煤制油技术发展现状及分析

李会玲

(山西潞安矿业(集团)有限责任公司技术中心，山西 长治 046204)

煤制油技术发展现状及分析

李会玲

(山西潞安矿业(集团)有限责任公司技术中心，山西 长治 046204)

随着我国经济的发展，石油的供需矛盾日益严重。为了缓解石油供需的缺口和国家安全，发展煤制油技术是一种较好的战略选择。本文简要介绍了煤直接液化制油和煤间接液化制油的工艺特点及国内外煤制油的研究情况，并对比分析了各自的优缺点。

煤制油；煤直接液化；煤间接液化

我国是一个富煤、贫油的国家，2015 年我国煤炭储量大概在15663亿吨，并且以300 亿吨/年左右的勘探量在不断增加。我国能源消费体系中煤的比例约占65%，并在相当长的一段时间内仍将占主导地位，这也决定了煤炭在能源开发中的重要地位。随着经济的发展，我国已经成为世界上能耗大国。有专家预测，我国石油稳定供给年限不会超过20 年。2016年中国石油表观消费量为5.56亿吨，其中进口3.8亿吨, 占消费量的68.35%，这就给我国能源的供需安全构成了威胁。在这种背景下，开发煤制油技术不仅是解决石油供需矛盾的重要途径，也对合理利用中国丰富的煤炭资源优势、确保国家能源安全具有重要的意义[1-2]。

煤制油也就是煤液化，即以煤作为原料，经过化学加工，将其转化为汽油等液态烃类燃料和高附加值化工产品的过程。根据加工技术路线的不同一般分为两大类，一类为直接液化，另一类为间接液化。其中直接液化就是将煤浆在400℃以上高温、10MPa 以上高压，催化剂作用下裂解生成小分子物质，然后与外供氢生成分子量较低的液体油；间接液化主要是通过煤气化生产有效气体(CO+H2)，然后进行费托合成生产液体燃料。

1 直接接煤制油发展状况[3-6]

1.1 国外直接煤制油

直接煤制油技术发展较早，目前国外已接近工业化的煤直接液化技术主要有有：德国IG 和IGOR技术，美国H -Coal和HTI技术，美国EDS 工艺和日本NEDO l技术。

1.1.1 德国IG 和IGOR技术

上世纪初，德国人发明了煤直接液化技术。IG技术首先是在高压氢气条件下，煤加氢转化为液体油；然后进行油气相加氢制得成品油。整个工艺整流程较为复杂，操作条件也苛刻；尤其是操作压力较高，后经过优化研发了IGOR 工艺。与IG技术相比，新技术使用加氢后的油作为循环溶剂，极大地提高了煤在液化过程中的转化率和液化产油率；同时简化了工艺流程，使液化反应和液化油提质加工在同一高压系统内进行，得到的燃料油品质更优，其转化率能达到97%。1931年德国IG 公司建成了世界上第一座商业化的煤直接液化示范厂，此后又有12个直接液化装置建设投入生产。到1944年，直接液化油品生产能力达到423 t /a，为德国二次大战提供了一半装甲车、汽车用油和2/3的航空燃料。

1.1.2 美国H -Coal和HTI技术

美国HRI公司在重油加氢裂化工艺技术基础上通过对工艺和工程优化，开发了H-Coal工艺技术。H-Coal工艺技术首先将褐煤、次烟煤或烟煤制得的煤浆与氢气混合，然后将二者的混合物预热到400℃后，送到操作温度为和反应压力分别为427～455℃和18.6MPa的流化床催化反应器中反应30～60min；然后反应产物经高温分离器，轻质油气便从产物中分离出来，进入精制环节。该工艺技术的核心设备是催化流化床反应器，主要产品为原油或低硫燃料油。采用该技术HRI公司在Kentucky 建成了200t/d 和600t/d 中试厂；并进行中试试验，完成了5000t/d 的液化厂概念设计。随后，在对H-Coal和CTSL工艺综合优化基础上开发了新的HTI工艺技术。HTI工艺技术主要有三大优点：①反应相对温和，反应压力低17MPa；②采用超临界萃取技术，在固液分离过程中回收重质油率和液化油的收率高；③对液化油进行在线加氢，操作简单。

