煤制油（以煤炭為原料生產(chǎn)油品的技術(shù)）
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煤制油
以煤炭為原料生產(chǎn)油品的技術(shù)
基本信息
簡(jiǎn)介
煤制油
煤制油裝置
政策
從2006年到2011年，國家幾乎每年都要出臺一個(gè)關(guān)于煤化工的指導文件：2006年，發(fā)改委連發(fā)兩道禁令——“不批準年產(chǎn)規模在300萬(wàn)噸以下的煤制油項目”以及“在國家煤炭液化發(fā)展規劃編制完成前，暫停煤炭液化項目核準”；2008年8月4日，發(fā)改委再次發(fā)布《關(guān)于加強煤制油項目管理有關(guān)問(wèn)題的通知》，明確指出煤制油項目投資風(fēng)險大，不能一哄而起，全面鋪開(kāi)；2009年年底，國務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩和重復建設引導產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展若干意見(jiàn)的通知》，抑制煤化工產(chǎn)業(yè)的盲目發(fā)展。
間接液化
技術(shù)梗概
煤的間接液化工藝就是先對原料煤進(jìn)行氣化，再做凈化處理后，得到一氧化碳和氫氣的原料氣．然后在270C ~350C左右，2.5MPa以及催化劑的作用下合成出有關(guān)油品或化工產(chǎn)品。即先將煤氣化為合成氣(CO+H2)，合成氣經(jīng)脫除硫、氮和氧凈化后，經(jīng)水煤氣反應使H2/CO比調整到合適值，再Fischer-Tropsch催化反應合成液體燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反應合成柴油工藝包括：煤的氣化及煤氣凈化、變換和脫碳；F-T合成反應；油品加工等3個(gè)步驟。氣化裝置產(chǎn)出的粗煤氣經(jīng)除塵、冷卻得到凈煤氣，凈煤氣經(jīng)CO寬溫耐硫變換和酸性氣體脫除，得到成分合格的合成氣．合成氣進(jìn)入合成反應器，在一定溫度、壓力及催化劑作用下，H2和CO轉化為直鏈烴類(lèi)、水及少量的含氧有機化合物．其中油相采用常規石油煉制手段，經(jīng)進(jìn)一步加工得到合格的柴油。F-T合成柴油的特點(diǎn)是：合成條件較溫和，無(wú)論是固定床、流化床還是漿態(tài)床，反應溫度均低于350℃，反應壓力為2.0~3.0MPa，且轉化率高。間接液化幾乎不依賴(lài)于煤種(適用于天然氣及其它含碳資源)，而且反應及操作條件溫和。間接法雖然流程復雜、投資較高，但對煤種要求不高，產(chǎn)物主要由鏈狀烴構成，因此所獲得的十六烷值很高，幾乎不含硫和芳香烴。
由煤炭氣化生產(chǎn)合成氣、再經(jīng)費-托合成生產(chǎn)合成油稱(chēng)之為煤炭間接液化技術(shù)?！懊禾块g接液化”法早在南非實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。南非也是個(gè)多煤缺油的國家，其煤炭?jì)Σ亓扛哌_553.33億噸，儲采比為247年。煤炭占其一次能源比例為75.6%。南非1955年起就采用煤炭氣化技術(shù)和費-托法合成技術(shù)，生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、合成蠟、氨、乙烯、丙烯、α-烯烴等石油和化工產(chǎn)品。南非費-托合成技術(shù)現發(fā)展了現代化的Synthol漿液床反應器。薩索爾（Sasol）公司現有二套“煤炭間接液化”裝置，年生產(chǎn)液體烴類(lèi)產(chǎn)品700多萬(wàn)噸（薩索爾堡32萬(wàn)噸/年、塞庫達675萬(wàn)噸/年），其中合成油品500萬(wàn)噸，每年耗煤4950萬(wàn)噸。累計的70億美元投資早已收回?，F年產(chǎn)值達40億美元，年實(shí)現利潤近12億美元。
