煤制油技术的发展现状及前景分析

煤制油技术的发展现状及前景分析

在可预见的未来，中国以煤为主的能源结构不会改变，而煤炭的使用引发了严重的坏境的污染问题，如何解决燃煤引起的环境污染问题已迫在眉睫。再者，随着2014年之前国际石油价格不断突破历史新高（注：2014年下半年原油价格的断崖式下跌给煤制油及其它煤化工行业带来了成本挑战），更加激励了全球范围内替代石油项目的快速发展。煤炭液化可增加液体燃料的供应能力，有利于煤炭工业的可持续发展。煤炭通过液化可将硫等有害元素以灰分脱除，得到洁净的二次能源，对优化终端能源结构、减少环境污染具有重要的战略意义。

1.煤制油技术术介绍

煤制油也被称为煤炭液化，是一种以煤为原料生产液体燃料和化工原料的煤化工技术。目前全球只有直接液化和间接液化两种煤制油技术。直接液化就是以煤炭为基础原料，加氢直接液化，典型代表是美国碳氢化合物研究(HTI)公司两段催化液化工艺。间接液化则是通过气化煤炭生成合成气，再用催化剂把合成气合成液态烃类产品，这种技术的典型代表有Sasol工艺、SMDS合成工艺、中科院山西煤化所浆态床合成技术和兖矿煤制油技术开发等。

1.1 间接液化法

煤间接液化是将煤首先经过气化制得合成气（CO＋H2），合成气再经催化合成（F-T合成等）转化成有机烃类。煤间接液化的煤种适应性广，并且间接液化过程的操作条件温和，典型的煤间接液化的合成过程在250℃、15～40个大气压下操作。此外，有关合成技术还可以用于天然气以及其他含碳有机物的转化，合成产品的质量高，污染小。

煤间接液化合成油技术在国外已实现大规模工业化。南非基于本国丰富的煤炭资源优势，建成了年耗煤近4200万吨、生产合成油品约500万吨和200万吨化学品的合成油厂。在技术方面，南非SASOL公司经历了固定床技术（1950～1980）、循环流化床（1970～1990）、固定流化床（1990～）、浆态床（1993～）4个阶段。

1.2 直接液化法

直接液化是煤直接通过高压加氢获得液体燃料。1913年，德国柏吉乌斯首先研究了煤的高压加氢，并获得世界上第一个煤炭液化专利。到1944年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年，为第二次世界大战中的德国提供了2/3的航空燃料和50％的汽车、装甲车用油。20世纪50年代起中东地区发现大量廉价石油，使煤炭直接液化暂时失去了竞争能力，70年代的世界石油危机又使煤炭液化技术开始复兴。世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化（IGOR）工艺，美国的HTI工艺和日本的NEDOL 工艺。这些新液化工艺的共同特点是煤炭液化的反应条件比老液化工艺大为缓和，生产成本有所降低，中间放大试验已经完成。

2.当前煤制油技术介绍

鉴于以往的煤制油存在的诸多问题，有许多民营及外资的研究机构宣称开发了新的煤制油技术。

2.1 陕西金巢投资公司新工艺

中国陕西金巢投资公司与南非金山大学材料与工艺合成中心合作开发了针对中国的煤变油新技术，该技术技术的创新思路是，采用新的化学方法来提高能源效率。新化学方法把传统原料煤炭和天然气(或煤矿的瓦斯废气)混合使用，使得氢碳比可以进行调整，新技术还省略了合成工艺流程中的回路环节。目前成熟的合成工艺为：煤＋水＋氧气→生成合成气→生成烃＋二氧化碳。该工艺中，二氧化碳是排放的废气，既降低了煤炭转化为烃的效率，也污染了大气环境。同时，二氧化碳排放的增加使每生产一吨烃需要更多的煤，增加了运行费用。新方法简化了工艺流程，降低了技术风险和运行成本。目前，煤变油同行领先者的技术改造集中在合成工艺中的反应器上，但反应器的造价不超过整个企业投资的10%，而新工艺流程的创新可节省15%至30%的投资。

实际上该公司是将成熟的天然气制油技术与煤制油技术紧密的结合在一起，充分利用天然气中较高的氢碳比来弥补煤中的氢的不足，从而大副度的降低了常规煤液化的制氢所消耗水的量，从技术创新的性质看属于组合工艺的范畴。

2.2 合沣集团有限公司液化技术

合沣集团开发了一种褐煤的液化技术。其号称整个生产过程不需要耗水（传统的煤制油生产技术采用了加氢工艺，每生产一吨油需耗水10吨以上），本项技术的用水，只是作为冷却系统循环使用，不浪费水资源；并具有产设备采用石化常规设备，具有体积小、占地少、投资低、建设周期短、见效快的特点。然而由于只能采用褐煤作为原料，并且我国褐煤的产量较少，不适于大范围推广。目前呼伦贝尔东能化工有限公司拟建的年产500万吨褐煤低温热解项目计划总投资92587万元，年处理褐煤500万吨，年产半焦200万吨、焦油30万吨、粗苯1.25万吨、煤气5.5亿立方米。项目投产后，产值可达14亿元。由此可见其液化技术技术含量一般。

2.3 陕西榆林神木锦界天元化工有限公司

陕西榆林神木锦界天元化工有限公司利用当地的煤焦油资源，采用直立炉干馏工艺生产兰炭、煤焦油、焦炉煤气，由焦炉煤气制取氢气，再采用二段加氢及尾油裂化技术，将煤焦油与氢气在催化剂作用下进行加氢反应，分馏出燃料柴油、石脑油及液化气等，实现煤一焦一油生产一体化，提高了煤焦油的附加值。同时，该工艺在生产过程中的废气可回收利用，工业废水零排放，根治了传统煤焦油加工存在的污染问题。

煤焦油是在炼焦过程中形成的油状液体，由500多种芳香烃组成，目前在工业中还没有得到充分利用。据介绍，神木锦界天元化工有限公司采用的两次加氢尾油裂化技术为国内首创，煤焦油利用转化率达到了93%，即1吨煤焦油可生产出930千克成品油。目前25万吨/年中温煤焦油轻质化装置正在调试，日产燃料柴油和石脑油200多吨，不久将实现满负荷生产运行。

虽然许多业内专家认为，堪称“榆林版煤制油”的中温煤焦油轻质化项目的试车投产，开辟了煤炭、煤焦油深加工利用，延长煤化工产业链的新途径，对我国石油替代资源开发意义重大，但是我们认为这只是煤焦油后处理工艺，无法同煤的液化联系起来，充其量只能称为煤化工。

2.4水相费托反应

北京大学化学与分子工程学院课题组瞄准低温、水相的研究方向，从离子液体中的费托反应入手，于2005年得到了150℃就具有活性的超长寿命纳米费托反应催化剂。之后该课题组提出了让反应在水体中进行的全新想法，并在两年后获得了成功。这一研究成果提出的全新思路，给未来费托合成的工业开发提出