中国煤制油行业发展现状及展望

1、*学院毕业设计说明书（毕业论文）题 目：中国煤制油行业发展现状学生姓名：*学 号：*专 业：化学工程与工艺班 级：*指导教师：*摘要我国煤炭资源丰富，一直是主要的能源和化工原料，但目前煤炭主要用于燃烧发电、炼焦等，存在资源利用率低和对环境带来严重污染等问题。为了更有效地利用我国的煤炭资源，发展洁净煤技术成为研究的热点。煤炭液化作为一种重要的洁净煤技术，具有转化利用率高，污染小的特点，在当前原油价格飙升的市场条件下，越来越受到人们的关注。本文简要介绍了煤直接液化燃油和煤间接液化燃油的工艺特点及国内煤制油企业的发展现状，论述了发展煤制油事业对我国能源安全战略的重要意义。文中指出了煤制油行业所面临的

2、问题，提出了解决问题的合理化建议。 关键词:煤制油；煤直接液化；煤间接液化目 录1引言我国是富煤少油贫气的国家，随着经济的发展，石油供需矛盾将会日益加剧。多元化保证石油供给，在未来相当长的一段时期内将是我国能源建设的重要任务。煤炭的液化过程可以脱除煤中硫、氮等污染大气的元素以及灰分等，获得的液体产品是优质洁净的液体燃料和化学品。煤炭液化不仅具有重大的环保意义，而且具有保障能源安全的战略意义。据有关资料统计，2013年，中国消耗煤炭总量36.1亿吨，消耗石油4.98亿吨，同比分别增长1.7%，石油对外依存度为58.1%，预计到2020年，石油的对外依存度可能接近64.5%，如此大规模的石油进口，

3、必须支付大量的外汇，2011年，中国购买的原油成本达到2000亿美元，2012达到2237亿美元。国际石油市场的波动和变化将直接影响到国内经济、政治的安全与稳定。煤炭是我国最丰富的能源资源。全国累计探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨，位列美国俄罗斯之后。煤通过液化技术生产油品，是解决我国石油资源短缺的一条重要途径。 2煤炭液化技术简介煤炭液化是通过化学加工将固体的煤炭转化为液体的化学产品，有直接液化和间接液化两种液化方式。2.1煤炭直接液化煤炭直接液化是指对煤进行高压加氢直接转化成液体化学产品。煤炭直接液化工艺特征是将煤制成煤浆，在高温高压下，通过催化加氢使煤浆成油，然后再通过提质加工，生产

4、出汽油、柴油、石脑油、液化石油气等化工产品。煤直接液化过程包括煤浆制备、反应、稳定、加氢改质等单元。2.1.1我国煤直接液化发展介绍我国从20世纪70年代开始开展煤炭直接液化技术研究。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，煤炭科学研究总院分别与美国、德国、日本等有关机构合作，完成了神华煤、云南先锋煤和黑龙江依兰煤直接液化示范工厂的初步可行性研究。 神华集团在对国内外煤直接液化技术进行了认真比选的基础上，采用众家之长和成熟的单元工艺技术，开发出神华自己的煤直接液化工艺路线和

5、催化剂合成技术。以无水无灰基煤计，C4以上油收率为57%58%，油品重馏分增多，更有利于柴油产品的生产。催化剂表现出非常高的活性，具有生产流程简单、操作平稳方便、投资小、运行成本低等优点。2004年1月，以煤直接液化中试为首要研究任务的“神华煤制油研究中心有限公司”正式成立，2004年9月，研究中心第一期工程，占地150亩的煤直接液化中试装置（PDU）正式建成。2004-2006年：6吨/天的 PDU装置进行了3次试验，其中2006年第三次运转进煤2477小时（104天）。 神华煤直接液化技术采用强制内循环的悬浮床反应器，采用成熟的减压蒸馏固液分离技术，溶剂加氢采用TStar工艺。 神华鄂尔多

