煤炭液化技术最新发展报告.doc

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1、_煤炭液化技术的发展摘要 本文分别介绍了煤炭直接液化和间接液化技术及其发展历程，展望了煤炭液化的发展趋势和应用前景。煤炭液化是一种先进的洁净煤技术，主要生产含硫量含氮量和烯烃极低的马达燃料(汽油、优质柴油和航空煤油)、液化石油气、烯烃和芳烃化学品，是“煤代油”的一条重要途径。关键词 煤炭直接间接液化一、前言随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，我国一次能源中石油供需矛盾日益突出，1995年我国的原油进出口量基本持平，轻油(轻油、柴油)净进口量1000万吨，2000年后我国的石油进口已达7000万ta，预计2004年我国石油进口将达到1亿t。石油是重要的战略物资。石油是能源也是宝贵的化

2、工原料。我国已探明的剩余可采储量只有数十亿t，难以满足国民经济高速发展的要求。我国煤炭储量丰富，中国煤炭探明可采储量为世界总量的116，仅次于美国、俄罗斯，居第三位。我国有着丰富的煤炭资源，全国累计探明煤炭保有储量超过1万亿t，经济开采储量达1700多亿t。全国垂深2000m以浅的煤炭资源总量为超过5亿t。我国煤炭资源种类齐全，包括从褐煤到无烟煤各个煤种。在已发现资源中，炼焦煤占2765，动力煤约占7254；动力煤中褐煤占1775，低变质烟煤占4463。煤炭是我国的主要能源，近年来在我国一次能源生产和消费总量中均占70以上。在未来30-50年内，我国一次能源生产、消费中煤炭所占的比重有可能仍将

3、超过50。实践证明，煤炭在生产、运输和使用过程中通过采用洁净煤技术完全可以清洁利用。为此需要增加一些必要的设备、设施和操作费用，但可以得到显著的环境效益和社会效益。总之，在相当长一段时间内煤炭是我国最可靠的、可依赖的、廉价的、可以洁净利用的能源资源。我国煤炭资源中适合煤炭直接液化的褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤等低变质煤占已发现资源量的5813。其中仅神华集团神东煤田的探明储量就高达2300亿t，如果全部液化，可以生产800亿t1000亿t人造石油。可以气化制合成气的煤都是间接液化的原料煤，几乎所有的煤炭资源都可以用于气化。以富煤缺油的南非为例，在国际石油禁运期间，南非的石油供给主要靠煤的

4、间接液化合成油；在解除石油禁运以后，南非的合成油厂为了提高经济效益，增加了化学品的生产比重，但现在其生产的汽油、柴油仍然占南非国内需求的一半左右。在我国，神华煤直接液化项目一期设计生产油品250万ta，二期达到500万ta，远期为1500万ta，神华煤间接液化项目的规模一期生产油品300万ta，二期达到500万ta，远期为1500万ta，神华煤直接液化与间接液化示范工程项目建设完成后将形成3000万ta的油品生产能力。一旦神华一期工程建成投产，将有一批煤炭直接液化厂在国内兴起。国内拟建煤液化厂的有陕西榆林、山东兖州、肥城、云南先锋、内蒙胜利、黑龙江依兰、双鸭山、河南义马、贵州水城、宁夏宁东等煤

5、田或地区，可以预计，未来几十年中国煤炭液化产业发展将大致分布在以神华集团为核心的西北、华北产业区，以云南、贵州为主的西南产业区，以黑龙江省为主的东北产业区，每个产业区可建成若干个相互联系、又独立运行的液化工厂，产量均在每年数百万t或数千万t。我国实现煤液化的产业化必将有助于减轻我国对石油进口的依赖。能源供应是国民经济持续稳定发展的要素，是现代化建设的基础，煤炭液化是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一，煤炭液化技术是我国一项具有战略意义和现实意义的能源技术。二、煤炭液化技术简介煤炭液化是用煤为原料以制取液体烃类为主要产品的技术。煤液化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类。煤的直接液化是煤直

