coquizable, como el carbón subbituminoso o el lignito. La empresa SGI de Estados Unidos construyó en 1992 una planta de demostración comercial de carbón subbituminoso con una capacidad de procesamiento diario de 1.000 toneladas. La síntesis de Fischer-Tropsch se refiere a la reacción en la que el CO se hidrogena de forma heterogénea para generar hidrocarburos (C1 ~ C25) y compuestos oxigenados de diferentes longitudes de cadena bajo la acción de un catalizador sólido. Esta reacción fue descubierta por primera vez por F. Fischer y H. Tropsch en 1923, y posteriormente fue perfeccionada por Fischer y otros. Fue industrializada en la Ruhr Chemical Company en 1936, de ahí el nombre de síntesis de Fischer-Tropsch.
Debido a diferentes catalizadores y diferentes condiciones de operación, la estequiometría de la reacción de síntesis de Fischer-Tropsch será muy diferente, pero puede describirse mediante las siguientes dos ecuaciones de reacción básicas.
(1) Reacción de generación de hidrocarburos
CO+2H2→(-CH2-)+H2O
(2) Reacción de desplazamiento de gas agua
Monóxido de carbono + H2O→H2+dióxido de carbono
La fórmula general de la reacción de síntesis se puede obtener a partir de las dos fórmulas anteriores:
2CO+H2→(-CH2-) + CO2
De las dos fórmulas anteriores, la fórmula de medición general para la generación de alcanos y alquenos se puede deducir de la siguiente manera:
(3) Reacción de generación de alcanos
nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2 +nH2O
2nCO+(n+1)H2→CnH2n+2+NCO 2
3 NCO+(n+1) H2O→CnH2n+2+(2n+1)CO2
NCO 2+(3n+1)H2→CnH2n+2+2nH2O
(4) Reacción de generación de alquenos
nCO+2nH2→CnH2n+nH2O
p>
2nCO+nH2→CnH2n+nCO2
3nCO+nH2O→CnH2n+2nCO2
nCO2+3nH2→CnH2n+2nH2O
Licuefacción indirecta La reacción principal es la reacción mencionada anteriormente. Debido a las diferentes condiciones de reacción, existen reacciones de generación de metano, reacciones de generación de alcohol (se requiere alcohol para producir metanol), reacciones de generación de aldehído, etc. La licuefacción indirecta del carbón se puede dividir en dos procesos: síntesis a alta temperatura y síntesis a baja temperatura. Los principales productos obtenidos mediante síntesis a alta temperatura incluyen nafta, propileno, α-olefinas y alcanos C14 ~ C18. Estos productos pueden utilizarse como materia prima para la producción de alternativas petroquímicas, como fracciones de nafta para producir etileno, alfa-olefinas para producir detergentes avanzados, etc. y también se puede procesar para obtener combustibles para motores de alta calidad, como gasolina y diésel. Los principales productos de la síntesis a baja temperatura son el diésel, el queroseno de aviación, la cera y el gas licuado de petróleo. El índice de cetano del diésel producido mediante licuefacción indirecta de carbón puede llegar a 70, lo que lo convierte en un producto de mezcla de diésel de alta calidad.
Las tecnologías de licuefacción indirecta de carbón a líquido incluyen principalmente la tecnología Sasol, la tecnología SMDS de Shell, la tecnología Syntroleum, la tecnología AGC-21 de Exxon y la tecnología Rentech. Sudáfrica tiene procesos de lecho en suspensión, lecho fluidizado, proceso de lecho fijo y proceso de lecho fijo Sasol. Las plantas de petróleo sintético International Sasol y Shell Malaysia de Sudáfrica tienen una larga experiencia operativa.
El proceso típico de síntesis de Fischer-Tropsch a base de carbón incluye tres pasos puros en "serie": gasificación del carbón y purificación de gas, transformación y descarbonización; reacción de síntesis de Fischer-Tropsch y procesamiento de petróleo; El gas crudo producido por la unidad de gasificación se desempolva y se enfría para obtener gas limpio, y se obtiene gas de síntesis calificado después de la conversión de CO tolerante al azufre a amplia temperatura y la eliminación del gas ácido (incluidos H2 y CO2). El gas de síntesis ingresa al reactor de síntesis y, bajo cierta temperatura, presión y catalizador, el H2S y el monóxido de carbono se convierten en hidrocarburos lineales, agua y una pequeña cantidad de compuestos orgánicos que contienen oxígeno. El producto se separa en tres fases y sustancias químicas como alcoholes, cetonas y aldehídos se extraen de la fase acuosa; la fase oleosa adopta métodos convencionales de refinación de petróleo (como la destilación convencional y al vacío) y las fracciones del producto se cortan como tal. necesarios y procesados posteriormente (como hidrogenación, refinación, descondensación de hidrógeno, reformado catalítico, hidrocraqueo y otros procesos) para obtener productos petrolíferos calificados o productos intermedios mediante separación por congelación y conversión de olefinas para obtener gas de petróleo licuado, propileno de calidad polimérica, etileno de calidad polimérica; y gas combustible de poder calorífico medio. Las condiciones de síntesis de (1) son suaves, en lecho fijo, lecho fluidizado o lecho en suspensión, la temperatura de reacción es inferior a 350 °C y la presión de reacción es de 2,0 a 3,0 MPa.
