李會(huì)玲

(山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山西 長治 046204)

煤制油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及分析

李會(huì)玲

(山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山西 長治 046204)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油的供需矛盾日益嚴(yán)重。為了緩解石油供需的缺口和國家安全，發(fā)展煤制油技術(shù)是一種較好的戰(zhàn)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(diǎn)及國內(nèi)外煤制油的研究情況，并對比分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

煤制油；煤直接液化；煤間接液化

我國是一個(gè)富煤、貧油的國家，2015 年我國煤炭儲(chǔ)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(fèi)體系中煤的比例約占65%，并在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍將占主導(dǎo)地位，這也決定了煤炭在能源開發(fā)中的重要地位。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上能耗大國。有專家預(yù)測，我國石油穩(wěn)定供給年限不會(huì)超過20 年。2016年中國石油表觀消費(fèi)量為5.56億噸，其中進(jìn)口3.8億噸, 占消費(fèi)量的68.35%，這就給我國能源的供需安全構(gòu)成了威脅。在這種背景下，開發(fā)煤制油技術(shù)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(yōu)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(jīng)過化學(xué)加工，將其轉(zhuǎn)化為汽油等液態(tài)烴類燃料和高附加值化工產(chǎn)品的過程。根據(jù)加工技術(shù)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(zhì)，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(chǎn)有效氣體(CO+H2)，然后進(jìn)行費(fèi)托合成生產(chǎn)液體燃料。

1 直接接煤制油發(fā)展?fàn)顩r[3-6]

1.1 國外直接煤制油

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

1.1.1 德國IG 和IGOR技術(shù)

上世紀(jì)初，德國人發(fā)明了煤直接液化技術(shù)。IG技術(shù)首先是在高壓氫氣條件下，煤加氫轉(zhuǎn)化為液體油；然后進(jìn)行油氣相加氫制得成品油。整個(gè)工藝整流程較為復(fù)雜，操作條件也苛刻；尤其是操作壓力較高，后經(jīng)過優(yōu)化研發(fā)了IGOR 工藝。與IG技術(shù)相比，新技術(shù)使用加氫后的油作為循環(huán)溶劑，極大地提高了煤在液化過程中的轉(zhuǎn)化率和液化產(chǎn)油率；同時(shí)簡化了工藝流程，使液化反應(yīng)和液化油提質(zhì)加工在同一高壓系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，得到的燃料油品質(zhì)更優(yōu)，其轉(zhuǎn)化率能達(dá)到97%。1931年德國IG 公司建成了世界上第一座商業(yè)化的煤直接液化示范廠，此后又有12個(gè)直接液化裝置建設(shè)投入生產(chǎn)。到1944年，直接液化油品生產(chǎn)能力達(dá)到423 t /a，為德國二次大戰(zhàn)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(shù)

美國HRI公司在重油加氫裂化工藝技術(shù)基礎(chǔ)上通過對工藝和工程優(yōu)化，開發(fā)了H-Coal工藝技術(shù)。H-Coal工藝技術(shù)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(yù)熱到400℃后，送到操作溫度為和反應(yīng)壓力分別為427～455℃和18.6MPa的流化床催化反應(yīng)器中反應(yīng)30～60min；然后反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)高溫分離器，輕質(zhì)油氣便從產(chǎn)物中分離出來，進(jìn)入精制環(huán)節(jié)。該工藝技術(shù)的核心設(shè)備是催化流化床反應(yīng)器，主要產(chǎn)品為原油或低硫燃料油。采用該技術(shù)HRI公司在Kentucky 建成了200t/d 和600t/d 中試廠；并進(jìn)行中試試驗(yàn)，完成了5000t/d 的液化廠概念設(shè)計(jì)。隨后，在對H-Coal和CTSL工藝綜合優(yōu)化基礎(chǔ)上開發(fā)了新的HTI工藝技術(shù)。HTI工藝技術(shù)主要有三大優(yōu)點(diǎn)：①反應(yīng)相對溫和，反應(yīng)壓力低17MPa；②采用超臨界萃取技術(shù)，在固液分離過程中回收重質(zhì)油率和液化油的收率高；③對液化油進(jìn)行在線加氫，操作簡單。

