煤制油：技術成熟可行資源環保掣肘
——三位專家辨析煤制油技術的特點、發展現狀和趨勢

□本刊記者 姚斌 王旸 曹軍生

煤制油：技術成熟可行資源環保掣肘
——三位專家辨析煤制油技術的特點、發展現狀和趨勢

□本刊記者 姚斌 王旸 曹軍生

2010年12月23日，紐約商品交易所原油期貨價格收于每桶90.48美元，為2008年10月7日以來油價首次躍上90美元/桶。石油價格的上漲刺激著煤化工的神經，也引發了人們對石油替代戰略的深入思考。作為“十一五”期間風起云涌的煤化工產業的重要組成部分“煤制油”產業（以煤為基礎原料經化工合成—改質生產碳基液體產品如成品汽油、柴油、潤滑油基礎油等）怎樣發展、技術成熟程度和發展趨勢如何，這些問題也急需一些參考答案。為此，記者采訪了中國石化石油化工科學研究院長期從事相關研究的胡志海、夏國富、申海平三位專業人士，請他們從基本理論、工藝、工程等角度談談對煤制油產業的看法。

記者：請專家首先介紹一下煤制油發展過程及技術路線。

胡志海：煤制油也稱煤液化，是以煤炭為原料生產液體燃料和化工原料的煤化工技術的簡稱。主要有兩條技術路線，直接液化和間接液化，均起源于德國。無論哪一類液化技術，都有成熟的范例。

煤直接液化是煤在適當的溫度和壓力條件下，直接催化加氫裂化，使其降解和加氫轉化為液體油品的工藝過程。1913年，德國的柏吉烏斯（Bergius）首先研究了煤的高壓加氫，并獲得了世界上第一個煤炭直接液化專利。1927年，德國在萊那（Leuna）建立了世界上第一個煤炭直接液化廠，規模為10萬噸/年。1936年～1943年期間，德國又先后有11套煤炭直接液化裝置建成投產。到1944年，德國煤炭直接液化工廠的油品生產能力已達到423萬噸/年。1973年石油能源危機后，德國、美國、日本等工業發達國家，在原有基礎上相繼研究開發出一批煤炭直接液化新工藝，但目前國外并沒有正在商業運行中的工業化裝置。神華集團綜合國內外單元技術之長，集成開發出了神華煤直接液化工藝，并在鄂爾多斯建設了百萬噸級直接液化煤制油裝置，在解決運行連續性問題后，有望成為世界上第一個百萬噸級的直接液化煤制油商業示范裝置。

神華集團煤直接制油項目廠區。新華社 供圖

煤的間接液化是先將煤經氣化制合成氣（一氧化碳+氫氣），再在催化劑的作用下，經費托（F－T）合成生產烴類產品和化學品的過程。國外煤間接液化已有70多年歷史，第二次世界大戰期間，德國曾建有9座合成油廠，生產規模合計59.1萬噸/年。目前，煤間接液化的技術代表是南非沙索（SASOL）公司，該公司于1955年建成了第一座由煤生產燃料油廠（SASOL－I），率先實現了規模化生產。70年代石油危機后，于1980年和1982年又相繼建成了SASOL-Ⅱ廠和SASOL-Ⅲ廠。三個廠年處理煤炭總計達4590萬噸。主要產品是汽油、柴油、蠟、氨、乙烯、丙烯聚合物、醇、醛、酮等113種，目前總產量達900多萬噸。近期，國內煤間接液化技術的開發和應用也取得了突破性進展，目前已建成三套16萬噸/年煤間接液化小型工業示范裝置，擬建百萬噸級裝置多套。

此外，以煤基甲醇為原料生產汽油的技術也可以列入煤制油的范疇。該類技術的代表是美國埃克森美孚公司。

記者：粗略地說，這兩種技術路線各有哪些工藝技術特點？

夏國富：就直接液化來看，該技術主要優勢有三個方面：其一是合成油的收率較高，可達到60%以上；其二是物耗較低，平均3～4噸煤能產出1噸油，電力消耗也較間接液化少30%左右；其三是流程相對較短，投資相對較少。直接液化的缺點也很明顯：一是缺乏大規模工業化經驗；二是裝置運行穩定性不夠，磨損、結焦、腐蝕等問題尚未完全解決；三是對煤種的要求較高。

間接液化也有自己的優缺點。優點之一是技術成熟可靠，具備產業化經驗。二是運行穩定，設備維修難度小。三是對原煤品質要求較低。但是，該技術的物耗、能耗明顯比直接液化高，平均5～6噸煤產出1噸油。另外投資也較大，每萬噸油建設投資需要上億元。