6、接催化加氢转化成液体产物的技术。煤的间接液化是以煤基合成气(CO+H2)为原料，在一定的温度和压力下，定向地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺，包括煤气化制取合成气及其净化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。煤炭液化由于采用的工艺和催化剂的不同，可以生产汽油、柴油、LPG(液化石油气)、喷气燃料，并提取BTX(苯、甲苯、二甲苯)，也可以生产乙烯、丙烯、a烯烃和石蜡等化工原料和产品。煤炭液化可以加工高硫煤，硫是煤直接液化的助催化剂，煤中硫在气化和液化过程中转化成H2S再经分解可以得到元素硫产品1煤炭直接液化工艺煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃，

7、脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。煤炭直接液化生产过程可分为4个主要单元(不包括制氢部分)：煤浆制备单元：将煤破碎至08，挥发分高、活性组分高、灰分低的煤，都具有良好的液化性能。煤液化可以加工高硫煤。（2）催化剂的筛选和研究煤科总院在直接液化催化剂的筛选和研究方面的工作分两部分进行。一是天然矿物催化剂的筛选和微粉碎及其评价，二是高活性催化剂的研制。煤科总院对我国的硫铁矿、钛铁矿、铝厂赤泥、钨矿渣、钼矿飞灰、高炉飞灰等27种天然矿物进行了活性筛选，从中选出了5种活性较高的催化剂，达到或超过了合成硫化铁的催化活性指标。国家863项目研制成功纳米级铁系催化剂，催化活性达到了世界先进水平。（3）煤

8、液化油提质加工的研究利用国产催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，经加氢精制、加氢裂化和重整等工艺的组合，成功地将煤液化油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。（4）工艺技术研究煤科总院对北宿、神木、天祝、先锋等4种煤样进行了工艺条件试验。结果表明，采用铁系催化剂，一段液化工艺的适宜条件是：煤浆在反应器内停留时间不能小于1h，氢浓度应控制在90左右，循环氢流量应控制在Q2m3kg煤，反应温度取决于原料性质和反应压力，一般在440470范围内。新开发的“神华煤直接液化工艺”在2004年5月通过了煤炭协会和石油化工协会组织的技术鉴定，该工艺采用全部供氢性循环溶剂制备煤浆、强制循环悬浮床反应器、减压蒸馏

9、分离沥青和固体，强制悬浮床加氢反应器等成熟单元组合，采用的催化剂是国家“863”项目研制成功的催化剂。“神华煤直接液化工艺”可靠性高，经济性好。3我国煤炭间接液化技术研究开发我国50年代在锦州石油六厂建成2万ta的F-T合成油车间，至60年代中期停产。与此同时，中国科学院大连化物所对F-T合成技术进行了大量研究工作，于1953年建成处理能力为500m3d合成气的中试装置，进行了1500h的运转，取得了与南非SASOL相近的结果，之后拟建处理能力为10万m3d合成气的工艺试验车间，后因大庆油田的开发而终止。我国自八十年代初恢复煤基合成液体燃料的研究开发以来，中科院山西煤炭化学研究所率先开始了合成

10、油的研究开发工作，在分析了国外F-T和MTG工艺的经验基础上，提出了将传统的F-T合成与沸石分子筛特殊形选作用相结合的固定床两段法合成(简称MFT)和浆态床固定床两段合成(简称SMFT)工艺，先后完成了MFT工艺的小试、模试和百t级年中试，取得了油收率较高，油品性能较好的结果，接着进行了2000ta的工业性试验和SMFT工艺的模试，并对自主开发的两类催化剂分别进行了3000h的长周期运行，取得了令人满意的结果。“十五”期间，中科院山西煤炭化学研究所和兖矿集团分别进行1000ta和10000ta的浆态床合成油试验研究。同时，国内其他有关单位也先后开展了F-T合成及改进工艺的研究与开发。清华大学、

11、北京化工大学着重于实验室的基础研究，中科院大连化物所和南京化工研究院则致力于合成催化剂的开发与工艺的改进，都取得了可喜的成果，但均处于小试和模试阶段。四、煤炭直接液化与间接液化的对比1煤炭直接液化与间接液化的技术经济对比2002年8月14日，国务院讨论并通过了神华煤直接液化项目的可行性研究报告。2004年8月，神华煤直接液化项目正式批准开工。近年来，河南平煤集团、宁煤集团、神华集团和兖矿集团都在进行煤炭间接液化项目的前期工作，先后完成了预可行性研究。 表3神华煤直接液化和间接液化的技术经济对比 项目 神华煤直接液化 神华煤间接液化 工艺过程 煤与溶剂混合直接催化加氢 煤先制成煤气再催化合成 主