1.1.3 美國EDS 技術(shù)和日本N EDOL 工藝

針對循環(huán)溶劑進(jìn)行加氫，美國Exxon 石油公司開發(fā)了EDS工藝。其特點(diǎn)是循環(huán)溶劑在固定床加氫反應(yīng)器加氫后，被送至煤漿混合器內(nèi)與煤粉進(jìn)行混合；然后在預(yù)熱器中預(yù)熱到425℃。預(yù)熱后的煤漿與氫氣混合，一起進(jìn)入操作溫度和反應(yīng)壓力分別為為427～470℃10～14MPa 的煤液化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)。液化產(chǎn)物依次通過高溫分離器和常壓蒸餾塔處理，得到石腦油產(chǎn)品。該工藝采用靈活焦化裝置，從而可進(jìn)一步對蒸餾塔底殘?jiān)械暮蓟衔镞M(jìn)行回收，提高了液化油的產(chǎn)率。該技術(shù)1979 年在德州建成了250t/d 的中試廠。

在美國EDS 工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，日本通過工程及工藝優(yōu)化改進(jìn)，開發(fā)了NEDOL直接液化工藝，生產(chǎn)的液化油質(zhì)量比美國的EDS工藝大幅提高。其改進(jìn)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(wěn)定的真空蒸餾方法對固液進(jìn)行分離。

1.2 國內(nèi)直接煤制油技術(shù)[3，6]

神華集團(tuán)從上世紀(jì)80年代我國開始對煤直接液化技術(shù)進(jìn)行研究，通過對上百個(gè)煤種進(jìn)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(shí)中國煤炭儲(chǔ)量中可用于直接液化的煤的儲(chǔ)量達(dá)2000億t。神華煤直接液化技術(shù)在美國碳?xì)浼夹g(shù)公司煤液化技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化與調(diào)整，并結(jié)合國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)多年的研究成果和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤直接液化工藝，將神華集團(tuán)煤礦的煤直接按照國內(nèi)的常規(guī)工藝轉(zhuǎn)化成了柴油。該工藝的特點(diǎn)有：①在煤漿制備過程中全部使用已預(yù)加氫的供氫性循環(huán)溶劑，使得液化反應(yīng)條件溫和系統(tǒng)操作穩(wěn)定性高；② 循環(huán)溶劑和產(chǎn)品是在強(qiáng)制循環(huán)懸浮床加氫反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行加氫，加氫后循環(huán)溶劑供氫性能好，性質(zhì)穩(wěn)定；③對液化油和固體物分離采用減壓蒸餾，殘?jiān)杏秃可?，產(chǎn)品產(chǎn)率提高；④采用兩個(gè)強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布均勻，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定；⑤采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型高效煤液化催化劑，加入量少，成本低，而且煤液化產(chǎn)率高。2001年3月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)神華集團(tuán)開始進(jìn)行煤直接液化可行性研究，2002 年在內(nèi)蒙鄂爾多斯市馬家塔調(diào)研選址，2004 年9 月在上海焦化廠建設(shè)了煤直接液化工藝開發(fā)裝置，該裝置于2004 年12 月建成日投煤量6t 的中間試驗(yàn)裝置, 并打通中試全流程，驗(yàn)證了工藝的可行性。2004年8 月內(nèi)蒙古鄂爾多斯神華煤直接液化百萬噸級示范工程項(xiàng)目開工建設(shè)；2008 年底建成并成功進(jìn)行了試運(yùn)行；2012 年產(chǎn)油86.5萬噸。第二、第三條生產(chǎn)線預(yù)計(jì)2018 年全部建成投產(chǎn)，建成后規(guī)模將達(dá)500萬噸，是目前世界上首套煤直接液化工業(yè)化生產(chǎn)項(xiàng)目。

2 間接煤制油技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r[5-9]

間接煤制油是首先將煤轉(zhuǎn)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(tài)燃料油。間接液化工藝由煤氣化，F(xiàn)-T合成和油品加工三個(gè)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成。其中F-T合成是間接液化的核心環(huán)節(jié)。

2.1 國外間接煤制油技術(shù)

當(dāng)前，國外煤間接液化技術(shù)主要有：南非SASOL 公司的F-T 合成技術(shù)，荷蘭shell 公司SMDS 技術(shù)，美國Mobil 公司的MTG 合成技術(shù)等。但是工業(yè)化的只有南非SASOL 的F-T 合成技術(shù)和荷蘭Shell 公司的SMDS 技術(shù)；其中南非是世界上最大的間接煤制油生產(chǎn)基地，年加工煤約4 000 萬t。上世紀(jì)中期，由于國際政治的原因，南非發(fā)展了煤間接液化技術(shù)。費(fèi)-托合成工藝是南非SASOL公司已經(jīng)商業(yè)化成熟的工藝，該公司于1955年建成第一座由煤生產(chǎn)燃料油的工廠，采用的是固定床和流化床兩類反應(yīng)器，后改為漿態(tài)床反應(yīng)器，產(chǎn)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(chǔ)上開發(fā)的更為先進(jìn)的氣流床反應(yīng)器，生產(chǎn)能力達(dá)到了Ⅰ廠的8 倍，主要生產(chǎn)汽油和烯烴。上世紀(jì)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(zhì)烴轉(zhuǎn)化催化劑，并開發(fā)了SMDS工藝。1989年開始在馬來西亞Bintulu建設(shè)以天然氣為原料的50萬t/a合成中間餾分油廠, 1993年投產(chǎn)，生產(chǎn)的高品質(zhì)柴油遠(yuǎn)銷美國。

