我國煤制油技術發展現狀與產業發展方向

崔山山

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

很長時期以來我國都是以煤炭作為主要的一次能源，富煤貧油少氣的資源結構無法改變。隨著世界能源縮緊，以煤炭為原料的二次能源開發手段成為了一個重要的戰略選擇。我國從20世紀80年代至今，煤炭清潔技術轉化研究不斷獲得突破，經歷了從基礎研究到技術開發，再到工業示范的多個階段。隨著一大批現代化的項目集中投產，我國的煤制油產業也邁入了正軌。未來階段，隨著環保意識的增強，煤制油工業的走向又當如何進行成為了一個研究熱點。

1 煤制油發展現狀

1.1 當前煤制油產業的發展已取得顯著成效

我國煤制油產業擁有相當規模的生產廠家，產量得到了保證。液化煤制油與氣化煤制油兩種模式在很多地區已經建成了示范項目，在技術上完全實現了自主，使我國在國際市場站穩了腳跟。2018年，我國煤制油產量超過了800萬t。

1.2 高質量的產品

煤制油產品屬于高清潔燃料，其化學組分硫、氮、芳烴含量較低，燃燒產物中有害物的比分小。由于煤液化后的油品具有高熱值、凝點低、低重量等優勢，因此在軍用和民用航空飛行器中應用廣泛，尤其對于極端天氣條件下的火箭、飛機實驗已經發揮了重要作用。間接液化的油產品還被用作清潔劑，將其與普通化石、柴油混合可以有效提升油品質量，減少污染物排放。由此可見，煤的液化油品已經形成了一系列多用途的產品。

1.3 產業布局規模化

目前來說，我國的大型煤制油項目多集中在西北地區，這些地方具有豐富的煤炭資源有利于企業的長期發展。煤化工項目多以集中式大規模的布局進行建設，例如已經形成的鄂爾多斯煤化工產業區、新疆準東煤制油產業基地等等[1]。

2 煤制油技術現狀

2.1 直接液化技術

煤直接液化的原理：在特定的反應條件下，煤發生催化加氫反應，生成油品和少量氣態烴類，與此同時將煤中的氮、氧、硫等雜原子脫出。煤的直接液化技術源于德國，第一代工藝生產線在30年代實現應用，但是反應條件非常苛刻。之后，到70年代、21世紀分別發展起來了第二代、第三代煤直接液化技術。其中，德國IGOR技術、美國HTI工藝、中國神華自主研發的技術使用最為廣泛，已經實現了大規模的工業應用[3]。

2.1.1 德國IGOR工藝

IGOR工藝主要流程包括：制備煤漿、液化反應、高溫分離、加氫精制、產品分離。其中，液化反應使用黃鐵礦或赤泥作為催化劑，反應壓力在30 MPa，反應溫度處于350 ℃～420 ℃。加氫精制使用固定窗作為反應器，反應過程使用與液化時相同的條件，而催化劑方面可使用催化劑Mo-Ni型載體。二段精制反應器的產物進低溫分離器，底部的混合物，在進入蒸餾塔后分離為各類產品。相比而言，IGOR工藝的控制難度最大，適合于煙煤的液化，收液收率為50%～60%。

2.1.2 美國HTI工藝

HTI工藝，其原料多食用煤炭，但并不是全部的類型均可使用，其采用褐煤或煙煤，懸浮床作為其的反應器，以膠鐵基作為催化劑，其反應流程與IGOR工藝類似，其中液化反應采用內循環沸騰床，反應條件相比IGIR工藝要求較低，溫度處于427 ℃～455 ℃，反應壓力18.6 MPa，分離器固液分離采用超臨界溶劑萃取工藝。HTI工藝的主要優勢有以下四方面：

1) 就其自身所用的催化劑而言，鐵基催化劑便宜，且具有高活性，無需大量投入，即可獲取高收率的液化油。

2) 溶劑物方面，液化反應器所用均具有性質穩定的特點，可以有效提高成漿性。

3) 具有相對溫和的反應，且無需技術水平較高，質量較高的設備，比較符合基層。

4) 超臨界萃取技術提升了重油的回收率。

2.1.3 中國神華直接液化工藝

神華集團自主開發的直接液化工藝已經實現了大規模的商業化，并于2008年實現了全球首套百萬噸級煤液化工藝裝置的投產。還技術在多個國家獲得了多項專利，其工藝技術優勢主要有以下幾個方面：

