国内外煤炭液化的技术现状

文章介绍了国内外煤炭液化的技术发展现况,分析了煤炭液化的优缺点,指出了煤炭液化技术也将成为替代液体燃料的重要方向之一,以及煤炭液化未来的发展方向.

1.引言

中国是一个富煤贫油少气的国家,能源结构表现在80年代前,煤炭占80%以上.目前仍然以煤炭为主,约占65～70%.2013年国家统计局统计表明：2012年煤炭消费量比上年增长2.5%；原油消费量增长6.0%；天然气消费量增长10.2%；电力消费量增长5.5%.从1993年我国已成为石油进口国.同时,我国目前也正在积极开发其他能源：水力资源；核能；天然气.

能源是一个国家生产技术水平的重要标志,没有能源就没有工业因此,能源问题是世界各国,尤其是工业发达国家最先考虑发展的问题.在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中,煤炭液化不仅具有重大的环保意义,煤炭液化技术也将成为新型煤化工产业的重要方向之一,而且具有保障能源安全的战略意义.因此,煤炭液化将是未来煤代油的重要途径之一.

所以,从世界到我国来看,能源结构的发展趋势进入了群雄并起,各自发挥自身优势的阶段.应该清醒地看到我国是世界上少数几个以煤炭作为主要能源的国家之一.我国煤炭探明储量为114500亿吨,名列世界第三,占世界储量的12.6%.综合我国能源消费特点：以煤炭为主；人均消费水平低,单位产值能耗高；人均能耗是世界平均水平的1/2,单位产值能耗是世界平均水平的近4倍（3.95倍）.

综上所述,为了更好地解决我国未来的能源问题,除了应大力发展其他能源外（核能、水力能、太阳能）,还要大力加强煤炭的综合利用,提高煤炭的利用率是极其重要的.

2.煤炭液化工艺

煤炭液化是把固体状态的煤炭经过一系列化学加工过程,使其转化成液体产品的洁净煤技术.这里所说的液体产品主要是指汽油、柴油、液化石油气等液态烃类燃料,即通常是由天然原油加工而获得的石油产品,有时候也把甲醇、乙醇等醇类燃料包括在煤液化的产品范围之内.煤炭液化主要有2种方法：间接法和直接法.

间接法：

煤先进行气化,气化气中的CO与H2在催化剂的作用下反应生成烷烃和烯烃而获得液体产品.间接液化开始于1923年,由德国FranzFicher和HansTropsch提出,因此称为F-T合成.世界目前最为成功的是南非SASOL.

南非因不产石油和天然气,而煤炭储量丰富且低廉,在1955年建立了Sasol-Ⅰ合成油厂,生产柴油、石蜡等产品,以后又建立了Sasol-Ⅰ、Sasol-Ⅱ厂,分别于1980、1982年投产,主要生产汽油,Sasol3个厂每年可生产450万t车用燃料和有价值的化工产品.

Sasol煤气化全都采用鲁奇固定床气化炉,煤气净化工艺采用低温甲醇洗涤法.F-T合成工艺,Sasol公司开发2大系列工艺,即高温（300～350℃）F-T3-&合成,主要产品是汽油和轻稀烃,所用反应器是循环流化床和固定流化床,另一类是低温F-T合成,主要产品是蜡和馏出物,所用反应器是固定床和浆态床反应器.

山西煤化所低温浆态床合成技术,铁系催化剂,700t/试验平台,完成4000多小时考核运行,柴油馏分70%,十六烷值达到70.成立中科煤制油公司,已经进行3个（神华、山西潞安、内蒙伊泰）十六万吨示范工厂的建设.

兖矿集团：2003年-2004年建成5000吨/年低温浆态床FT合成中试装置与铁系催化剂制备装置,2004年11月26日完成4706小时连续平稳考核运行,合成产品以柴油为主（70%以上,十六烷值70）；2005年1月29日通过鉴定,同年年底启动百万吨级工业化示范工程.

直接法：将煤磨碎制浆,而后加入供氢溶剂及氢气,在高压高温下加氢液化.

从20世纪30年代起,世界上许多国家都在研究开发煤直接液化制油技术,二战时期的德国曾将直接液化技术工业化,产量达到400万t/a.早期的技术液化压力高,油收率低,投资大,50年代由于世界石油廉价而无竞争力停产.随着70年代世界上出现石油危机,美国、日本、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、中国、英国等又重新研究开发煤制油技术,近年来该技术在降低加氢液化压力、催化剂的使用、油渣分离等方面有了很大进展,提高了该法的整体效率.目前,世界上较先进成熟的直接液化技术主要有：

H—Coal工艺.是美国碳氢化合物研究公司研制.以褐煤、次烟煤或烟煤为原料,生产合成原油或低硫燃料油.原料煤经破碎、干燥后与循环油一起制成煤浆,加压至21MPa并与氢气混合,进入沸腾床催化剂反应器进行加氢液化反应,经分离、蒸馏加工后制得轻质油和重油.该工艺的特点是：高活性载体催化剂,采用固、液、气三相沸腾床催化反应器；残渣作气化原料制氢气.建有600t/d工业性试验装置.

