煤变油的原理是什么

煤制油中一吨油消耗4-5吨煤。煤制油是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，并脱除硫、氮、氧等原子。

扩展资料

截止 2017 年底，我国已建成间接液化煤制油项目5个、直接液化煤制油项目1个，产能达658万吨，并且均实现了长周期的稳定开工。

这些示范工程的成功运营，标志着煤制油技术工艺在我国得到了进一步的验证。同时也积累了大量的工程设计、建设、运行和管理经验，相关的装备生产和制造均取得了重大突破，国产化水平大幅提升。

如今，在有着“能源金三角”美誉的内蒙古鄂尔多斯，国家能源集团旗下世界首套、全球唯一的百万吨级煤直接液化制油示范工程已经安全稳定运行了10年。这里丰富优质的煤炭资源为煤制油提供了可靠的原料，自主产权的“煤变油”技术更是点石成金，使黑色的煤炭化茧成蝶，华丽变身为清澈透明的高品质油品。

作为世界上最大的煤炭供应商，国家能源集团建设了世界首个百万吨级煤直接液化示范工程，成为我国石油替代战略的重要成果，也使我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。

在鄂尔多斯煤制油分公司煤液化中心，记者看到比面粉还细的乌黑煤粉进入生产线，20多个小时后就能产出像矿泉水般清澈的柴油、石脑油等高端油品，这种奇幻的变化令人惊叹。“煤直接液化是以煤炭为原料，采用‘863’纳米级催化剂，在供氢溶剂的作用下，通过高温、高压液化反应及提质加工过程，使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为液体燃料，生产出优质的清洁油品，主要产品有煤基直接液化柴油、汽油、石脑油和液化气，副产品有煤基沥青、粗酚、液氧、液氮和液体二氧化碳等。经过十余年的不断自主研发和工艺改进，鄂尔多斯煤制油分公司已经成为居世界领先地位的现代化大型煤直接液化工业化生产企业。”鄂尔多斯煤制油分公司总经理王建立向记者介绍说。

然而，多年来 社会 上对煤制油存在诸多误解和质疑，到底煤制成的油品有什么优点、煤制油有没有经济性和实用价值？“由于我国航空航天煤油须采用特定油田的特定原油加工，国内此种资源非常稀缺。国家能源集团煤直接液化的油品具有‘一大三高四低’的特点，即大比重，高热值、高热容、高热安定性，低凝点、低硫、低氮、低芳烃。”中国神华煤制油化工有限公司副总经理、总工程师舒歌平如是说。由于煤直接液化油品区别于石油基油品的优异品质，使其成为军用和航空领域特种油品的重要选项，未来将在能源供给革命中具有重要的战略意义，对我国能源安全和高端用油具有重要的保障作用。

我国的煤制油技术从无到有，从跟跑到领跑，离不开创新和创造。在鄂尔多斯煤制油分公司，记者注意到该公司把创新能手和劳动模范的事迹挂在显眼位置，激励、发动广大职工，鼓励自主创新，而这正是世界首套煤直接液化项目的动力之源。

据了解，液化装置中高差压减压阀是连接加氢反应器与下游生产环节的“关卡”，对生产线稳定运行至关重要。最初，生产线上的4套高差压减压阀全部为进口产品，单套购价880万元人民币，阀芯使用70个小时左右便碎裂失效。过去10多年里，鄂尔多斯煤制油分公司通过联合国内科研机构、生产厂家持续攻关，目前国产阀芯的使用寿命最新纪录达到2700多小时，远远超过了国外减压阀的使用寿命，整套系统可实现连续在线切换运行，每套国产产品的价格为200多万元，全套4台阀组节约2600余万元。王建立告诉记者，目前首条生产线的设备国产化率已经达到98%以上，既解决了生产线长周期稳定运行的瓶颈，还带动了中国煤化工关键装备的研发制造能力提升，为国内现代煤化工产业规模化发展扫除了障碍。

对于煤制油， 社会 上有很多疑问，特别是在西北内陆生态薄弱地区开展煤制油需要大量的水资源，鄂尔多斯煤制油公司是如何做到环境友好的？该公司党委副书记李瑞光告诉记者：“公司积极响应国家保护地下水资源的号召，主动担责，投资2.5亿元建设净水场，将经过净化处理的煤矿疏干水用于煤直接液化生产，实现了煤直接液化先期工程工业水源替代。在保护地下水资源的同时，解决了煤矿疏干水的综合利用难题，充分体现了央企维护地方生态的责任担当。而且，我们集成采用先进的污水处理工艺，摸索出‘清污分离、污污分治、分质回用’的治理方法，吨油水耗由设计的10吨降到6吨以下，可以说煤制油是水耗极低的煤化工项目。”