6、斯百万吨级煤直接液化示范项目于2008年12月31日打通流程，产出合格油品和化工品。神华煤直接液化百万吨级示范工程第一次投煤试运转期间，煤直接液化装置共计消耗洗精煤36524吨(含水17%)，制备煤浆76000吨。期间煤液化装置一共生产各类油品26602吨，其中含起始溶剂17855吨，净产油8748吨。煤的转化率为90.94%(wt，无水无灰基)。由于减压塔热量不足，造成残渣中含油量过高，实际油收率为30.14%(wt，无水无灰基)，如果将残渣中固体含量提高到设定的50%，则实际油收率为56.86%(wt，无水无灰基)，达到了基础设计基准。2.2煤炭间接液化煤间接液化是以煤为原料，先气化制成合

7、成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。2.2.1我国煤间接液化进展简介我国从20世纪70年代开始开展煤炭液化技术研究。“十五”期间，在国家863计划的大力支持下，我国在煤炭间接液化技术研发方面取得了重大突破，成功地建设并运行了两套年产油品750吨和5000 吨的新型浆态床合成油品开发实验装置，取得了进一步放大及其工程化所需的相关数据，在催化剂制备及在线分离、反应器设计、系统稳定运行等方面均取得了重要成果，积累了一定的技术开发及工程经验，为我国煤炭间接液化技术的进一步放大验证及商业化奠定了技术基础，培养了相关人才。（1）750 吨/ 年液化装置的建设及运行中国

8、科学院山西煤炭化学研究所完成了750吨级间接液化技术中试，打通了工艺流程，成功运转累计3500 小时，达到与国际同类技术相同水平的技术经济指标。开发了可用于工程的具有自主知识产权的煤炭间接液化催化剂系列产品，突破了制约煤炭间接液化技术成本高的瓶颈。进行了催化剂的优化，并研究完成了工业规模的高效浆态床催化剂的成型技术；开发了浆态床反应器技术，进行冷态实验，验证和改进浆态床内构件设计，并建成了完整的中试技术平台，全面实现了中试的稳定运转，进行了中试反应器的流体力学研究，形成了示范厂大型反应器的设计方案；解决了催化剂在线分离问题，在中间试验平台上，获取工业设计数据；结合催化反应动力学研究，获得反应动

9、力学模型，用于工业反应器设计和模拟，形成煤基合成油浆态床工艺技术软件，进行广泛系统流程模拟分析；形成万吨级合成油过程设计方案并完成技术经济评估，在此基础上进行示范厂的基础设计；建设了油品加氢单管试验装置，并形成了合成油品专用配套加工技术。共形成专利42项。 （2）5000 吨/ 年液化装置的建设及运行 2002年，兖矿集团在上海张江设立上海兖矿能源科技研发公司，引进国内、外高技术人才，建立煤液化实验室，进行煤炭间接液化技术（低温费托合成工艺技术）的实验研究工作。2003年，在实验室研究的基础上编制了低温费托合成中试装置工艺设计软件包，并通过了专家评审，同年完成了煤炭间接液化低温费托合成工艺中试

10、装置施工设计。2003 年底完成中试装置建设。2004年4月，万吨级/年（设计能力）煤间接液化中试装置打通工艺流程，获得中试产品。该中试装置连续稳定运行了196 天，取得了可为工业化应用提供依据的完整的中试研究数据。与石油化工研究院合作开发的煤间接液化产品提质加工技术的研究工作已全部完成。在较短的时间内开发出煤间接液化生产燃料油的成套技术。目前，该项目中试研究成果已通过科技部组织的专家验收和鉴定，专家评价该技术成果达到国际先进水平。2006年4月又开始建设高温费托合成中试装置和100吨/年高温费托合成催化剂中试装置，2007年初高温费托合成催化剂中试装置生产出高温型催化剂，2007年6月高温费

