煤的液化技术有怎样的发展

1 煤基间接液化

煤基间接液化是将煤气化制得合成气（CO+H2）以后，再在催化剂作用下合成油品和化学品

的工艺过程。早在上世纪20年代德国就开始了煤的间接液化技术研究，并于1936首先建成工业

规模的合成油厂。到1955年，世界上已有18个合成油工厂，总生产能力达到100万吨油／年。目

前，国外商业化的煤间接液化典型技术是南非SASOL公司的F-T合成技术。SASOL-I厂始建于1955

年。七十年代石油危机后，于1980年和1982年又相继建成了SASOL -II厂和SASOL III厂。目

前，三个厂年处理煤炭总计达4590万吨。主要产品为汽油、柴油、蜡、燃气、氨、乙烯、丙

烯、聚合物、醇、醛、酮等113种，总产量达760万吨，其中油品占60%左右,保证了全南非28％

的汽油、柴油供给量[1]。SAS固定流化床反应器是迄今为止最大的F-T合成反应器，直径

10.7m，高28m，单台生产能力达到2500吨／天。

除南非SASOL公司的F-T合成技术外，荷兰Shell公司的SMDS技术（在马来西亚建厂）、Mobil

公司的MTG合成技术（在新西兰建厂）等都是已商业化的间接液化技术，但均以天然气为原料。

国外一些先进的但未商业化的合成技术还包括丹麦Topsoe公司的Tigas技术和美国Mobil公司的

STG技术等。我国自上世纪80年代初恢复煤基间接液化技术的研究，山西煤化所已开发出固定床

两段法合成(简称MFT)工艺和浆态床—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、中间试验、工业性试验及SMFT工艺的模试，另外也进行了两类合成催化剂的长周期

运行试验。上述研究均取得了较为满意的结果。目前，国内技术存在的主要问题是如何快速形

成自己的知识产权，并将合成装置放大，以适应产业化的步伐。

2 直接液化

煤直接液化是煤在适当的温度和压力条件下，直接催化加氢裂化，使其降解和加氢转化为液

体油品的工艺过程，煤直接液化也称加氢液化。煤直接液化技术研究也始于上世纪初的德国，

1927年在Leuna建成世界上第一个10万吨／年直接液化厂。1936～1943年间，德国先后建成11套

直接液化装置，1944年总生产能力达到400万吨／年，为德国在第二次世界大战中提供了近三分

之二的航空燃料和50％的汽车及装甲车用油[2]。第二次世界大战结束，美国、日本、法国、意

大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。50年代后期，由于中东地区廉价石油的大

量开发，使煤直接液化技术的发展由此处于停滞状态。1973年，爆发石油危机，煤炭液化技术

重新活跃起来。德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究

工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。目前不少国家已经

完成了中间放大试验，为建立商业化示范厂奠定了基础。典型的煤直接液化工艺主要包括德国

IGOR工艺（装置规模200吨／天）、美国HTI工艺（装置规模600吨／天）及日本NEDOL工艺（装

置规模150吨／天）。

我国从上世纪70年代末开始煤直接液化技术的开发。20多年来，北京煤化学研究所对我国上

百个煤种进行了直接液化试验研究，并开发出高活性煤直接液化催化剂，同时也进行了煤液化

油品的提质加工研究。1997～2000年，北京煤化学研究所分别同德国、日本及美国有关部门及

企业合作，完成了神华煤、云南先锋煤及黑龙江依兰煤在国外中试装置上的放大试验研究。目

前，我国神华集团250万吨／年煤直接液化项目的一期工程已经全面启动。

煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以煤基合成气（一氧化碳和氢气）为原料，在一定温度和压力下，将其催化合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺，包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。 1923年，德国化学家首先开发出了煤炭间接液化技术。40年代初，为了满足战争的需要，德国曾建成9个间接液化厂。二战以后，同样由于廉价石油和天然气的开发，上述工厂相继关闭和改作它用。之后，随着铁系化合物类催化剂的研制成功、新型反应器的开发和应用，煤间接液化技术不断进步，但由于煤炭间接液化工艺复杂，初期投资大，成本高，因此除南非之外，其它国家对煤炭间接液化的兴趣相对于直接液化来说逐渐淡弱。