技術(shù)發(fā)展
當前，我國己投入工業(yè)化示范的煤制油項目有5個(gè)，產(chǎn)能達160萬(wàn)噸。根據煤制油項目進(jìn)展情況和幾個(gè)煤制油企業(yè)規劃，到2015年煤制油產(chǎn)能可達1200萬(wàn)噸，2020年可達3300萬(wàn)噸的規模。
預計，按照高中低三種增速計算，到2015年我國煤制油的生產(chǎn)規模分別達到600萬(wàn)噸/年、1000萬(wàn)噸/年、1200萬(wàn)噸/年。到2020年高增長(cháng)情景下可達5000萬(wàn)噸/年。
現階段，我國煤制油行業(yè)處在大型國有煤炭企業(yè)中試點(diǎn)階段。數據監測顯示，截至2012年底，已經(jīng)投產(chǎn)的項目中煤制油總產(chǎn)能為170萬(wàn)噸/年，其中神華集團居于主導地位，占總產(chǎn)能的74%。根據煤制油項目投產(chǎn)企業(yè)的占比，推算出2012年中國煤制油項目生產(chǎn)油品的總規模達到106.08萬(wàn)噸，與2011年相比，有所下降。
我國中科院山西煤化所從20世紀80年代開(kāi)始進(jìn)行鐵基、鈷基兩大類(lèi)催化劑費-托合成油煤炭間接液化技術(shù)研究及工程開(kāi)發(fā)，完成了2000噸/年規模的煤基合成油工業(yè)實(shí)驗，5噸煤炭可合成1噸成品油。據項目規劃，一個(gè)萬(wàn)噸級的“煤變油”裝置可望在未來(lái)3年內崛起于我國煤炭大省山西。中科院還設想到2008年建成一個(gè)百萬(wàn)噸級的煤基合成油大型企業(yè)，山西大同、朔州地區幾個(gè)大煤田之間將建成一個(gè)大的煤“煉油廠(chǎng)”。最近，總投資100億美元的朔州連順能源公司每年500萬(wàn)噸煤基合成油項目已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開(kāi)發(fā)階段，計劃2005年建成投產(chǎn)。產(chǎn)品將包括辛烷值不低于90號且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500種化工延伸產(chǎn)品。
2015年9月，我國首套百萬(wàn)噸級煤間接液化制油項目，在位于陜西省榆林市的陜西未來(lái)能源化工有限公司投產(chǎn)，并產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)油品。該項目核心技術(shù)采用兗礦集團自主研發(fā)的低溫費托合成專(zhuān)利技術(shù)。該技術(shù)與國內外同類(lèi)技術(shù)相比，具有諸多優(yōu)勢：噸油品催化劑消耗低，為國內外同類(lèi)催化劑消耗的30%左右；柴油選擇性高，柴油收率達75%以上，比國內同類(lèi)技術(shù)高30%以上；費托合成反應器生產(chǎn)強度大，是同類(lèi)直徑反應器產(chǎn)能的1.5倍；碳轉化率高，煤氣化單元采用兗礦集團與華東理工大學(xué)共同研發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)，碳轉化率高達98%～99%；熱電聯(lián)供系統總體熱效率可超過(guò)90%。