11、托合成中试装置一次投料开车成功，生产出合格产品。 2009年4月8日，上海兖矿能源科技研发有限公司“流化床高温费托合成沉淀法铁基催化剂开发与放大研究”通过科技成果鉴定。催化剂在5000吨/年高温费托合成中试装置上连续运行了550小时，各项指标均接近或超过实验室开发的催化剂，能够满足流化床合成反应器对催化剂的要求。 2.3 直接液化和间接液化技术对比 煤直接液化和间接液化技术各有长短，下面分别对比其对煤质的要求、工艺过程和工艺特点。 2.3.1 煤直接和间接液化对煤质的要求直接液化对煤质的要求有：（1）煤的灰分要低，一般小于5%。因此，原煤要进行洗选，生产出精煤后再进行液化。（2）煤的可磨性要好

12、。煤的直接液化要先把煤磨成200筛目(粒径0.074mm)左右的煤粉直接液化对煤质的要求才适合配制成油煤浆。（3）煤中的氢含量越高越好，氧的含量越低越好，它可以减少加氢的供气量，也可以减少废水生成。（4）煤中的硫和氮等杂原子含量越低越好，以降低油品加工费用。 因此，能用于直接液化的煤，一般是褐煤、长焰煤等年青煤种，而且这些牌号的煤也不是都能直接液化的。神华集团的不粘煤、长焰煤和云南先锋矿的褐煤都是较好的直接液化煤种。 间接液化对煤质的要求 ：（1）煤的灰分要低于15%。当然越低也有利于气化,也有利于液化。（2）煤的可磨性要好,水分要低。不论采用那种气化工艺,制粉是一个重要环节。（3）对于用水煤

13、浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。水煤浆的固体浓度应在60%以上。（4）煤的灰融点要求。固定床气化要求煤的灰融点温度越高越好,一般ST不小于1250;流化床气化要求煤的灰融点温度ST小于1300。间接液化对煤的适应性广，原则上所有煤都能气化成合成气。当然，不同的煤要选择不同的气化方法。但是对原煤进行洗选加工、降低灰分和硫分是必要的。另外，还有个最佳经济性的问题。所以，对不同的煤选择不同的气化方法。 2.3.3 煤直接和间接液化工艺特点比较直接液化工艺特点：直接液化油收率高，我国神华煤制油装置的油收率可高达6368；煤消耗量小，生产1吨液化油，需消耗原料洗精煤2.4吨左右（包括23.3气化制氢

14、用原料煤，不计燃料煤）；目标产品的选择性相对较高，馏份油以汽、柴油为主；制氢方法有多种选择，无需完全依赖于煤的气化；反应条件相对较苛刻，压力达到1730MPa，温度430470；出液化反应器的产物组成较复杂，液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难；氢耗量大，工艺过程中不仅补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，使装置的生产能力降低。间接液化工艺特点：转化率高，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，总转化率达90；煤消耗量大，生产1吨F-T产品，需消耗原料洗精煤3.3吨左右（不计燃料煤）；目标产品的选择性相对较低，合成副产物较多；间接液化必须配备大规模的煤

15、气化装置；合成条件较温和，反应温度低于350，反应压力2.03.0MPa；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；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。2.3.4 煤直接和间接液化工艺过程比较现就煤直接液化工艺过程和间接液化（费托合成）工艺做如下对比（见表2.1）：表2.1 煤直接和间接液化工艺过程比较直接液化（加氢液化）工艺过程间接液化（费托合成）工艺过程第一步氢气制备：采用煤气化或天然气转化煤的气化：得到粗合成气第二步油煤浆：将煤、催化剂和循环油制成的煤浆，与制得的氢气混合送入反应器合成气

16、精制：粗合成气经除尘、冷却，宽温耐硫变换和酸性气体脱除，得到成分合格的合成气第三步加氢液化反应：煤热解，再与氢在催化剂存在条件下结合形成分子量比煤低得多的初级加氢产物费托合成反应：在一定的温度、压力及催化剂作用下，H2和CO转化为直链烃类、水以及含氧有机化合物第四步生成物包括气、液、固三相，液相馏份经提质加工，得到合格的汽油、柴油和航空煤油等产品生成物包括水相、油相和气相，油相采用常规石油炼制手段得到合格的油品或中间产品特征1、2步先并联，后面步骤串联纯串联3 煤制油的产品及特点 直接液化煤制油的产品主要是柴油，副产石脑油和LPG。间接液化煤制油（低温法）主要产品是柴油，副产石脑油和LPG；间

