煤制油技术在我国的发展现状

北京汽车文章编号：1002-4581（2010）02-0043-04煤制油技术在我国的发展现状郝剑虹1，2，高海洋2，张富兴2Hao Jianhong 1，2，Gao Haiyang 2，Zhang Fuxing 2（1.河北工业大学机械工程学院，天津300130；2.中国汽车技术研究中心，天津300162）摘要：文中简要介绍了煤直接液化燃油和煤间接液化燃油的工艺特点及国内外煤制油的研究情况，论述了发展煤制油事业对我国能源安全战略的重要意义。

煤制油在我国目前还没有进行大规模推广，文中指出了在汽车上应用煤制油所面临的问题，提出了解决问题的合理化建议。

关键词：煤制油；煤直接液化燃油；煤间接液化燃油中图分类号：U473文献标识码：A0前言作为世界上第二大能源消费国和生产国，当前我国主要能源仍然是石油，但是随着社会的发展，能源需求仍将保持增长，石油资源日趋紧张，进入21世纪，我国汽车行业飞速发展，汽车保有量逐年递增。

寻找代用燃料已逐渐成为重大课题。

我国的资源结构特点是缺油、少气、相对富煤。

煤炭在我国整个能源消费体系中的比例约占70%，短期内以煤为主的能源消费结构难以改变。

长期以来，我国已形成的能源生产体系的基本格局是以煤炭生产为主，这决定了煤炭在新能源开发中的重要地位。

从国家能源结构调整和能源安全方面考虑，煤制油已经成为我国能源发展战略的一个重要方向。

文中对当前我国煤制油技术的发展进行了简单的介绍。

1煤制油技术简介煤制油，又称煤液化燃油。

顾名思义，就是用煤制取燃油。

煤液化技术在科学上称为煤基液体燃料合成技术，按合成工艺的不同，煤制油可以分为煤直接液化燃油和煤间接液化燃油2种。

1.1煤直接液化燃油煤直接液化燃油（diesel of direct coal liquefac-tion ）是指先将煤磨成煤粉，然后通过高温（400℃以上）、高压（10Mpa 以上），在催化剂的作用下加氢裂解，转化成液体燃油。

早在20世纪30年代，第一代煤直接液化燃油便通过直接加氢液化工艺在德国实现了工业化。

但是其反应条件比较苛刻，反应温度470℃，反应压力70Mpa 。

20世纪70年代后，中东战争和两次石油危机的爆发使煤直接液化工艺的研究开发重新得到了重视。

世界各国相继开发了多种第二代煤直接液化工艺，如美国的氢—煤法、溶剂精炼煤法、供氢溶剂法等。

随着科学技术的不断进步，现在世界上几大工业国正在研究第三代煤制油直接液化工艺。

该工艺具有反应条件缓和、油收率高和油价相对较北京汽车低的特点。

目前，国际上已开发出的煤加氢液化工艺有10多种，比较有代表性的有德国的IG-OR工艺、日本的NEDOL工艺、美国的HTI工艺。

3种工艺中，比较成熟可靠的是德国的IGOR工艺，其转化率能达到97%[1]。

煤直接液化燃油的特点是转化效率高，可高达63%～68%；煤消耗量小，生产1t液化油，需消耗原料洗精煤2.4t左右。

其缺点是必须选择适宜液化的煤种，要求原料煤氢含量高，氧和水含量低，灰分小于5%，S、N等杂原子含量小；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。

随着科学技术的不断进步和科研力度的逐步加大，煤直接液化工艺必将进一步得到改善，反应压力和反应温度的降低，催化工艺的进一步优化，出油率的进一步提高是其主要发展方向。

1.2煤间接液化燃油煤间接液化燃油（diesel of indirect coalliquefaction）是指先将煤转化成合成气（CO和H2），然后在一定温度、压力及催化剂的作用下合成生产出的煤油。

间接液化工艺包括：煤的气化；F-T合成反应；油品加工等3个步骤。

其中F-T合成是间接液化的核心工艺。

该工艺1923年由德国科学家Fischer和Tropsch发明，简称F-T合成。

自19世纪30年代投产以来，煤间接液化工艺也经历了不断的发展与进步。

当前，煤炭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。

国外还有一些先进的合成技术，如丹麦Topsoe公司的Tigas法和美国Mobil公司的STG法等。

但是已经工业化的煤间接液化技术只有南非SASOL的F-T合成技术和荷兰Shell公司的SMDS技术[2]。

南非作为一个多煤的国家，开发煤炭间接液化历史悠久，20世纪30年代，南非从德国手中购买了F-T工艺的使用权，建立了著名的SASOL公司。

南非有世界上最大的间接煤制油生产基地，年加工煤约4000万t。

Shell公司在马来西亚利用F-T工艺建成年产50万t的油工厂。

2煤制油技术在我国的发展。

随着石油能源的日趋紧张，各国都加快了煤制油技术的研究与开发。

从20世纪80年代开始，我国开始投入大量人力、物力，重新开展煤制油技术的研究与开发。

经过近30年的发展，我国的煤制油事业取得了飞速的进步，并逐渐成为国际煤制油市场上的主角。

2.1直接液化燃油在我国的发展我国煤炭直接液化技术走在世界前列，神华集团在20世纪末开始开发煤直接液化工艺。

神华煤直接液化燃油项目2001年3月经国务院批准进行可行性研究。

该项目引进美国碳氢技术公司煤液化核心技术，并进一步进行了调整与改进，将储量丰富的神华优质煤按照国内的常规工艺直接转化了柴油。

2004年9月神华在上海开工建设了煤直接液化工艺开发装置，该装置于2004年12月第一次投入运行成功，直接验证了工艺的先进性和可靠性。

煤炭科学研究总院与神华集团合作开发了高效煤直接液化催化剂。

2004年8月，在内蒙古鄂尔多斯采用神华煤直接液化技术的百万吨级示范工程项目施工建设，是目前世界上首套煤直接液化工业化生产项目。

2008年底，该生产线建成并成功进行了试运行。

到目前为止，神华煤制油有限公司已经具备生产合格煤直接液化燃油的能力，随着该装置的长期运行，神华集团每年将生产大北京汽车量的煤直接液化柴油。

2.2煤间接液化燃油在我国的发展中国科学院山西煤炭化学研究所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂的煤炭间接液化技术研究及工程开发，并已完成了规模2000t /年的煤基合成油工业实验。

