煤直接和间接液化生产燃料油技术

杨晓飞刘亚玲

摘要：我国是煤资源丰富而石油资源相对短缺的国家。随着国民经济的快速发展，我国对油品的需求持续增长，导致了原油进口量的逐年递增，2001年进口原油已占我国原油加工总量的近三分之一，这不仅消耗了大量外汇，也使得国民经济对进口原油的依赖性增加，对我国的国家能源安全构成了威胁。

关键词：煤；直接；间接；液化生产；燃料油

1发展历程

1.1煤直接液化技术

煤直接液化技术始于二十世纪初，1913年德国科学家首先研究了煤高压加氢，并获得了世界上第一个煤液化专利，在此基础上开发了著名的1GFarben工艺。该工艺反应条件较为苛刻，反应温度为470℃，反应压力为70MPa。1927年德国在建立了世界上第一个规模为0.1Mt/a的煤直接液化厂，到第二次世界大战结束时，德国的18个煤直接液化工厂总油品生产能力已达约4.23Mt/a，其汽油产量占当时德国汽油消耗量的50%。第二次世界大战前后，英国、美国、日本、法国、意大利、苏联等国也相继进行了煤直接液化技术的研究。以后由于廉价石油的大量发现，从煤生产燃料油变得无利可图，煤直接液化工厂停工，煤直接液化技术的研究处于停顿状态。20世纪70年代，石油危机发生后，各发达国家投入大量人力物力进行煤直接液化技术的研发，相继开发出多种煤直接液化工艺，但由于从20世纪80年代后期起原油价格在高位维持的时间不长，从煤生产燃料油获利的可能性较低，这些工艺都没有实现工业化。

1.2煤间接液化技术

1923年德国科学家FanrsiFseher和HansTorp-csh发明了将合成气经催化转化为液态烃的方法，简称F一T合成。1936年德国建成世界上第一座煤间接液化工厂，到二战结束时，在德国、法国、日本、中国和美国等共建了16套以煤基合成气为原料的合成油装置。二战以后由于廉价石油的大量发现，从煤生产液体燃料成本变得过高，这些装置先后停产。20世纪50年代，南非联邦受到国际制裁，无法进口石油，为满足对燃料油的需求，根据本国煤的特点，发展了煤间接液化生产燃料油的技术。自1955年以来，陆续建立了3座大型煤间接液化厂，分别是Sasol工，assolll，aSsolm，产品包括发动机燃料、聚烯烃等。目前Sasol公司的煤间接液化工厂仍在运行，并获得可观利润。

2煤液化技术的工艺特征对比分析

2.1煤液化工艺原理对比分析

2.1.1F-T合成

典型煤基F-T合成工艺包括：煤的气化及煤气净化、变换和脱碳：F-T合成反应；油品加工等3个纯“串联”步骤。气体装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气，净煤气经CO2宽温耐硫变换和酸性气体（包括H2S和CO2等）脱除，得到成分合格的合成气。合成气进入合成反应器，在一定温度、压力及催化剂作用下，H2和CO2转化为直链烃类、水以及少量的含氧有机化合物。生成物经三相分离，水相去提取醇、酮、醛等化学品；油相采用常规石油炼制手段（如常、减压蒸馏），根据需要切割出产品馏份，经进一步加工（如加氢精制、临氢降凝、催化重整、加氢裂化等工艺）得到合格的油品或中间的产品；气相经冷冻分离及烯烃转化处理得到LPG、聚合级丙烯、聚合级乙烯及中热值燃料气。F-T合成的特点是：合成条件较温和，无论是固定床、流化床还是浆态床，反应温度均低于350℃，反应压力2.0-3.0MPa；转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60%以上，循环比为2.0时，总转化率即达90%左右。

2.1.2加氢液化

典型的煤直接加氢液化工艺包括：氢气制备、煤糊相（油煤浆）制备、加氢液化反应、油品加工“先串后并”4个步骤。氢气制备是加氢液化的重要环节，可以采用煤气化、天然气转化及水电解等手段，但大规模制氢通常采用煤气化及天然气转化。液化过程中，将煤、催化剂和循环油制成的煤浆，与制得的氢气混合送入反应器。在液化反应器内，煤首先发生热解反应，生成自由基“碎片”，不稳定的自由基“碎片”再与氢在催化剂存在条件下结合，形成分子量比煤低得多的初级加氢产物。出反应器的产物构成十分复杂，包括气、液、固三相。气相的主要成分是氢气，分离后循环返回反应器重新参加反应；固相为未反应的煤、矿物质及催化剂；活这个相则为轻油（粗气油）、中油等馏份油及重油。液相馏份油经提质加工（如加氢精制、加氢形裂化和重整）得到合格的汽油、柴油和航空煤油等产品。重质的液固淤浆经进一步分离得到循环重油和残渣。加氢液化的特点是：液化油收率高，例如采用HTI工艺，我国神华煤的油收率可高达63%-68%；煤消耗量小；馏份油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高；油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低；制氢方法有多种选择，无需完全信赖于煤的气化；反应条件相对较苛刻，现代工艺如IGOR、HTI、NEDOL等液化压力也达到17-30MPa，液化温度430-470℃；液化反应器的产物组成较复杂，液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难，氢耗量大，一般在6%-10%，工艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢深剂，使装置的生产能力降低。