17、接液化煤制油（高温法）主要产品是汽油和低碳烯烃。甲醇制汽油的产品主要是汽油，副产LPG和少量燃料气。直接液化煤制油生产的柴油凝点较低，可用于和炼厂生产的凝点较高的柴油调和，生产-35号、-10号等适用于北方地区冬季使用的柴油。 但直接液化工艺所生产的柴油缺点是十六烷值较低，仅为4243，通过加入添加剂可达到45。2009年国家发布了石化产业调整和振兴规划，其中要求2010年车用柴油全部达到国标准，即十六烷值需达到51以上。 目前中国计划建设的间接液化煤制油项目基本都采用低温费托合成技术（LTFT），产品80%左右为费托合成柴油，主要有以下特点：（1） 费托合成柴油的主要组分是碳原子数在9到12

18、之间的直链饱和烷烃，烯烃含量较少，硫含量极少，NOx排放低，十六烷值高，是一种高质量的柴油。（2）费托合成柴油密度比柴油小，但热值比柴油高，在使用时柴油机的供油系统不必作更多改动。（3）费托合成柴油可以和普通柴油做任意比例的互溶做成混合油，这是其他替代燃料目前都不具备的特性。 但是费托合成油也有自身的缺点：低温特性差、润滑性能较差以及对浸油弹性体有影响等。 因此，费托合成柴油以其高十六烷值（可达75-80），几乎不含硫等特点，作为混合组分，可以有效提高常规柴油的品质。4中国已建成煤制油生产装置介绍目前煤制油的三个主要发展方向直接液化、间接液化和煤基甲醇制汽油（MTG）都建成了示范装置并实现稳定

19、运行。4.1 神华鄂尔多斯百万吨级煤直接液化示范项目 神华鄂尔多斯百万吨级煤直接液化示范项目的项目建议书于2001年3月获得国务院的批准，2002年8月国务院批准了可行性研究报告，2005年4月该项目开工建设，2007年底建成，经过一年的试车，在2008年12月31日打通流程，产出合格油品和化工品。经过300多小时的试运行后，该示范装置按计划停车，为第二次试运行做准备。 该项目煤制氢装置采用了Shell公司的煤气化技术，空分装置采用了林德公司提供的设备和技术，由二条生产线组成，单条生产线制氧能力为50000 m3 /h。为了保障煤液化装置的氢供应，神华还于2008年3月购买了中石化巴陵石化的天

20、然气制氢装置作为备用氢源，该装置于2008年11月开车成功，产出合格氢气。神华直接液化煤制油项目采用自主知识产权863高效液化催化剂。 经过一年多的试运行，神华鄂尔多斯直接液化煤制油项目已实现连续稳定运营。神华集团人士2010年6月中旬在股东大会上称，从5月开始，直接液化煤制油项目平均日产量达2000-2800吨。而与直接液化共用煤气化装置的18万吨/年间接液化煤制油项目也已开车成功。2013年煤液化装置累计运行315天，首次超过设计值，取得突破性的进展，再次证明了直接液化项目是能够实现安全、稳定、长周期运行的。生产出第一批次煤基航煤组分和火箭煤油初样、第一批满足国四标准的93#车用汽油。4.

21、2伊泰间接液化煤制油项目 伊泰煤制油装置位于内蒙古鄂尔多斯的大路煤化工园区，规模为16万吨/年油品。该项目空分装置由液化空气公司提供，气化装置采用了西北院的多元料浆煤气化技术。该项目于2005年得到核准，2006年开工建设，总投资27亿元左右。 伊泰煤制油项目于2009年3月15日第一次投料试车，目标是打通流程，对生产装置进行调试和完善，为实现长期安全稳定、满负荷运行做准备。该装置于3月20日正式产出第一桶油，经分析全部指标合格。第一次试车原计划运行1-1.5个月，于5月中旬停车检修，然后在2009年冬天到来之前再次开车，并在运行中度过2009年冬季。但是4月8日，由于伊泰煤制油项目储油罐消防