煤炭间接液化技术主要有三种，即的南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的Mobil甲醇制汽油法和正在开发的直接合成法。煤间接液化技术在国外已实现商业化生产，全世界共有3家商业生产厂正在运行，它们分别是南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤炭间接液化厂。新西兰煤炭间接液化厂采用的是Mobil液化工艺，但只进行间接液化的第一步反应，即利用天然气或煤气化合成气生产甲醇，而没有进一步以甲醇为原料生产燃料油和其它化工产品，生产能力1.25万桶/天。马来西亚煤炭间接液化厂所采用的液化工艺和南非萨索尔公司相似，但不同的是它以天然气为原料来生产优质柴油和煤油，生产能力为50万吨/年。因此，从严格意义上说，南非萨索尔公司是世界上唯一的煤炭间接液化商业化生产企业。

南非萨索尔公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生产燃料油的Sasol-1厂。70年代石油危机后，1980年和1982年又相继建成Sasol-2厂和Sasol-3厂。3个煤炭间接液化厂年加工原煤约4600万t，产品总量达768万t，主要生产汽油、柴油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113种产品，其中油品占60%，化工产品占40%。该公司生产的汽油和柴油可满足南非28%的需求量，其煤炭间接液化技术处于世界领先地位。

此外，美国SGI公司于80年代末开发出了一种新的煤炭液化技术，即LFC（煤提油）技术。该技术是利用低温干馏技术，从次烟煤或褐煤等非炼焦煤中提取固态的高品质洁净煤和液态可燃油。美国SGI公司于1992年建成了一座日处理能力为1000t的次烟煤商业示范厂。 费托合成（Fisher-Tropsch Sythesis）合成是指CO在固体催化剂作用下非骏相氢化生成不同链长的烃类（C1～C25）和含氧化合物的反应。该反应于1923年由F.Fischer和H.Tropsch首次发现后经Fischer等人完善，并于1936年在鲁尔化学公司实现工业化，费托（F-T）合成因此而得名。

费托合成反应化学计量式因催化剂的不同和操作条件的差异将导致较大差别，但可用以下两个基本反应式描述。

（1）烃类生成反应

CO+2H2→(-CH2-)+H2O

（2）水气变换反应

CO+ H2O→H2+ CO2

由以上两式可得合成反应的通用式：

2CO+H2→(-CH2-)+ CO2

由以上两式可以推出烷烃和烯烃生成的通用计量式如下：

（3）烷烃生成反应

nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O

2nCO+(n+1)H2→CnH2n+2+nCO2

3nCO+(n+1)H2O→CnH2n+2+(2n+1)CO2

nCO2+(3n+1)H2→CnH2n+2+2nH2O

（4）烯烃生成反应

nCO+2nH2→CnH2n+nH2O

2nCO+nH2→CnH2n+nCO2

3nCO+nH2O→CnH2n+2nCO2

nCO2+3nH2→CnH2n+2nH2O

间接液化的主要反应就是上面的反应，由于反应条件的不同，还有甲烷生成反应，醇类生成反应（生产甲醇就需要此反应），醛类生成反应等等。 煤间接液化可分为高温合成与低温合成两类工艺。高温合成得到的主要产品有石脑油、丙烯、α－烯烃和C14～C18烷烃等，这些产品可以用作生产石化替代产品的原料，如石脑油馏分制取乙烯、α－烯烃制取高级洗涤剂等，也可以加工成汽油、柴油等优质发动机燃料。低温合成的主要产品是柴油、航空煤油、蜡和LPG等。煤间接液化制得的柴油十六烷值可高达70，是优质的柴油调兑产品。

