煤制油工艺技术研究

秦怡晨

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

我国是一个煤炭资源十分丰富的国家，煤炭总量占全世界煤田资源的12%，煤田面积达到了55万km2，位居世界前列。石油被誉为工业的血液，广泛应用在社会各个方面，是国家的战略物资，石油资源关系到国家的能源安全。我国是一个石油资源十分匮乏的国家，同时又是石油消耗大国。2019年，我国原油净进口量突破5亿t，原油和石油对外依存度双破70%。石油进口容易受到其他国家政治因素、运输路线等问题的干扰。为了缓解石油紧张的局面，需要开发新的能源代替石油资源。通过煤制油工艺，可以将煤炭资源转化为石油资源或者化工产品，满足国家经济社会发展所需的石油化工能源。

1 煤制油工艺概述

煤制油工艺就是将煤炭经过化学加工生产处理，将煤炭转化为汽油、柴油、乙烯等石油化工产品的一项技术。煤制油工艺技术主要是通过对煤直接或者间接加氢。让其转化为混合烃类液体燃料或者甲醇。目前我国煤制油工艺主要有煤直接液化工艺技术和煤间接液化工艺技术。

1.1 煤直接液化工艺技术

煤直接液化工艺技术是在高温高压环境下，加入氢气让煤炭直接液化为液态烃类燃料，并经过脱硫、脱氮、脱氧等处理，将煤炭直接转化为汽油、柴油等石油产品。这种工艺对煤炭的种类要求比较高，对处理工艺的反应条件和操作条件要求比较严格，气化处理后的芳烃、硫化物和氮等杂质的含量比较高，在发动机上直接点燃的可能性比较低。但是这种工艺的生产效率比较高，1 t优质的原煤可以直接生产出0.5 t～0.6 t成品油，因此在煤制油工艺中占有重要地位。目前发达国家的煤直接液化技术主要有德国IGOR公司和美国HTI公司研发的两段催化液化工艺。我国从1980年开始研制煤直接液化技术，并先后建立了煤直接液化和油品改质实验室，经过对我国上百种煤种进行对比实验，一共筛选出了15种高品质适合液化的煤炭，并研发了煤直接液化催化剂，液化效率超过了50%，我国云南先锋煤液化厂每年液化煤炭257 t，气化氢用煤253万t[1]。近年来，我国不断加大煤制油工艺技术的研发，并取得了一定的成效。

1.2 煤间接液化工艺技术

煤间接液化工艺技术首先需要对原煤进行气化，再进行净化处理，得到H2和CO。然后在270 ℃～350 ℃的温度下添加催化剂，生成石油成品或者产品。煤间接液化技术需要先将煤进行气化，并通过脱硫、脱氮、脱氧处理，然后经过水煤气反映，最后Fischer-Tropsch催化反应生成液化燃料。这种间接液化工艺的流程复杂，且生产成本高，生产1 t石油产品需要5 t～7 t煤炭[2]。但是这种间接液化技术对煤种的要求比较低，其产物主要有链状烃构成，所以得到的十六烷值几乎不含有硫化物和芳香烃。煤间接液化技术工业化最早的国家是南非，南非是一个多煤少油的国家，煤炭储量达到了553.33亿t，占南非一次性资源总和的75.6%。因此，南非Sasol公司一年生产液体烃类产品达到了700多万单，其中合成石油产品500万t，每年所需煤炭4950万t。我国煤炭液化技术处于初步发展阶段，2015年，陕西未来能源化工有限公司投产了百万级煤间接液化项目，这个项目是我国自主研发的低温费托合成技术，低温费托合成产物中的正构烃含量比较高，重质蜡等重组分产量大，可以将其加氢、分子蒸馏等工艺产生高硬蜡、高清洁柴油、高档润滑油，基础润滑油的油品可以达到III类以上。与国内外其他间接液化技术相比，低温费托合技术的催化剂耗量低，只有国外同类型产品的30%左右；柴油选择性高，可选择性超过了70%，高于国内同类技术30%；合成反应器的强度大，是同类直径反应器产能的1.5倍；煤炭转化率可以达到99%，热电联供系统的热效率超过了90%。

2 煤制油工艺技术分析

煤炭直接液化和间接液化过程，对煤进行液化处理的工艺不同，则最终得到的成品油也不一样。对这两种煤制油工艺技术的分析主要从技术、成本、环保性能三个方面进行分析。

2.1 技术对比

煤直接液化时需要在高温高压的环境，生产制造过程中对液化的温度和压力要求比较高。同时对煤炭的种类要求比较严格，在生产过程中还需要氢气溶剂作为催化剂，降低煤炭液化过程中的能耗消耗。煤间接液化技术，首先需要将煤进行气化并经过加氢液化，将费托合成技术和分子筛合技术结合在一起，采用固定床合成工艺，才能最终得到合格的石油产品。煤间接液化后的轻质油品，可以直接添加到柴油汽车，同时汽车尾气排放量可以达到国家环保标准，因此满足煤间接液化工艺生产要求，可以生产出合格的油品。想要达到石油产品的质量。煤间接液化工艺对生产过程中的温度和压力要求没有煤直接液化技术高，对煤炭的种类和质量要求没有直接液化工艺高，因此生产过程中的风险比较低[3]。

2.2 经济效益对比

煤直接液化工艺技术成本低，液化效率比较高，1 t煤炭可以得到0.5 t～0.6 t油品，其生产工艺简单，只需要对原煤进行液化就可以得到石油化工产品，且所需的设备结构简单，单台设备的生产能力比较高，但是大部分装置需要从国外进口，维修成本比较高，对生产设备的要求比较高。煤间接液化工艺技术需要经过气化、净化、水煤气反应以及催化反应，才能得到可燃性燃料。工艺流程比较复杂，一定程度上增加了生产成本，煤液化效率比较低，1 t原煤液化处理后产出0.2 t～0.4 t成品油，产出率比较低。但是间接液化技术对煤种的要求比较比较低，不依赖于某一种煤种，反应过程中对操作条件和环境要求比较低，合成条件比较温和，生产出来的液化油成分比较简单，副产品的附加价值比较高[4]。

2.3 工艺环境

煤直接液化工艺和煤间接液化工艺技术对生产环境的要求不同，煤直接液化技术需要在高温高压条件下完成，生产工艺环境要求比较严格；煤间接液化的温度控制在270 ℃～350 ℃的温度和0.25 MPa的压力下完成生产加工过程，煤间接液化工艺主要集中在中低温环境下，由此看出这两种工艺其实具有一定的互补性。煤直接液化工艺流程中对反应条件、催化剂的选择要求比较严格，还需要进一步优化空间，降低反应条件和操作标准；煤间接液化技术的生产工艺比较复杂，因此需要优化生产工艺流程，提高煤气化效率和产量[5]。目前我国的煤制油工艺技术存在设备折旧率高、生产过程中水资源消耗比较大，能源转化率低，CO2等废物排放量高等问题，还需要进一步加强先进煤气化技术的研发，提高整个煤气化效率，降低整个煤制油生产工艺的成本。

3 结语

煤制油工艺技术我国石油资源的有效补充，有利于充分发挥我国煤炭能源的优势，降低我国石油能源对国外的依赖度，确保我国石油资源的战略安全。但是我国的煤制油工艺生产过程中，还存在不少问题，煤制油气化效率低、投资成本大、油品质量不高等问题，因此还需要进一步加强煤制油工艺技术的研究，研究两种技术的优势、劣势，加快煤制油工艺技术的优化，提高煤制油工艺技术的气化效率和生产效率，降低油品的质量和附加价值。