中国煤制油行业发展现状及展望

****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，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T－Star工艺。神华鄂尔多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Ⅱ型催化剂，2007年6月高温费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。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63～68％；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17～30MPa，温度430～470℃；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气化装置；合成条件较温和，反应温度低于350℃，反应压力2.0～3.0MPa；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，与制得的氢气混合合成气精制：粗合成气经除尘、冷却，宽温耐硫变换和酸性气体脱送入反应器除，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42～43，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Ⅲ标准，即十六烷