煤制油技术综述与分析

2012-08-15杨仁俊

赤峰学院学报·自然科学版 2012年10期

关键词：费托煤浆煤制油

杨仁俊

（内蒙古大学，内蒙古呼和浩特 010010）

煤制油技术综述与分析

杨仁俊

（内蒙古大学，内蒙古呼和浩特 010010）

针对我国富煤少油的现象，本文提出发展煤制油技术是一种战略选择.主要介绍了国内外典型的煤制油工艺，包括德国IG和IGOR、美国H-Coal和HTI、日本NEDOL、中国神华煤直接液化等工艺.并从多角度对煤制油的两条路线进行了简要分析.

富煤少油；煤制油技术；工艺；分析

石油作为现代工业的血液，关乎国家经济命脉.截止2009年底，全球剩余石油储量为1855亿吨，其中，我国已探明石油剩余可采量为27.9亿吨，按年产1.8～2亿吨速度计算，我国储油量在15年之后便要枯竭[1].然而，随着我国国民经济的快速发展，石油消耗量逐年增加，供需缺口严重，对外依存度持续攀升，2008年便已突破50%[2].相反，我国煤炭资源储量相对丰富，可持续开采百年以上.针对我国这种富煤少油的现象，从长远来看，发展煤制油技术是一种战略选择.

1 煤制油技术

煤制油是以煤为原料，通过化学加工生产油品和石油化工产品的一项技术.煤制油技术始于20世纪初，作为煤直接液化的奠基人——柏吉乌斯，首先完成了煤在高温高压下加氢生产液体燃料的研究.之后，德国为了满足战争的需求，大力开展了由煤制液体燃料的研究和工业生产.20世纪70年代的两次石油危机，促使世界各国重新审视煤作为一次能源的重要性，煤制油技术的研究开发重新得到重视，一些新工艺也被陆续开发出来.

目前，煤制油技术分为煤直接液化和煤间接液化两条路线.煤直接液化是指将煤置于较高温度和压力下，使其与氢发生反应，达到降解和加氢，最终转化为液体燃料的过程；而煤间接液化的主要思路是先让煤气化生成合成气，再以合成气为原料通过费托反应转化为液体燃料.

2 国内外典型的煤制油工艺

2.1 德国IG和IGOR工艺

IG工艺既是德国开发的世界上最早的煤直接液化工艺，也是最早投入商业生产的工艺.可分为煤浆液相加氢和中油气相加氢两段加氢过程.先是在高压氢气下，煤加氢转化为液体油，之后，以前段的加氢产物为原料，进行催化气相加氢制得成品油.

鉴于IG工艺整个流程较为复杂，操作条件要求苛刻，尤其是操作压力较高，德国在此基础上研发出了被认为是世界上最先进的煤加氢液化和加氢精制一体化联合工艺，即IGOR工艺.其主要流程可分为煤浆制备、液化反应、两段催化剂加氢、液化产物分离和常减压蒸馏等五大部分.

与IG工艺相比，IGOR工艺具有以下两大特点：一是，由于使用加氢后的油作为循环溶剂，极大地增强了溶剂的供氢性能，使得煤在液化过程中的转化率和液化油产率得到了提高；二是，采用液化反应和液化油提质加工在同一高压系统内进行的方式，不仅简化了工艺流程，而且得到的燃料油品质更加优良.

2.2 美国H-Coal和HTI工艺

H-Coal工艺是美国H RI公司在原有的重油加氢裂化工艺的基础上通过改进和创新后开发出的一项新工艺，该技术不仅已在Kent ucky完成了200t/d和600t/d中试厂试验，而且还完成了5000t/d的液化厂的概念设计.

该工艺以褐煤、次烟煤或烟煤为原料，主要生产原油或低硫燃料油，核心设备是催化流化床反应器.大致流程包括煤浆制备、液化反应、产物分离和液化油精制等四部分.先是煤浆与氢气混合，在预热器中预热到400℃后，送到操作温度为427～455℃和反应压力为18.6MPa的流化床催化反应器中，停留30～60min.反应产物经高温分离器，轻质油气便从产物中分离出来，进入精制环节.

HTI工艺是HTI公司（并入了H RI公司）在综合H-Coal和CTSL工艺基础上开发的煤液化新工艺.主要有三大优点：一是，反应条件相对温和，反应压力降为17MPa；二是，在固液分离过程中，采用了超临界萃取技术，最大限度回收了重质油，从而大幅度提高了液化油的收率；三是，在原有高温分离器后串联了在线加氢固定床反应装置，对液化油进行在线加氢.

2.3 美国EDS工艺

EDS工艺是美国Exxon石油公司开发的针对循环溶剂进行加氢的工艺，并于1979年在德州建成了250t/d的中试厂，累计运行了2.5年.