12、要产品 汽油、柴油、LPG 石脑油、柴油、LPG 油品规模/万t/a 250 250 吨油成本/元/t 1400 1600 总投资/亿元人民币 163 200 全投资内部收益率（所得税前）/% 12.56 1011 煤炭用量/万/t/a 603 1200 新鲜水用量/t/t油 56 9122煤炭直接液化与间接液化的产业化应协调发展两种煤液化工艺的技术和经济分析表明，直接液化和间接液化之间不但不是相互排斥，而且还有互补性。走直接液化和间接液化一体化的道路可能是煤制油产业化发展的最佳选择。（1）直接液化和间接液化一体化使煤制油生产和产品分布更加灵活。直接液化产品主要是汽油、柴油和航空煤油等运输燃料

13、，同时生产LPG和液氨、硫磺等，化工产品较少。间接液化无论是高温法还是低温法都会生产出油品和种类繁多的化工产品。F-T合成的产物中既有气体、液体产物，又有固体产物，组成非常复杂，除少量易溶于水的低碳醇、酮外，主要是含有从低分子(C1)气态至高分子(C50左右)固体蜡的烃类化合物的混合物，其馏份组成、族组成和性质因催化剂和合成工艺条件的不同而各异。气态烃可以提取人工合成天然气甲烷、乙烯、丙烯、丁烯和LPG等产品。液体产物可以提取石脑油馏份、煤油馏份和柴油馏份，重质组分可以得到软蜡。固体产物可以制造高级硬蜡。F-T高温(300350)合成以生产化学品为主。以南非SASOL-、厂采用的固定流化床合成

14、产物为例，C1C4占产品总量的44左右，其中烯烃占产品总量的26，可以生产高价值的乙烯、丙烯，对价值相对较低的丁烯可以与乙烯按适当比例混合经歧化反应变成丙烯。石脑油馏份加氢饱和作乙烯原料。柴油馏份中含有大量烯烃，应提取C10C13a-烯烃作为高级洗涤剂的原料出售，其售价比普通柴油高近一倍。柴油馏份中的C14C18正构烷烃是作高级脂肪醇的原料，其售价比普通柴油高约50。当生产规模较大时，可以从含氧混合物中得到高价值的乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、甲乙酮、丙酮等。因此，建立一体化生产厂采取油化结合的方针可以使生产更加灵活，产品结构调整更加方便，有利于煤制油产业的生存和发展。（2）直接液化和间接液化

15、产品质量有很强的互补性。直接液化可以生产高标号的汽油，但柴油馏分因含有大量芳烃，十六烷值较低，很难加工成为优质柴油。直接液化的石脑油馏分芳潜比较高，用作制乙烯的原料也有一定问题。间接液化可以生产十六烷值高达75的优质柴油、适合作乙烯原料的石脑油等，但却很难生产合格的汽油产品。F-T低温合成产物中的柴油馏份，既可以直接作为优质柴油直接用于柴油发动机，又可以作为调和柴油使用。F-T高温(300350)合成产物中的柴油馏份含有较多烯烃，经加氢饱和亦得到高十六烷值柴油。间接液化合成的高十六烷值柴油可以和直接液化低十六烷值柴油调成合格柴油。（3）直接液化和间接液化的原料具有很强的互补性。煤直接液化是通过

16、在高压下加氢实现煤向油的转化，在需要大量氢气的同时排出含油和沥青质近50的残渣。而间接液化首先是将煤气化，生产出合成气然后再进行合成。因此可以将直接液化排出的残渣送到间接液化供造气用，同时间接液化合成富裕的氢气可以供直接液化使用。由此可见，直接液化和间接液化在原料方面也具有很强的互补性。（4）直接液化和间接液化在抗风险能力方面具有互补性。众所周知，直接液化投资较低，内部收益率较高，经济风险较小，但到目前还没有工业化生产装置，工程技术上可能存在一定的风险；而间接液化恰恰相反，具有投资较高，内部收益率较低，经济上会存在一定的风险性，但有工业化生产经验，工程技术上应不存在大的风险。因此，建立一体化煤