煤间接液化制油工艺主要有Sasol工艺、Shell的SMDS工艺、Syntroleum技术、Exxon的AGC-21技术、Rentech技术。己工业化的有南非的Sasol的浆态床、流化床、固定床工艺和Shell的固定床工艺。国际上南非Sasol和Shell马来西亚合成油工厂已有长期运行经验。

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。气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气，净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体（包括H2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，H2S和CO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。 （1）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；

（2）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。Shell公司的SMDS工艺采用钴基催化剂，转化率甚至更高；

（3）受合成过程链增长转化机理的限制，目标产品的选择性相对较低，合成副产物较多，正构链烃的范围可从C1至C100；随合成温度的降低，重烃类（如蜡油）产量增大，轻烃类（如CH4、C2H4、C2H6、……等）产量减少；

（4）有效产物－CH2－的理论收率低，仅为43.75%，工艺废水的理论产量却高达56.25%；

（5）煤消耗量大，一般情况下，约5～7t原煤产1t成品油。

（6）反应物均为气相，设备体积庞大，投资高，运行费用高；

（7）煤基间接液化全部依赖于煤的气化，没有大规模气化便没有煤基间接液化。 我国从50年代初即开始进行煤炭间接液化技术的研究，曾在锦州进行过4500t/年的煤间接液化试验，后因发现大庆油田而中止。由于70年代的两次石油危机，以及“富煤少油”的能源结构带来的一系列问题，我国自80年代初又恢复对煤间接液化合成汽油技术的研究，由中科院山西煤化所组织实施。

“七五”期间，山西煤化所开的煤基合成汽油技术被列为国家重点科技攻关项目。1989年在代县化肥厂完成了小型实验。“八五”期间，国家和山西省政府投资2000多万元，在晋城化肥厂建立了年产2000吨汽油的工业试验装置，生产出了90号汽油。在此基础上，提出了年产10万吨合成汽油装置的技术方案。2001年，国家863计划和中科院联合启动了“煤变油”重大科技项目。中科院山西煤化所承担了这一项目的研究，科技部投入资金6000万，省政府投入1000万和本地企业的支持，经过一年多攻关，千吨级浆态床中试平台在2002年9月实现了第一次试运转，并合成出第一批粗油品，低温浆态合成油可以获得约70%的柴油，十六烷值达到70以上，其它产品有LPG(约5%～10%)、含氧化合物等。其核心技术费托合成的催化剂、反应器和工艺工程也取得重大突破。

万吨级煤基合成汽油工艺技术软件开发和集成的研究正在进行，从90年代初开始研究用于合成柴油的钴基催化剂技术也正处在试验阶段。经过20年的开发和研究，目前我国已经具备建设万吨级规模生产装置的技术储备，在关键技术、催化剂的研究开发方面已拥有了自主知识产权。可以这样讲，我国自己研发的煤炭液化技术已达到世界先进水平。中科院山西煤化所与连顺能源有限公司就共同组建合成油品实验室达成协议，连顺公司为山西煤化所技术研究和开发出资1500万元，用于关键技术的研究和有关技术的开发，并最终用3－5年时间在山西朔州建一个年产15万t合成液化油的间接液化生产厂。中科院和山西省政府签署了“发展山西煤间接液化合成油产业的框架协议”，根据这个协议，在今后5－10年内，山西省将以自己的煤炭资源优势为依托，借助产业化部门的加盟，通过国家投资和社会融资方式，在朔州和大同几个大煤田之间建成一个以百万吨煤基合成油为核心的、多联产特大型企业集团。

在技术开发的同时，国内煤炭企业对引进成熟技术、建设煤间接液化工厂做了大量工作。平顶山煤业集团、宁夏煤业集团以及神华集团就建设间接液化商业化示范工厂进行了煤种评价试验和建厂预可行性研究，并就引进技术、投融资、立项等做了大量前期工作，项目正在论证阶段。

