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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
簡介
煤制油
煤制油裝置
政策
從2006年到2011年，國家?guī)缀趺磕甓家雠_一個(gè)關(guān)于煤化工的指導(dǎo)文件：2006年，發(fā)改委連發(fā)兩道禁令——“不批準(zhǔn)年產(chǎn)規(guī)模在300萬噸以下的煤制油項(xiàng)目”以及“在國家煤炭液化發(fā)展規(guī)劃編制完成前，暫停煤炭液化項(xiàng)目核準(zhǔn)”；2008年8月4日，發(fā)改委再次發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)煤制油項(xiàng)目管理有關(guān)問題的通知》，明確指出煤制油項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)大，不能一哄而起，全面鋪開；2009年年底，國務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展若干意見的通知》，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(yīng)使H2/CO比調(diào)整到合適值，再Fischer-Tropsch催化反應(yīng)合成液體燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反應(yīng)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(yīng)；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(yīng)器，在一定溫度、壓力及催化劑作用下，H2和CO轉(zhuǎn)化為直鏈烴類、水及少量的含氧有機(jī)化合物．其中油相采用常規(guī)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，無論是固定床、流化床還是漿態(tài)床，反應(yīng)溫度均低于350℃，反應(yīng)壓力為2.0~3.0MPa，且轉(zhuǎn)化率高。間接液化幾乎不依賴于煤種(適用于天然氣及其它含碳資源)，而且反應(yīng)及操作條件溫和。間接法雖然流程復(fù)雜、投資較高，但對煤種要求不高，產(chǎn)物主要由鏈狀烴構(gòu)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(fèi)-托合成生產(chǎn)合成油稱之為煤炭間接液化技術(shù)。“煤炭間接液化”法早在南非實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。南非也是個(gè)多煤缺油的國家，其煤炭儲藏量高達(dá)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(fèi)-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(fèi)-托合成技術(shù)現(xiàn)發(fā)展了現(xiàn)代化的Synthol漿液床反應(yīng)器。薩索爾（Sasol）公司現(xiàn)有二套“煤炭間接液化”裝置，年生產(chǎn)液體烴類產(chǎn)品700多萬噸（薩索爾堡32萬噸/年、塞庫達(dá)675萬噸/年），其中合成油品500萬噸，每年耗煤4950萬噸。累計(jì)的70億美元投資早已收回?，F(xiàn)年產(chǎn)值達(dá)40億美元，年實(shí)現(xiàn)利潤近12億美元。
技術(shù)發(fā)展
當(dāng)前，我國己投入工業(yè)化示范的煤制油項(xiàng)目有5個(gè)，產(chǎn)能達(dá)160萬噸。根據(jù)煤制油項(xiàng)目進(jìn)展情況和幾個(gè)煤制油企業(yè)規(guī)劃，到2015年煤制油產(chǎn)能可達(dá)1200萬噸，2020年可達(dá)3300萬噸的規(guī)模。
預(yù)計(jì)，按照高中低三種增速計(jì)算，到2015年我國煤制油的生產(chǎn)規(guī)模分別達(dá)到600萬噸/年、1000萬噸/年、1200萬噸/年。到2020年高增長情景下可達(dá)5000萬噸/年。
現(xiàn)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(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，截至2012年底，已經(jīng)投產(chǎn)的項(xiàng)目中煤制油總產(chǎn)能為170萬噸/年，其中神華集團(tuán)居于主導(dǎo)地位，占總產(chǎn)能的74%。根據(jù)煤制油項(xiàng)目投產(chǎn)企業(yè)的占比，推算出2012年中國煤制油項(xiàng)目生產(chǎn)油品的總規(guī)模達(dá)到106.08萬噸，與2011年相比，有所下降。
我國中科院山西煤化所從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行鐵基、鈷基兩大類催化劑費(fèi)-托合成油煤炭間接液化技術(shù)研究及工程開發(fā)，完成了2000噸/年規(guī)模的煤基合成油工業(yè)實(shí)驗(yàn)，5噸煤炭可合成1噸成品油。據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃，一個(gè)萬噸級的“煤變油”裝置可望在未來3年內(nèi)崛起于我國煤炭大省山西。中科院還設(shè)想到2008年建成一個(gè)百萬噸級的煤基合成油大型企業(yè)，山西大同、朔州地區(qū)幾個(gè)大煤田之間將建成一個(gè)大的煤“煉油廠”。最近，總投資100億美元的朔州連順能源公司每年500萬噸煤基合成油項(xiàng)目已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)階段，計(jì)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，我國首套百萬噸級煤間接液化制油項(xiàng)目，在位于陜西省榆林市的陜西未來能源化工有限公司投產(chǎn)，并產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)油品。該項(xiàng)目核心技術(shù)采用兗礦集團(tuán)自主研發(fā)的低溫費(fèi)托合成專利技術(shù)。該技術(shù)與國內(nèi)外同類技術(shù)相比，具有諸多優(yōu)勢：噸油品催化劑消耗低，為國內(nèi)外同類催化劑消耗的30%左右；柴油選擇性高，柴油收率達(dá)75%以上，比國內(nèi)同類技術(shù)高30%以上；費(fèi)托合成反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度大，是同類直徑反應(yīng)器產(chǎn)能的1.5倍；碳轉(zhuǎn)化率高，煤氣化單元采用兗礦集團(tuán)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(zhuǎn)化率高達(dá)98%～99%；熱電聯(lián)供系統(tǒng)總體熱效率可超過90%。