1) 液化反應使用的高效鐵膠催化劑為自主研發，具有成本低廉、活性大、投入量少、液化油回收率高等優點。

2) 采取了預加氫工藝，使用的溶劑穩定性良好、成漿性良好，使可制備總固體物質量分數上升到55%的煤漿，且煤漿粘度較低流動性較好。

3) 在利用懸浮床反應器的同時，利用減壓蒸餾固液分離技術，使溶劑的質量獲得提升。

4) 懸浮床溶劑加氫反應，讓催化劑得到了及時更新，降低了反應器原料質量的要求。

2.2 間接液化工藝

間接液化工藝中核心部分多是以費托合成為重點。就目前的情況來講，間接液化工藝已經取得了巨大的進步，其中以Sasol公司、山西中科院、上海兗礦集團等層面為代表，他們通過多次研究優化，有效實現了優化的目的。其中3套間接液化系統作為Sasol公司在世界上最早投入工業生產的費托合成工藝，3套間接液化系統作用均不同，其中Sasol-Ⅰ廠主要負責柴油、石蠟生產工藝，故為了優質生產，給予固定床和流化床反應器，隨著時代變化，逐漸由漿態床反應器取代，之后是Sasol-Ⅱ廠和Sasol-Ⅲ廠，這兩套系統，雖然均負責汽油、烯烴生產工藝，所以給予了最為先進的氣相流化床反應器，相對比Sasol-Ⅰ，Sasol-Ⅱ廠和Sasol-Ⅲ廠工業產能更高。總體來說，間接液化工藝就是將反應器結構優化，化繁為簡，進而提高傳熱率，簡化操作流程，但是再好的工藝仍然存在一定的限制，這項工藝也不例外，傳質阻力較高。

3 煤制油技術的應用及其影響

我國的化石能源以煤炭為主，因此，"貧油"一度成為了制約我國工業發展的絆腳石。截止目前，我國石油儲備對外依賴程度依然很高，比率達到了70%，這對國家能源安全來說是一個巨大的威脅。在很大程度上，煤制油技術的應用緩解了我國依賴石油存儲的這一問題，且伴隨技術的成熟，煤制油已經可以生產高質量的柴油，航空油，汽油，特種油等。這一現狀大大保障了我國對燃油的內需要求。煤制燃料油技術以煤炭為起始原料，通過物化反應過程還可以制備各類其他有機材料，同時，煤制油技術的不斷進步，為穩定全球石油價格起到了重要作用[3-4]。

4 煤制油工藝技術發展方向

4.1 項目升級，應對挑戰

當前，國際油價極為動蕩，2014年下旬至2017年全球油價更是出現了斷崖式下跌，這對煤制油的經濟效益造成了嚴重了影響。面對大量的市場不確定因素，企業繼續進行產業升級改造，優化產品結構，通過技術革新降低生產成本，提升企業的綜合競爭力。

4.2 產品結構調整，油品質量升級

當前，隨著環保指標的提高，汽車消費燃油的比率逐年下降，柴汽消費更是從2.17下降到1.2左右。此外，我國汽車油品的質量標準調整不斷加快，全國已全面實施國Ⅵ標準車使用汽柴油。為此，及時調整產品結構，提升油品質量，將重心調整到清潔汽油、航空用油方面，成為了企業得以穩定生存的一個必要選項[5]。

4.3 控制產能，推動改革

以往數據調查和數據發展趨勢，發展到2020年結束時，8.7億t是煉油能力提升的保守數據，從原油加工量角度分析，6億t以內則是其的保守生產數據，甚至過剩產也有一個驚人的數據即1.4億t。因此，政府相關部分提出了全國控制煤制油的產量，之所以施行這些政策就是為了控制產能，幫助企業實現過度，向技術密集型企業轉型。

4.4 技術革新，提升競爭力

我國已經成熟掌握了直接液化和間接液化相關技術，并已實現了規模化的工業生產，但面對未來能源格局變動的不確定性，及時調整發展戰略，進一步完善生產工藝、突破技術難關、投入更多的資源加大清潔型燃油的開發對提升企業的競爭力極為關鍵。

4.5 理性思考，平衡發展

煤制油與石油化工相比，其投資成本更高，并且在生產中會消耗大量的水電資源，加上溫室氣體排放量巨大，使得煤制油產業面臨著諸多挑戰。當全球油價下跌時，煤制油企業會比石油化工企業面臨更多的壓力。因此，為了發揮我國煤炭資源優勢，相關政策應當給予煤制油企業更多扶持，幫助行業健康高效的發展。

5 結論

煤制油技術的發展對于我國能源安全的確擁有著重大意義，煤制油技術為能源供應側提供了更多選項，對于經濟的健康穩定發展具有積極作用，筆者通過對煤制油技術的發展、應用、現狀進行論述，提出了一些對未來煤制油產業發展方向的建議，以期為行業進步提供參考。