淺談煤液化技術發展現狀及前景

李翔麟

(池州學院 材料與環境工程學院，安徽 池州 247100)

1 煤液化發展背景

煤液化技術由起源于20世紀初期的煤化工技術發展而來，并且以1923年發明費舍爾-特羅普希法(FT法)最為出名，FT法為間接液化法(ICL)，德國化學家弗里德里希·貝爾吉烏斯發明了直接液化法(DCL)。該技術在德國二戰期間發揮了重要的作用，由IG法本公司和魯爾公司開啟了煤制油的生產線。戰后德國煤炭公司，南非沙索公司，日本的三菱重工，日本鋼管公司及住友金屬工業公司，美國HRI公司，中國神華公司等先后研究煤液化技術，改進其工藝。

煤液化分為直接液化(DCL)以及間接液化(ICL)。直接液化以干餾，高溫分解，氫化為基礎制成液態烴類產物。間接液化則包含了制一氧化碳及氫氣混合氣(水煤氣或合成氣)，再使用FT法制取液態烴類產物。

2 直接液化

2.1 中國神華公司煤直接液化工藝

2018年神華公司提出了一種煤直接液化系統和液化方法。分兩步進行液化。首先將煤粉，催化劑和第一循環溶劑混合成油煤漿。油煤漿和氫氣混合預熱后，進行第一煤液化反應，得到第一煤液化反應產物。將反應產物及產物和第二循環溶劑混合進行第二煤液化反應，得到第二煤液化產物。將最終產物分離得到第一液相產物和第一氣相產物，將第一氣相產物分離第二液相產物和第二氣相產物。第一液相產物一分為二，第一部分和第二液相產物蒸餾得到蒸餾產物和殘渣，第二部分作為循環物料進行第一液化反應。蒸餾產物與氫氣混合依次進行催化加氫反應和分離，得到循環溶劑和產品。循環溶劑與油煤漿的進料比為0.5～4∶1，1.5～2.5∶1，催化劑用量為煤油漿的0.5%～1.5%，催化劑為鐵及其衍生物如(水合氧化鐵等)，兩次煤液化壓力為15～25 MPa，反應溫度為440～465℃，且第一煤液化反應溫度遠大于第二煤液化溫度。催化加氫過程中，反應壓力10～19 MPa，反應溫度350～390℃。體積空速0.5～2.0 h-1，氫氣和蒸餾油體積比300～1500∶1。

2.2 德國IGOR工藝

20世紀70年代，由德國煤炭公司，VEBA公司和DMT公司聯合開發了IGOR工藝。

干燥煤粉與循環溶劑，催化劑制成油煤漿，加入氫氣后進入煤漿預熱裝置，加熱到420℃，進入反應器，反應后的物料進入高溫分流裝置，溫度應該在450℃，由該裝置下部減壓閥排出的重質物料經減壓閃蒸，分離出殘渣和閃蒸油。閃蒸油再通過高壓泵打回系統中。分離出的氣體和清油一起進入第一固定床反應器，進行加氫后進入分離裝置。從中溫分離器分出重質油作為循環溶劑，氣體和輕質油蒸汽則進入第二固定床反應器再一次進行加氫，再通過低溫分離裝置，分離出輕質油品，氣體可以循環使用，為了使循環氣的氫氣濃度維持較高的濃度，需要補充氫氣。

反應溫度為470℃，反應壓力為30MPa，催化劑為鋁工業的赤泥，循環溶劑為加氫油。液化和加氫再一個高壓系統中進行，可一次性得到雜原子含量低的精制油。

2.3 日本NEDOL工藝

上個世紀70～80年代日本三菱重工，日本鋼管公司及住友金屬工業公司分別開發了三種工藝，而后合并為NEDOL工藝。

煤與催化劑和循環溶劑混合成煤漿，煤漿加氫后，進入煤液化反應器中加氫液化，液化完成后進入蒸餾器中進行固液分離，進過減壓蒸餾后得到中質油組分循和環溶劑，循環溶劑經過加氫后可循環使用并且得到氫化石腦油。