我國煤炭資源豐富，為保障國家能源安全，滿足國家能源戰(zhàn)略對間接液化技術(shù)的迫切需要，2001年國家科技部”863”計(jì)劃和中國科學(xué)院聯(lián)合啟動(dòng)了”煤制油”重大科技項(xiàng)目。兩年后，承擔(dān)這一項(xiàng)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，幾乎無味，柴油中硫、氮等污染物含量極低，十六烷值高達(dá)75以上，具有高動(dòng)力、無污染特點(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(biāo)準(zhǔn)高10倍，比歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目可行性研究，進(jìn)入實(shí)地評估階段。推薦的三個(gè)廠址為內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)的上灣、馬家塔、松定霍洛。該神華煤液化項(xiàng)目是2001年3月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)的可行性研究項(xiàng)目，這一項(xiàng)目是國家對能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要戰(zhàn)略措施，是將中國豐富的煤炭能源轉(zhuǎn)變?yōu)檩^緊缺的石油資源的一條新途徑。該項(xiàng)目引進(jìn)美國碳?xì)浼夹g(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(nèi)的常規(guī)工藝直接轉(zhuǎn)化為合格的汽油、柴油和石腦油。該項(xiàng)目可消化原煤1500萬噸，形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，效益比直接賣原煤可提高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(xiàng)工程的一大特點(diǎn)是裝置規(guī)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裝置中最大的。預(yù)計(jì)年銷售額將達(dá)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(zhuǎn)化中心自主研發(fā)的配煤液化試驗(yàn)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(jù)測算，采用該技術(shù)制得汽柴油的成本約1500元/噸，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。此前的煤液化只使用一種煤進(jìn)行加工，甘肅煤炭轉(zhuǎn)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(shè)定溫度為440℃、時(shí)間為60秒進(jìn)行反應(yīng)，故稱為“配煤液化”。試驗(yàn)證明，該技術(shù)可使煤轉(zhuǎn)化率達(dá)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(yīng)條件相對緩和。
甘肅省中部地區(qū)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(yàn)室研究，并通過專家鑒定，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。同時(shí)，騰達(dá)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(qū)高硫煤進(jìn)行”煤制油”產(chǎn)業(yè)化前期研究開發(fā)。經(jīng)專家測定，產(chǎn)油率一般可達(dá)到64.63%，如配煤產(chǎn)油率可達(dá)69.66%。該項(xiàng)目付諸實(shí)施后，將為甘肅省華亭、靖遠(yuǎn)、窯街等礦區(qū)煤炭轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)鏈的延伸積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
其他
技術(shù)總結(jié)
潔凈煤技術(shù)的開發(fā)利用正處方興未艾之勢，我國應(yīng)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(yīng)用水平提到一個(gè)新的高度，為我國能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。
煤變油的開發(fā)
發(fā)達(dá)國家不搞煤變油的歷史
據(jù)了解，目前南非擁有一套年產(chǎn)800萬噸油品的煤變油工廠，是世界上唯一大規(guī)模的煤變油商業(yè)工廠，并為該國提供了60%的運(yùn)輸油料。其實(shí)美、德、日等發(fā)達(dá)國家也都有成熟技術(shù)，但它們?yōu)槭裁礇]有投入工業(yè)化生產(chǎn)？