我國煤炭資源豐富，為保障國家能源安全，滿(mǎn)足國家能源戰略對間接液化技術(shù)的迫切需要，2001年國家科技部”863”計劃和中國科學(xué)院聯(lián)合啟動(dòng)了”煤制油”重大科技項目。兩年后，承擔這一項目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要進(jìn)展。與我們常見(jiàn)的柴油判若兩物的源自煤炭的高品質(zhì)柴油，清澈透明，幾乎無(wú)味，柴油中硫、氮等污染物含量極低，十六烷值高達75以上，具有高動(dòng)力、無(wú)污染特點(diǎn)。這種高品質(zhì)柴油與汽油相比，百公里耗油減少30%，油品中硫含量小于0．5×10－6，比歐Ⅴ標準高10倍，比歐Ⅳ標準高20倍，屬優(yōu)異的環(huán)保型清潔燃料。
直接液化
可行性研究
我國首家大型神華煤直接液化油項目可行性研究，進(jìn)入實(shí)地評估階段。推薦的三個(gè)廠(chǎng)址為內蒙古自治區鄂爾多斯市境內的上灣、馬家塔、松定霍洛。該神華煤液化項目是2001年3月經(jīng)國務(wù)院批準的可行性研究項目，這一項目是國家對能源結構調整的重要戰略措施，是將中國豐富的煤炭能源轉變?yōu)檩^緊缺的石油資源的一條新途徑。該項目引進(jìn)美國碳氫技術(shù)公司煤液化核心技術(shù)，將儲量豐富的神華優(yōu)質(zhì)煤炭按照國內的常規工藝直接轉化為合格的汽油、柴油和石腦油。該項目可消化原煤1500萬(wàn)噸，形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，效益比直接賣(mài)原煤可提高20倍。其副屬品將延伸至硫磺、尿素、聚乙烯、石蠟、煤氣等下游產(chǎn)品。這項工程的一大特點(diǎn)是裝置規模大型化，包括煤液化、天然氣制氫、煤制氫、空分等都是世界上同類(lèi)裝置中最大的。預計年銷(xiāo)售額將達到60億元，稅后凈利潤15.7億元，11年可收回投資。
甘肅煤技術(shù)突破
甘肅煤田地質(zhì)研究所煤炭轉化中心自主研發(fā)的配煤液化試驗技術(shù)取得重大突破。由于配煤液化技術(shù)油產(chǎn)率高于單煤液化，據測算，采用該技術(shù)制得汽柴油的成本約1500元/噸，經(jīng)濟效益和社會(huì )效益顯著(zhù)。此前的煤液化只使用一種煤進(jìn)行加工，甘肅煤炭轉化中心在世界上首次采用配煤的方式，將甘肅大有和天祝兩地微量成分有差別的煤炭以6：4配比，設定溫度為440℃、時(shí)間為60秒進(jìn)行反應，故稱(chēng)為“配煤液化”。試驗證明，該技術(shù)可使煤轉化率達到95.89%，使油產(chǎn)率提高至69.66%，所使用的普通催化劑用量比單煤液化少，反應條件相對緩和。
甘肅省中部地區高硫煤配煤直接液化技術(shù)，已由甘肅煤田地質(zhì)研究所完成實(shí)驗室研究，并通過(guò)專(zhuān)家鑒定，達到了國際先進(jìn)水平。同時(shí)，騰達西北鐵合金公司與甘肅煤田地質(zhì)研究所也簽署投資協(xié)議，使”煤制油”產(chǎn)業(yè)化邁出了實(shí)質(zhì)性一步。為給甘肅省”煤制油”產(chǎn)品升級換代提供資源保障，該省同甘肅煤田地質(zhì)研究所就該省中部地區高硫煤進(jìn)行”煤制油”產(chǎn)業(yè)化前期研究開(kāi)發(fā)。經(jīng)專(zhuān)家測定，產(chǎn)油率一般可達到64.63%，如配煤產(chǎn)油率可達69.66%。該項目付諸實(shí)施后，將為甘肅省華亭、靖遠、窯街等礦區煤炭轉化和產(chǎn)業(yè)鏈的延伸積累寶貴的經(jīng)驗。
其他
技術(shù)總結
潔凈煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用正處方興未艾之勢，我國應加大煤炭氣化技術(shù)、煤間接液化和煤直接液化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推行力度，并引進(jìn)吸收消化國外先進(jìn)技術(shù)，將我國潔凈煤技術(shù)和應用水平提到一個(gè)新的高度，為我國能源工業(yè)的可持續發(fā)展作出新的貢獻。
