液化反应中工艺条件的影响

煤液化工艺条件主要包括煤浆浓度、反应压力、反应温度、停留时间、气液比等。下面分别介绍各因素对煤液化反应的影响。

1.煤浆浓度

从理论上讲，煤浆浓度对液化反应的影响应该是浓度越稀越有利于煤热解自由基碎片的分散和稳定。但为了提高反应器的空间利用率，煤浆浓度应尽可能高。试验研究证明，高浓度煤浆在适当调整反应条件的前提下，也可以达到较高的液化油产率。对高浓度煤浆提高反应压力和气液比后，其油产率比低浓度煤浆还高。分析其原因，主要是煤浆浓度提高后，在液化反应器的液相中溶剂的成分减少，而煤液化产生的重质油和沥青烯类物质含量增加，更有利于它们进一步加氢反应生成可蒸馏油。

在煤液化工艺中，选择煤浆浓度还要考虑煤浆的输运和煤浆预热炉的适应性。

2.反应压力

反应压力对煤液化反应的影响主要是指氢气分压。大量试验研究证明，煤液化反应速度与氢分压的一次方成正比，所以氢分压越高越有利于煤的液化反应。氢分压等于总压乘以气体中氢气的体积浓度，所以要使氢分压提高，可以提高系统总压或提高氢气在循环气中的浓度。

提高系统总压使整个液化装置的压力等级提高，反应器和其他高压容器以及工艺配管的壁厚就需增加。壁厚与压力几乎成正比，所以提高系统压力对装置投资的增加影响很大。另外，压力的增加使氢气压缩和煤浆加压消耗的能量也增加，因此，选择煤液化装置的压力需综合各方面的因素慎重考虑。

提高循环气中氢气浓度是在系统总压不变的条件下提高反应速度的有限措施，但对煤液化反应也有一定效果。提高循环气中氢气浓度的方法是增加新氢流量，或通过水洗脱除CO2，再通过油洗脱除烃类气体。但不管采取哪种措施，都要增加能量的消耗。循环气中氢气浓度究竟选择多高，也要权衡利弊综合考虑。

3.反应温度

反应温度对煤液化反应最敏感，这是因为温度增加后，氢气在溶剂中的溶解度增加，更重要的是，反应速度随温度的增加呈指数增加。所以，提高反应温度是最有效的提高反应速度的方法，但是要强调提高反应温度后存在以下不利影响。

首先，反应温度提高后，反应热随反应速度的增加而成比例增加，使反应器的温度控制非常困难；其次，反应温度提高后，裂化反应加剧，产生的气体量必然增加，最终结果可能使液化油的产率并没有增加。所以，提高反应温度一定要十分慎重。(www.xing528.com)

因此，煤液化反应温度要根据原料煤性质、溶剂质量、反应压力及反应停留时间等因素综合考虑。一般来说，烟煤的反应温度要比更易液化的褐煤的反应温度高5～10℃。

4.停留时间

所谓反应停留时间是指反应器内液相的实际停留时间。它是一个平均的概念，实际上液相（包括固体颗粒）的某一组分或某一微小个体在反应器内的停留时间呈一分布曲线。可以向反应器进口注入一示踪原子的物质脉冲，在反应器出口管上能检测出它排出的时间分布。

在其他条件不变的前提下，增加反应停留时间，显然对增加反应深度是有利的，尤其对某些惰质组含量较高的煤，增加反应停留时间对提高转化率比较有效。

5.气液比

气液比通常用气体标准状态下的体积流量（Nm3／h）与煤浆体积流量（m3／h）之比来表示，是一个无量纲的参数。因煤浆的密度略大于1000kg／m，所以也可以用气体标准状态下的体积流量与煤浆质量流量之比（Nm3／t）来表示。

实际上，对反应起影响作用的是在反应条件下气体实际体积流量与液相体积流量之比，主要原因是，在反应器内液体（包括溶剂和煤液化产生的液化油）各组分分子在液相和气相中必然达到气液平衡，而与气液平衡有关系的应是反应器内气相与液相的实际体积流量之比。

当气液比提高时，液相的较小分子更多地进入气相中，而气体在反应器内的停留时间远低于液相的停留时间，这样就减少了小分子的液化油继续发生裂化反应的可能性，却增加了液相中大分子的沥青烯和前沥青烯在反应器内的停留时间，从而捉高了它们的转化率。另外，气液比的提高会增加液相的返混程度，这时反应也是有利的。这是对反应的正面影响。

但提高气液比也会产生负面影响，即气液比提高会使反应器内气含率（气相所占的反应空间与整个反应器容积之比）增加，使液相所占空间（也可以说是反应器的有效空间）减小，这样就使液相停留时间缩短，反而对反应不利。另外，提高气液比还会增加循环压缩机的负荷，增加能量消耗，这也是负面作用。综合以上分析，煤液化反应的气液比有一个最佳值，大量试验研究结果得出的最佳值在700～1000Nm3／t范围内。

总之，煤液化工艺条件各因素对液化反应及液化装置的经济性均有正反两方面的影响，必须通过大量试验和经济性的反复比较来确定合适的工艺条件。