煤制油技術發展現狀及分析

李會玲

(山西潞安礦業(集團)有限責任公司技術中心，山西 長治 046204)

煤制油技術發展現狀及分析

李會玲

(山西潞安礦業(集團)有限責任公司技術中心，山西 長治 046204)

隨著我國經濟的發展，石油的供需矛盾日益嚴重。為了緩解石油供需的缺口和國家安全，發展煤制油技術是一種較好的戰略選擇。本文簡要介紹了煤直接液化制油和煤間接液化制油的工藝特點及國內外煤制油的研究情況，并對比分析了各自的優缺點。

煤制油；煤直接液化；煤間接液化

我國是一個富煤、貧油的國家，2015 年我國煤炭儲量大概在15663億噸，并且以300 億噸/年左右的勘探量在不斷增加。我國能源消費體系中煤的比例約占65%，并在相當長的一段時間內仍將占主導地位，這也決定了煤炭在能源開發中的重要地位。隨著經濟的發展，我國已經成為世界上能耗大國。有專家預測，我國石油穩定供給年限不會超過20 年。2016年中國石油表觀消費量為5.56億噸，其中進口3.8億噸, 占消費量的68.35%，這就給我國能源的供需安全構成了威脅。在這種背景下，開發煤制油技術不僅是解決石油供需矛盾的重要途徑，也對合理利用中國豐富的煤炭資源優勢、確保國家能源安全具有重要的意義[1-2]。

煤制油也就是煤液化，即以煤作為原料，經過化學加工，將其轉化為汽油等液態烴類燃料和高附加值化工產品的過程。根據加工技術路線的不同一般分為兩大類，一類為直接液化，另一類為間接液化。其中直接液化就是將煤漿在400℃以上高溫、10MPa 以上高壓，催化劑作用下裂解生成小分子物質，然后與外供氫生成分子量較低的液體油；間接液化主要是通過煤氣化生產有效氣體(CO+H2)，然后進行費托合成生產液體燃料。

1 直接接煤制油發展狀況[3-6]

1.1 國外直接煤制油

直接煤制油技術發展較早，目前國外已接近工業化的煤直接液化技術主要有有：德國IG 和IGOR技術，美國H -Coal和HTI技術，美國EDS 工藝和日本NEDO l技術。

1.1.1 德國IG 和IGOR技術

上世紀初，德國人發明了煤直接液化技術。IG技術首先是在高壓氫氣條件下，煤加氫轉化為液體油；然后進行油氣相加氫制得成品油。整個工藝整流程較為復雜，操作條件也苛刻；尤其是操作壓力較高，后經過優化研發了IGOR 工藝。與IG技術相比，新技術使用加氫后的油作為循環溶劑，極大地提高了煤在液化過程中的轉化率和液化產油率；同時簡化了工藝流程，使液化反應和液化油提質加工在同一高壓系統內進行，得到的燃料油品質更優，其轉化率能達到97%。1931年德國IG 公司建成了世界上第一座商業化的煤直接液化示范廠，此后又有12個直接液化裝置建設投入生產。到1944年，直接液化油品生產能力達到423 t /a，為德國二次大戰提供了一半裝甲車、汽車用油和2/3的航空燃料。

1.1.2 美國H -Coal和HTI技術

美國HRI公司在重油加氫裂化工藝技術基礎上通過對工藝和工程優化，開發了H-Coal工藝技術。H-Coal工藝技術首先將褐煤、次煙煤或煙煤制得的煤漿與氫氣混合，然后將二者的混合物預熱到400℃后，送到操作溫度為和反應壓力分別為427～455℃和18.6MPa的流化床催化反應器中反應30～60min；然后反應產物經高溫分離器，輕質油氣便從產物中分離出來，進入精制環節。該工藝技術的核心設備是催化流化床反應器，主要產品為原油或低硫燃料油。采用該技術HRI公司在Kentucky 建成了200t/d 和600t/d 中試廠；并進行中試試驗，完成了5000t/d 的液化廠概念設計。隨后，在對H-Coal和CTSL工藝綜合優化基礎上開發了新的HTI工藝技術。HTI工藝技術主要有三大優點：①反應相對溫和，反應壓力低17MPa；②采用超臨界萃取技術，在固液分離過程中回收重質油率和液化油的收率高；③對液化油進行在線加氫，操作簡單。