2002年6月该研究所建成投产了设计规模为年产千吨级合成油的煤炭间接液化中试厂。

其合成技术适应性强、操作灵活性大，系统反应效率高，合成油产品中约70%以上为石蜡烃。

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。

山西煤化所优质清洁柴油的问世，标志着我国已具备了开发和提供先进成套产业化自主技术的能力，并成为世界上少数几个拥有可将煤变为高清洁柴油全套技术的国家之一[3]。

3煤制油在我国的应用与推广煤制油燃料虽然近几年才引起我国的重视，但是由于燃料短缺和环境保护的双重压力，在我国的发展势头很猛，生产规模持续扩大，质量技术水平也在不断提高。

然而，其在发动机及整车上的应用研究则相对比较滞后。

由于现在汽车多以石油燃料为前提设计开发，并达到了相当完善的程度，能够将石油基燃料的特点充分发挥，也能够完全适应石油基燃料，燃料一旦更换为煤制油产品，发动机的适应能力到底如何就成为了一个亟待解决的问题。

北京交通大学胡准庆、张欣通过在一台ZS195单缸直喷式柴油机上使用煤间接液化燃油分析了其燃烧特性和排放特性。

试验用燃料分别为0＃柴油、含50%和75%煤间接燃油的混合燃料以及100%煤间接燃油。

结果表明发动机燃用煤间接燃油比燃用0号柴油时的油耗明显降低，有效热效率明显提高，有害排放也降低了许多。

这主要是因为煤间接燃油十六烷值高，主要由饱和烃所组成，烯径和芳香烃含量较低。

同时，这也证明了煤制油不仅可以改善我国的能源结构，同时也可以加强环境保护，是一种清洁的替代能源。

西安交通大学的黄勇成等人通过对国外文献的研究与对比，综述了煤间接液化燃油的特性及其对排放的影响，并就煤间接液化燃油和常规柴油在柴油机中的燃烧和排放特性进行了比较，其中煤间接液化燃油的常规排放和非常规排放都得到了大幅度降低，可以认为是一种清洁的代用燃料。

而煤直接液化燃油的特点是重质馏分大，十六烷值低，这些会引起发动机工作粗暴和启动困难；煤直接液化燃油密度大、胶质高，则会引起燃油雾化、燃烧不良和容易结炭。

最重要的一点是由于煤直接液化燃油的十六烷值很低，远远低于柴油机正常工作所需要的值，因此在柴油机中直接燃用煤化燃油十分困难[4]。

段树林、许峰等人采用北京煤化学研究所制取的煤直接液化粗油在E150柴油机上进行了试验研究。

他们将0#柴油与煤化燃油按比例预先混合，只用主燃油喷射系统，采用油膜雾化燃烧方式。

结果表明，在原机结构不变，煤制燃油的质量占燃油总质量50％以下时，柴油机可正常工作，运转稳定，超过这一比例柴油机将启动困难。

而同时采用两套燃油系统，原机喷油泵为主喷油泵，用以喷射煤化燃油，额外增加一套辅助喷油系统，喷射柴油用于启动，结果表明，煤直接液化燃油的比率可高达90%。

这也很好地克服了煤直接液化燃油启动困难的问题，但是发动机需要进行一定的改动。

这样的研究也间接证明了煤化燃油本身的性质很难使其燃烧完全，这也必然导致其油耗增加和高负荷时排放变差。

因此，排放性能差，起动困难，燃油效率低下都成为了使用煤直接液化燃油必须解决的问题。

神华煤制油研究中心有限北京汽车公司试制的煤直接液化燃油经过氢改质和改进剂加工后，十六烷值达到了45以上，使得煤直接液化燃油在我国的大规模推广成为可能。

4煤制油在能源结构调整中的战略意义二战期间，德国先后建成11套直接液化装置，为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50%的汽车及装甲车用油。

就我国来说，石油储量相对较低，且国际石油价格居高不下，1999年我国在石油进口上面花费200亿美元以上，据预测，到2020年我国石油供需缺口将更大，全靠进口不仅动用大笔外汇，而且受制于人，加大了能源安全供应的隐患。

另一方面，我国煤炭储量极为丰富，随着高新技术的推广应用，煤炭生产成本逐渐低廉。

近日，国务院常务会议决定到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。

据国际能源机构预测，到2030年，在全球替代能源中非石油替代能源将达到日产1000万桶，其中煤制油将占29%。

因此，利用煤炭优势资源，大力发展这一阳光产业必将成为我国能源战略安全的一个重要落脚点。

有专家预计，到2020年中国的“煤制油”项目将形成年产5000万t油品的生产能力，加上届时将有年产2000万t的生物质油品投入使用，中国原油对外依赖程度有望从60%以上下降到45%以下。

从这个意义上讲，煤制油技术在我国有着光明的前景。

5结束语就我国国情来说，煤制油如果要大规模推广应用于汽车，还需解决以下几方面的问题：（1）应该建立一个煤制燃油明确的燃油标准。