同时，在能源转化率方面煤直接液化也表现出明显的优势。“煤直接液化制油的能源转化率近60%，远远高于其他利用模式的40%左右，是煤生产液体产品中最有效的技术途径。由于其生产过程实现了煤炭资源的清洁和高效率转化，实现了传统能源清洁化利用。”王建立向记者介绍说。“此外，煤直接液化油品的低硫、低氮等特点，使油品燃烧废气所含的污染物极少。其中的硫氮排放小于1PPM，远低于国五标准10PPM的限值，甚至优于欧五标准，可有效减少环境污染，具有在城市和井下等环保要求较高场所使用的优势。”

在大力推进煤炭清洁转化的同时，国家能源集团积极关注二氧化碳减排和气候变化等重大议题。“我们建设了10万吨/年CCS全流程（二氧化碳捕集、封存）示范项目，将煤直接液化、气化生产中产生的二氧化碳捕集压缩注入封存到地下1500～2500米之间的咸水层，形成了二氧化碳捕集、输送、封存、监管等成套技术。”该公司总工程师陈茂山说。该项目每年可减少5100万立方米的二氧化碳排放量，相当于274公顷阔叶林吸收储存的二氧化碳总量，而且为实现大规模二氧化碳捕集和封存奠定了技术基础。

做好现代能源经济文章，为国家高质量发展打造“绿色引擎”，这是国家能源集团“煤制油人”多年来孜孜不倦的共同追求。近年来，鄂尔多斯煤制油分公司在前期发展成果基础上，充分挖掘产业优势，推动煤直接液化产业高质量发展。

众所周知，煤直接液化工艺、设备和操作较为复杂，安全管控难度远高于传统石化行业，鄂尔多斯煤制油分公司在安全生产、职业 健康 管理等方面有着独到的做法。“项目投产以来，一直强化安全风险预控管理体系运行，严格管控现场作业，自2008年底试生产以来，未发生过人员死亡及较大财产损失的安全生产事故，连续8年被评为集团安全体系建设一级单位，持续保持在集团安全管理第一方阵。”李瑞光告诉记者。

记者调研得知，在最近的两个生产周期里，煤液化装置单周期运行时间两次突破400天，分别达到420天和410天,远超310天的设计值。商业化运营以来，2011~2018年，企业累计生产油品665万吨，实现营业收入374.4亿元，利税合计73.6亿元，年均利税9.2亿元。国家能源局为公司开展的现场标定表明：煤直接液化工艺技术先进，装置设计合理，设备选择恰当，装置运行稳定、安全可靠，产品质量特点明显，能源转化效率高，三废排放达到国家标准要求，已取得明显的 社会 效益和经济效益。

煤制油（Coal-to-liquids, CTL）是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，并脱除硫、氮、氧等原子。具有对煤的种类适应性差，反应及操作条件苛刻，产出燃油的芳烃、硫和氮等杂质含量高，十六烷值低的特点，在发动机上直接燃用较为困难。费托合成工艺是以合成气为原料制备烃类化合物的过程。合成气可由天然气、煤炭、轻烃、重质油、生物质等原料制备。根据合成气的原料不同，费托合成油可分为：煤制油（Coal-to-liquids, CTL）、(生物质制油 Biomass-to-liquids, BTL)和天然气制油(Gas-to-liquids, GTL)。煤的间接液化首先把煤气化，再通过费托合成转化为烃类燃料。生产的油品具有十六烷值高、H/C含量较高、低硫和低芳烃以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。同时，CTL具有运动粘度低，密度小、体积热值低等特点。