1.1.3 美国EDS 技术和日本N EDOL 工艺

针对循环溶剂进行加氢，美国Exxon 石油公司开发了EDS工艺。其特点是循环溶剂在固定床加氢反应器加氢后，被送至煤浆混合器内与煤粉进行混合；然后在预热器中预热到425℃。预热后的煤浆与氢气混合，一起进入操作温度和反应压力分别为为427～470℃10～14MPa 的煤液化反应器内反应。液化产物依次通过高温分离器和常压蒸馏塔处理，得到石脑油产品。该工艺采用灵活焦化装置，从而可进一步对蒸馏塔底残渣中的含碳化合物进行回收，提高了液化油的产率。该技术1979 年在德州建成了250t/d 的中试厂。

在美国EDS 工艺技术基础上，日本通过工程及工艺优化改进，开发了NEDOL直接液化工艺，生产的液化油质量比美国的EDS工艺大幅提高。其改进主要两处：①在煤浆加氢液化过程中加入了铁系催化剂；②采用了更高效和稳定的真空蒸馏方法对固液进行分离。

1.2 国内直接煤制油技术[3，6]

神华集团从上世纪80年代我国开始对煤直接液化技术进行研究，通过对上百个煤种进行煤直接加氢液化研究，筛选出了15 种适合直接液化的煤, 其液化燃油收率在50%以上。已证实中国煤炭储量中可用于直接液化的煤的储量达2000亿t。神华煤直接液化技术在美国碳氢技术公司煤液化技术基础上进行了优化与调整，并结合国内各研究机构多年的研究成果和开发经验，开发了具有自主知识产权的煤直接液化工艺，将神华集团煤矿的煤直接按照国内的常规工艺转化成了柴油。该工艺的特点有：①在煤浆制备过程中全部使用已预加氢的供氢性循环溶剂，使得液化反应条件温和系统操作稳定性高；② 循环溶剂和产品是在强制循环悬浮床加氢反应器内进行加氢，加氢后循环溶剂供氢性能好，性质稳定；③对液化油和固体物分离采用减压蒸馏，残渣中油含量少，产品产率提高；④采用两个强制循环悬浮床反应器，反应器内温度分布均匀，产品性质稳定；⑤采用自主知识产权的新型高效煤液化催化剂，加入量少，成本低，而且煤液化产率高。2001年3月经国务院批准神华集团开始进行煤直接液化可行性研究，2002 年在内蒙鄂尔多斯市马家塔调研选址，2004 年9 月在上海焦化厂建设了煤直接液化工艺开发装置，该装置于2004 年12 月建成日投煤量6t 的中间试验装置, 并打通中试全流程，验证了工艺的可行性。2004年8 月内蒙古鄂尔多斯神华煤直接液化百万吨级示范工程项目开工建设；2008 年底建成并成功进行了试运行；2012 年产油86.5万吨。第二、第三条生产线预计2018 年全部建成投产，建成后规模将达500万吨，是目前世界上首套煤直接液化工业化生产项目。

2 间接煤制油技术发展状况[5-9]

间接煤制油是首先将煤转化成合成气，净化制得氢/炭比符合要求的原料气，然后在一定温度、压力及催化剂的作用下合成出液态燃料油。间接液化工艺由煤气化，F-T合成和油品加工三个主要环节构成。其中F-T合成是间接液化的核心环节。

