煤炭能提炼油吗

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。

二战时，德国就有了这个技术。煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产，到1944年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万吨/年。

现如今，我们也有类似的项目。神华宁煤集团的400万吨煤制油项目。400万吨煤制油是一个示范项目，它从2004年启动，历经13年才正式产油，突破了数不清的工程和技术难题，填补了国内空白。

不过现在原油储备还是很多，什么时候会需要，要看直接炼油的成本，和煤化油的成本哪个合适了。

另外一个趋势是，电力作为能源直接驱动，譬如汽车。能量只要有电的形式就行。所以也许我们能预计到的未来，都没有必要煤转成油了。

煤基航天煤油火箭发动机整机热试车成功，对于我国航天工业意义重大。中国航天科技集团六院院长谭永华介绍说，2012年，我国成为世界上第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机核心技术的国家，但我国航天煤油都须采用特定油田特定原油加工，资源稀少。此次航天火箭发动机用上煤制油，意味着中国航天燃料又多了一种选项。这在世界航天领域尚属首次。用高效、低毒的液氧+煤油燃料替代常规的肼类燃料，是世界航天推进技术的发展趋势。我国石油对外依存度较高，但煤炭资源相对丰富。在这样的条件下，发展以煤炭为原料的煤基燃料，是补充石油基燃料缺口、保障航天燃料供给的最好途径。2015年4月12日上午，液氧煤基航天煤油的火箭发动机整机热试车在中国航天科技集团六院试验区悄然进行。11时30分许，发动机在震山撼岳的怒吼之后，准时关机，试验取得圆满成功。煤基航天煤油火箭发动机整机热试车成功，这是世界首次将煤基煤油应用于航天领域，标志着我国煤基航天煤油研制取得重要阶段性成果，我国极为稀缺的航天燃料由此增添了一个难得的战略性供给选项。

煤变油是一种通俗的说法，一般学术上称之为煤炭液化。但是严格讲，所谓煤炭液化也是不准确的。作为俗称约定，称之液化也可以。

一般，煤变油有两种工艺，一个为直接液化，另外就叫间接液化。但是，从原子利用原理上讲，主要就是利用煤炭中的碳元素和少量的氢元素而合成油品。因为两者均涉及复杂的学术和学理问题，此处就不讲了，以下仅就价格问题谈一点。

先谈直接液化问题。1桶油200升，约150公斤，150000克。如果汽油以C9烃计算，则C9H20的分子量为128，这样200升油需要碳资源150*108/128=127公斤,折合煤炭约为127/0.5=250公斤(因为要扣除煤中的水\硫\灰分\挥发份,可以利用的固定炭也就是一半),煤炭价格以400元算,约为100元需要氢资源为150*20/128=24公斤,而这些请资源要取之于有机溶剂,如果以甲苯计算,需要甲苯为92*24/8=276公斤,吨甲苯价格为6000元算,24公斤约需要276*6000/1000=1650元(甲苯效果并不好,但是价格比较低廉,如果用效果好的十氢萘,价格就太高,一般500毫升就上百元).考虑到还可以利用甲苯中的炭资源和循环因素,起码也要1000元左右.这样仅仅是原料成本就需要1100元/桶,如果考虑高温高压设备\能源消耗\催化剂成本\分离和净化等因素,每桶油成本就至少近1500元,约合美元180.

再计算间接液化成本问题.一桶油200升,150公斤,需要合成气(由煤和水在高温下得到,也就是煤炭制备水煤气)为1000立方米(从合成原理推得,以一立方米合成气得到150克油计算,其极限为208克,150克已经很高了),而现在合成气成本为1.50元/立方米.这样,每桶油原料成本为1500元,也就是180.

综上所述,第一种工艺主要是有机溶剂昂贵,反应条件苛刻.而第二种工艺则取决于合成过程和高效催化剂.目前,两者均无法实现工业化.当然,像神化这样的企业,煤炭资源是国家的,不要考虑,那时可以的.