1.1.3 美國EDS 技術和日本N EDOL 工藝

針對循環溶劑進行加氫，美國Exxon 石油公司開發了EDS工藝。其特點是循環溶劑在固定床加氫反應器加氫后，被送至煤漿混合器內與煤粉進行混合；然后在預熱器中預熱到425℃。預熱后的煤漿與氫氣混合，一起進入操作溫度和反應壓力分別為為427～470℃10～14MPa 的煤液化反應器內反應。液化產物依次通過高溫分離器和常壓蒸餾塔處理，得到石腦油產品。該工藝采用靈活焦化裝置，從而可進一步對蒸餾塔底殘渣中的含碳化合物進行回收，提高了液化油的產率。該技術1979 年在德州建成了250t/d 的中試廠。

在美國EDS 工藝技術基礎上，日本通過工程及工藝優化改進，開發了NEDOL直接液化工藝，生產的液化油質量比美國的EDS工藝大幅提高。其改進主要兩處：①在煤漿加氫液化過程中加入了鐵系催化劑；②采用了更高效和穩定的真空蒸餾方法對固液進行分離。

1.2 國內直接煤制油技術[3，6]

神華集團從上世紀80年代我國開始對煤直接液化技術進行研究，通過對上百個煤種進行煤直接加氫液化研究，篩選出了15 種適合直接液化的煤, 其液化燃油收率在50%以上。已證實中國煤炭儲量中可用于直接液化的煤的儲量達2000億t。神華煤直接液化技術在美國碳氫技術公司煤液化技術基礎上進行了優化與調整，并結合國內各研究機構多年的研究成果和開發經驗，開發了具有自主知識產權的煤直接液化工藝，將神華集團煤礦的煤直接按照國內的常規工藝轉化成了柴油。該工藝的特點有：①在煤漿制備過程中全部使用已預加氫的供氫性循環溶劑，使得液化反應條件溫和系統操作穩定性高；② 循環溶劑和產品是在強制循環懸浮床加氫反應器內進行加氫，加氫后循環溶劑供氫性能好，性質穩定；③對液化油和固體物分離采用減壓蒸餾，殘渣中油含量少，產品產率提高；④采用兩個強制循環懸浮床反應器，反應器內溫度分布均勻，產品性質穩定；⑤采用自主知識產權的新型高效煤液化催化劑，加入量少，成本低，而且煤液化產率高。2001年3月經國務院批準神華集團開始進行煤直接液化可行性研究，2002 年在內蒙鄂爾多斯市馬家塔調研選址，2004 年9 月在上海焦化廠建設了煤直接液化工藝開發裝置，該裝置于2004 年12 月建成日投煤量6t 的中間試驗裝置, 并打通中試全流程，驗證了工藝的可行性。2004年8 月內蒙古鄂爾多斯神華煤直接液化百萬噸級示范工程項目開工建設；2008 年底建成并成功進行了試運行；2012 年產油86.5萬噸。第二、第三條生產線預計2018 年全部建成投產，建成后規模將達500萬噸，是目前世界上首套煤直接液化工業化生產項目。

2 間接煤制油技術發展狀況[5-9]

間接煤制油是首先將煤轉化成合成氣，凈化制得氫/炭比符合要求的原料氣，然后在一定溫度、壓力及催化劑的作用下合成出液態燃料油。間接液化工藝由煤氣化，F-T合成和油品加工三個主要環節構成。其中F-T合成是間接液化的核心環節。

2.1 國外間接煤制油技術

當前，國外煤間接液化技術主要有：南非SASOL 公司的F-T 合成技術，荷蘭shell 公司SMDS 技術，美國Mobil 公司的MTG 合成技術等。但是工業化的只有南非SASOL 的F-T 合成技術和荷蘭Shell 公司的SMDS 技術；其中南非是世界上最大的間接煤制油生產基地，年加工煤約4 000 萬t。上世紀中期，由于國際政治的原因，南非發展了煤間接液化技術。費-托合成工藝是南非SASOL公司已經商業化成熟的工藝，該公司于1955年建成第一座由煤生產燃料油的工廠，采用的是固定床和流化床兩類反應器，后改為漿態床反應器，產品以柴油和蠟為主；1980-1982 年間又建成二廠、三廠，其使用的是在Ⅰ廠基礎上開發的更為先進的氣流床反應器，生產能力達到了Ⅰ廠的8 倍，主要生產汽油和烯烴。上世紀70年代初荷蘭Shell公司開始間接煤制油的研究，并于80年代中期研制出新型鈷基催化劑和重質烴轉化催化劑，并開發了SMDS工藝。1989年開始在馬來西亞Bintulu建設以天然氣為原料的50萬t/a合成中間餾分油廠, 1993年投產，生產的高品質柴油遠銷美國。