17、液化工厂可以大幅度降低综合风险参考文献：1吴春来煤炭间接液化技术及其在中国的产业化前景煤炭转化。2003。Vo126 No217-242韩建国神华煤炭北京：中国标准出版社，2003321-3583曹征彦中国洁净煤技术北京：中国物资出版社，1998441-4504杨松君，陈怀珍动力煤利用技术北京：中国标准出版社，1999287-3205舒歌平煤炭液化技术北京：煤炭工业出版社，2003186-2586贺永德现代煤化工技术手册北京：化学工业出版社，2004997-1044作者简介 吴春来教授，博士生导师。1966年研究生毕业于煤炭科学研究总院煤化所煤化学专业。一直从事煤转化的研究开发工作。曾任煤化所

18、所长、煤炭工业洁净煤工程技术研究中心副主任、全国煤炭标准化技术委员会主任、国家煤炭质量监督检验中心主任、中国煤炭学会煤化学专业委员会主任等职。煤化工产业的科技发展状况综述一、煤化工产业科技发展现状 （一）煤化工概述 煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程。从煤的加工过程分，主要包括:干馏(含炼焦和低温干馏)，气化，液化和合成化学品等。煤化工利用生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是化学工业的重要组成部分。煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产

19、品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油。 （二）新型煤化工技术 1. 三种新型煤化工技术路线 技术之一：煤化工产业发展最重要的单元技术煤气化技术。以鲁奇、德士古、壳牌等炉型最为常用，我国先后引进了上述炉型用于生产合成气和化工产品。采用多组分催化剂，可从合成气制含60%异丁醇和40%甲醇的混合物，异丁醇脱水成异丁烯，从而可完成由合成气直接制取甲基叔丁基醚，这是一条很值得重视的由天然气和煤为原料制取高辛烷值添加剂的技术路线。 技术之二：以煤为原料生产甲醇及多种化工产品。目前国外甲醇生产主要以天然气为主，从资源背景看，我国煤

20、炭储量远大于石油、天然气储量，因此在很长一段时间内煤炭是我国甲醇生产最重要的原料。目前正在山西交城建设的60万吨/年焦炉气制甲醇示范工程和以高硫煤为原料生产甲醇的创新工艺都将使煤制甲醇在全国得到更广泛的推广。甲醇作为一种重要的化工原料，通过羰基化可进一步制取醋酸、醋酸酐、甲酸甲酯、甲酸、草酸等重要的化工产品。西南化工研究院现已开发成功甲醇羰基化制取醋酸、醋酸酐工艺软件包，在现有20万吨/年低压羰基化醋酸装置的基础上，正在扩展系列产品，进一步实现产业化；甲醇与亚硝酸在Pd催化剂作用下可反应制取草酸，这是合成草酸的一条新途径；德国Hu1s公司以甲醇和CO在叔二胺与乙烷作用下进行加压羰基化反应制得甲

21、酸甲酯(HCOOCH3)，转化率为80.7%，选择性达99.4%。 技术之三：以煤为原料合成烃类。甲醇裂解制烯烃的研究工作已进行了多年，中科院大连化物所在此方面的研究居世界领先地位，甲醇转化率达到100%，对烯烃的选择性高达85%90%；目前合成气制烯烃已成为费托合成化学中新的研究方向之一，一些研究结果已显示出诱人的工业化前景，但由于还有一些在转化过程中的核心问题有待解决，因此该项研究距离实际工业化尚有一定距离；近期，国内外对将甲烷摆脱造气工序直接氧化脱氢生成乙烯也颇为重视，中科院兰州物化所通过3年多的努力，取得了甲烷转化率25%35%，对C2的选择性为70%80%的可喜进展，目前该项研究已被

22、列为科技部科技攻关重点项目。 2. 煤炭气化多联产技术 多联产是新型煤化工的一种发展趋势。所谓多联产系统就是指多种煤炭转化技术通过优化耦合集成在一起，以同时获得多种高附加值的化工产品（包括脂肪烃和芳香烃）和多种洁净的二次能源（气体燃料、液体燃料、电等）为目的的生产系统。多联产与单产相比，实现了煤炭资源价值的梯级利用，达到了煤炭资源价值利用效率和经济效益的最大化，满足了煤炭资源利用的环境最友好。 （三）我国煤化工产业科技发展现状 1. 煤炭焦化 受钢铁工业快速增长的拉动，从2002年开始中国焦化工业呈现高速增长的态势。2004年焦炭总产量突破20亿吨，比2003年增加约亿吨，出口焦炭约1.5亿吨