SRC溶剂精炼煤工艺.以高硫煤为原料,将煤用供氢溶剂萃取加氢,生产清洁的低硫低灰的固体燃料和液体燃料.可分为SRC-Ⅰ及SRC-Ⅱ法,SRC-Ⅰ法以生产固态溶剂精煤为主,SRC-Ⅱ法以生产液体燃料为主.主要有以下特点：反应条件缓和,固液分离分别采用过滤和减压蒸馏技术；煤中黄铁矿就是催化剂,不外加催化剂,反应剂活化氢主要来源于供氢溶剂.建有50t/d的中试装置.

CTSL工艺.是美国碳氢化合物公司在H—Coal工艺基础上发展起来的催化两段液化工艺.特点是反应条件缓和,采用2个与H—Coal工艺相同的反应器,达到全返混反应器模式；催化剂采用专利技术制备的铁系胶状催化剂,催化剂活性高、用量少；在高温分离器后面串联有加氢固定床反应器,起到对液化油加氢精制的作用；固液分离采用临界溶剂萃取的方法,从液化残渣中最大限度回收重质油.

EDS供氢溶剂工艺.是美国埃克森公司于1977年开发成功.原料煤经破碎、干燥与供氢溶剂混合制成煤浆,与氢气混合预热后进入反应器,进行萃取加氢液化反应,煤液化产物进入分离后得到气体、石脑油、重油和残渣.该工艺的主要特点：采用供氢溶剂对煤进行萃取加氢液化；采用了循环溶剂,非催化反应,循环溶剂在进入煤的加氢反应前先在固定床反应器中用高活性催化剂加氢使其成为供氢溶剂；溶剂加氢和煤萃取加氢是分别进行；采用减压蒸馏进行固液分离.1985年完成了日处理煤250t的工业性试验装置.IGOR工艺.德国直接液化新工艺—IGOR+工艺.德国开发的IGOR工艺是在IG工艺的基础上改进而成的.原料煤经磨碎、干燥后与催化剂、循环油一起制成煤浆,加压至30MPa并与氢气混合,进入反应器进行加氢液化反应.液体产物经（个在线固定床反应器加氢后,分离成汽油、柴油等.该工艺特点是将液化油二次加氢反应器与高压液化装置联合为一个整体,省去了由于物料进出装置而造成的能量消耗及工艺设备.1981年在Bottrop建成日处理煤200t的工业性试验装置.

此工艺的特点；1固液分离采用减压蒸馏.生产能力大,效率高2循环油不含固体,也基本上排除沥青,溶剂的供烃能力增强,反应压力降至30MPa；3液化残渣直接送去汽化制氢；4把煤的糊相加氢与循环溶剂加氢和液化油提质加工串联在一起套在高压系统中,避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失量降低限度；5煤浆固体浓度大于5%,煤处理能力大,反应器供料空速可达0.6%Kg.Lh（daf）.经过这样的改进,油收率增加,产品质量提高,过程氢耗量降低.总的液化厂投资可节约20%左右.能量效率也有较大提高,热效率超过60%.

NEDOL工艺.20世纪80年代,日本开发了NEDOL烟煤液化工艺,该工艺世纪是EDS工艺的改进型,在液化反应器内加入铁催化剂,反应压力也提高到17-19MPa,循环溶剂是液化重油加氢溶剂,供氢性能优于EDS工艺.NEDOL工艺过程由5个主要部分组成1煤浆制备2加氢液化反应3液固蒸馏分离4液化粗油二段加氢5溶剂催化加氢反应.此工艺的特点；1总体流程与德国工艺相似2反应温度455-465℃,反应压力17-19MPa,空速36t/m3,h3催化剂使用合成硫化铁或天然黄铁矿；4固液分离采用减压蒸馏的方法5配煤浆用的循环溶剂单独加氢提高溶剂的供氢能力,循环溶剂加氢技术是引用美国eds工艺的成果,6液化油含有较多的杂原子.进行加氢精制,必须加氢提高来获得合格产品；7150t/d装置建在鹿岛炼焦厂旁边

FFI低压加氢液化工艺.是俄罗斯在开发研制的煤直接加氢液化成液体燃料的新工艺.以褐煤和烟煤为原料生产液体燃料产品和化工产品.利用此工艺于1987年建立了日处理煤5～10t的工艺开发装置,还进行了年生产300万t液体产品的工业企业的工厂设计.该工艺的特点是：原料准备阶段采用了先进的高效振动碾磨机；采用了瞬间煤涡流舱干燥技术,使煤发生爆炸式湿度分离、热粉碎和气孔爆裂,干燥时间大大减少；采用了高效可再生催化剂钼酸铵和三氧化二钼,85%～90%的催化剂可以经再生回收；煤液化压力降至6～10MPa,降低了设备制运费用、减少了气体压缩及液体泵送的电能消耗.

神华集团煤直接液化技术.该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//.ems86.总第522期2013年第39期-----