实现煤变油

石油在今天已经牵动着众多人的心弦，人们预见到不久的将来，石油将无可挽救地走向枯竭。政治家和军事家们为了各自国家的经济利益和安全，日夜不停地谋划他们的石油发展战略，化学家们则想方设法人造石油。

最早的人造石油是从干馏油母页岩获得的。油母页岩简称油页岩，是一种固体矿产，位于煤的上层，露天采煤势必先采掘上层的油页岩。爱沙尼亚、巴西等国都有大量油页岩储藏。我国辽宁抚顺、凌源、河北宣化、广东茂名也都储藏有大量的油页岩。将油页岩干馏时其中所含有机物受热分解生成一种褐色有特殊刺激气味的粘稠状液体。经过加工精制，可以得到合格的汽油、煤油、柴油、燃料油等。

世界上将油页岩干馏提取页岩油的工业始于19世纪上半叶，1835年法国建成世界上第一个页岩油厂，1862年英国开始页岩油的生产。与此同时，德国与西班牙等国也发展了页岩油的生产。20世纪初，由于汽油工业的发展以及第一次世界大战爆发，内燃机燃料的需求大增，西欧页岩油的生产得到迅猛发展。

20世纪20年代一位德国化学家费雪（Franz Fischer，1877-1947）和一位捷克斯洛伐克化学家特劳普斯赫（Hans Tropsch，1889-1935）将水煤气通过金属氧化物催化剂在200℃和适度压力下转变成碳氢化合物，作为机动车燃料，并将此碳氢化合物氧化成脂肪酸，以缓解德国当时脂肪的短缺，1927年试验成功，1935年投入工业化生产。化学反应过程可表示如下：

nCO+2nH2══CnH2n+nH2OnCO+（2n+1）H2══CnH2n+2+nH2O由这个方法所得的烃类大部分是直链的烷烃，从产物中分离出的汽油的辛烷值仅在40左右，因此需要进一步处理，以提高辛烷值。这个煤的间接液化方法的优点是可以利用廉价的水煤气作原料，因为水煤气很容易从煤或天然气得到。我国锦州的合成油厂就是采用这个方法生产的。

将煤直接加氢合成汽油是由德国化学家贝吉乌斯（Friedrich Bergius，1884-1949）创造的。他最初在1913年将150千克（330磅）煤粉和5千克氢气在400℃和200大气压下在一个钢制高压加热器（图29-1）中进行反应，获得85%的人造石油，于1913年秋获得煤的氢化专利

1916年贝吉乌斯得到德国煤化学企业联合会组织的资助，在德国西南部莱茵河右岸曼海姆（Mannheim）附近莱因奥（Rheinau）建立工厂。但由于主要生产操作问题未能解决，同时由于在第一次世界大战期间，德军占领了罗马尼亚油田，使煤转变成石油的急迫性得以缓解，因此这一工厂迟至第一次世界大战后，即1924年才开始动工。

1926年贝吉乌斯利用煤加氢合成汽油的过程得到德国工业化学家彼尔（Matthias Pier，1882-1965）的建议，分成两步进行。第一步，在液相中进行，将煤研磨成粉末悬浮在重油中，添加钼催化剂，加热此糊状物至300℃，移入转化器中，在230大气压下与氢气反应。反应生成产物含10%~20%的气体，5%~10%的固体物，55%的重油和20%~30%的煤油、柴油、燃料油等中级油。第二步在气相中进行，将产生的中级油和氢气在钨的硫化物催化剂存在下在400℃和200~300大气压下反应，产生50%~70%的汽油。

Anthony N．Stranges．Synthetic petroleum from coal hydrogeneation．Journal of chemical education，1983,60（8）。

1927年起陆续在德国南部重要的化学工业中心城市洛伊纳（Leuna）等12个城市建立生产工厂。1938-1945年整个德国生产了1.28亿桶（1桶等于36英制加仑，等于31.5美制加仑，每英制加仑等于4.546升，每美制加仑等于3.785升）石油，缓解了德国石油短缺的局面，但按价格计算，每加仑人造汽油比进口天然汽油贵1倍多。

第二次世界大战后，德国是战败国，德国的人造石油工厂全部拆除，其中有两三座工厂被前苏联拆除后重新在西伯利亚组装。

贝吉乌斯因成功研制成人造石油获得1931年诺贝尔化学奖。

我国是储煤大国，特别是山西省，煤炭资源遍布全省。新中国成立前，军阀阎锡山成了山西土皇帝，为了发展自己的势力，早在德国建成世界上第一个煤直接加氢合成石油的工厂前三年，1924年在山西省左云县吴家窑投资45万元，从德国购置了一套“煤蒸馏设备”，并组建育才炼油厂。1925年这个炼油厂开始以煤炭为原料采用低温干馏法试炼原油，因设备简陋和技术不过关，未出产品。