2.2 國內間接煤制油技術[7-8]

我國在上世紀中期在錦州建成了5萬t /a規模的煤基合成油廠，后來由于種種原因被擱置；80年代又開啟了煤間接液化技術的研發，開發出了將傳統的費托合成技術與沸石分子篩擇形作用相結合的固定床兩段法合成工藝和漿態床- 固定床兩段法合成工藝；2002年中科院山西煤化所在煤炭間接液化關鍵技術的催化劑技術方面也取得了重大突破，對新型漿態床合成反應器、共沉淀鐵系催化劑制備等進行了放大試驗，建成2000 t /a中試裝置；2003 年，該研究所成功生產出了清澈透明的燃油，其十六烷值高達75 以上。2009 年3 月，內蒙古伊泰集團采用該技術建設的我國首個16 萬噸/年費托合成油工業示范裝置試車成功；2012年產量達17.2萬噸，得到的油品可直接加入到柴油車輛中，尾氣排放達到歐洲V 號標準。同期，潞安集團建設的21萬噸/年(16 萬噸/年鐵基漿態床+5 萬噸/ 年鈷基固定床)間接煤制油示范項目也順利開車成功；2008 年12 月，山西潞安煤制油項目鈷基固定床合成裝置產出全國第一桶煤基合成油，2009 年7 月，鐵基漿態床合成裝置也正式出油。在示范項目的基礎上，2016年3月，國家環保部對《關于審查山西潞安礦業(集團)有限責任公司高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目環境影響報告書的請示》做出了批復，同意利用當地煤炭資源，采用粉煤加壓氣化、費托合成等技術，生產180萬噸/年油品及化學品。建設方案：一期建設100萬噸/年鐵基漿態床費托合成及油品加工工業示范裝置，年產100萬噸油品和化學品、108兆瓦自備余熱發電機組，主要建設內容包括，煤氣化裝置、凈化裝置、費托合成裝置、油品加工裝置、余熱發電裝置及配套公用工程；二期建設80萬噸/年鈷基費托蠟加工工業示范裝置。

2004年，國家發改委確定由神華寧煤集團建設國家級煤制油示范項目。2013年9月，項目正式獲批。項目采用具有我國自主知識產權的中科合成油公司中溫漿態床費托合成成套技術。2013年9月，神華寧煤集團年產400萬噸煤炭間接液化示范項目在寧東能源化工基地煤化工業園區A區正式開工建設，2016年年7月；12月9日，神華寧煤煤制油示范項目合成裝置在先后產出費脫輕質油、穩定重質油、穩定蠟后，最終產出合格蠟；到12月21日，油品A線一次試車成功，打通全流程，產出合格油品。

兗礦集團在實驗室開發研究的基礎上，2003年下半年也開始建設年產萬t級合成油的開發裝置和配套催化劑制備裝置。2015年6月，兗礦和延長石油合資成立的陜西未來能源化工有限公司100萬t/a間接液化煤制油項目建成，成為全國首套百萬噸級煤間接制油裝置；8月23日，打通全流程，產出優質油品。所產油品各項參數完全符合要求，達到歐Ⅴ標準。該項目裝備自主化率達到82%以上。目前，未來能源公司正在開展一期后續400萬t/a煤間接液化項目的前期工作，一期后續項目估算總投資689.26億元，力爭在"十三五"末建成投產。

另外，中科院山西煤炭化學研究所開發的3500 t/ aMTG 工業示范裝置，于2007 年12 月中旬投產，辛烷值符合93# 汽油要求。截至目前，采用山西煤化所MTG 技術的項目，在云南、河北等地的裝置產能約100 萬噸。晉煤集團采用美國埃克森美孚公司MTG 技術建設的10 萬噸/ 年MTG 項目已于2009 年投產，產品以優質93# 汽油為主，副產液化天然氣、硫黃。在該項目的基礎上，晉煤集團100萬t/a甲醇制清潔燃料項目也已開工建設。