2.2 國內(nèi)間接煤制油技術(shù)[7-8]

我國在上世紀(jì)中期在錦州建成了5萬t /a規(guī)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(shù)的研發(fā)，開發(fā)出了將傳統(tǒng)的費(fèi)托合成技術(shù)與沸石分子篩擇形作用相結(jié)合的固定床兩段法合成工藝和漿態(tài)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(guān)鍵技術(shù)的催化劑技術(shù)方面也取得了重大突破，對新型漿態(tài)床合成反應(yīng)器、共沉淀鐵系催化劑制備等進(jìn)行了放大試驗(yàn)，建成2000 t /a中試裝置；2003 年，該研究所成功生產(chǎn)出了清澈透明的燃油，其十六烷值高達(dá)75 以上。2009 年3 月，內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)采用該技術(shù)建設(shè)的我國首個(gè)16 萬噸/年費(fèi)托合成油工業(yè)示范裝置試車成功；2012年產(chǎn)量達(dá)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(dá)到歐洲V 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。同期，潞安集團(tuán)建設(shè)的21萬噸/年(16 萬噸/年鐵基漿態(tài)床+5 萬噸/ 年鈷基固定床)間接煤制油示范項(xiàng)目也順利開車成功；2008 年12 月，山西潞安煤制油項(xiàng)目鈷基固定床合成裝置產(chǎn)出全國第一桶煤基合成油，2009 年7 月，鐵基漿態(tài)床合成裝置也正式出油。在示范項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，2016年3月，國家環(huán)保部對《關(guān)于審查山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書的請示》做出了批復(fù)，同意利用當(dāng)?shù)孛禾抠Y源，采用粉煤加壓氣化、費(fèi)托合成等技術(shù)，生產(chǎn)180萬噸/年油品及化學(xué)品。建設(shè)方案：一期建設(shè)100萬噸/年鐵基漿態(tài)床費(fèi)托合成及油品加工工業(yè)示范裝置，年產(chǎn)100萬噸油品和化學(xué)品、108兆瓦自備余熱發(fā)電機(jī)組，主要建設(shè)內(nèi)容包括，煤氣化裝置、凈化裝置、費(fèi)托合成裝置、油品加工裝置、余熱發(fā)電裝置及配套公用工程；二期建設(shè)80萬噸/年鈷基費(fèi)托蠟加工工業(yè)示范裝置。

2004年，國家發(fā)改委確定由神華寧煤集團(tuán)建設(shè)國家級煤制油示范項(xiàng)目。2013年9月，項(xiàng)目正式獲批。項(xiàng)目采用具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中科合成油公司中溫漿態(tài)床費(fèi)托合成成套技術(shù)。2013年9月，神華寧煤集團(tuán)年產(chǎn)400萬噸煤炭間接液化示范項(xiàng)目在寧東能源化工基地煤化工業(yè)園區(qū)A區(qū)正式開工建設(shè)，2016年年7月；12月9日，神華寧煤煤制油示范項(xiàng)目合成裝置在先后產(chǎn)出費(fèi)脫輕質(zhì)油、穩(wěn)定重質(zhì)油、穩(wěn)定蠟后，最終產(chǎn)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(chǎn)出合格油品。

兗礦集團(tuán)在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，2003年下半年也開始建設(shè)年產(chǎn)萬t級合成油的開發(fā)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(xiàng)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(chǎn)出優(yōu)質(zhì)油品。所產(chǎn)油品各項(xiàng)參數(shù)完全符合要求，達(dá)到歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目裝備自主化率達(dá)到82%以上。目前，未來能源公司正在開展一期后續(xù)400萬t/a煤間接液化項(xiàng)目的前期工作，一期后續(xù)項(xiàng)目估算總投資689.26億元，力爭在"十三五"末建成投產(chǎn)。