記者：從純技術角度看，這兩種技術是否都已成熟？或者說，業界更推崇哪一種作為主導技術？

胡志海：單純從技術角度看，兩種技術都是成熟的；但從工業實施的角度，間接液化優勢較為明顯，因此業界對間接液化給予了更多的關注。原因有四：一是間接液化對煤質的要求相對較低（直接液化需要熱值低、氫含量高的煤）。二是運行可靠性高（直接液化過程存在較多制約長周期穩定運行的因素，如磨損、腐蝕和結焦等，且目前尚未全部解決）。三是產品質量好，符合產品清潔化方向。間接液化產品柴油十六烷值高于75，無硫無芳烴，主要性質遠高于當前最嚴格的柴油規格要求。此外，間接液化還可生產高附加值的產品，如高品質潤滑油基礎油、石蠟等。四是間接液化具有長期豐富的產業化成功經驗，這在南非SASOL公司表現得十分突出。

記者：從各位專家的介紹中我們了解到，不論是直接液化還是間接液化都經歷了很長的發展過程，技術成熟度也較高。但是，除此之外，科技界有沒有進行過其他技術路線探索，來規避上述兩種方法的缺點？

申海平：近年來，煤—油共煉技術已經引起大家的關注，國內外科技界都在進行研究。該技術是先將煤與渣油混合成油煤漿，然后再煉制成液體燃料的技術路線。比較突出的是美國烴類研究公司（HRI)的催化兩段法、加拿大的Canmet法和德國的Pyrosol法。煤—油共煉的工藝流程與煤直接液化基本相同，主要區別是沒有循環油。

記者：從目前已經取得的成果看，這種技術有哪些優勢？

申海平：依據已經公布的技術研究資料，煤—油共煉具有明顯的特點。第一，裝置處理能力提高。因為煤和渣油都是加工對象，加工能力可提高1倍以上，油產量可增加2～3倍。第二，煤和渣油的具有協同效應。在反應過程中，渣油起供氫溶劑的作用，煤及煤中的礦物質具有促進渣油轉化、防止渣油結焦和吸附渣油中的鎳釩等重金屬的作用。由于這種協同作用，共煉時比煤或渣油單獨加工時油收率高，可以用來處理劣質油，工藝過程比煤液化工藝相對簡單。第三，氫的利用率高。共煉時，由于渣油中含有煤轉化過程所需的部分氫，從而可以相對降低制氫成本。共煉時餾分油比重較低，易于精煉提質。同時共煉對煤的性質要求放寬。第四，成本可以降低。但煤直接液化存在的原料適應性、裝置穩定性、技術經濟性等問題在煤油共煉技術中同樣存在。

所以，我認為煤油共煉技術將是未來可選的煤直接液化技術之一。基于富煤少油的國情，要加大技術創新，為煤液化的工業化做必要的準備。

記者：根據各位專家的介紹，是不是可以認為隨著技術的進步，煤液化未來會有所發展？另外，它是不是新能源的發展方向？

夏國富：第一個問題可以從兩方面看。一方面，隨著石油資源的日趨緊張，為了填補石油供應缺口，煤液化在未來能源體系中應該有一席之地；另一方面，作為煤清潔利用的一種能源技術，即使近期無法大規模運用，國家應該站在宏觀高度進行戰略技術儲備。

對于第二個問題，很難說煤液化是新能源的發展方向。因為，從本質上看，不管使用何種技術路線將煤轉化油，只不過是一次能源的利用方式發生變化，而化石能源總是有限的，會枯竭的。作為一種新能源，它必須滿足可再生性、清潔無或少污染等基本特性，這在煤液化上看不出來。而且，煤液化之所以沒有大規模產業化的深層次原因不是技術問題，而是受到環保和資源的掣肘。

記者：那么，資源和環保是怎樣制約煤制油產業化的？

胡志海：首先，煤制油對煤炭資源消耗量較大。如前面所分析的那樣，直接液化大概是平均3～4噸煤才能產出1噸油。間接液化更高，平均5～6噸煤產出1噸油。雖然，我國煤炭的儲采比高于石油，但是煤炭資源也只能說是相對豐富，若過度消耗煤炭獲取成品油可能也是有問題的。其次，耗水非常嚴重。有關數據顯示，采用煤制油，每獲得1噸液體產品，需要消耗10噸左右新鮮水，是傳統石油煉制耗水的20倍以上。在水資源分布上，煤與水呈逆向分布，即富煤的地方水資源很少。如我國的山西、陜西、新疆、內蒙古等地區煤資源量很大，但都十分缺水。最后，煤液化過程中二氧化碳排放量驚人。如果碳捕獲和收集技術跟不上的話，發展煤液化對碳減排和控制溫室氣體排放將是十分嚴峻的挑戰。

綜上所述，結合國家能源戰略的需要及資源和環保制約，業內的基本共識是近期我國煤制油產業宜適度發展。

專業人士介紹：

胡志海：中國石化石油化工科學研究院第十七研究室副主任、教授級高工

申海平：中國石化石油化工科學研究院第六研究室副主任、教授級高工

夏國富：中國石化石油化工科學研究院第十五研究室副主任、教授級高工