22、安全设计规范未能完全适应煤制油的特殊性，已经完成煤制油的核心过程，进入普通的炼油流程的中间油品发生火灾，第一次试车实际运行了23天。 伊泰煤制油装置从2010年4月初开始逐步提高负荷，在60%负荷的时候运行稳定，合成气转化率在96%以上，甲烷的选择性小于3%，F-T合成得到验证，试验效果优于中试数据。反应器方面操作平稳，浆态床反应器操作温度为270，反应器顶部和底部温差不超过2。 伊泰煤制油装置试运行还表现出催化剂活性和单位时间生产效率高，因此装置F-T合成反应器所需填装的催化剂量也较少，就可达到满负荷运行。由于催化剂活性高，预计伊泰煤制油的实际产能可以达到20万吨/年。中科合成油公司的F-T

23、合成催化剂每一吨在使用周期内可以生产1000吨油，也将有利于煤制油成本的降低。伊泰煤制油装置经过从2009年3月开始的先后三次试生产，到2010年6月30日，已稳定运行5640小时，整套生产线达到了满负荷稳定运行状态，每日生产成品油483吨，其中轻柴油265吨，重柴油51吨，石脑油148吨，液化石油气19吨。4.3晋城煤业集团甲醇制汽油项目 晋城煤业集团采用ExxonMobil公司MTG技术建设10万吨/年甲醇制汽油（MTG）项目，该项目配套30万吨/年的粗甲醇生产装置。采用晋城煤业集团自主知识产权的灰熔聚流化床煤气化技术，使用晋煤集团自产的高硫劣质煤为原料。 2009年6月28日，该10万吨

24、/年甲醇制汽油（MTG）示范项目装置正式出油，并经过近60小时的开车运转，于6月30日顺利产出第一桶合格油品。 从2010年3月份开始，该项目实现了平稳运行。2010年6月，晋城煤业集团天溪煤制油分公司起草的车用煤制清洁燃料企业标准评审会成功举行。5煤制油行业政策与标准5.1煤制油国家政策. 2006年7月国家发改委发布了“关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展”的通知，要求对于煤炭液化项目，在国家煤炭液化发展规划编制完成前，各级投资主管部门应暂停煤炭液化项目核准。一般不应批准年产规模在300万吨以下的煤制油项目。 2006年12月，国家发改委就煤化工产业中长期发展规划进行了征求意见工作，

25、但是该规划并未正式出台。 2008年6月，工业与信息化部正式挂牌成立，8月，国家能源局正式挂牌成立。根据工业与信息化部公开发布的文件，“炼油、煤制燃料和燃料乙醇的行业管理由国家能源局负责，其他石油化工和煤化工的行业管理由工业和信息化部负责。”明确了煤制油归口国家能源局管理。 2008年9月，国家发改委发布关于加强煤制油项目管理有关问题的通知，要求除神华鄂尔多斯项目和神华宁煤-沙索宁夏项目外，一律停止实施其他煤制油项目。2009年5月，我国出台了石化产业调整和振兴规划，在稳步开展煤化工示范一则中指出：今后三年停止审批单纯扩大产能的焦炭、电石等煤化工项目，原则上不再安排新的煤化工试点项目，重点抓好

26、现有煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制甲烷气、煤制乙二醇等五类示范工程，探索煤炭高效清洁转化和石化原料多元化发展的新途径。同时，合理的其它煤制油项目仍有希望成为新的煤化工试点。从长远看，煤制油产业仍是我国重要的新兴工业领域。2009年9月，国务院批转发展改革委等部门关于抑制部分行业产能过剩和重复建设，引导产业健康发展若干意见的通知。指出目前煤制油示范工程正处于试生产阶段，煤制烯烃等示范工程尚处于建设或前期工作阶段，但一些地区盲目规划现代煤化工项目，若不及时合理引导，势必出现“逢煤必化、遍地开花”的混乱局面。通知再次明确了煤制油项目的发展阶段和发展任务，目前其还处于示范阶段，不适于大规模发展。&