2.2液化工艺对煤种的选择性对比

分析煤基间接液化工艺对煤种的选择性也就是与之相适应的气化工艺对煤种的选择性。气化的目的是尽可能获取以合成气（CO+H2）为主要成分的煤气。目前得到公认的最先进煤气化工艺是干煤粉气流床加压气化工艺，已实现商业化的典型工艺是荷兰Shell公司的SCGP工艺。干煤粉气流床加压气化从理论上讲对原料有广泛的适应性，几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤及石油焦等固体燃料，对煤的活性没有要求，对煤的灰精密仪器融性适应范围可以很宽，对于高灰分、高水分、高硫分的煤种也同样适应。

2.3液化产品的市场适应性对比分析

煤基间接液化产物分布较宽，如SASOL固定流化床工艺，C4以下产物约占总合成产物的44.1%；C5以上产物约占总合成产物的49.7%。C4以下的气态烃类产物经分离及烯烃岐化转化得到LPG、聚合级丙烯、聚合级乙烯等终端产品。C5以上液态产物经馏份切割得到石脑油、a-烯烃、C14-C18烷及粗蜡等中间产品。石脑油经进一步加氢精制，得到高级乙烯料，也可以重整得到汽油a-烯烃不经提质处理就是高级洗涤剂原料，经提质处理得到航空煤油；C14-C18烷不经提质处理也是高品质的洗涤剂原料，通过加氢精制和异构降凝处理即成为高级调和柴油（十六烷值高达75）；粗蜡经加氢精制得到高品质软蜡。加氢液化工艺的柴油收率在70%左右，LPG和汽油约占20%其余为以多环芳烃为主的中间产品。由于加氢液化产物具有富含环烷烃的特点，因此，经提质处理及馏份切割得到的汽油及航空煤油均属于高质量终端产品。另外，加氢液化产物也是生产芳烃化合物的重要原料。实践证明，不少芳烃化合物通过非煤加氢液化途径获取往往较为困难，甚至不可能。国内外的相关研究结果同样已经表明，基于不可逆转的石油资源形势和并不乐观的国际政治形势，在我国发展直接液化工艺，适宜定位在生产燃料油品及特殊中间化学品。

3产品分布比较

根据煤质选择液化工艺是第一条必须遵守的原则，只有这样才能获得好的经济效益。根据市场需求确定煤液化目标产品，根据目标产品选择煤液化工艺是第二条必须遵守的原则。直接液化和间接液化的产品分布是不同的。间接液化时，不同温度、催化剂的F-T工艺如低温浆态床、高温固定床、高温流化床，所得产品分布也是不同的。相对来讲，高温流化床，可生产出附加值较高的石油化工产品群。煤直接液化的目标产品主要是柴油、汽油或石脑油。煤间接液化：（1）固定床液化工艺主要产品是汽油和重质柴油；（2）循环流化床液化工艺主要产品是汽油、烯烃（乙烯、丙烯、丁烯），乙烯、丙烯是最有价值的基本有机化工原料，可以综合加工利用；（3）浆态床液化工艺主要产品是柴油、石脑油、蜡；（4）SMDS中间馏分固定床工艺主要为汽油、石脑油，粗油不裂解可得到柴油和蜡。

总结：煤直接液化中NEDOL法和氢煤法对工艺条件要求差别不大，但NEDOL法的产品油未进行提质加工，导致产品质量低；而氢煤法采用沸腾床催化反应器，可以使催化剂更新和再生，从而使产品质量和产率分布保持恒定不变，操作得以简化。

参考文献：

[1]徐会军，刘治中.煤炭直接液化技术的发展[J].煤炭加工与综合利用，2003（4）.

[2]郭树才.煤化学工程[M].北京：冶金工业出版社，1991.

[3]庞刚生.煤炭液化技术及其发展意义[J].科技情报开发与经济，2006（9）.