煤液化反應壓力為15.3～20.4MPa，反應溫度為430～460℃，催化劑為硫化鐵。溶劑氫化反應壓力為10.2～15.3MPa，反應溫度為350℃。

圖1 NEDOL工藝流程圖

2.4 直接加氫工藝

20世紀60年代至70年代，NUS公司開發了直接加氫工藝。該工藝首先將煤干燥，煤粉與鉬催化劑混合，在氣化爐中以高溫高壓條件下與合成氣反應進行氫化。該工藝最后生產出的產品為人造原油以及石腦油及C3/C4的氣體以及輕中質油，少量的氨氣和大量的二氧化碳。

3 間接液化

3.1 南非沙索公司的煤間接液化技術

在汽化爐中，使用水蒸氣和氧氣作氣化劑將煤氣化得到粗水煤氣。粗水煤氣中含有焦油，煙塵，氨等雜質。可用水除去煙塵及焦油，采用低溫甲醇除去硫化物，二氧化碳，其中硫化氫可以進行回收。所得的純凈合成氣中約有14%的甲烷。

沙索公司使用德國的Synthol流化床反應器及Arge固定床反應器以及自行開發的固定流化床反應器進行油品的合成。Synthol流化床反應器，新鮮的原料氣和循環氣混合預熱至160℃，混合氣在輸送過程中和催化劑混合加熱到315℃，在提升管內進行F2T反應，反應器頂部溫度需要維持在340℃，催化劑為熔鐵催化劑。反應完成后經沉降室分離。

固定流化床反應器(SAS反應器)和前者相比取消了催化劑的循環。決定轉化性能的劑氣比是固定流化床反應器的2倍。轉化率與有明顯的提高。

圖2 南非沙索公司的煤間接液化技術流程圖

4 三廢的處理

4.1 廢液的處理

在煤氣化的流程中，廢水的主要成分為焦油，酚，運用簡單的裝置及工藝很難處理，需要使用專門的裝置進行回收處理。

費托合成廢水的處理，高溫合成中的化學耗氧量(COD)達到15000～17000 mg/L，低溫合成也達到了1000～4000 mg/L。可采用蒸汽汽提和化學中和等措施將COD含量降至1000 mg/L以下。

4.2 廢氣的處理

廢氣主要為二氧化碳為主，可采取一定的技術手段回收二氧化碳并再利用。

4.3 廢渣的處理

廢渣主要有煤氣化爐渣，污水處理的污泥，廢棄催化劑等。

爐渣與鍋爐煤渣相近，可經過適當處理就可以成為建材水泥的材料，變廢為寶。污泥中則成分復雜，處理起來有較大的難度，對環境的破壞也較大。廢棄催化劑中則含有大量重金屬元素，也屬于高危險的廢物。

5 發展前景與展望

5.1 環保壓力

近年來隨著環境保護標準的日益嚴格，大量的企業因為環境評估不達標而不得不整改甚至關閉。在煤液化企業中亦有企業因為環保問題而被叫停，例如新疆伊犁伊泰煤液化項目就曾在2017年就遭處罰整改，最終在2017年10月17日獲批。鑒于此，煤液化企業必須注重環保問題。在三廢處理上要下重功夫，加大投資力度。

5.2 新能源技術的壓力

在今天，隨著新能源技術的崛起，傳統能源行業必會遭受到打壓。以特斯拉為首的新能源汽車已悄然崛起，而且2019年諾貝爾化學獎也頒發給了與新能源技術相關的研發鋰電池技術的3名科學家，這對傳統能源領域而言是一個打擊。

5.3 國際形勢及頁巖油的影響

隨著新能源技術一同崛起的還有頁巖油技術，頁巖油使美國從石油輸入國悄然轉型成為石油輸出國，對國際油價也造成了相當大的打壓。9月的沙特煉油設施遇襲事件在短時間內抬高國際油價，由此可見不穩定的中東局勢將持續影響國際油價，給予煤液化項目一定的發展空間。

5.4 展望

中國煤炭儲量較大，但是煤炭使用方式粗獷，而且中國屬于石油輸入國，2019年石油進口量預計會突破5億t，這些條件給了煤液化項目一定的發展空間，但是發展新工藝新設備以及加大污染物的處理以達到環保要求則更為重要。