煤變油的開(kāi)發(fā)
發(fā)達國家不搞煤變油的歷史
據了解，目前南非擁有一套年產(chǎn)800萬(wàn)噸油品的煤變油工廠(chǎng)，是世界上唯一大規模的煤變油商業(yè)工廠(chǎng)，并為該國提供了60%的運輸油料。其實(shí)美、德、日等發(fā)達國家也都有成熟技術(shù)，但它們?yōu)槭裁礇](méi)有投入工業(yè)化生產(chǎn)？
據介紹，早在上世紀30年代末，由于石油緊缺，德國就開(kāi)始研究煤制油技術(shù)。二戰前，德國已建成17個(gè)工廠(chǎng)，生產(chǎn)420多萬(wàn)噸汽柴油。到了40年代末、50年代初，隨著(zhù)中東大油田的開(kāi)采，低成本的石油大量充斥市場(chǎng)，每桶2—10美元。在這種情況下，再搞煤變油在經(jīng)濟上就很不合算。直到1973年，中東實(shí)行石油禁運，油價(jià)被炒高，達到每桶30多美元（相當于現在價(jià)格80多美元），這時(shí)，大規模的煤制油研發(fā)又掀起高潮，美、日、德都紛紛投巨資研究，并建設了試驗工廠(chǎng)。但是，在這些國家，煤變油始終沒(méi)有真正投入商業(yè)運行。這是為什么呢？
據專(zhuān)家測算，當原油價(jià)格在28美元以上，煤變油在經(jīng)濟上就比較劃算；低于這個(gè)價(jià)格，煤制油就不劃算。因此，上世紀80年代中期至90年代中期，國際油價(jià)一直處在低位，煤變油自然不會(huì )受到重視。但是，各國技術(shù)已相當成熟，可以說(shuō)倚馬可待，只要市場(chǎng)需要，就可進(jìn)行大規模工業(yè)化。直到最近兩年，國際油價(jià)一再攀升，煤制油重新被各國提上議事日程。美國去年起又開(kāi)始搞間接液化，法國、意大利也開(kāi)始進(jìn)行合作研發(fā)。但從項目啟動(dòng)到開(kāi)工建設，至少需要5年準備時(shí)間，而油價(jià)頻繁變動(dòng)，時(shí)高時(shí)低，人們往往反應滯后，使決策舉棋不定。
中國搞煤變油有優(yōu)勢，但不會(huì )成為油品生產(chǎn)的主方向專(zhuān)家認為，在我國搞煤變油有著(zhù)顯著(zhù)的優(yōu)勢。我國富煤少油，近年來(lái)隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，進(jìn)口原油逐年攀升，從1993—2003年10年間，年均遞增15%以上，進(jìn)口依存度越來(lái)越高。10年間，我國進(jìn)口原油增長(cháng)9.18倍，每年花去大量外匯。由于油價(jià)上漲，2004年進(jìn)口原油比上年多支付550億元人民幣。因此，專(zhuān)家認為，從我國能源安全的戰略角度考慮，也應該努力想辦法，從多元化出發(fā)，解決能源長(cháng)期可靠供應問(wèn)題，而煤變油是可行途徑之一。
同時(shí)，中國是產(chǎn)煤大國，西部產(chǎn)煤成本（特別是坑口煤）相對較低。神華集團副總經(jīng)理、神華煤制油公司董事長(cháng)張玉卓給記者算了一筆賬：噸煤開(kāi)采成本美國是20.5美元，神華神東礦區不到100元人民幣，很顯然，神華煤很有優(yōu)勢。
煤制油技術(shù)意義
