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煤制油
以煤炭為原料生產油品的技術
基本信息
簡介
煤制油
政策
從2006年到2011年，國家?guī)缀趺磕甓家雠_一個關于煤化工的指導文件：2006年，發(fā)改委連發(fā)兩道禁令——“不批準年產規(guī)模在300萬噸以下的煤制油項目”以及“在國家煤炭液化發(fā)展規(guī)劃編制完成前，暫停煤炭液化項目核準”；2008年8月4日，發(fā)改委再次發(fā)布《關于加強煤制油項目管理有關問題的通知》，明確指出煤制油項目投資風險大，不能一哄而起，全面鋪開；2009年年底，國務院下發(fā)了《關于抑制部分行業(yè)產能過剩和重復建設引導產業(yè)健康發(fā)展若干意見的通知》，抑制煤化工產業(yè)的盲目發(fā)展。
間接液化
技術梗概
煤的間接液化工藝就是先對原料煤進行氣化，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油品或化工產品。即先將煤氣化為合成氣(CO+H2)，合成氣經脫除硫、氮和氧凈化后，經水煤氣反應使H2/CO比調整到合適值，再Fischer-Tropsch催化反應合成液體燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反應合成柴油工藝包括：煤的氣化及煤氣凈化、變換和脫碳；F-T合成反應；油品加工等3個步驟。氣化裝置產出的粗煤氣經除塵、冷卻得到凈煤氣，凈煤氣經CO寬溫耐硫變換和酸性氣體脫除，得到成分合格的合成氣．合成氣進入合成反應器，在一定溫度、壓力及催化劑作用下，H2和CO轉化為直鏈烴類、水及少量的含氧有機化合物．其中油相采用常規(guī)石油煉制手段，經進一步加工得到合格的柴油。F-T合成柴油的特點是：合成條件較溫和，無論是固定床、流化床還是漿態(tài)床，反應溫度均低于350℃，反應壓力為2.0~3.0MPa，且轉化率高。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)，而且反應及操作條件溫和。間接法雖然流程復雜、投資較高，但對煤種要求不高，產物主要由鏈狀烴構成，因此所獲得的十六烷值很高，幾乎不含硫和芳香烴。
由煤炭氣化生產合成氣、再經費-托合成生產合成油稱之為煤炭間接液化技術?！懊禾块g接液化”法早在南非實現(xiàn)工業(yè)化生產。南非也是個多煤缺油的國家，其煤炭儲藏量高達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和費-托法合成技術，生產汽油、煤油、柴油、合成蠟、氨、乙烯、丙烯、α-烯烴等石油和化工產品。南非費-托合成技術現(xiàn)發(fā)展了現(xiàn)代化的Synthol漿液床反應器。薩索爾（Sasol）公司現(xiàn)有二套“煤炭間接液化”裝置，年生產液體烴類產品700多萬噸（薩索爾堡32萬噸/年、塞庫達675萬噸/年），其中合成油品500萬噸，每年耗煤4950萬噸。累計的70億美元投資早已收回?，F(xiàn)年產值達40億美元，年實現(xiàn)利潤近12億美元。
技術發(fā)展
當前，我國己投入工業(yè)化示范的煤制油項目有5個，產能達160萬噸。根據(jù)煤制油項目進展情況和幾個煤制油企業(yè)規(guī)劃，到2015年煤制油產能可達1200萬噸，2020年可達3300萬噸的規(guī)模。
預計，按照高中低三種增速計算，到2015年我國煤制油的生產規(guī)模分別達到600萬噸/年、1000萬噸/年、1200萬噸/年。到2020年高增長情景下可達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)中試點階段。數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，截至2012年底，已經投產的項目中煤制油總產能為170萬噸/年，其中神華集團居于主導地位，占總產能的74%。根據(jù)煤制油項目投產企業(yè)的占比，推算出2012年中國煤制油項目生產油品的總規(guī)模達到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80年代開始進行鐵基、鈷基兩大類催化劑費-托合成油煤炭間接液化技術研究及工程開發(fā)，完成了2000噸/年規(guī)模的煤基合成油工業(yè)實驗，5噸煤炭可合成1噸成品油。據(jù)項目規(guī)劃，一個萬噸級的“煤變油”裝置可望在未來3年內崛起于我國煤炭大省山西。中科院還設想到2008年建成一個百萬噸級的煤基合成油大型企業(yè)，山西大同、朔州地區(qū)幾個大煤田之間將建成一個大的煤“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目已進入實質性開發(fā)階段，計劃2005年建成投產。產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種化工延伸產品。