煤炭因其储量大和价格相对稳定，成为中国动力生产的首选燃料。在本世纪前50年内，煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。预计煤炭占一次能源比例将由1999年67.8%、2000年63.8%、2003年67.8%达到2005年50%左右。我国每年烧掉的重油约3000万吨，石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程，以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。 煤的间接液化工艺就是先对原料煤进行气化，再做净化处理后，得到一氧化碳和氢气的原料气．然后在270C ~350C左右，2.5MPa以及催化剂的作用下合成出有关油品或化工产品。即先将煤气化为合成气(CO+H2)，合成气经脱除硫、氮和氧净化后，经水煤气反应使H2/CO比调整到合适值，再Fischer-Tropsch催化反应合成液体燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反应合成柴油工艺包括：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CO转化为直链烃类、水及少量的含氧有机化合物．其中油相采用常规石油炼制手段，经进一步加工得到合格的柴油。F-T合成柴油的特点是：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℃，反应压力为2.0~3.0MPa，且转化率高。间接液化几乎不依赖于煤种(适用于天然气及其它含碳资源)，而且反应及操作条件温和。间接法虽然流程复杂、投资较高，但对煤种要求不高，产物主要由链状烃构成，因此所获得的十六烷值很高，几乎不含硫和芳香烃。

由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家，其煤炭储藏量高达553.33亿吨，储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术，生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。萨索尔（Sasol）公司现有二套“煤炭间接液化”装置，年生产液体烃类产品700多万吨（萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年），其中合成油品500万吨，每年耗煤4950万吨。累计的70亿美元投资早已收回。现年产值达40亿美元，年实现利润近12亿美元。 当前，我国己投入工业化示范的煤制油项目有5个，产能达160万吨。根据煤制油项目进展情况和几个煤制油企业规划，到2015年煤制油产能可达1200万吨，2020年可达3300万吨的规模。

预计，按照高中低三种增速计算，到2015年我国煤制油的生产规模分别达到600万吨/年、1000万吨/年、1200万吨/年。到2020年高增长情景下可达5000万吨/年。

现阶段，我国煤制油行业处在大型国有煤炭企业中试点阶段。数据监测显示，截至2012年底，已经投产的项目中煤制油总产能为170万吨/年，其中神华集团居于主导地位，占总产能的74%。根据煤制油项目投产企业的占比，推算出2012年中国煤制油项目生产油品的总规模达到106.08万吨，与2011年相比，有所下降。

我国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及工程开发，完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验，5吨煤炭可合成1吨成品油。据项目规划，一个万吨级的“煤变油”装置可望在未来3年内崛起于我国煤炭大省山西。中科院还设想到2008年建成一个百万吨级的煤基合成油大型企业，山西大同、朔州地区几个大煤田之间将建成一个大的煤“炼油厂”。最近，总投资100亿美元的朔州连顺能源公司每年500万吨煤基合成油项目已进入实质性开发阶段，计划2005年建成投产。产品将包括辛烷值不低于90号且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500种化工延伸产品。

2015年9月，我国首套百万吨级煤间接液化制油项目，在位于陕西省榆林市的陕西未来能源化工有限公司投产，并产出了优质油品。该项目核心技术采用兖矿集团自主研发的低温费托合成专利技术。该技术与国内外同类技术相比，具有诸多优势：吨油品催化剂消耗低，为国内外同类催化剂消耗的30%左右柴油选择性高，柴油收率达75%以上，比国内同类技术高30%以上；费托合成反应器生产强度大，是同类直径反应器产能的1.5倍碳转化率高，煤气化单元采用兖矿集团与华东理工大学共同研发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术，碳转化率高达98%～99%；热电联供系统总体热效率可超过90%。

我国煤炭资源丰富，为保障国家能源安全，满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要，2001年国家科技部”863”计划和中国科学院联合启动了”煤制油”重大科技项目。两年后，承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油，清澈透明，几乎无味，柴油中硫、氮等污染物含量极低，十六烷值高达75以上，具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比，百公里耗油减少30%，油品中硫含量小于0．5×10－6，比欧Ⅴ标准高10倍，比欧Ⅳ标准高20倍，属优异的环保型清洁燃料。

