煤转油过程中的焦化和热解作用

    高温焦化技术是一种最原始的生产液体的方法，烃类液体作为炼焦过程的副产品。由于高温焦化过程生产的液体含量较低（<5%），且液化成本高，因此传统的高温焦化工艺不能满足商业化生产液体燃料的需要。
     温和热解也是一种焦化技术，但操作条件相对不太苛刻。温和热解工艺包括：将煤加热到450~650°C的高温（高温焦化工艺中的温度高达950°C），在热分解的过程中赶出原煤中的挥发性物质，在处理过程中，通过热分解生成其它挥发性有机化合物。温和热解工艺中的液体燃料产量比高温焦化工艺要高，但至多仍不超过总产量的15~20%。主要产物中降低了氢和杂原子的含量。美国在这一工艺的研究处于世界领先水平，主要是通过将煤中的氧以二氧化碳的形式脱除，并减少硫含量的途径提高低阶次烟煤和褐煤的性能，提高其发热量。目前至少有一种液化工艺已经达到半商业化生产的规模。考虑到这些技术对燃料加工所带来的巨大市场前景，我

们可以认为，尽管这些工艺的液体燃料产率较低，但它们必将对全球液体燃料的供应产生重大的贡献。
     通过快速热解的途径可以获得较高的液体燃料产率。这些工艺的操作温度可达到1200°C，但煤的停留时间大大缩短，至多为几秒钟。快速热解工艺主要是为了生产化工原料而不是液体燃料，原因是从经济上讲生产液体燃料是不合算的。快速热解工艺可能还存在未解决的工程问题。
     所有的热解和焦化工艺都存在这样一个缺点，如果原料煤中的氢含量提高到可蒸馏液体的程度时，残留固体中的氢含量必须被减少。所生产的液体燃料的质量仍然比较低，需要采取专门的处理措施来清除固体杂质和水分。经这样处理后的液体产品可以掺合生产加热燃料和固定式涡轮机用的燃料。如果原产品不混合来使用，或者被用作运输燃料，仍需要进一步的处理。需要混合和传统的精制加工使液体产品经济可行。但目前这一设想还没有成功地付诸实施。
     最近，人们的兴趣集中在美国开发的煤的提质加工工艺上。至少有三项技术已经达到了中试规模。这些工艺的主要不同之处在于热解反应器的设计上。其中煤炭制取液体燃料（Liquids from Coal,LFC）工艺自1992年已经投入商业化生产。
     LFC工艺（见图2）是由SGI国际公司研制的一种旨在改善煤炭性能的温和热解方法。可生产两种可销售产品：一种是被称为"工艺衍生燃料"（process-derived fuel，PDF）的低硫、高热值固体；另一种是被称为"煤炭衍生液体"（coal-derived liquid，CDL）的烃类液体。PDF的产量远远大于CDL的产量。

 
图 Encoal公司开发的LFC工艺

    Encoal公司拥有的第一座示范厂建在怀俄明州Gillette附近，该示范厂得到了美国能源部洁净煤技术示范项目的支持。示范厂于1992年投产，原料煤是波德河煤田生产的低硫高水分次烟煤，最大日处理能力为1000t。
     煤炭被粉碎和筛选，然后在一个旋转的篦式干燥器上被热气加热。对这些固体原料的温度控制非常重要，因为加热的目的就是为了减少原料中的水分，而不能导致其结构的改变，从而尽量把早期气产率降为最低限度。被干燥后的煤随后进入主旋转篦式热解器，被循环的高温气流加热到540°C。此时，精确控制固体原料的加热速度和停留时间至关重要，因为这些参数影响着产品性能。固体原料被从热解器中排出之后，进行冷却，然后经过钝化处理，其中包括经过振动流化床，被含有固定氧含量的气流处理。PDF产品经过轻度的氧化之后便稳定下来，避免了随后发生自燃现象的危险。
     离开热解器的气流被在一个急冷塔中冷却，CDL冷凝，水分留在气相中。经过冷却的大部分气体被重新循环进入热解器中，一部分气体被在热解燃烧器中进行燃烧，产生工艺过程所需要的热量。剩余的气体进入干燥燃烧器中被燃烧，加入干燥器的气体循环过程中。气体中的颗粒杂质和硫氧化物被使用湿式涤气方式从气体循环过程中除去。涤气器中吹扫液体被排到池中蒸发。
     经过适度氧化之后，生成的PDF产品是一种低硫反应性燃料，适合用于粉煤喷吹燃烧锅炉，因此将经过铁路运到各电站；另外生成的CDL性能相当于6号燃料油，也被经过铁路运到燃料油销售商。
     1996年，SGI公司与印度尼西亚、日本和中国签定合同，准备在这些国家建立商业化LFC示范厂。1997年，该公司宣称将在美国建立一座600万t/年规模的工厂。