1932年阎锡山将育才炼油厂改名为山西育才炼油试验厂，1933年又改名山西燃料研究所，派人到英国和德国学习炼油技术，并从德国购买精制炼油机器。1936年燃料研究所专门配备了一座附属煤厂，准备从煤焦化中提炼汽油，原定1937年10月1日正式投产，不料“七七事变”爆发，日寇9月中旬入侵山西，11月8日侵占太原。燃料研究所和煤焦化引进的装置被日军拆卸装箱运到日本和我国东北、大连等地，厂房被炸毁。山西第二次“煤变油”被日寇扼杀了。

宋延生。山西历史上的“煤变油”。中国化工报，2003-02-25（B3）。

在国民党统治地区，在抗日战争时期，由于日本封锁，中国军队和民间所需要的汽油、煤油、柴油运不进来，燃料奇缺，有些汽车已靠烧木炭行驶，因此计划建石油化用品加工厂，但因财政困难和人才缺乏而未获成果。

新中国成立后，煤制汽油曾是我国“七五”期间重点科技攻关项目。然而，在“左”的思潮泛滥情况下，建设中的大同煤炼油厂和北京煤炼油厂都下马了，石油五厂（锦西煤炼油厂）很快转为加工天然原油，而石油六厂（锦州煤炼油厂）坚持到1967年9月也终于停产。唯一的煤炼油科研机构——石油化工科学研究院炼油研究所也合并到四川，不再安排煤炼油任务。

到1981年，中国科学院山西煤化所开始进行煤制汽油的开发研究，经过4年的工作，攻克了煤间接液化的一些技术难题，在小型试验成功后，开发出两段法合成油中试装置。由于种种原因，直到1989年8月，才在山西省代县化肥厂完成百吨级中试。那次中试连续运行1600小时，共得汽油5.8吨，汽油收率达到90~100克／米3，油品辛烷值超过80。同年12月1日该项目通过中国科学院资源环境局、山西省科学技术委员会组织的联合鉴定。1990年5月3日在太原举行了煤制合成油专家论证会，与会专家对中试取得的数据进行了认真分析，并一致认为这一技术属于国内首创，并达到国外同类技术水平，具备了工业放大的条件。

1991年初，国家拨款600万元，山西省自筹900万元，投建了规模为年产汽油2000吨、副产城市煤气750万立方米的工业化试验装置。该工艺流程是以煤造气，生产水煤气为原料，经净化、压缩、裂解、加氢，两段催化合成后得到优质汽油，尾气作为城市煤气使用。当时世界上仅有为数不多的国家能掌握这种技术。

1993年12月16日，装置建成后顺利打通了全流程，产出90号车用汽油，并通过了连续开车1500小时的考核。与此同时，化二院开始进行年生产能力5~10万吨煤合成汽油大型装置的设计方案工作。但因当时国际石油价格低，我国开始大量进口石油。由于制取1吨汽油约需4~5吨煤，“煤变油”的成本高于进口石油，所以在经济上不合算，这套工业化试验装置在试验成功后没有投产。

20世纪末，世界石油市场风云多变，价格暴涨，我国从1993年由石油出口国成为石油进口国后，每年进口数量不断加大。对进口石油的依赖已危及到我国的能源战略安全。山西省煤炭液化作为我国能源结构战略性调整又被提上重要的议事日程。2001年4月中国科学院和山西省政府签署《发展山西煤间接液化合成油产业的框架协议》，提出在今后5至10年内在山西朔州、大同地区建成一个以百万吨级煤合成汽油为核心的、多联产特大型企业集团。

同时石油化工科学研究院在相隔40多年后，与其他科研单位合作，重启“煤变油”课题项目，2004年以来我国已有四座年产100~300万吨油品的“煤变油”工程上马。

石油的用途多了，各种车，飞机，宇宙飞船，工厂里的炼油，炼钢，炼铁啊，还有很多机器要用到石油.