煤制油之我见
郭金海，苗胜利
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 沁阳454592）
［摘 要］如今，发展煤制油已成为我国煤化工领域的一个重要发展方向和能源战略，发展煤制油需掌握造气、油品合成和空分三大核心技术。介绍国内外三大核心技术的发展现状，并指出发展煤制油必须考虑的工艺流程优化、环保、新工艺新设备开发研究等问题。
［关键词］ 煤制油；煤液化；造气；煤浆；直接煤制油；间接煤制油；空分
［中图分类号］ TQ 536 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
石油属不可再生能源，对每个国家来说都具有极其重要的战略意义，我国自1993年成为石油净进口国后，进口量逐年递增，2000年接近70 000 kt［1］，2004年原油和成品油净进口量超过1×108 t ［2］，预计2020年我国油品进口量约2×108 t［3］。因此，为摆脱原油进口的依赖和国际原油价格的制约，发展煤制油成为我国煤化工领域的一个重要发展方向和能源战略。
1 煤制油的历史
煤制油技术最早由德国发明，1913年Breslau工程学院的Friedrich在高温高压条件下进行氢气和煤的反应研究，并获得了大量油品［4］；此后BASF公司使用固定硫催化剂和两步氢化分解技术完成了这一过程，并于二战期间实现了工业化生产；德国先后有12套煤制油装置建成投产，到1944年，德国煤制油工厂的油品生产能力达到4 230 kt/a。二战后，中东地区大量廉价石油的发现开发使煤制油工厂失去竞争力而关闭。20世纪70年代，由于中东战争和两次石油危机的爆发，世界范围内引发了新一轮煤制油技术研究开发的高潮，美国、德国、日本等工业发达国家在原有的基础上投入大量的人力、物力、财力进行煤制油相关方面的研究，并开发出一些新的工艺。我国也从上世纪70年代末开始进入煤制油领域的研究，煤炭科学总院负责煤炭直接液化技术的引进和研究，中科院山西煤化所负责煤炭间接液化技术的研究和开发。
2 煤制油的三大核心技术
经过几十年的研究发展，开发出了直接煤制油和间接煤制油2种工艺。目前，世界上有代表性的直接煤制油工艺有日本的NEDOL工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺［1］；间接煤制油技术主要有南非SASOL公司的费托合成法、荷兰Shell公司的SMDS技术和美国Mobil公司的MTG技术。无论是直接煤制油还是间接煤制油，都离不开造气、油品合成和与之匹配的大型空分系统等三大核心技术。
2.1 造气
煤气化是煤制油的龙头，关系到整个装置能否正常开工运行和实现预期的经济效益，如果造气装置不能安全、平稳运行，下游装置就无法开车运行。所以，煤制油选择什么样的气化工艺及其是否成熟、可靠是至关重要的，当然造气的关键及核心技术——大型化设备的制造、喷嘴的长周期运行等也非常重要。目前，国内工业化应用的气化工艺主要有以下几种。
Texaco水煤浆气化技术是上世纪80年代我国从美国引进的，先后在鲁南、吴泾、渭河、淮南等地建成4套生产装置。“九五”期间，华东理工大学、鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司等承担了国家重点科技攻关课题“新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发”，经过多年的研究，开发出具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，其各项指标均好于引进的Texaco水煤浆气化技术。不管是引进的Texaco水煤浆气化技术还是国产化的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，均属于气流床气化技术，水煤浆进料，以纯氧为气化剂，气化压力可在2.0～8.5 MPa之间选择，气化温度在1 300～1 500 ℃。
工艺流程：原煤经湿磨煤机制浆后成为63%（质量分数）左右的水煤浆，经高压煤浆泵送至气化炉顶与纯氧（纯度98%）一起进入喷嘴，煤浆经喷嘴雾化后与氧气在气化炉内发生部分氧化反应，生成水煤气，水煤气出气化炉后经文氏管、洗涤塔增湿除尘后送往后续工段；灰渣经锁灰斗收集，定期排出系统；黑水经闪蒸回收热量及沉降处理后，返回系统使用。
水煤浆气化工艺技术具有如下特点。
（1）与干法进料工艺相比，水煤浆进料工艺简单、安全可靠，粉尘污染小，对煤的水分、灰分、可燃物含量等没有特殊要求。
（2）气体有效成分（CO+H2）含量高（达80%左右），CO2含量高，可用作下游产品原料。
（3）气化压力高，节省后工段压缩功耗；从2.5～6.5 MPa都有工业化装置，以4.0 MPa较为普遍。
（4）碳转化率高达96%～98%。
（5）气化炉有激冷、废锅、激冷和废锅结合的3种流程，可根据产品进行流程选择。
（6）对煤的黏度及成浆性有一定要求，硬度太高的煤会导致磨煤系统能耗高。
（7）开车升温过程复杂，开车时间较长、费用较高。
鲁奇气化技术是上世纪80年代我国从德国引进的，先后在山西长治、黑龙江哈尔滨、河南义马等地建成3套生产装置；化二院在消化吸收该技术后形成了具有自主知识产权的碎煤加压气化技术，并且把操作压力由3.0 MPa提高到4.0 MPa。
不管是鲁奇气化技术还是碎煤加压气化技术，均属于固定床煤气化技术，炉体为立式圆筒，设有夹套锅炉，炉内煤层高度在4 m左右，操作压力3.0～4.0 MPa，最高温度1 500 ℃，炉下部设有转动的炉箅及相应的传动机构［5］。
鲁奇气化工艺技术具有如下特点。
（1）碎煤入炉，煤的处理费用低，但煤的成本较高。
（2）煤气中含有8%～15%的甲烷，特别适宜于联产城市煤气或煤制天然气。
（3）煤气中含有焦油、轻油、石脑油、酚等，下游产品多样化，但也导致气体净化工段设备增多、操作复杂。
（4）设备、技术等已全部实现国产化，投资费用大幅度下降。
（5）煤气水处理难度较大、投资较大。
（6）一般有备炉，可实现长周期、连续运行。
（7）开车时间短，6 h就可以实现并气，开车费用低。
更多内容详见《中氮肥》2016年第1期