我國煤制油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向

崔山山

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

引 言

很長時(shí)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(jié)構(gòu)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(fā)手段成為了一個(gè)重要的戰(zhàn)略選擇。我國從20世紀(jì)80年代至今，煤炭清潔技術(shù)轉(zhuǎn)化研究不斷獲得突破，經(jīng)歷了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)開發(fā)，再到工業(yè)示范的多個(gè)階段。隨著一大批現(xiàn)代化的項(xiàng)目集中投產(chǎn)，我國的煤制油產(chǎn)業(yè)也邁入了正軌。未來階段，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，煤制油工業(yè)的走向又當(dāng)如何進(jìn)行成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。

1 煤制油發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 當(dāng)前煤制油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已取得顯著成效

我國煤制油產(chǎn)業(yè)擁有相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)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(qū)已經(jīng)建成了示范項(xiàng)目，在技術(shù)上完全實(shí)現(xiàn)了自主，使我國在國際市場站穩(wěn)了腳跟。2018年，我國煤制油產(chǎn)量超過了800萬t。

1.2 高質(zhì)量的產(chǎn)品

煤制油產(chǎn)品屬于高清潔燃料，其化學(xué)組分硫、氮、芳烴含量較低，燃燒產(chǎn)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(diǎn)低、低重量等優(yōu)勢，因此在軍用和民用航空飛行器中應(yīng)用廣泛，尤其對于極端天氣條件下的火箭、飛機(jī)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。間接液化的油產(chǎn)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(zhì)量，減少污染物排放。由此可見，煤的液化油品已經(jīng)形成了一系列多用途的產(chǎn)品。

1.3 產(chǎn)業(yè)布局規(guī)模化

目前來說，我國的大型煤制油項(xiàng)目多集中在西北地區(qū)，這些地方具有豐富的煤炭資源有利于企業(yè)的長期發(fā)展。煤化工項(xiàng)目多以集中式大規(guī)模的布局進(jìn)行建設(shè)，例如已經(jīng)形成的鄂爾多斯煤化工產(chǎn)業(yè)區(qū)、新疆準(zhǔn)東煤制油產(chǎn)業(yè)基地等等[1]。

2 煤制油技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 直接液化技術(shù)

煤直接液化的原理：在特定的反應(yīng)條件下，煤發(fā)生催化加氫反應(yīng)，生成油品和少量氣態(tài)烴類，與此同時(shí)將煤中的氮、氧、硫等雜原子脫出。煤的直接液化技術(shù)源于德國，第一代工藝生產(chǎn)線在30年代實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但是反應(yīng)條件非?？量?。之后，到70年代、21世紀(jì)分別發(fā)展起來了第二代、第三代煤直接液化技術(shù)。其中，德國IGOR技術(shù)、美國HTI工藝、中國神華自主研發(fā)的技術(shù)使用最為廣泛，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)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(yīng)、高溫分離、加氫精制、產(chǎn)品分離。其中，液化反應(yīng)使用黃鐵礦或赤泥作為催化劑，反應(yīng)壓力在30 MPa，反應(yīng)溫度處于350 ℃～420 ℃。加氫精制使用固定窗作為反應(yīng)器，反應(yīng)過程使用與液化時(shí)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(yīng)器的產(chǎn)物進(jìn)低溫分離器，底部的混合物，在進(jìn)入蒸餾塔后分離為各類產(chǎn)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(yīng)器，以膠鐵基作為催化劑，其反應(yīng)流程與IGOR工藝類似，其中液化反應(yīng)采用內(nèi)循環(huán)沸騰床，反應(yīng)條件相比IGIR工藝要求較低，溫度處于427 ℃～455 ℃，反應(yīng)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(yōu)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(yīng)器所用均具有性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以有效提高成漿性。

3) 具有相對溫和的反應(yīng)，且無需技術(shù)水平較高，質(zhì)量較高的設(shè)備，比較符合基層。

4) 超臨界萃取技術(shù)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(tuán)自主開發(fā)的直接液化工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)化，并于2008年實(shí)現(xiàn)了全球首套百萬噸級(jí)煤液化工藝裝置的投產(chǎn)。還技術(shù)在多個(gè)國家獲得了多項(xiàng)專利，其工藝技術(shù)優(yōu)勢主要有以下幾個(gè)方面：

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

2) 采取了預(yù)加氫工藝，使用的溶劑穩(wěn)定性良好、成漿性良好，使可制備總固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升到55%的煤漿，且煤漿粘度較低流動(dòng)性較好。