1、满足中国对石油高速增长的需求。

2、有助于中国摆脱对进口原油和石油产品的过度依赖，从而提高能源安全。

3、减缓中国的能源问题现状。

4、满足经济的飞速发展对能源的需求量。

5、填补原油替代能源的空位。

煤制油的概念：煤制油是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。

前瞻产业研究院研究员章诵兰预测，未来五年，中国将重启煤制油项目，十年后煤制油开始迈入商业化运营。现阶段，我国煤制油行业处在大型国有煤炭企业中试点阶段。

市场机遇：我国石油缺口呈现扩大趋势，市场需求较大，为煤制油提供了市场空间。

政策机遇：近年来，我国对煤炭深加工如沿海新建丙烷脱氢(PDH)项目的大力支持，为煤制油创造了良好的政策环境。

价格机遇：我国石油价格的坚挺，加速了煤制油的替代速度。

多家机构预测，将于11月底在奥地利维也纳召开的欧佩克成员国第173次会议，达成延长限产协议的可能性极大。这势必会推动国际原油价格继续走高，甚至可能问鼎65美元/桶。

根据我国成品油价格形成机制，国际原油价格的上涨，自然会带动国内汽油、柴油等成品油价格走高。

供稿人：陈文龙 供稿时间：2005-4-15

统计资料显示，2003年我国石油消费量达到2.5亿吨，净进口量达到0.9亿吨，进口原油占国内原油消费量的比重达到36%。2004年，我国原油消费量2.9亿吨，比上年增长近17%，石油净进口达到1.4亿吨, 石油对外依存度已经接近45%。而2000年进口依存度还仅为29%。我国已成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。权威部门的预测数据又显示,我国石油进口的依存度还将进一步加大。预计到2010年我国的石油总需求量将达到3.5～3.8亿吨，石油进口规模将达到1.8～2亿吨，进口依存度也将随之突破50%。2020年，石油的对外依存度有可能接近60%。有关专家认为，一旦石油对外依存度超过60%，整个国家的石油安全、经济安全、国家安全都面临很大的挑战。

相对于石油和天然气资源而言,我国煤炭资源丰富，已探明煤炭资源占能源资源96%。全国累计探明煤炭保有储量超过1000亿吨。据国土资源部矿产资源储量司2004年6月发布的统计报告，截至2002年年底，我国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨，按年产19亿吨煤炭计算，可以保证开采上百年。

1、煤制油已成为我国解决石油安全的战略选择

煤制油是以煤为原料，经过化学加工，生产柴油、汽油、航空煤油等油品和石油化工产品的煤炭洁净利用技术。发展煤制油技术，用煤作原料来生产合成汽油, 不仅可以逐步减少我国对国际市场石油依赖、缓解我国未来石油资源短缺，确保国家能源安全，而且也能大大减轻煤直接燃烧对环境的严重污染。因此, 煤制油已成为我国解决石油安全问题的战略选择，也是我国能源战略调整的重大决策。煤制油工程已被列为“十五”期间国家重点组织实施的12大高技术工程之一，予以攻关研究。原国家经贸委在煤炭工业“十五”规划中提出，“十五”期间，我国将推进煤炭液化的开发和应用。2004年 6月30日，国务院出台了以煤炭为主体、以节能为原则的《能源中长期发展规划纲要》，将煤化工列入我国中长期能源发展战略的发展重点。这标志着我国将重新估价煤炭和煤化工在我国能源的可持续利用中扮演的角色，煤化工在我国迎来了新的市场需求和发展机遇。

2、我国煤液化技术已取得重大突破

上世纪五十年代，我国就开始研究煤制油技术。八十年代起，为了解决石油短缺的问题，加强了煤炭直接液化技术研究，并将煤的液化技术列入国家“863”高科技计划，组织力量予以重点攻关，取得了重大进展。例如，中国科学院山西煤化所系统地进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的技术开发，并完成了2000吨/年规模的煤基合成汽油工业实验；在钴基催化剂合成工艺开发方面，于90年代开始进行了系统的研究与开发工作，并取得阶段性结果，开发出3种型号合成柴油钴基催化剂。针对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了小型试验，“十五”期间立项进行1000吨/年级间接液化装置的开发和试验，并研制工业级煤基合成油工艺软件包。又如，煤炭科学研究总院北京煤化所从70年代末开始煤炭直接液化技术研究。先后对27个煤种在0.1吨/日装置上进行了53次运转试验。“九五”期间分别同德国、日本、美国有关部门和公司合作完成了神华、黑龙江依兰、云南先锋建设煤直接液化厂的预可行性研究。建成具有先进水平的煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检验实验室，通过大量研究，选出了15种适合于液化的中国煤，液化油收率可达50%以上（无水无灰基煤），并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究；开发了高活性的煤直接液化催化剂；利用国产加氢催化剂，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，成功地将煤制油加工成合格的汽油、柴油和航空油。