2.1 国外间接煤制油技术

当前，国外煤间接液化技术主要有：南非SASOL 公司的F-T 合成技术，荷兰shell 公司SMDS 技术，美国Mobil 公司的MTG 合成技术等。但是工业化的只有南非SASOL 的F-T 合成技术和荷兰Shell 公司的SMDS 技术；其中南非是世界上最大的间接煤制油生产基地，年加工煤约4 000 万t。上世纪中期，由于国际政治的原因，南非发展了煤间接液化技术。费-托合成工艺是南非SASOL公司已经商业化成熟的工艺，该公司于1955年建成第一座由煤生产燃料油的工厂，采用的是固定床和流化床两类反应器，后改为浆态床反应器，产品以柴油和蜡为主；1980-1982 年间又建成二厂、三厂，其使用的是在Ⅰ厂基础上开发的更为先进的气流床反应器，生产能力达到了Ⅰ厂的8 倍，主要生产汽油和烯烃。上世纪70年代初荷兰Shell公司开始间接煤制油的研究，并于80年代中期研制出新型钴基催化剂和重质烃转化催化剂，并开发了SMDS工艺。1989年开始在马来西亚Bintulu建设以天然气为原料的50万t/a合成中间馏分油厂, 1993年投产，生产的高品质柴油远销美国。

2.2 国内间接煤制油技术[7-8]

我国在上世纪中期在锦州建成了5万t /a规模的煤基合成油厂，后来由于种种原因被搁置；80年代又开启了煤间接液化技术的研发，开发出了将传统的费托合成技术与沸石分子筛择形作用相结合的固定床两段法合成工艺和浆态床- 固定床两段法合成工艺；2002年中科院山西煤化所在煤炭间接液化关键技术的催化剂技术方面也取得了重大突破，对新型浆态床合成反应器、共沉淀铁系催化剂制备等进行了放大试验，建成2000 t /a中试装置；2003 年，该研究所成功生产出了清澈透明的燃油，其十六烷值高达75 以上。2009 年3 月，内蒙古伊泰集团采用该技术建设的我国首个16 万吨/年费托合成油工业示范装置试车成功；2012年产量达17.2万吨，得到的油品可直接加入到柴油车辆中，尾气排放达到欧洲V 号标准。同期，潞安集团建设的21万吨/年(16 万吨/年铁基浆态床+5 万吨/ 年钴基固定床)间接煤制油示范项目也顺利开车成功；2008 年12 月，山西潞安煤制油项目钴基固定床合成装置产出全国第一桶煤基合成油，2009 年7 月，铁基浆态床合成装置也正式出油。在示范项目的基础上，2016年3月，国家环保部对《关于审查山西潞安矿业(集团)有限责任公司高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目环境影响报告书的请示》做出了批复，同意利用当地煤炭资源，采用粉煤加压气化、费托合成等技术，生产180万吨/年油品及化学品。建设方案：一期建设100万吨/年铁基浆态床费托合成及油品加工工业示范装置，年产100万吨油品和化学品、108兆瓦自备余热发电机组，主要建设内容包括，煤气化装置、净化装置、费托合成装置、油品加工装置、余热发电装置及配套公用工程；二期建设80万吨/年钴基费托蜡加工工业示范装置。

2004年，国家发改委确定由神华宁煤集团建设国家级煤制油示范项目。2013年9月，项目正式获批。项目采用具有我国自主知识产权的中科合成油公司中温浆态床费托合成成套技术。2013年9月，神华宁煤集团年产400万吨煤炭间接液化示范项目在宁东能源化工基地煤化工业园区A区正式开工建设，2016年年7月；12月9日，神华宁煤煤制油示范项目合成装置在先后产出费脱轻质油、稳定重质油、稳定蜡后，最终产出合格蜡；到12月21日，油品A线一次试车成功，打通全流程，产出合格油品。

兖矿集团在实验室开发研究的基础上，2003年下半年也开始建设年产万t级合成油的开发装置和配套催化剂制备装置。2015年6月，兖矿和延长石油合资成立的陕西未来能源化工有限公司100万t/a间接液化煤制油项目建成，成为全国首套百万吨级煤间接制油装置；8月23日，打通全流程，产出优质油品。所产油品各项参数完全符合要求，达到欧Ⅴ标准。该项目装备自主化率达到82%以上。目前，未来能源公司正在开展一期后续400万t/a煤间接液化项目的前期工作，一期后续项目估算总投资689.26亿元，力争在"十三五"末建成投产。