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

4) 懸浮床溶劑加氫反應(yīng)，讓催化劑得到了及時(shí)更新，降低了反應(yīng)器原料質(zhì)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(fèi)托合成為重點(diǎn)。就目前的情況來講，間接液化工藝已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，其中以Sasol公司、山西中科院、上海兗礦集團(tuán)等層面為代表，他們通過多次研究優(yōu)化，有效實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的目的。其中3套間接液化系統(tǒng)作為Sasol公司在世界上最早投入工業(yè)生產(chǎn)的費(fèi)托合成工藝，3套間接液化系統(tǒng)作用均不同，其中Sasol-Ⅰ廠主要負(fù)責(zé)柴油、石蠟生產(chǎn)工藝，故為了優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，給予固定床和流化床反應(yīng)器，隨著時(shí)代變化，逐漸由漿態(tài)床反應(yīng)器取代，之后是Sasol-Ⅱ廠和Sasol-Ⅲ廠，這兩套系統(tǒng)，雖然均負(fù)責(zé)汽油、烯烴生產(chǎn)工藝，所以給予了最為先進(jìn)的氣相流化床反應(yīng)器，相對比Sasol-Ⅰ，Sasol-Ⅱ廠和Sasol-Ⅲ廠工業(yè)產(chǎn)能更高。總體來說，間接液化工藝就是將反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，化繁為簡，進(jìn)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(xiàng)工藝也不例外，傳質(zhì)阻力較高。

3 煤制油技術(shù)的應(yīng)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(yè)發(fā)展的絆腳石。截止目前，我國石油儲(chǔ)備對外依賴程度依然很高，比率達(dá)到了70%，這對國家能源安全來說是一個(gè)巨大的威脅。在很大程度上，煤制油技術(shù)的應(yīng)用緩解了我國依賴石油存儲(chǔ)的這一問題，且伴隨技術(shù)的成熟，煤制油已經(jīng)可以生產(chǎn)高質(zhì)量的柴油，航空油，汽油，特種油等。這一現(xiàn)狀大大保障了我國對燃油的內(nèi)需要求。煤制燃料油技術(shù)以煤炭為起始原料，通過物化反應(yīng)過程還可以制備各類其他有機(jī)材料，同時(shí)，煤制油技術(shù)的不斷進(jìn)步，為穩(wěn)定全球石油價(jià)格起到了重要作用[3-4]。

4 煤制油工藝技術(shù)發(fā)展方向

4.1 項(xiàng)目升級(jí)，應(yīng)對挑戰(zhàn)

當(dāng)前，國際油價(jià)極為動(dòng)蕩，2014年下旬至2017年全球油價(jià)更是出現(xiàn)了斷崖式下跌，這對煤制油的經(jīng)濟(jì)效益造成了嚴(yán)重了影響。面對大量的市場不確定因素，企業(yè)繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過技術(shù)革新降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的綜合競爭力。

4.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，油品質(zhì)量升級(jí)

當(dāng)前，隨著環(huán)保指標(biāo)的提高，汽車消費(fèi)燃油的比率逐年下降，柴汽消費(fèi)更是從2.17下降到1.2左右。此外，我國汽車油品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整不斷加快，全國已全面實(shí)施國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)車使用汽柴油。為此，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升油品質(zhì)量，將重心調(diào)整到清潔汽油、航空用油方面，成為了企業(yè)得以穩(wěn)定生存的一個(gè)必要選項(xiàng)[5]。

4.3 控制產(chǎn)能，推動(dòng)改革

以往數(shù)據(jù)調(diào)查和數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢，發(fā)展到2020年結(jié)束時(shí)，8.7億t是煉油能力提升的保守?cái)?shù)據(jù)，從原油加工量角度分析，6億t以內(nèi)則是其的保守生產(chǎn)數(shù)據(jù)，甚至過剩產(chǎn)也有一個(gè)驚人的數(shù)據(jù)即1.4億t。因此，政府相關(guān)部分提出了全國控制煤制油的產(chǎn)量，之所以施行這些政策就是為了控制產(chǎn)能，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)過度，向技術(shù)密集型企業(yè)轉(zhuǎn)型。

4.4 技術(shù)革新，提升競爭力

我國已經(jīng)成熟掌握了直接液化和間接液化相關(guān)技術(shù)，并已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，但面對未來能源格局變動(dòng)的不確定性，及時(shí)調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步完善生產(chǎn)工藝、突破技術(shù)難關(guān)、投入更多的資源加大清潔型燃油的開發(fā)對提升企業(yè)的競爭力極為關(guān)鍵。

4.5 理性思考，平衡發(fā)展

煤制油與石油化工相比，其投資成本更高，并且在生產(chǎn)中會(huì)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(chǎn)業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)。當(dāng)全球油價(jià)下跌時(shí)，煤制油企業(yè)會(huì)比石油化工企業(yè)面臨更多的壓力。因此，為了發(fā)揮我國煤炭資源優(yōu)勢，相關(guān)政策應(yīng)當(dāng)給予煤制油企業(yè)更多扶持，幫助行業(yè)健康高效的發(fā)展。

5 結(jié)論

煤制油技術(shù)的發(fā)展對于我國能源安全的確擁有著重大意義，煤制油技術(shù)為能源供應(yīng)側(cè)提供了更多選項(xiàng)，對于經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展具有積極作用，筆者通過對煤制油技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用、現(xiàn)狀進(jìn)行論述，提出了一些對未來煤制油產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的建議，以期為行業(yè)進(jìn)步提供參考。