23、，约占世界焦炭贸易总量的60。 据估算，2004年中国炼焦消耗原料精煤约29亿吨，洗选加工原煤约45亿吨，约占当年煤炭消费总量的25，炼焦已成为涉及原料煤加工和转化数量最大的煤化工产业。中国炼焦工业技术已进入世界先进行列，新建的大部分是技术先进、配套设施完善的大型焦炉，炭化室高6m的大容积焦炉已实现国产化，2004年机械化焦炉生产的焦炭约占焦炭总产量的70；干熄焦、地面除尘站等环保技术已进入实用化阶段；化学产品回收加强；改造装备简陋、落后的小型焦炉，淘汰土焦及改良焦炉的进展加快。 优质炼焦煤不足是国内提高焦炭质量的主要障碍，通过对低灰、低硫、弱粘结煤或不粘结煤的改质或科学、优化配煤技术，可以扩

24、大和改善原料煤资源，实现在常规工艺条件下提高焦炭质量。 注重煤焦油化学品集中深加工和焦炉煤气的有效利用，是焦化工业综合发展、提升竞争能力的重要方向。对布局较为集中的大型炼焦企业，应在焦油深加工、剩余煤气的利用方面统筹规划，以实现规模化生产和高效、经济生产。 污染控制仍然是当前焦化工业发展的迫切问题，在严格取消土法炼焦，改造落后、污染严重的中小型焦炉的同时，推动大型和新建焦炉采用先进的污染治理技术，切实搞好环境保护。 2. 煤制油技术及工业发展 煤直接液化、间接液化的产品以汽油、柴油、航煤以及石脑油、烯烃等为主，产品市场潜力巨大，工艺、工程技术集中度高，是中国新型煤化工技术和产业发展的重要方向。

25、近年来，两种技术在研究开发和大规模工程示范方面均得到发展。 直接液化技术开发及工业示范工程取得进展 煤直接液化于50年前已实现工业生产，新工艺研发在国外已有近30年，积累了从基础工艺研究到中间试验的大量经验，中国国内研究已有20多年。 国内已完成高分散直接液化加氢液化催化剂实验室开发，该催化剂具有添加量低，催化效果好，生产成本低，显著提高油收率等优点，达到国际先进水平。在开发形成“神华煤直接液化新工艺”的基础上，建成了工艺试验装置，于2004年1012月进行了溶剂加氢、热油连续运转和23小时投料试运转，打通了液化工艺，取得开发成果。适合中国煤种、煤质的CDCL直接液化新工艺的基础研究和工艺开发

26、已启动进行。 煤间接液化技术开发和工业化发展速度加快 到2004年底，国内分别建成了设计合成产品能力为1000吨/年、1万吨/年的低温浆态床合成油（间接液化）中试装置，并进行了长周期试验运行，完成了配套铁系催化剂的开发，完成了10万吨/年、100万吨/年级示范工厂的工艺软件包设计和工程研究。低温浆态床合成油可以获得约70的柴油，十六烷值达到70以上，其它产品有LPG（约510）、含氧化合物等。 间接液化中试装置开发、运转是自主知识产权煤基合成油技术的标志性成果，对推动技术国产化和工业化发展有重要作用。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300万吨/年级工厂的可行性研究正在进行

27、中。煤间接液化技术有较宽的煤种适应性，工艺条件相对缓和，可以通过改变生产工艺条件调整产品结构，或以发动机燃料为主，或以化工晶为主，因此将会成为未来煤制油产业发展的主要途径。 煤制油技术及工业发展趋势 煤制油可得到质量符合标准，含硫、氮很低的洁净发动机燃料，不改变发动机和输配、销售系统均可直接供给用户。 目前，国内煤制油技术和工业化尚处于发展初期，采用技术引进和自主开发两条途径推动发展速度。预计，2010年以前，利用国外技术和以国内技术为主的商业化示范工程都将有实质性进展，为2010年后进入工业化发展阶段打下基石出。到2020年期间，中国将基本建成煤制油工业产业，并在国内发动机燃料供应和替代石油化工品方面起到重要作用。 3. 煤气化甲醇及下游产品 2002年以来，中国甲醇产量及消费量持续快速增长，2004年精甲醇产量达到441万吨，