2015年9月，我國首套百萬噸級煤間接液化制油項目，在位于陜西省榆林市的陜西未來能源化工有限公司投產，并產出了優(yōu)質油品。該項目核心技術采用兗礦集團自主研發(fā)的低溫費托合成專利技術。該技術與國內外同類技術相比，具有諸多優(yōu)勢：噸油品催化劑消耗低，為國內外同類催化劑消耗的30%左右；柴油選擇性高，柴油收率達75%以上，比國內同類技術高30%以上；費托合成反應器生產強度大，是同類直徑反應器產能的1.5倍；碳轉化率高，煤氣化單元采用兗礦集團與華東理工大學共同研發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術，碳轉化率高達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)略對間接液化技術的迫切需要，2001年國家科技部”863”計劃和中國科學院聯(lián)合啟動了”煤制油”重大科技項目。兩年后，承擔這一項目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要進展。與我們常見的柴油判若兩物的源自煤炭的高品質柴油，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75以上，具有高動力、無污染特點。這種高品質柴油與汽油相比，百公里耗油減少30%，油品中硫含量小于0．5×10－6，比歐Ⅴ標準高10倍，比歐Ⅳ標準高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目可行性研究，進入實地評估階段。推薦的三個廠址為內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內的上灣、馬家塔、松定霍洛。該神華煤液化項目是2001年3月經國務院批準的可行性研究項目，這一項目是國家對能源結構調整的重要戰(zhàn)略措施，是將中國豐富的煤炭能源轉變?yōu)檩^緊缺的石油資源的一條新途徑。該項目引進美國碳氫技術公司煤液化核心技術，將儲量豐富的神華優(yōu)質煤炭按照國內的常規(guī)工藝直接轉化為合格的汽油、柴油和石腦油。該項目可消化原煤1500萬噸，形成新的產業(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、煤氣等下游產品。這項工程的一大特點是裝置規(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。預計年銷售額將達到60億元，稅后凈利潤15.7億元，11年可收回投資。
甘肅煤技術突破
甘肅煤田地質研究所煤炭轉化中心自主研發(fā)的配煤液化試驗技術取得重大突破。由于配煤液化技術油產率高于單煤液化，據(jù)測算，采用該技術制得汽柴油的成本約1500元/噸，經濟效益和社會效益顯著。此前的煤液化只使用一種煤進行加工，甘肅煤炭轉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，設定溫度為440℃、時間為60秒進行反應，故稱為“配煤液化”。試驗證明，該技術可使煤轉化率達到95.89%，使油產率提高至69.66%，所使用的普通催化劑用量比單煤液化少，反應條件相對緩和。
其他
技術總結
潔凈煤技術的開發(fā)利用正處方興未艾之勢，我國應加大煤炭氣化技術、煤間接液化和煤直接液化技術的開發(fā)和推行力度，并引進吸收消化國外先進技術，將我國潔凈煤技術和應用水平提到一個新的高度，為我國能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出新的貢獻。
煤變油的開發(fā)
發(fā)達國家不搞煤變油的歷史
據(jù)了解，目前南非擁有一套年產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%的運輸油料。其實美、德、日等發(fā)達國家也都有成熟技術，但它們?yōu)槭裁礇]有投入工業(yè)化生產？
據(jù)介紹，早在上世紀30年代末，由于石油緊缺，德國就開始研究煤制油技術。二戰(zhàn)前，德國已建成17個工廠，生產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，再搞煤變油在經濟上就很不合算。直到1973年，中東實行石油禁運，油價被炒高，達到每桶30多美元（相當于現(xiàn)在價格80多美元），這時，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，并建設了試驗工廠。但是，在這些國家，煤變油始終沒有真正投入商業(yè)運行。這是為什么呢？