(2) Alta tasa de conversión. Por ejemplo, el proceso SAS de Sasol utiliza un catalizador de hierro fundido y la tasa de conversión de un solo paso del gas de síntesis puede alcanzar más del 60%. Cuando la relación del ciclo es 2,0, la tasa de conversión total puede alcanzar aproximadamente el 90%. El proceso SMDS de Shell utiliza catalizadores a base de cobalto y tiene una tasa de conversión más alta;
(3) Debido a las limitaciones del crecimiento de la cadena y los mecanismos de conversión durante el proceso de síntesis, la selectividad del producto objetivo es baja y no son más subproductos. Los hidrocarburos de cadena normal pueden oscilar entre C1 y C100; a medida que disminuye la temperatura de síntesis, aumenta el rendimiento de hidrocarburos pesados (como el aceite de cera), mientras que disminuye el rendimiento de hidrocarburos ligeros (como CH4, C2H4, C2H6,...).
(4) El rendimiento teórico de producto efectivo CH2 - es bajo, sólo 43,75%, mientras que el rendimiento teórico de aguas residuales del proceso llega a 56,25%.
(5) Carbón; consumo grande. En circunstancias normales, alrededor de 5 a 7 toneladas de carbón bruto producen 1 tonelada de petróleo refinado.
(6) Todos los reactivos son fase gaseosa, el equipo es grande y los costos de inversión y operación son altos.
(7) La licuación indirecta a base de carbón depende completamente del carbón; gasificación. Sin gasificación a gran escala no hay licuefacción indirecta basada en carbón. China comenzó a estudiar la tecnología de licuefacción indirecta del carbón a principios de los años cincuenta. Jinzhou realizó una prueba de licuefacción indirecta de carbón de 4.500 toneladas/año, pero fue suspendida debido al descubrimiento del campo petrolífero de Daqing. Debido a las dos crisis petroleras de los años 1970 y a una serie de problemas causados por la estructura energética del "carbón rico pero poco petróleo", mi país reanudó la tecnología de licuefacción indirecta de carbón para sintetizar gasolina organizada e implementada por el Instituto Shanxi de Química del Carbón. Industria, Academia de Ciencias de China a principios de la década de 1980.
Durante el período del "Séptimo Plan Quinquenal", la tecnología de gasolina sintética a base de carbón desarrollada por el Instituto de Investigación Química del Carbón de Shanxi fue catalogada como un proyecto científico y tecnológico clave a nivel nacional. En 1989, se completó la pequeña prueba de la planta de fertilizantes del condado de Dai. Durante el período del "Octavo Plan Quinquenal", los gobiernos nacional y provincial de Shanxi invirtieron más de 20 millones de yuanes para construir un dispositivo de prueba industrial con una producción anual de 2.000 toneladas de gasolina en la planta de fertilizantes de Jincheng para producir gasolina número 90. Sobre esta base se propuso un plan técnico para un dispositivo de gasolina sintética con una producción anual de 65.438+ millones de toneladas. En 2001, el Programa Nacional 863 y la Academia China de Ciencias lanzaron conjuntamente el importante proyecto científico y tecnológico “carbón-to-oil”. El Instituto Shanxi de Ingeniería Química del Carbón de la Academia de Ciencias de China llevó a cabo la investigación de este proyecto. El Ministerio de Ciencia y Tecnología invirtió 60 millones de yuanes y el gobierno provincial invirtió 100.000 yuanes con el apoyo de empresas locales. Después de más de un año de investigación, la plataforma piloto de lecho de lodo de 1.000 toneladas logró su primera operación de prueba en septiembre de 2002 y sintetizó el primer lote de petróleo crudo. Aproximadamente el 70% del diésel con un índice de cetano superior a 70 se puede obtener a partir de aceite sintético en suspensión a baja temperatura, y otros productos incluyen gas licuado de petróleo. Su tecnología central, los catalizadores, los reactores y la ingeniería de procesos para la síntesis de Fischer-Tropsch, también han logrado avances importantes.
La investigación de desarrollo e integración de software de proceso para 10.000 toneladas de gasolina sintética a base de carbón está en curso, y la investigación sobre tecnología de catalizadores a base de cobalto para diésel sintético ha estado en etapa experimental desde principios de los años 1990. Después de 20 años de desarrollo e investigación, mi país tiene las reservas técnicas para construir un dispositivo de producción a escala de 10.000 toneladas y tiene derechos de propiedad intelectual independientes en tecnologías clave e investigación y desarrollo de catalizadores. Se puede decir que la tecnología de licuefacción de carbón de China ha alcanzado el nivel avanzado del mundo. El Instituto Shanxi de Química del Carbón, la Academia China de Ciencias y Lianshun Energy Co., Ltd. llegaron a un acuerdo para establecer un laboratorio de petróleo sintético. Lianshun Company invirtió 150.000 yuanes en la investigación y el desarrollo de tecnologías clave y procesos relacionados, y finalmente construyó un dispositivo de producción de licuefacción indirecta con una producción anual de 150.000 toneladas de aceite licuado sintético en Shuozhou, Shanxi, en un plazo de 3 a 5 años. La Academia de Ciencias de China y el gobierno provincial de Shanxi firmaron el "Acuerdo marco sobre el desarrollo de la industria del petróleo sintético de licuefacción indirecta de carbón en Shanxi". Según el acuerdo, en los próximos 5 a 10 años, la provincia de Shanxi construirá un grupo empresarial multiprolífico de gran tamaño entre Shuozhou y Datong con un millón de toneladas de petróleo sintético a base de carbón como núcleo a través de inversión estatal y financiamiento social.
Mientras desarrollaban tecnología, las empresas carboníferas nacionales han trabajado mucho para introducir tecnologías maduras y construir unidades de licuefacción indirecta de carbón. Pingdingshan Coal Group, Ningxia Coal Group y Shenhua Group han llevado a cabo pruebas de evaluación de carbón y estudios de prefactibilidad para la construcción de plantas de demostración comerciales de licuefacción indirecta, y han realizado una gran cantidad de trabajo preliminar en términos de introducción de tecnología, inversión y financiamiento. y aprobación del proyecto. El proyecto se encuentra en fase de demostración.