3 直接液化和間接液化優缺點[9-10]

從煤質要求來講，煤直接液化對煤質十分挑剔，要求煤灰分一般小于5℅、氫含量要高、氧含量和熱值要低，而且煤的活性、可磨性要好，煤中的硫和氮等雜原子含量越低越好。因此可選擇范圍小，只有褐煤、長焰煤等年青煤種，才能用于煤直接液化技術。而間接液化對煤的要求則不高，原則上所有煤種都可以。目前我國絕大部分煤炭種類均可以被進行利用。

從技術方面來講，兩種技術都是成熟的。但從工業實施的角度分析，間接液化技術的優勢更明顯，因為間接液化已實現了大規模工業化生產多年，在工藝技術、工程放大、設備制造、生產操作等方面經驗比直接液化豐富。而直接煤制油化學反應條件比較苛刻，必須安排合理的加工流程進行深加工，才能變成優質的車用燃油；液化生成物比較復雜，給分離帶來了較大的困難，生產出的油品品質相對較差；耗氫量比較大。

從整體效率及產品來講，煤直接液化的轉化效率較高，可達63%～68%；煤消耗量小，噸煤產油200～450kg，且在生產過程中，可以使用液化渣油作部分供氫溶劑，依靠煤和渣油協同作用，既擴大了設備生產能力，也降低了氫耗，增加了油收率。直接液化產品中柴油收率在70%左右，LPG和汽油約占20%，其余為以多環芳烴為主的中間產品。由于直接液化產物具有富含環烷烴的特點，經提質處理及餾份切割得到的汽油及航空煤油均屬于高質量終端產品。另外，加氫液化產物也是生產芳烴化合物的重要原料。相關研究表明，在我國發展直接液化工藝，適宜定位在生產燃料油品及特殊中間化學品。間接液化的噸煤產油只有200～320kg，但液化油成分相對簡單，產品的質量好，幾乎不含硫、不含氮，后處理程序少。間接液化產品結構分析間接液化產物分布較寬，得到的氣態烴類產物經分離及烯烴歧化轉化得到LPG、聚合級丙烯、聚合級乙烯等終端產品。相關研究表明，現階段在我國發展間接液化工藝，適宜定位在生產高附加值石油延長產品，如市場緊俏的聚合級丙烯、聚合級乙烯、高級石腦油、α-烯烴及C14-C18烷等。

從工藝技術方面來講，間接液化反應條件溫和，所需設備材料及設備要求較低，利于設備國產化，操作維修等簡單，技術風險小；但設備的生產率低，反應裝置多，在氣化和反應部分的投資較大。直接液化反應條件苛刻，存在磨損、腐蝕、結焦等較多制約長周期穩定運行的因素，對設備有較高的要求，但單臺設備的生產能力大，有利于節省投資。總體來看直接液化噸產品投資要稍高于間接液化。

4 結語

面對我國富煤少油的資源特點以及經濟高速發展對石油的大量需求，充分發揮煤資源的優勢，開發高效的煤制油技術是解決我們能源安全和供需矛盾的一種有效途徑。根據上述國內外煤制油技術發展的現狀可以看出，兩種技術各有優缺點。因此在進行煤制油技術選擇的過程中，不能簡單的從技術和經濟上進行簡單的評價。而要從當地的的資源優勢，煤質特征以及產品需求等方面進行綜合分析。

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(本文文獻格式：李會玲.煤制油技術發展現狀及分析[J].山東化工，2017，46(10)：59-61.)

Research Progress on Coal Liquefaction Technology

LiHuiling

(Technical Center of Lu'an Mining Group Corporation, Changzhi 046204, China)

With the development of China's economy, the contradiction between supply and demand of oil is becoming more and more serious. In order to alleviate the gap between oil supply and demand and national security, the development of coal liquefaction technology is a better strategic choice. This paper briefly introduces the process characteristics of coal direct liquefaction and coal indirect liquefaction technology at home and abroad, and compares their advantages and disadvantages.

coal liquefaction;direct liquefaction of coal; indirect liquefaction of coal

2017-03-30

李會玲( 1979—) ，女，陜西蒲城人，工程師，目前在山西潞安礦業( 集團) 有限責任公司從事煤化工研究及相關科技管理工作。

TQ536;TE66

A

1008-021X(2017)10-0059-03

專論與綜述