早在20世紀30年代，第一代煤炭直接液化技術(shù)—直接加氫煤液化工藝在德國實(shí)現工業(yè)化。但當時(shí)的煤液化反應條件較為苛刻，反應溫度470℃，反應壓力70MPa。相繼開(kāi)發(fā)了多種第二代煤直接液化工藝，如供氫溶劑法（EDS）、溶劑精煉煤法（SRC-Ⅰ、SRC-Ⅱ）、美國的氫-煤法（H-Coal）等，這些工藝已完成大型中試，技術(shù)上具備建廠(chǎng)條件，只是由于經(jīng)濟上建設投資大，煤液化油生產(chǎn)成本高，而尚未工業(yè)化。1973年的世界石油危機，使煤直接液化工藝的研究開(kāi)發(fā)重新得到重視?，F在幾大工業(yè)國正在繼續研究開(kāi)發(fā)第三代煤直接液化工藝，具有反應條件緩和、油收率高和油價(jià)相對較低的特點(diǎn)。目前世界上典型的幾種煤直接液化工藝有：德國IGOR公司和美國碳氫化合物研究（HTI）公司的兩段催化液化工藝。我國煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所自1980年重新開(kāi)展了煤直接液化技術(shù)研究，現已建成油品改質(zhì)加工、煤直接液化實(shí)驗室。通過(guò)對我國上百個(gè)煤種進(jìn)行的煤直接液化試驗，篩選出15種適合于液化的煤，液化油收率達50%以上，并對4個(gè)煤種進(jìn)行了煤直接液化的工藝條件研究，開(kāi)發(fā)了煤直接液化催化劑。煤炭科學(xué)院與德國RUR和DMT公司也簽訂云南先鋒煤液化廠(chǎng)可行性研究項目協(xié)議，并完成了云南煤液化廠(chǎng)可行性研究報告。液化廠(chǎng)建成后，可年產(chǎn)汽油35.34萬(wàn)噸、柴油53.04萬(wàn)噸、液化石油氣6.75萬(wàn)噸、合成氨3.90萬(wàn)噸、硫磺2.53萬(wàn)噸、苯0.88萬(wàn)噸。擬建的云南先鋒煤液化廠(chǎng)年處理（液化）褐煤257萬(wàn)噸，氣化制氫（含發(fā)電17萬(wàn)KW）用原煤253萬(wàn)噸，合計用原煤510萬(wàn)噸。
目前，中國石油開(kāi)采遠遠滿(mǎn)足不了對石油高速增長(cháng)的需求，造成對進(jìn)口原油和石油產(chǎn)品的過(guò)度依賴(lài)。同時(shí)，進(jìn)口容易受到出口國家政治經(jīng)濟是否穩定、運輸路線(xiàn)是否受到干擾等因素的影響，中國的能源問(wèn)題愈發(fā)突出。這樣的被動(dòng)局面是需要改變的。為此，尋找原油替代能源日趨重要，對煤炭的利用再次引起人們的關(guān)注。
南非在這方面走在了世界前列。當時(shí)南非政府開(kāi)始研究煤液化的可能性，主要目的在于擺脫對石油的高度依賴(lài)性，保護南非國際收支平衡，提高能源供給安全。幾十年過(guò)去，通過(guò)妥善利用大量煤炭資源，南非還獲得了諸多方面的利益，包括增加就業(yè)機會(huì )，使原本過(guò)度依賴(lài)農業(yè)與采礦業(yè)的國民經(jīng)濟實(shí)現了工業(yè)化。
中國現在所處的環(huán)境條件與沙索在南非初創(chuàng )之際極為相似，特點(diǎn)就是“富煤少油”，特別是經(jīng)濟的飛速發(fā)展使得對能源的需求急劇增加。據介紹，15家商業(yè)規模的煤液化工廠(chǎng)的總產(chǎn)量將可以替代中國2020年石油進(jìn)口量的15%。
當今，人類(lèi)石油需求量逐年增多，而世界的石油開(kāi)采儲量逐年下降，兩個(gè)曲線(xiàn)之間會(huì )形成一個(gè)越來(lái)越大的空位?！褐朴汀憧梢蕴钛a這個(gè)空位?！薄懊褐朴汀奔夹g(shù)有助于中國擺脫對進(jìn)口原油和石油產(chǎn)品的過(guò)度依賴(lài)，從而提高能源安全。從中國的能源結構來(lái)看，中國具備開(kāi)發(fā) ‘煤制油’產(chǎn)業(yè)的各種戰略驅動(dòng)因素?！?/span>
參考資料
[1]
我國首套百萬(wàn)噸級煤間接液化制油項目投產(chǎn) · 電纜網(wǎng)[引用日期2015-09-16]
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