27、#160;2011年3月，发改委出台国家发展改革委关于规范煤化工产业有序发展的通知。指出了煤化工目前发展带来的四大问题，通知表示收紧大型煤化工项目的审批，并再次明确列出禁批目录，直至煤化工产业规划出台同时。通知提出国家发展改革委、国家能源局正在组织编制煤炭深加工示范项目规划和煤化工产业政策，并提出其政策取向是以节能、高效、环保为目标，在有煤炭资源潜力和水资源充足的地区适度发展煤化工产业。2011年12月，工信部出台石化和化学工业“十二五”发展规划。其中明确指出：煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制乙二醇等现代煤化工项目要按照有关产业政策，综合考虑煤炭、水资源、生态环境、交通运输、地区

28、经济发展情况及区域二氧化碳、节能和主要污染物减排指标等综合条件，在蒙、陕、新、宁、贵等重点产煤省区，适度布局，并采取集中集约、上下游一体化方式建设现代煤化工生产基地及煤电化热一体化示范基地；其余省区，尤其是煤炭调入和基本平衡省区、生态环境脆弱地区、大气联防联控重点区域、主要污染物排放总量超标和节能评估审查不合格的地区，严格限制现代煤化工的发展。该规划在认可煤制油技术取得的积极技术进展同时，明确了未来五年煤制油技术的发展方向、项目选址条件和项目布局方式。5.2煤制油企业标准 2009年10月，我国首个煤制油品企业标准诞生。由内蒙古石油化学工业检验测试所承担的煤制油产品质量标准制定项目在鄂尔多斯市

29、顺利通过专家审定，并在当地开始实施。 目前我国煤制合成柴油和合成石脑油均没有国家标准和行业标准。为了保证煤制油企业的正常生产和相关部门对这类产品的检验和验收，内蒙古石油化学工业检验测试所和内蒙古伊泰煤制油有限责任公司经过一年多的反复试验和验证，并参照相关技术标准制定了F-T合成柴油、F-T合成石脑油企业标准。评审专家认为，这两项标准符合企业生产实际，填补了内蒙古乃至我国煤制油品标准的空白。该标准的制定实施，也为今后制定煤制油行业标准和国家标准奠定了基础。 2010年3季度，由山西潞安矿业（集团）有限公司、山西潞安煤基合成油有限公司起草的煤基清洁柴油、煤基合成石脑油两项企业标准，通过相关科研院所

30、专家的审定，并在山西长治市质监局备案实施。2011年1月13日，全国煤炭标准化技术委员会在北京召开了国家标准技术审查会，审查通过了由山西煤化所煤炭间接液化国家工程实验室与中科合成油技术有限公司牵头制定的煤炭间接液化过程中的两项国家分析方法标准：煤基费托合成原料气中H2、N2、CO、CO2和CH4的测定-气相色谱法和煤基费托合成尾气中H2、N2、CO、CO2和C1C8烃的测定-气相色谱法。该标准即将由国家标准化管理委员会发布实施。6结论与建议6.1 煤制油对我国能源安全意义重大 我国原油进口依存度已超过50%，并且进口原油占据油品消费的比重将继续上升，对原油进口渠道的掌控仍显不足。因此无论国际原油价格如何，煤制油的经济性如何，开展重点煤制油项目的工业化示范，完善我国煤制油的多种技术储备，都对保障我国能源安全具有重要意义。6.2煤制油行业面临巨大环保压力我国的煤资源集中在中西部的山西、内蒙和陕西等干旱半干旱地区，水资源特别匮乏。而煤制油行业属高耗水行业，大规模建设煤制油项目势必对区域水资源平衡和生态环境保护形成挑战。研究使用低耗水设备及提高污水循环利用率可有效缓解供需矛盾。二氧化碳是煤制油的副产品，而且排放量较大。现在还没有合适可行的方式