另外，中科院山西煤炭化學(xué)研究所開發(fā)的3500 t/ aMTG 工業(yè)示范裝置，于2007 年12 月中旬投產(chǎn)，辛烷值符合93# 汽油要求。截至目前，采用山西煤化所MTG 技術(shù)的項(xiàng)目，在云南、河北等地的裝置產(chǎn)能約100 萬噸。晉煤集團(tuán)采用美國?？松梨诠綧TG 技術(shù)建設(shè)的10 萬噸/ 年MTG 項(xiàng)目已于2009 年投產(chǎn)，產(chǎn)品以優(yōu)質(zhì)93# 汽油為主，副產(chǎn)液化天然氣、硫黃。在該項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，晉煤集團(tuán)100萬t/a甲醇制清潔燃料項(xiàng)目也已開工建設(shè)。

3 直接液化和間接液化優(yōu)缺點(diǎn)[9-10]

從煤質(zhì)要求來講，煤直接液化對煤質(zhì)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(shù)。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(jìn)行利用。

從技術(shù)方面來講，兩種技術(shù)都是成熟的。但從工業(yè)實(shí)施的角度分析，間接液化技術(shù)的優(yōu)勢更明顯，因?yàn)殚g接液化已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)多年，在工藝技術(shù)、工程放大、設(shè)備制造、生產(chǎn)操作等方面經(jīng)驗(yàn)比直接液化豐富。而直接煤制油化學(xué)反應(yīng)條件比較苛刻，必須安排合理的加工流程進(jìn)行深加工，才能變成優(yōu)質(zhì)的車用燃油；液化生成物比較復(fù)雜，給分離帶來了較大的困難，生產(chǎn)出的油品品質(zhì)相對較差；耗氫量比較大。

從整體效率及產(chǎn)品來講，煤直接液化的轉(zhuǎn)化效率較高，可達(dá)63%～68%；煤消耗量小，噸煤產(chǎn)油200～450kg，且在生產(chǎn)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(xié)同作用，既擴(kuò)大了設(shè)備生產(chǎn)能力，也降低了氫耗，增加了油收率。直接液化產(chǎn)品中柴油收率在70%左右，LPG和汽油約占20%，其余為以多環(huán)芳烴為主的中間產(chǎn)品。由于直接液化產(chǎn)物具有富含環(huán)烷烴的特點(diǎn)，經(jīng)提質(zhì)處理及餾份切割得到的汽油及航空煤油均屬于高質(zhì)量終端產(chǎn)品。另外，加氫液化產(chǎn)物也是生產(chǎn)芳烴化合物的重要原料。相關(guān)研究表明，在我國發(fā)展直接液化工藝，適宜定位在生產(chǎn)燃料油品及特殊中間化學(xué)品。間接液化的噸煤產(chǎn)油只有200～320kg，但液化油成分相對簡單，產(chǎn)品的質(zhì)量好，幾乎不含硫、不含氮，后處理程序少。間接液化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析間接液化產(chǎn)物分布較寬，得到的氣態(tài)烴類產(chǎn)物經(jīng)分離及烯烴歧化轉(zhuǎn)化得到LPG、聚合級丙烯、聚合級乙烯等終端產(chǎn)品。相關(guān)研究表明，現(xiàn)階段在我國發(fā)展間接液化工藝，適宜定位在生產(chǎn)高附加值石油延長產(chǎn)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(shù)方面來講，間接液化反應(yīng)條件溫和，所需設(shè)備材料及設(shè)備要求較低，利于設(shè)備國產(chǎn)化，操作維修等簡單，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)??；但設(shè)備的生產(chǎn)率低，反應(yīng)裝置多，在氣化和反應(yīng)部分的投資較大。直接液化反應(yīng)條件苛刻，存在磨損、腐蝕、結(jié)焦等較多制約長周期穩(wěn)定運(yùn)行的因素，對設(shè)備有較高的要求，但單臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)能力大，有利于節(jié)省投資。總體來看直接液化噸產(chǎn)品投資要稍高于間接液化。

4 結(jié)語

面對我國富煤少油的資源特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對石油的大量需求，充分發(fā)揮煤資源的優(yōu)勢，開發(fā)高效的煤制油技術(shù)是解決我們能源安全和供需矛盾的一種有效途徑。根據(jù)上述國內(nèi)外煤制油技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀可以看出，兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。因此在進(jìn)行煤制油技術(shù)選擇的過程中，不能簡單的從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行簡單的評價(jià)。而要從當(dāng)?shù)氐牡馁Y源優(yōu)勢，煤質(zhì)特征以及產(chǎn)品需求等方面進(jìn)行綜合分析。

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(本文文獻(xiàn)格式：李會(huì)玲.煤制油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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(huì)玲( 1979—) ，女，陜西蒲城人，工程師，目前在山西潞安礦業(yè)( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司從事煤化工研究及相關(guān)科技管理工作。

TQ536;TE66

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

專論與綜述