1997年以来，我国先后引进了德国、美国和日本的煤炭液化技术，对我国不同煤种进行了试验，分别进行了建设煤炭直接液化示范厂的可行性研究工作。

2004年9月，神华集团联合上海电气集团、上海华谊集团共同出资组建了神华煤制油研究中心有限公司，初步建成了煤制油中试装置(PDU)。该装置拟在实验室的基础上放大60倍进行试验。同年12月16日，神华集团煤直接液化关键技术获的突破，日处理6吨煤的中试装置在上海中试基地一次性投煤成功，并获得实验油品。据神华集团称：“煤直接液化的工艺流程业已打通，神华煤制油向实现产业化迈出了关键一步。”“神华煤直接液化中试”也列入上海市“科教兴市项目”计划。目前，神华已开发出具有自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”，并初步形成了煤液化技术创新体系，在上海成立了煤制油研究中心，为建设大型生产装置提供技术支撑。

3、大型煤制油项目已经启动

2004年8月25日，由我国最大的煤炭能源企业神华集团承担的我国第一个煤炭直接液化项目在内蒙古鄂尔多斯正式开工建设，并计划在2007年建成第一条500万吨的生产线，生产各种油品320万吨。到2010年，该项目产量提升到每年500万吨；到2015年，产量增加到1500万吨；2020年，产量达到2000万吨。

此外，2004年9月28日，神华集团有限责任公司和宁夏煤业集团有限责任公司以及南非SASOL合成燃料国际股份有限责任公司三方正式签署了《中国煤炭间接液化项目可行性研究第一阶段合作谅解备忘录》文本。内容包括合作方式、间接液化项目的产品结构、工艺技术路线选择、风险评估、产品的市场分析及营销以及三方合作的组织机构等。这标志着利用SASOL公司专有技术在中国建设煤炭间接液化项目的中南合作进入实质性阶段。神华集团与宁夏煤业集团将分别在陕西和宁夏与SASOL公司合作建设两座煤炭间接液化工厂，两个工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨，总投资分别约为300亿元。

山东最大的煤炭企业——兖矿集团坑口煤炭液化项目也正在紧张运作中。该项目是兖矿集团煤化工新基地项目之一，将采用俄罗斯煤直接加氢液化技术，项目每年计划处理高硫煤500万吨；而鲁能集团则确立了煤电化、煤液化、煤电冶一体化开发思路，将分三期建设煤电液化项目，建成后可达到年产960万吨成品油的规模，每期油品生产能力320万吨／年。

又如，我国产煤大省——山西省已经将“煤变油”列入省级发展规划，并计划在今后5～10年内，依托自己的煤炭资源优势，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，并初步计划在煤都大同附近建设一个“煤变油”的大基地。

除内蒙古、陕西、云南、山东外、安徽、黑龙江、河南，甚至在新疆和贵州，都在筹划大小不等的“煤变油”项目。

据了解，国家发改委正在考虑将“煤变油”列入“十一五规划”，并把包括“煤变油”在内的煤转化与西气东输一起列为今年我国的10大重点工程，希望在“十五”冲刺阶段在煤转化和发展替代能源方面迈出实质性步伐。

4、上海主动为煤制油产业化提供装备支撑

上海市政府对神华集团煤液化项目十分关注，要求上海电气（集团）总公司充分发挥上海工业和科技的整体优势，积极参与煤液化项目重大装备的研制，实现煤液化装置大型、特大型压力容器和关键设备的国内制造。目前，上海市已将煤制油成套装备列入“上海优先发展先进制造业行动方案”重点培育和发展的新兴产业，有关大型煤液化装置关键设备技术攻关和设备制造已经开始设计试制。与此同时，煤制油装备配套用关键新材料也在攻关开发。2005年将研制成功加氢反应器、换热器、泵、机、阀等主要设备，并形成一定的生产能力，开始承接中、小项目的设备成套和工程总承包，实现年销售收入5～10亿元。到2007年拥有主要关键设备制造能力和自主知识产权，形成煤液化装备的制造、销售、安装、调试和工程成套能力，实现年销售收入20～30亿元。到2010年实现年销售收入60～80亿元，基本建成煤液化装备制造基地，以满足国内外大中小型煤液化项目对设备的市场需要。