煤制油技术综述与分析
摘 要：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 EDS工艺、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。
关键词：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。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。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 2O 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，极大增了溶剂的供氢性能，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。
2-2 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。
2．3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。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人到煤液化反应器。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，神华煤直接化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。
2．4 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作用相结合的固定床两段法合成工艺(MFT)和浆态床一固定床两段法合成工艺。其中，Mbl 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~l8万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，可直接加人到柴油车辆中，尾气排放达到欧洲 V号标准，而且要比普通柴油节油 8％~ 12％。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。
3 两条煤制油路线分析
3．1 对原料煤的要求
煤直接液化对煤质要求较高，不仅煤的灰分要低(一般小于 5％) 、氢含量要高、氧含量要低，而且煤的可磨性要好，煤中的硫和氮等杂原子含量越低越好。因此，只有褐煤、长焰煤等年青煤种，才能用于煤的直接液化。煤直接液化的油收率较高，可达 63％~68％，吨煤产油 200～450kg ，且在生产过程中，可以使用液化渣油作部分供氢溶剂，依靠煤和渣油协同作用，既扩大了设备生能力，也降低了氢耗，增加了油收率。间接液化的吨煤产油只有 200～320kg ，但产品的质量好，柴油的十六烷值高于75，无硫无芳烃，主要性质远高于当前最严格的柴油规格要求。并且，间接液化还可生产像高品质润滑油基础油、石蜡等高附加值的产品。
3．2工艺技术
间接液化反应条件温和，所需设备材料及设备制造利于国产化，设备的生产率低，反应装置多，在气化和反应部分的投资较大，但产出的液化油成分相对简单，后处理程序少，且副产品的附加值高。 直接液化反应条件苛刻，对设备有较高的要求，但单台设备的生产能力大，有利于节省投资。
4 结束语
面对我国目前的资源状况——富煤少油，发展煤制油产业是解决石油短缺的一种有效途径。两种技术各有利弊，至于选择哪条路线，需综合多种因素进行考虑。而间接液化对煤的适应性要广，原则上所有煤都能气化成合成气。
煤制油技术综述与分析
摘 要：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 EDS工艺、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。
关键词：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。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。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 2O 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，极大增了溶剂的供氢性能，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。
2-2 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。
2．3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。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人到煤液化反应器。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，神华煤直接化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。
2．4 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作用相结合的固定床两段法合成工艺(MFT)和浆态床一固定床两段法合成工艺。其中，Mbl 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~l8万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，可直接加人到柴油车辆中，尾气排放达到欧洲 V号标准，而且要比普通柴油节油 8％~ 12％。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。
3 两条煤制油路线分析
3．1 对原料煤的要求
煤直接液化对煤质要求较高，不仅煤的灰分要低(一般小于 5％) 、氢含量要高、氧含量要低，而且煤的可磨性要好，煤中的硫和氮等杂原子含量越低越好。因此，只有褐煤、长焰煤等年青煤种，才能用于煤的直接液化。煤直接液化的油收率较高，可达 63％~68％，吨煤产油 200～450kg ，且在生产过程中，可以使用液化渣油作部分供氢溶剂，依靠煤和渣油协同作用，既扩大了设备生能力，也降低了氢耗，增加了油收率。间接液化的吨煤产油只有 200～320kg ，但产品的质量好，柴油的十六烷值高于75，无硫无芳烃，主要性质远高于当前最严格的柴油规格要求。并且，间接液化还可生产像高品质润滑油基础油、石蜡等高附加值的产品。
3．2工艺技术
间接液化反应条件温和，所需设备材料及设备制造利于国产化，设备的生产率低，反应装置多，在气化和反应部分的投资较大，但产出的液化油成分相对简单，后处理程序少，且副产品的附加值高。 直接液化反应条件苛刻，对设备有较高的要求，但单台设备的生产能力大，有利于节省投资。
4 结束语
面对我国目前的资源状况——富煤少油，发展煤制油产业是解决石油短缺的一种有效途径。两种技术各有利弊，至于选择哪条路线，需综合多种因素进行考虑。而间接液化对煤的适应性要广，原则上所有煤都能气化成合成气。