简单点说煤液化确实就是使煤这种复杂的物质在一定条件下转变成液态芳香烃类包括沥青、油类，这中间产物也会包括气态物质（但这不算气化）煤液化主要分为间接液化和直接液化。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，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的过程（这是传统液化，现在有人在做加氧制油的液化）。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，F-T(费托)合成，生成烃类产品和化学品的过程可以看出煤液化可以减少污染，并且将储量相对丰富的煤（包括褐煤）制备成人类需要的化工原料和石油，是解决石油枯竭的一个办法。也有人将煤液化定义为将煤转化成燃料和化工品。这样除了上面说的直接液化和加氢液化之外，煤的轻度氧化制备小分子酸（通常是化工原料，香草酸，苯羧酸）也可认为煤液化一种。气化是通过煤和水反应生成主要是氢气和一氧化碳的合成气，液化是在高温高压条件下通过加氢使煤转化为液体燃料。煤的气化，目前工业上有：水煤浆气化、干粉气化等。就水煤浆气化来说：从块煤-磨煤（磨机）-制浆（调节剂）-燃烧（激冷水）-粗煤气（以及一些别的成分）。这就是一个大概流程。煤的气化，可以看一下德士古、华陆公司的一些相关资料介绍。（关于设备，目前国内的清华炉，感觉不错。）

在第二次世界大战期间，德国和日本都曾从煤中生产液体燃料，以弥补战时石油来源的不足。美国也曾对煤炭液化进行研究。煤炭可用各种方法加氢使之液化，氢还具有从煤中脱硫的作用。煤液化之后除去灰分，即可得到几乎不含灰和硫的洁净燃料。由煤制取的洁净燃料油可供给发电锅炉使用，可代替石油和天然气；合成的燃料油再经加工，可以得到汽油、柴油以及其他化工原料。

将煤炭转换成洁净能源的各种方法中，煤的液化具有广阔前景。发展从煤中制取液体燃料，一方面可减轻对天然石油的需求，同时，也可使丰富的煤炭资源得以满足汽车、飞机、船舶等的实际燃料需要。煤的液化产品也可以供现在烧油的发电厂或其他行业使用，将天然石油节省下来，以供其他方面的使用。

1973年，石油禁运并大幅度提价，促使美国加快了研究过程，并初步建成日处理煤6000吨、日产液体燃料2万桶的示范厂型规模，在1983—1985年投入商业运行，然后再增加4个装置，进而达到日处理煤3万吨、日产液体燃料10万桶的工业生产规模。1990年，美国每天可生产45万桶煤液化燃料。到1995年，已达到每天可生产95万桶。人们进行煤的利用革命，使它取代天然油和天然气，就相当于发现一种新能源。

故选：A．

煤的气化：是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

煤的液化：就是在一定条件下（温度、压力、催化剂、溶剂、氢气等）将固体煤炭转化为烃类液体燃料和化工原料的过程。煤炭液化油也叫人造石油，煤和石油都是主要由C、H、O这三种元素构成，但煤的平均分子量大于石油，且H元素含量较低，煤的液化主要指的是使煤的大分子变小，并通过催化加氢而液化，其主要任务是将煤中的H/C比调整至适当的数值。

煤的高温干馏：是以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。产品用途：煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气及其他化学产品等。

煤用于炼焦，可以产生煤焦油及氨水。焦碳是用于炼铁的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。很多人以为煤气是从煤制造出来的，但事实是煤气是从原油提炼出来的石脑油再加以提炼而成的。煤也可以直接汽化，生成水煤气（一氧化碳和氢的混合物），直接用做清洁燃料。

煤，尤其是烟煤（任何挥发分较高的煤）直接作为燃料会冒出黑烟，浪费其中挥发分并造成大气污染，英国由于气候多雾，对污染尤其敏感，早在20世纪初即颁布法律禁止将原煤直接作为燃料，只能燃烧焦碳或半焦。

焦煤和焦炭利用：焦碳作为炼铁的重要原料，对生铁的质量有关键的作用，如果含硫和磷高，会严重降低生铁质量，灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选，以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的，不能在高炉中被压碎，以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料，碎焦做燃料发热量大，不冒烟，是很好的燃料。

参考资料：百度百科-煤