據(jù)介紹，早在上世紀(jì)30年代末，由于石油緊缺，德國就開始研究煤制油技術(shù)。二戰(zhàn)前，德國已建成17個(gè)工廠，生產(chǎn)420多萬噸汽柴油。到了40年代末、50年代初，隨著中東大油田的開采，低成本的石油大量充斥市場，每桶2—10美元。在這種情況下，再搞煤變油在經(jīng)濟(jì)上就很不合算。直到1973年，中東實(shí)行石油禁運(yùn)，油價(jià)被炒高，達(dá)到每桶30多美元（相當(dāng)于現(xiàn)在價(jià)格80多美元），這時(shí)，大規(guī)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(shè)了試驗(yàn)工廠。但是，在這些國家，煤變油始終沒有真正投入商業(yè)運(yùn)行。這是為什么呢？
據(jù)專家測算，當(dāng)原油價(jià)格在28美元以上，煤變油在經(jīng)濟(jì)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(jì)80年代中期至90年代中期，國際油價(jià)一直處在低位，煤變油自然不會受到重視。但是，各國技術(shù)已相當(dāng)成熟，可以說倚馬可待，只要市場需要，就可進(jìn)行大規(guī)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。美國去年起又開始搞間接液化，法國、意大利也開始進(jìn)行合作研發(fā)。但從項(xiàng)目啟動(dòng)到開工建設(shè)，至少需要5年準(zhǔn)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(yīng)滯后，使決策舉棋不定。
中國搞煤變油有優(yōu)勢，但不會成為油品生產(chǎn)的主方向?qū)＜艺J(rèn)為，在我國搞煤變油有著顯著的優(yōu)勢。我國富煤少油，近年來隨著經(jīng)濟(jì)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)口依存度越來越高。10年間，我國進(jìn)口原油增長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，專家認(rèn)為，從我國能源安全的戰(zhàn)略角度考慮，也應(yīng)該努力想辦法，從多元化出發(fā)，解決能源長期可靠供應(yīng)問題，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(tuán)副總經(jīng)理、神華煤制油公司董事長張玉卓給記者算了一筆賬：噸煤開采成本美國是20.5美元，神華神東礦區(qū)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(jì)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(xiàn)工業(yè)化。但當(dāng)時(shí)的煤液化反應(yīng)條件較為苛刻，反應(yīng)溫度470℃，反應(yīng)壓力70MPa。相繼開發(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)上具備建廠條件，只是由于經(jīng)濟(jì)上建設(shè)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(jī)，使煤直接液化工藝的研究開發(fā)重新得到重視?，F(xiàn)在幾大工業(yè)國正在繼續(xù)研究開發(fā)第三代煤直接液化工藝，具有反應(yīng)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?xì)浠衔镅芯浚℉TI）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年重新開展了煤直接液化技術(shù)研究，現(xiàn)已建成油品改質(zhì)加工、煤直接液化實(shí)驗(yàn)室。通過對我國上百個(gè)煤種進(jìn)行的煤直接液化試驗(yàn)，篩選出15種適合于液化的煤，液化油收率達(dá)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可行性研究項(xiàng)目協(xié)議，并完成了云南煤液化廠可行性研究報(bào)告。液化廠建成后，可年產(chǎn)汽油35.34萬噸、柴油53.04萬噸、液化石油氣6.75萬噸、合成氨3.90萬噸、硫磺2.53萬噸、苯0.88萬噸。擬建的云南先鋒煤液化廠年處理（液化）褐煤257萬噸，氣化制氫（含發(fā)電17萬KW）用原煤253萬噸，合計(jì)用原煤510萬噸。
目前，中國石油開采遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了對石油高速增長的需求，造成對進(jìn)口原油和石油產(chǎn)品的過度依賴。同時(shí)，進(jìn)口容易受到出口國家政治經(jīng)濟(jì)是否穩(wěn)定、運(yùn)輸路線是否受到干擾等因素的影響，中國的能源問題愈發(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(dāng)時(shí)南非政府開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性，保護(hù)南非國際收支平衡，提高能源供給安全。幾十年過去，通過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(jī)會，使原本過度依賴農(nóng)業(yè)與采礦業(yè)的國民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。
中國現(xiàn)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(jì)的飛速發(fā)展使得對能源的需求急劇增加。據(jù)介紹，15家商業(yè)規(guī)模的煤液化工廠的總產(chǎn)量將可以替代中國2020年石油進(jìn)口量的15%。
當(dāng)今，人類石油需求量逐年增多，而世界的石油開采儲量逐年下降，兩個(gè)曲線之間會形成一個(gè)越來越大的空位?！褐朴汀憧梢蕴钛a(bǔ)這個(gè)空位。”“煤制油”技術(shù)有助于中國擺脫對進(jìn)口原油和石油產(chǎn)品的過度依賴，從而提高能源安全。從中國的能源結(jié)構(gòu)來看，中國具備開發(fā) ‘煤制油’產(chǎn)業(yè)的各種戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)因素?！?/span>
參考資料
[1]
我國首套百萬噸級煤間接液化制油項(xiàng)目投產(chǎn) · 電纜網(wǎng)[引用日期2015-09-16]
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