煤制油工藝技術(shù)研究

秦怡晨

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

我國是一個(gè)煤炭資源十分豐富的國家，煤炭總量占全世界煤田資源的12%，煤田面積達(dá)到了55萬km2，位居世界前列。石油被譽(yù)為工業(yè)的血液，廣泛應(yīng)用在社會各個(gè)方面，是國家的戰(zhàn)略物資，石油資源關(guān)系到國家的能源安全。我國是一個(gè)石油資源十分匱乏的國家，同時(shí)又是石油消耗大國。2019年，我國原油凈進(jìn)口量突破5億t，原油和石油對外依存度雙破70%。石油進(jìn)口容易受到其他國家政治因素、運(yùn)輸路線等問題的干擾。為了緩解石油緊張的局面，需要開發(fā)新的能源代替石油資源。通過煤制油工藝，可以將煤炭資源轉(zhuǎn)化為石油資源或者化工產(chǎn)品，滿足國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需的石油化工能源。

1 煤制油工藝概述

煤制油工藝就是將煤炭經(jīng)過化學(xué)加工生產(chǎn)處理，將煤炭轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、乙烯等石油化工產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。煤制油工藝技術(shù)主要是通過對煤直接或者間接加氫。讓其轉(zhuǎn)化為混合烴類液體燃料或者甲醇。目前我國煤制油工藝主要有煤直接液化工藝技術(shù)和煤間接液化工藝技術(shù)。

1.1 煤直接液化工藝技術(shù)

煤直接液化工藝技術(shù)是在高溫高壓環(huán)境下，加入氫氣讓煤炭直接液化為液態(tài)烴類燃料，并經(jīng)過脫硫、脫氮、脫氧等處理，將煤炭直接轉(zhuǎn)化為汽油、柴油等石油產(chǎn)品。這種工藝對煤炭的種類要求比較高，對處理工藝的反應(yīng)條件和操作條件要求比較嚴(yán)格，氣化處理后的芳烴、硫化物和氮等雜質(zhì)的含量比較高，在發(fā)動機(jī)上直接點(diǎn)燃的可能性比較低。但是這種工藝的生產(chǎn)效率比較高，1 t優(yōu)質(zhì)的原煤可以直接生產(chǎn)出0.5 t～0.6 t成品油，因此在煤制油工藝中占有重要地位。目前發(fā)達(dá)國家的煤直接液化技術(shù)主要有德國IGOR公司和美國HTI公司研發(fā)的兩段催化液化工藝。我國從1980年開始研制煤直接液化技術(shù)，并先后建立了煤直接液化和油品改質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過對我國上百種煤種進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，一共篩選出了15種高品質(zhì)適合液化的煤炭，并研發(fā)了煤直接液化催化劑，液化效率超過了50%，我國云南先鋒煤液化廠每年液化煤炭257 t，氣化氫用煤253萬t[1]。近年來，我國不斷加大煤制油工藝技術(shù)的研發(fā)，并取得了一定的成效。

1.2 煤間接液化工藝技術(shù)

煤間接液化工藝技術(shù)首先需要對原煤進(jìn)行氣化，再進(jìn)行凈化處理，得到H2和CO。然后在270 ℃～350 ℃的溫度下添加催化劑，生成石油成品或者產(chǎn)品。煤間接液化技術(shù)需要先將煤進(jìn)行氣化，并通過脫硫、脫氮、脫氧處理，然后經(jīng)過水煤氣反映，最后Fischer-Tropsch催化反應(yīng)生成液化燃料。這種間接液化工藝的流程復(fù)雜，且生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)1 t石油產(chǎn)品需要5 t～7 t煤炭[2]。但是這種間接液化技術(shù)對煤種的要求比較低，其產(chǎn)物主要有鏈狀烴構(gòu)成，所以得到的十六烷值幾乎不含有硫化物和芳香烴。煤間接液化技術(shù)工業(yè)化最早的國家是南非，南非是一個(gè)多煤少油的國家，煤炭儲量達(dá)到了553.33億t，占南非一次性資源總和的75.6%。因此，南非Sasol公司一年生產(chǎn)液體烴類產(chǎn)品達(dá)到了700多萬單，其中合成石油產(chǎn)品500萬t，每年所需煤炭4950萬t。我國煤炭液化技術(shù)處于初步發(fā)展階段，2015年，陜西未來能源化工有限公司投產(chǎn)了百萬級煤間接液化項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是我國自主研發(fā)的低溫費(fèi)托合成技術(shù)，低溫費(fèi)托合成產(chǎn)物中的正構(gòu)烴含量比較高，重質(zhì)蠟等重組分產(chǎn)量大，可以將其加氫、分子蒸餾等工藝產(chǎn)生高硬蠟、高清潔柴油、高檔潤滑油，基礎(chǔ)潤滑油的油品可以達(dá)到III類以上。與國內(nèi)外其他間接液化技術(shù)相比，低溫費(fèi)托合技術(shù)的催化劑耗量低，只有國外同類型產(chǎn)品的30%左右；柴油選擇性高，可選擇性超過了70%，高于國內(nèi)同類技術(shù)30%；合成反應(yīng)器的強(qiáng)度大，是同類直徑反應(yīng)器產(chǎn)能的1.5倍；煤炭轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到99%，熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱效率超過了90%。

