煤化工技术之二---煤炭液化技术及其发展

    我国煤炭资源丰富，煤类齐全，发展现代煤转化技术，对发挥资源优势、优化终端能源结构、大规模补充国内石油供需缺口有现实和长远的意义，国家“十五”能源科技和能源建设计划对发展煤化工给予充分的重视，煤化工面临新的市场需求和发展机遇。煤炭液化作为煤化工重要领域之一，其对于煤化工发展同样重要。下面就煤炭液化技术作一个介绍。

　煤炭液化指煤经化学加工转化成烃类液体燃料和化工原料的过程，煤炭液化的主要方法分为煤的直接液化和煤的间接液化二大类。
　煤炭液化除为了生产石油代用品外，还可以用于精制煤炭获得超纯化学煤，作炭素制品、炭纤维、针状焦的原料和粘结剂等，也可制取有机化工产品等，为发展碳一（C1）化学，改变有机化工结构综合利用范围开辟了新途径。
　　

    一、煤炭液化技术
 （一）直接液化
　煤炭直接液化在早期工业化基础上，结合煤液化催化剂、供氢溶剂、溶剂重质化及主要设备的研究和改进，使反应压力从70MPa降低到10MPa, 反应时间从1h以上减少到几分钟，并有几十种煤直接液化方法，其中的先进工艺技术已完成了50~600t/d煤大型中试，设计出日生产5万桶合成原油的煤直接萃取化工厂。
　煤炭液化技术研究在中国始于20世纪70年代，并通过“六五”、“七五”科技攻关和国际合作，煤炭科学研究总院北京煤化学研究所建立了煤炭直接液化实验室，对各煤种进行煤炭直接液化工艺条件研究。
　1997-2000年，煤炭科学研究总院分别与美国、德国、日本等有关机构合作，完成了神华煤、云南先锋煤和黑龙江依兰煤直接液化示范工厂的初步可行性研究。目前中国对煤炭直接液化和间接液化都已经有了较好的技术基础。
　中科院山西煤化所2006年已完成了2000吨/年煤炭间接液化工业试验。中国科学院经过多年的研究和攻关，于6月建成投产了设计规模为年产千吨级合成油的煤炭间接液化中试厂。该装置现在运行平稳，技术指标比较先进，试验取得可喜进展。其主要特点是：采用浆态床反应器，在线补加催化剂，反应条件控制和产品分布稳定；催化剂的制造成本比较低；系统的H2/CO比值波动弹性范围大，适应性强、操作灵活性大；甲烷化率低，系统反应效率高；合成油产品中约70%以上为石蜡烃，柴油十六烷值高达70。
　潞安煤基合成油示范厂采用中科院山西煤化所技术，浆态床反应器、F-T合成催化剂、油品加工和系统集成全部由国内自主研制。示范厂位于潞安集团屯留煤—油—电循环经济园区内，生产规模为16万吨/年，主要产品为柴油、石脑油、LPG及少量混合醇燃料。建成年产800万吨/年的屯留煤矿、入洗原煤800万吨/年的模块选煤厂，装机容量2×135MW的屯留矸石热电厂2006年建成投产，园区内还将建设6万kW的燃汽轮机机组及IGCC系统。
　神华集团在对国内外煤直接液化技术认真比选的基础上,采用众家之长和成熟的单元工艺技术,开发出神华自己的煤液化工艺路线和催化剂合成技术。以无水无灰基煤计,C4以上油收率为57%～58%,油品重馏分增多,更有利于柴油产品的生产。催化剂表现出非常高的活性，具有生产流程简单、操作平稳方便、投资小、运行成本低等优点。神华集团承担的“煤直接液化关键技术”研究是国家“863计划”项目，目前已经取得满意成果，开发出了具有自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”。
 （二）煤间接液化
　煤的间接液化，除了在南非发展改良的F–T合成工厂经外，还开发出甲醇转变成优质汽油的Mobil法，随着合成反应器的改进和合成复合催化剂的研制成功，开发出合成气直接合成汽油的一段和二段新的工艺技术，简化了工艺过程，降低了产品成本。
　间接液化有两种：一是煤炭间接液化是指以煤为原料先经气化制合成气(CO+H2)，再在催化剂的作用下，经F-T(费托)合成，生成烃类产品和化学品的过程。二是煤经过甲醇，再在催化剂作用下生产油品。
　煤间接液化即F-T合成，已有70多年历史，1923年，FISCHER和TROPSCH采用合成气合成了含氧的有机化合物，1943年实现工业化。1956年F-T合成技术在南非形成了规模化工业生产，是成熟可靠的煤液化技术，在南非已建成了三个大厂。SASOL已成为世界煤化工装置的典范。荷兰Shell公司的SMDS技术，由合成石蜡烃(HPS)和石蜡烃的加氢裂解或加氢异构化(HPC)两个反应过程制取发动机燃料；美国Mobil公司的MTG合成技术，将甲醇转娈成优质汽油，也建有工业化装置。国外还有一些先进的合成技术，如丹麦Topsoe公司的Tigas法和美国Mobil公司的STG法等，但都未商业化。
　二、液化用煤
　煤中燃质的元素组成是评价原料煤的重要指标。许多研究工作表明：氢含量高、氧含量高、碳含量低的煤，转化为低分子产物的速度快，特别是原料的H/C原子比越高，其转化率越高，液体油收率也增加。在煤化过程中，煤的元素组成不断发生变化，H/C原子比不断降低。因此，总的来讲，腐泥煤比腐植煤容易加氢液化；对腐植煤，煤化程度越深，破坏程度就越重。
　三、煤炭液化项目进展
　(一)直接液化
　2003年9月，神华集团与上海电气集团和上海华谊集团共同出资，在上海组建了神华煤制油研究中心有限公司，主要从事煤直接液化技术开发工作。2004年9月建立了神华煤制油中试基地（上海吴泾）。2005年1月7日，神华煤制油中试装置（PDU）建成，正式投煤试运行，获得试验油品，并按照计划顺利开车和安全停车，PDU工艺流程全面打通。
　神华集团公司500万吨/年的煤直接液化项目于2004年8月动工，计划2007年投产，一期建设100万吨/年直接液化工业化示范装置。该生产线的建成和投产，将对我国煤直接液化的产业化发展起到重要的示范和促进作用。
　（二）间接液化
　中国煤间接液化技术研发已有20多年，中科院山西煤化所2002年建成1000吨/年的合成油品开发装置，经多次运行取得了成果。山东兖矿集团有限公司采用先后开发了低温法和高温法间接液化技术。低温法技术己建成5000吨级实验装置，并打通流程。高温法万吨级实验装置正在进行设计，估计2006年年底完成。
　煤间接液化大规模商业化生产在国外是成熟的，引进技术建设大型工厂的风险不大。2004年初，国家发改委成立了中国煤炭间接液化项目对外谈判工作组（CCWT），负责有关煤制油项目的对外合作事宜。作为CCWT成员，神华集团、宁夏煤业集团都在建设320万吨/年的间接液化项目的前期研究方面取得进展，2个项目均拟以引进国外成熟的大型合成油技术为主，主要产品为发动机燃料油和石油化工替代产品，预计于2008～2010年前完成项目建设。