據(jù)專家測算，當原油價格在28美元以上，煤變油在經濟上就比較劃算；低于這個價格，煤制油就不劃算。因此，上世紀80年代中期至90年代中期，國際油價一直處在低位，煤變油自然不會受到重視。但是，各國技術已相當成熟，可以說倚馬可待，只要市場需要，就可進行大規(guī)模工業(yè)化。直到最近兩年，國際油價一再攀升，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、意大利也開始進行合作研發(fā)。但從項目啟動到開工建設，至少需要5年準備時間，而油價頻繁變動，時高時低，人們往往反應滯后，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的主方向專家認為，在我國搞煤變油有著顯著的優(yōu)勢。我國富煤少油，近年來隨著經濟的發(fā)展，進口原油逐年攀升，從1993—2003年10年間，年均遞增15%以上，進口依存度越來越高。10年間，我國進口原油增長9.18倍，每年花去大量外匯。由于油價上漲，2004年進口原油比上年多支付550億元人民幣。因此，專家認為，從我國能源安全的戰(zhàn)略角度考慮，也應該努力想辦法，從多元化出發(fā)，解決能源長期可靠供應問題，而煤變油是可行途徑之一。
同時，中國是產煤大國，西部產煤成本（特別是坑口煤）相對較低。神華集團副總經理、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。
煤制油技術意義
早在20世紀30年代，第一代煤炭直接液化技術—直接加氫煤液化工藝在德國實現(xiàn)工業(yè)化。但當時的煤液化反應條件較為苛刻，反應溫度470℃，反應壓力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，技術上具備建廠條件，只是由于經濟上建設投資大，煤液化油生產成本高，而尚未工業(yè)化。1973年的世界石油危機，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，具有反應條件緩和、油收率高和油價相對較低的特點。目前世界上典型的幾種煤直接液化工藝有：德國IGOR公司和美國碳氫化合物研究（HTI）公司的兩段催化液化工藝。我國煤炭科學研究總院北京煤化所自1980年重新開展了煤直接液化技術研究，現(xiàn)已建成油品改質加工、煤直接液化實驗室。通過對我國上百個煤種進行的煤直接液化試驗，篩選出15種適合于液化的煤，液化油收率達50%以上，并對4個煤種進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目協(xié)議，并完成了云南煤液化廠可行性研究報告。液化廠建成后，可年產汽油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，合計用原煤510萬噸。
目前，中國石油開采遠遠滿足不了對石油高速增長的需求，造成對進口原油和石油產品的過度依賴。同時，進口容易受到出口國家政治經濟是否穩(wěn)定、運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注。
南非在這方面走在了世界前列。當時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)機會，使原本過度依賴農業(yè)與采礦業(yè)的國民經濟實現(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，特點就是“富煤少油”，特別是經濟的飛速發(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量將可以替代中國2020年石油進口量的15%。
當今，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，兩個曲線之間會形成一個越來越大的空位。‘煤制油’便可以填補這個空位?！薄懊褐朴汀奔夹g有助于中國擺脫對進口原油和石油產品的過度依賴，從而提高能源安全。從中國的能源結構來看，中國具備開發(fā) ‘煤制油’產業(yè)的各種戰(zhàn)略驅動因素。”
參考資料
[1]
我國首套百萬噸級煤間接液化制油項目投產 · 電纜網[引用日期2015-09-16]
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