2 煤制油工藝技術(shù)分析

煤炭直接液化和間接液化過程，對煤進(jìn)行液化處理的工藝不同，則最終得到的成品油也不一樣。對這兩種煤制油工藝技術(shù)的分析主要從技術(shù)、成本、環(huán)保性能三個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 技術(shù)對比

煤直接液化時(shí)需要在高溫高壓的環(huán)境，生產(chǎn)制造過程中對液化的溫度和壓力要求比較高。同時(shí)對煤炭的種類要求比較嚴(yán)格，在生產(chǎn)過程中還需要?dú)錃馊軇┳鳛榇呋瘎?，降低煤炭液化過程中的能耗消耗。煤間接液化技術(shù)，首先需要將煤進(jìn)行氣化并經(jīng)過加氫液化，將費(fèi)托合成技術(shù)和分子篩合技術(shù)結(jié)合在一起，采用固定床合成工藝，才能最終得到合格的石油產(chǎn)品。煤間接液化后的輕質(zhì)油品，可以直接添加到柴油汽車，同時(shí)汽車尾氣排放量可以達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此滿足煤間接液化工藝生產(chǎn)要求，可以生產(chǎn)出合格的油品。想要達(dá)到石油產(chǎn)品的質(zhì)量。煤間接液化工藝對生產(chǎn)過程中的溫度和壓力要求沒有煤直接液化技術(shù)高，對煤炭的種類和質(zhì)量要求沒有直接液化工藝高，因此生產(chǎn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)比較低[3]。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益對比

煤直接液化工藝技術(shù)成本低，液化效率比較高，1 t煤炭可以得到0.5 t～0.6 t油品，其生產(chǎn)工藝簡單，只需要對原煤進(jìn)行液化就可以得到石油化工產(chǎn)品，且所需的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，單臺設(shè)備的生產(chǎn)能力比較高，但是大部分裝置需要從國外進(jìn)口，維修成本比較高，對生產(chǎn)設(shè)備的要求比較高。煤間接液化工藝技術(shù)需要經(jīng)過氣化、凈化、水煤氣反應(yīng)以及催化反應(yīng)，才能得到可燃性燃料。工藝流程比較復(fù)雜，一定程度上增加了生產(chǎn)成本，煤液化效率比較低，1 t原煤液化處理后產(chǎn)出0.2 t～0.4 t成品油，產(chǎn)出率比較低。但是間接液化技術(shù)對煤種的要求比較比較低，不依賴于某一種煤種，反應(yīng)過程中對操作條件和環(huán)境要求比較低，合成條件比較溫和，生產(chǎn)出來的液化油成分比較簡單，副產(chǎn)品的附加價(jià)值比較高[4]。

2.3 工藝環(huán)境

煤直接液化工藝和煤間接液化工藝技術(shù)對生產(chǎn)環(huán)境的要求不同，煤直接液化技術(shù)需要在高溫高壓條件下完成，生產(chǎn)工藝環(huán)境要求比較嚴(yán)格；煤間接液化的溫度控制在270 ℃～350 ℃的溫度和0.25 MPa的壓力下完成生產(chǎn)加工過程，煤間接液化工藝主要集中在中低溫環(huán)境下，由此看出這兩種工藝其實(shí)具有一定的互補(bǔ)性。煤直接液化工藝流程中對反應(yīng)條件、催化劑的選擇要求比較嚴(yán)格，還需要進(jìn)一步優(yōu)化空間，降低反應(yīng)條件和操作標(biāo)準(zhǔn)；煤間接液化技術(shù)的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，因此需要優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，提高煤氣化效率和產(chǎn)量[5]。目前我國的煤制油工藝技術(shù)存在設(shè)備折舊率高、生產(chǎn)過程中水資源消耗比較大，能源轉(zhuǎn)化率低，CO2等廢物排放量高等問題，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)先進(jìn)煤氣化技術(shù)的研發(fā)，提高整個(gè)煤氣化效率，降低整個(gè)煤制油生產(chǎn)工藝的成本。

3 結(jié)語

煤制油工藝技術(shù)我國石油資源的有效補(bǔ)充，有利于充分發(fā)揮我國煤炭能源的優(yōu)勢，降低我國石油能源對國外的依賴度，確保我國石油資源的戰(zhàn)略安全。但是我國的煤制油工藝生產(chǎn)過程中，還存在不少問題，煤制油氣化效率低、投資成本大、油品質(zhì)量不高等問題，因此還需要進(jìn)一步加強(qiáng)煤制油工藝技術(shù)的研究，研究兩種技術(shù)的優(yōu)勢、劣勢，加快煤制油工藝技術(shù)的優(yōu)化，提高煤制油工藝技術(shù)的氣化效率和生產(chǎn)效率，降低油品的質(zhì)量和附加價(jià)值。