循环溶剂在固定床加氢反应器加氢后，被送至煤浆混合器内与煤粉进行混合，再用泵输送至预热器中预热到425℃.预热后的煤浆与氢气混合，一起进入操作温度为427～470℃和反应压力10～14MPa的煤液化反应器内反应.液化产物依次通过高温分离器和常压蒸馏塔处理，便得到石脑油产品.该工艺一大特点是由于采用了灵活焦化装置，从而可进一步对蒸馏塔底残渣中的含碳化合物进行回收，故提高了液化油的产率.

2.4 日本NEDOL工艺

NEDOL工艺是日本通过对美国的EDS工艺进行改进后开发的一项直接液化工艺.其改进主要体现在两处：一是在煤浆加氢液化过程中加入了铁系催化剂；二是采用了更加高效和稳定的真空蒸馏方法对固液进行分离.因此，其生产的液化油质量要远高于美国的EDS工艺.

2.5 中国神华煤直接液化工艺

神华煤直接液化工艺是神华集团在充分消化吸收国外现有的煤直接液化技术的基础上，借鉴各工艺的优点，并结合国内各研究机构多年的研究成果和开发经验，完全依靠自己的技术力量开发的具有自主知识产权的煤直接液化工艺.

该工艺的创新特点有：（1）在煤浆制备过程中，由于全部使用已预加氢的供氢性循环溶剂，使得液化反应条件温和系统操作稳定性提高；（2）循环溶剂和产品是在强制循环悬浮床加氢反应器内进行加氢，催化剂可以定期更换，且加氢后的循环溶剂供氢性能好，性质稳定；（3）对液化油和固体物的分离采用的是减压蒸馏方式，残渣中油含量少，产品产率提高；（4）使用两个强制循环悬浮床反应器，保证了反应器内温度分布均匀，产品性质稳定；（5）新型高效的煤液化催化剂，不仅加入量少，生产成本低，而且煤的液化转化率高[3].

工艺流程为：将预处理的煤送至煤浆制备器内，制得的煤浆与催化剂混合后一同进入到煤液化反应器.经两级反应，煤被转化为轻质油品，通过分离器，最重组分即残渣被分离出来，其余组分依次流经改质器、分馏塔后，得到石脑油、柴油等产物.

2008年12月30日，神华煤直接液化百万吨级示范工程开始投煤试车.12月31日，打通了煤直接液化装置流程,生产出合格的的石脑油和柴油等目标产品，这标志着我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家.

2.6 南非Sasol厂间接液化工艺

南非Sasol厂三套间接液化系统是最早投入商业运行的费托合成法工艺系统.其中，SasolⅠ厂采用的是固定床和流化床两类反应器，后改为浆态床反应器，产品以柴油和蜡为主；而SasolⅡ和SasolⅢ使用的是在SasolⅠ厂基础上开发的更为先进的气流床反应器，生产能力达到了Ⅰ厂的8倍，主要生产汽油和烯烃.三厂年处理煤量达3000万吨.

煤被送至鲁奇炉内，与气化剂在加压气化后制得粗煤气，经冷却、净化处理后得到纯合成气、废气和石脑油.其中，纯合成气进入费托合成系统，反应温度为220～235℃，生成的液体物质从反应器底流出，经降温后分离出轻油.而石脑油和粗煤气冷却分离得焦油一同要进入下游的精馏装置.

2.7 山西煤化所煤液化工艺

20世纪80年代，中科院山西煤化所在经过多年的努力研究，充分分析国外费托合成技术和MTG工艺的基础上，开发出了将传统的费托合成技术与沸石分子筛择形作用相结合的固定床两段法合成工艺（MFT）和浆态床-固定床两段法合成工艺（SMFT）[4].其中，MFT工艺大幅度提高了汽油馏分在产物中的比例，明显改善了传统的费托合成的产物分布，且在试验中，取得了油收率高和油品性能好的结果；SMFT工艺则通过使用超细微粒的铁基催化剂，可将过程产物在ZSM-5分子筛上转化为高辛烷值汽油，显著提高了液体燃料油分的收率.

浆态床反应器、费托合成催化剂、油品精制和系统集成——这些完全由山西煤化所自主研发的技术,涵盖了国际上先进的煤间接液化所有关键技术，已获得国家80余项发明专利.

2009年3月,内蒙古伊泰集团基于山西煤化所提供的技术，建造的年产16一18万吨规模的煤间接液化工业示范装置试车成功，得到的油品不仅是目前世界上最清洁的液体燃料之一,可直接加入到柴油车辆中,尾气排放达到欧洲V号标准,而且要比普通柴油节油8%至12%[5].2008年12月22日，山西潞安煤制油项目钴基固定床合成装置产出全国第一桶煤基合成油，2009年7月，铁基浆态床合成装置也正式出油.