另外，中科院山西煤炭化学研究所开发的3500 t/ aMTG 工业示范装置，于2007 年12 月中旬投产，辛烷值符合93# 汽油要求。截至目前，采用山西煤化所MTG 技术的项目，在云南、河北等地的装置产能约100 万吨。晋煤集团采用美国埃克森美孚公司MTG 技术建设的10 万吨/ 年MTG 项目已于2009 年投产，产品以优质93# 汽油为主，副产液化天然气、硫黄。在该项目的基础上，晋煤集团100万t/a甲醇制清洁燃料项目也已开工建设。

3 直接液化和间接液化优缺点[9-10]

从煤质要求来讲，煤直接液化对煤质十分挑剔，要求煤灰分一般小于5℅、氢含量要高、氧含量和热值要低，而且煤的活性、可磨性要好，煤中的硫和氮等杂原子含量越低越好。因此可选择范围小，只有褐煤、长焰煤等年青煤种，才能用于煤直接液化技术。而间接液化对煤的要求则不高，原则上所有煤种都可以。目前我国绝大部分煤炭种类均可以被进行利用。

从技术方面来讲，两种技术都是成熟的。但从工业实施的角度分析，间接液化技术的优势更明显，因为间接液化已实现了大规模工业化生产多年，在工艺技术、工程放大、设备制造、生产操作等方面经验比直接液化丰富。而直接煤制油化学反应条件比较苛刻，必须安排合理的加工流程进行深加工，才能变成优质的车用燃油；液化生成物比较复杂，给分离带来了较大的困难，生产出的油品品质相对较差；耗氢量比较大。

从整体效率及产品来讲，煤直接液化的转化效率较高，可达63%～68%；煤消耗量小，吨煤产油200～450kg，且在生产过程中，可以使用液化渣油作部分供氢溶剂，依靠煤和渣油协同作用，既扩大了设备生产能力，也降低了氢耗，增加了油收率。直接液化产品中柴油收率在70%左右，LPG和汽油约占20%，其余为以多环芳烃为主的中间产品。由于直接液化产物具有富含环烷烃的特点，经提质处理及馏份切割得到的汽油及航空煤油均属于高质量终端产品。另外，加氢液化产物也是生产芳烃化合物的重要原料。相关研究表明，在我国发展直接液化工艺，适宜定位在生产燃料油品及特殊中间化学品。间接液化的吨煤产油只有200～320kg，但液化油成分相对简单，产品的质量好，几乎不含硫、不含氮，后处理程序少。间接液化产品结构分析间接液化产物分布较宽，得到的气态烃类产物经分离及烯烃歧化转化得到LPG、聚合级丙烯、聚合级乙烯等终端产品。相关研究表明，现阶段在我国发展间接液化工艺，适宜定位在生产高附加值石油延长产品，如市场紧俏的聚合级丙烯、聚合级乙烯、高级石脑油、α-烯烃及C14-C18烷等。

从工艺技术方面来讲，间接液化反应条件温和，所需设备材料及设备要求较低，利于设备国产化，操作维修等简单，技术风险小；但设备的生产率低，反应装置多，在气化和反应部分的投资较大。直接液化反应条件苛刻，存在磨损、腐蚀、结焦等较多制约长周期稳定运行的因素，对设备有较高的要求，但单台设备的生产能力大，有利于节省投资。总体来看直接液化吨产品投资要稍高于间接液化。

4 结语

面对我国富煤少油的资源特点以及经济高速发展对石油的大量需求，充分发挥煤资源的优势，开发高效的煤制油技术是解决我们能源安全和供需矛盾的一种有效途径。根据上述国内外煤制油技术发展的现状可以看出，两种技术各有优缺点。因此在进行煤制油技术选择的过程中，不能简单的从技术和经济上进行简单的评价。而要从当地的的资源优势，煤质特征以及产品需求等方面进行综合分析。

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(本文文献格式：李会玲.煤制油技术发展现状及分析[J].山东化工，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

李会玲( 1979—) ，女，陕西蒲城人，工程师，目前在山西潞安矿业( 集团) 有限责任公司从事煤化工研究及相关科技管理工作。

TQ536;TE66

A

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

专论与综述