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人工合成液体燃料

/synthetic liquid fuel/
最后更新 2023-10-12
浏览 167
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由煤、油页岩、油砂、天然气等经过一系列不同的加工方法得到的一类液体燃料。

英文名称
synthetic liquid fuel
所属学科
工程热物理及动力工程

合成液体燃料的生产过程较复杂,生产费用较高,而天然石油的开采和加工费用较低,故各种液体燃料大都来源于天然石油。随着天然石油资源的逐渐减少,合成液体燃料作为一种替代或补充能源将有其发展前景。

根据原料的不同,人工合成液体燃料可分为气体转化液体燃料和固体转化液体燃料。其中固体转化过程可以分为直接液化过程和间接液化过程。直接液化是将固体燃料在高压和较高温度下直接转化为液体;间接液化是在氢气和催化剂作用下使其加氢转化为一氧化碳和氢,然后在催化剂作用下合成为烃类或醇类液体燃料(汽油、柴油或甲醇燃料)。固体燃料直接液化的目的是改变煤的分子结构,生成液体油。主要是将氢碳比提高到与石油的氢碳比相当,同时降低分子量、脱除煤中硫、氮等污染物。因此直接液化过程实际上是用碳制备氢,然后将氢加入热解产生的自由基中,提高产物氢碳比的过程,其反应条件较苛刻,设备材料要求高。间接液化的技术较为成熟,可以采用传统的气体燃料转化技术进行,其具有煤种适应性强,反应条件相对温和等优势,下表给出了两种不同方法的技术特点比较。

直接液化与间接液化的技术特点比较

项目

直接液化

间接液化

煤种适应性

煤种适应性差

煤种适应性强

反应条件

温度:435~445℃

压力:15~20兆帕

反应条件苛刻

温度:270~350℃

压力:2.5兆帕

反应条件温和

热效率

较高

较低

油收率

较高

一般

设备材料

材料要求高

材料要求低

成熟性

小规模试验比较成熟

工业性试验比较成熟

气体燃料转化技术也可分为直接转化法和间接转化法。直接转化法不需生产合成气步骤,但由于甲烷非常稳定,反应活化能很高,且一旦活化,反应又难以控制,因此其由于经济原因难以进行工业化应用。间接转化法有主要有两条路线:F-T合成路线和甲醇路线。F-T合成路线一般包括3个步骤。第一步将天然气转化为合成气(一氧化碳和氢气混合物);第二步利用催化剂将合成气转化为含蜡合成油;第三步采用加氢裂化、异构化和分馏等方法将合成油改质为优质中间馏分燃料。合成气的生产一般采用蒸汽转化、部分氧化、自热转化和联合转化技术,关键要控制氢气与一氧化碳的比值为2。将合成气转化为液态烃类的F-T合成反应是发生在非均相催化剂上的链增长反应。催化剂为铁基或钴基,反应为强放热反应。温度、压力和催化剂的选择与所生产的合成油种类有关。甲醇路线有以下两种工艺:Mobile公司的甲醇转化汽油的MTG工艺,采用ZSM-5沸石催化剂,主要生产烯烃、芳烃和重质汽油馏分;UOP和Norsk Hydro公司共同开发的甲醇转化制烯烃的MTO工艺,该工艺具有较高的乙烯和丙烯选择性。然后利用Mobile公司的烯烃转化为汽油和中间馏分油的MOGD工艺将烃转化为汽油和中间馏分油。汽油产品烯烃含量高。中间馏分油也含有较多烯烃,可用加氢处理技术使其饱和,得到的中间馏分油是优良的柴油调和油料。

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