煤制油质量与燃烧排放特性探讨

程远明

摘  要：近些年我国煤化工产业发展较快，煤基合成油是化工产业重要组成部分，随着我国各项应用技术全面发展，在产业关键技术应用发展、重要设备自主化研究、产品生产规模扩大等方面，我国煤制油产业都获取了较快发展，煤制油技术逐步完善。据相关资料统计显示，在2015年我国煤制油年产量能达到278万t，年产量在132万t，进一步推动我国煤制油技术进入全新的发展阶段。

关键词：煤制油质量  燃烧排放  特性

中图分类号：TQ529   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（b）-0047-02

煤制油就是煤液化燃油，应用煤原料通过不同加工技术工艺生产研制燃油。煤液化技术在科学方面主要称之为煤基液体燃料合成技术，依照合成技术工艺差异性，煤制油能分为间接性与直接液化燃油。两种合成工艺技术在具体应用中，受到煤制油组成结构差异性影响，质量性能也存在较大差别，对煤制油燃烧以及排放特性产生较大影响。

1  煤直接液化燃油

1.1 技术应用

煤直接液化就是加氢液化，在催化剂以及高压氢气状态下对固体煤粉进行加热，温度能达到400℃～450℃。借助催化加氢能使得煤粉产生有效的热分解、加氢裂解反应等，使得煤原料中诸多有几大分子能转为液体燃料小分子物质，合成不同油料，通过加工提质处理获取合格率较高的各类油产品。此项技术工艺在实际应用过程中就是有针对性地将煤原有的有机结构进行破坏，然后进行加氢，将其转为相对分子质量在100～200脂肪烃结构的液体产物。我国神华集团选取适用性较强的烟煤，将其放置到氢气装置中，生产加工氢气。洗精煤规范化洗选之后，制成更合格的煤粉。在煤制氢气装置中进行裂化，将固体煤粉转为液态油品。从煤直接液化技术工艺应用特点来看，油收率较高，消耗量较低，设备占用体积较小，投资成本较低，能获取较高的生产效益[1]。

1.2 煤直接液化汽油特点

各类轻质油品能作为汽油基本调合组分，例如常见的烷基化油、焦化汽油等。在煤直接液化过程中各类油品种类较为单一，产出的石脑油具有明显理化特征，如表1所示。概括来说，煤直接液化石脑油的密度较低、辛烷值较低、硫含量值较低[2]。

1.3 煤直接液化柴油特点

石油基柴油是通过加氢柴油、常压柴油、催化柴油等不同组分有效调合制成。

煤直接液化柴油通过加氢裂化以及加氢稳定能产生相应的柴油馏分，煤直接液化柴油在生产中各类原材料、生产技术具有较大差异性，致使其组成元素与理化指标存有较大不同。煤直接液化能获取液化粗油，其氧杂原子含量较高，热值较低，密度较大，不能将其直接当作柴油进行应用[3]。

2  煤间接液化燃油

2.1 技术应用

煤间接液化是煤气化生成相应的H/C合成气，对煤原有的化学结构会产生不同程度破坏，以合成气为基本原料在相应温度、压力、催化剂状态下，馏分不同的液态烃。从煤间接液化工艺应用现状来看，主要有煤气化、费托合成、加工生产步骤组成。费托合成反应中受到实验变化问题差异性限制，煤间接液化技术工艺能分为高温合成技术与低温合成技术。如果反应温度高于300℃就是高温合成技术工艺，发挥出流化床反应器应用价值，合成产物是汽油。如果反应温度低于280℃就是低温合成技术工艺，应用固定反应器，生产蜡与柴油。

我国煤间接液化技术应用主要有兖矿集团100万t/a的煤间接液化装置，主要是选取低温铁基浆态床技术以及高温状态下的铁基固定流化床技术，生产柴油、石脑油、液化石油气为78.08万t/a、25.84万t/a， 5.648万t/a;伊泰集团16万t/a煤间接液化装置，采取铁基高温浆态床费托合成催化剂浆态床反应器技术，生产柴油、石脑油、液化石油气。神华集团400万t/a煤炭间接液化装置，应用中科合成油公司中温浆态床费托合成成套技术，柴油、石脑油、液化石油气产量为273.3万t、98.3万t、33.6万t。

2.2 煤间接液化汽油特点

從各项反应现状来看，煤间接液化合成油直链烃含量较高，其中有易裂解的烯烃，导致汽油辛烷值较低，需要进行异构化处理，导致汽油产品合成消耗费用增加。

2.3 煤间接液化柴油特点

高温法和低温法费托合成技术工艺获取的柴油馏分基本组成存在较大差异，其中应用低温法合成的柴油中烷烃含量相对较高。从表2中能获取费托合成柴油馏分性质。

3  煤制油燃烧和排放特性分析

柴油机燃烧以及排放主要是受到燃料理化性质影响，比如润滑性、硫含量、密度、芳烃、粘度值等。最佳的润滑性、密度值、粘度值能保障燃料全面燃烧，提升发动机基本运行功率。低芳烃、低密度值、低硫含量等对全面降低排放具有重要作用。

3.1 燃烧特性

在共轨柴油机应用中，有部分技术人员直接应用液化柴油，从应用效果来看，煤直接液化柴油能实现原机应用功率目标。其中十六烷值较低，和石油柴油应用相比较，燃烧始点较晚，预混合燃烧放热功率值较高，但是处于高负荷阶段，各项数值相近，煤直接液化柴油与石化柴油依照规范化比例进行调控，燃烧始点与石化柴油更加接近。从应用实践中能看出，煤直接液化柴油能提高柴油发动机动力性，从燃料基本消耗以及动力性质来看，煤直接液化柴油应用要由于石油基柴油应用。处于低负荷状态时，煤间接液化柴油自身存在的燃烧特性与石油基柴油相比较好，但是煤直接液化柴油燃烧特性低于石油基柴油。受到负荷不断增大影响，煤基合成柴油和石油基柴油燃烧性会不断降低。

3.2 排放特性

油品自身各项属性对其排放特性具有较大影响，煤制油过程中多环芳烃含量值较低，能对PM、HC以及CO实际排放量进行控制，其次对PM以及SO2排放具有良好控制作用，其中难以燃烧的重馏分较少，能对颗粒物排放进行有效控制。煤间接液化柴油十六烷值较高，燃烧持续周期较长，这样能对NOx排放量进行控制。将石化柴油与煤直接液化柴油相互混合，随着煤直接液化柴油配置比不断调整，处于低负荷时，HC以及CO排放过程中高负荷变化明显。煤直接液化柴油掺混比不断提升，会降低负荷碳烟排放量。在柴油发动机应用燃料中可以直接选用煤直接液化柴油，在排放方面具有较大应用优势。

4  结语

在煤炭工业发展过程中煤制油技术应用是重要的绿色化学技术，是未来社会发展中有效应对气候变化以及低碳经济的重要组成内容。近些年我国煤制油产业开始朝着技术多元化方向全面发展，产业发展具有良好态势，煤制油低排放与良好的质量性能能有效适应我国能源结构优化调整以及石油安全问题要求，对推动社会长远发展具有重要意义。

参考文献

[1] 刘海利，宋利军，詹月辰等.煤制油质量与燃烧排放特性综述[J].化工时刊，2017，31（6）：41-46.

[2] 闫德松.提高柴油机燃烧有效性与降低燃油消耗率的措施[J].科技致富向导，2013（23）：80.

[3] 黄格省，李雪静，杨延翔等.我国煤制油技术发展现状与产业发展方向[J].石化技术与应用，2017，35（6）：421-428.