一个工厂的热效率被定义为输入燃料的热值在最终产品中所占的百分比。在一座液体溶剂萃取(LSE)液化厂(见图)中,煤炭是唯一的输入到反应器和公用工程中的原料,最终产品是运输用液体燃料。在LSE液化工艺中,热效率为67.8%。如果采用整体气化联合循环发电技术,热效率可以提高到70%多。其它的单段和两直接液化工艺的热效率为60~70%,热效率低的原因通常是由于采用了低煤阶的原料煤,除去煤中的水分
现有一定规模的炼油厂利用煤炭液化工艺来生产同样多的液体燃料是不可行的。煤炭液化只能作为生产烃类液体的辅助手段。当原油的产量不能满足运输用燃料的需求量时,采用煤炭液化技术是一种较好的选择。在这种情况下,煤炭液化燃料可以利用现有的基础设施进行销售和供给,这不可避免地受到石油工业的控制和运作。但却有利于大大简化煤炭液化产品的供给和销售网络。因此,煤炭液化项目起初可能要由石油工业来实施,而不是煤炭工业。这个趋势已经被煤液化是由大部分石油公司进行各自开发这样的事实得到证实。
鉴于上述情况,最有利于煤炭液化企业的做法是,直接将自己的液化产品输送到现有的炼油厂中,作为进一步提炼的原材料,或者与炼油厂的产品进行混合使用。由于液化厂和炼油厂都有许多辅助设施,如电力和化学原料供应,有可能将一些必要的公共设施调配共享。另外,炼油厂和煤炭液化厂的一些单元操作也非常相似,也使得煤液化可能在石油行业中首先实施。
煤炭液化和炼油厂的结合主要包括共享一些产品混合和输出设备。即使最低程度的设备联合使用也可大大降低投资成本。研究表明,一座日产12万桶油的炼油厂可以接受一座日产5万桶燃料的液化厂的全部产品,而炼油厂的最终产品质量几乎没有变化,因此,炼油厂可以很容易达到日产20万桶油的生产能力。
一种更复杂的联合方法是在液化厂和炼油厂之间传输产品来进行深加工。液化厂的原始馏分与等量原油在炼油厂内混合加工处理。除了节省投资之外,两厂结合使用的另外一个突出优点是,可以将炼油设备生产的低值产品输出到煤炭液化厂,进行气化生产H2。这些低值产品包括从减粘裂化设备中生产的焦油或者从延迟焦化中生产的高硫焦炭,在这样的炼油设备中没有这些产品的排出。这也增加了炼油厂的产品灵活性,也可通过焦化来提高蒸馏油产量。煤炭液化厂也不再需要另外再用煤炭作为公用工程燃料。据估计,炼油工艺和煤炭液化工艺结合起来以后,相当于使每桶液化燃料油的成本降低2~3美元。
炼油厂和煤炭液化厂的结合使用并不会影响炼油厂的正常生产。我们可以采取更复杂的结合方式,但炼油厂在未得到液化厂操作的可靠性以前是不容易接受的,例如可以共同使用制氢、发电、蒸汽、制冷和其它公用工程。有关专家估计这样结合每桶液化燃料油的成本甚至可以降低5美元。
对于一个液化厂来说,液化单元只占其中少部分。而辅助单元比较多。这些辅助单元已被广泛地应用于其它工业。这些辅助单元的投资占总投资额的60~75%,总投资相对比较固定。这也是煤炭液化技术于80年代中期以后能够得到显著发展的一个重要原因。由于辅助单元的性能改进速度比较慢,因此要想大幅度地降低液化项目的总投资不太容易。但进一步降低成本是可能的,即可以通过工程方面的改进和纯粹的工艺方面的改进来实现。
另外,催化剂的成本也非常高,我们可以通过增大反应器的容积来减小催化剂的工作温度。
需要消耗煤中5%的能量。 但是,目前正在设计的多反应器直接液化工艺的热效率预计可达到65 ~70%,因此对于直接液化工艺取67%这一平均热效率值是适宜的。
间接液化工艺的热效率值比较低,例如Sasol 1号液化厂的热效率值只有37%,Sasol 2号和Sasol 3号液化厂的热效率值可能要高一些,约为55%。
热解工艺的热效率甚至更低,因为固体产品与煤相当,利用原料煤生产的最终运输燃料的热效率至多为45%。在热解过程中,液体燃料只是固体燃料提质加工过程中的副产品。 为了分析液化过程中CO2的影响,我们可以选用"标准"烟煤和原油(见表3),这两种原料均可用于生产运输燃料。
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