国内外煤制油技术发展现状及趋势

1国内外煤制油技术发展现状及趋势21.1世界能源结构与我国能源概况能源是一个国家生产技术水平的重要标志，没有能源就没有工业。因此，能源问题是世界各国，尤其是工业发达国家最先考虑发展的问题。我国将能源，材料，信息和生物四个领域的科学与技术作为国家优先支持与发展的方向。1.1.1能源的形式（按自然形态划分）不可再生能源。化石能源(一次性能源)：a.煤炭b.石油c.天然气d.油页岩（油砂）等核能(一次性能源)：a.核裂变b.核聚变可再生能源：a.水力能b.太阳能c.风能d.地热能31.1.2能源利用史上的几次重大革命18世纪，以蒸汽为动力的时代：瓦特发明了蒸汽机，其实质使用燃煤产生蒸汽代替了人力和畜力。但是蒸汽机的热效率很低，小于40%.19世纪70年代，以电力为动力的时代：用燃煤发电或水力发电取代了蒸汽。20世纪50~60年代：以石油、天然气为动力的时代，同时发展了“石油化学工业”。能源利用的每次革命都引起了世界经济、政治、军事等方面的一系列重大变化:蒸汽——机车；电力——电动机；石油——汽车、飞机.1.1.3能源结构的变化直到上世纪初的现代工业发展时期，煤炭一直作为主要能源，约占总能源消耗量的80%以上。50年代由于在中东地区发现了大量的油田，石油开采量迅速增大，约在60年代中期，石油在总能源消耗中所占比重已达42%。到80年代，工业发达国家中，煤炭占总能源的消耗量远低于石油的（即煤炭占26%，石油占50%）。41.1.4我国的能源结构80年代前，煤炭占80%以上。目前仍然以煤炭为主，约占65~70%。2000年国家统计局统计表明：煤炭67%，石油23%，天然气2.5%，水电6.9%。从1993年我国已成为石油进口国。石油的开发主要用于生产汽油、柴油、化工产品和化工原材料（纤维、橡胶、塑料）。同时，我国目前也正在积极开发其他能源：（1）水力资源(长江三峡水利枢纽)。（2）核能(大亚湾核能发电站,94年1#机组和2#机组相继并网发电；秦山核能发电厂)。（3）天然气(陕西、新疆等地开发)。所以，从世界到我国来看，能源结构的发展趋势进入了群雄并起，各自发挥自身优势的阶段。中国化工学会常务理事、国家经贸委综合司司长李寿生说煤炭在今后相当长的时期仍将是我国最主要的一次能源。应该清醒地看到我国是世界上少数几个以煤炭作为主要能源的国家之一。我国煤炭探明可采量为7300亿吨，名列世界第一，占世界储量的45.7%（16000亿吨）。2000年煤炭消费量12.0亿吨，所占能源消费总量的67.0%。1990年，我国原煤产量10.58亿吨，占世界煤炭总产量的35%（35亿吨）是世界上第一产煤和用煤大国。预计2000年我国煤炭产量可达1400亿吨。5我国煤炭资源的分布也是极不均衡的，64%分布在华北地区。山西省的煤炭资源约占全国的1/3（5000亿吨）；石油主要分布在黑龙江、辽宁、山东和沿海地区。我国能源消费特点：（1）以煤炭为主。前面已讲过（2）人均消费水平低，单位产值能耗高。从下表中可见人均能耗是世界平均水平的1/2，单位产值能耗是世界平均水平的近4倍（3.95倍）.国别人均能耗（kg煤当量）单位产值能耗（10000J/美元）中国60060俄罗斯650030德国600015美国120026综上所述，为了更好地解决我国未来的能源问题，除了应大力发展其他能源外（核能、水力能、太阳能），还要大力加强煤炭的综合利用，提高煤炭的利用率是极其重要的。煤液化理论是煤炭综合利用技术的基础理论之一。6能源形势分析1.百年原油在造就了人类繁荣的同时，也形成了人类对其过分依赖的局面。目前中国对原油的依存度已达到50%，这样就构成了国家能源的安全问题。2.后石油时代——原油价格飚升——对世界经济发展引发了一系列的负面效应——通货膨胀，经济危机等。3.科学技术在未来能源（太阳能、氢能等）的利用方面显得苍白无力。4.选择主导能源的五大要素：①资源量②技术水平③生产成本④投资能力⑤环境容量（CO2排放）。5.煤炭再次作为主导能源的可能性：煤化工正悄然提高了身价，人们开始重新认识其历史地位与作用。7最新能源构成信息2006年中国化石能源资源基础储量构成：煤96.7%；油1.6%；气1.7%。2006年中国可再生资源量：水力6.94亿kwh；风能10亿kwh；太阳能10.9亿kwh；地热能33亿tce；生物质能5亿tce。2006年世界化石能源资源探明可采储量及构成：煤炭57.2%；石油21.1%；天然气21.7%。——《中国统计年鉴2007》2006年世界能源消费构成：石油35.80%；煤炭28.40%；天然气23.70%；水电6.30%；核能5.80%。——《世界能源统计年评2007》2006年中国能源消费构成：石油18.3%；煤炭69.5%；天然气3.4%；水电、核电、风电8.8%。——《2007年国民经济和社会发展统计公报》8（1）煤制油技术分类（2）直接液化（3）间接液化（4）甲醇－MTG（5）煤基多联产及氢能9组成性质C（%）H（%）O（%）N（%）S（%）发热量MJ/kg矿物%水分%煤60-753-43-150.5-1.00.2-320.9813石油83-8710-140.5-1.60.1-1.70.5-341.8很少脱水煤的氢碳比约0.7，石油约1.5～1.7；煤结构以缩合芳香烃为主，石油以脂肪烃为主煤中含较多杂原子，水分、矿物质较多煤是固体，石油是粘稠液体（1）煤制油技术分类10（1）煤制油技术分类煤直接液化间接液化干馏液体燃料汽油MTG燃料、化工品燃料、化工品11（2）直接液化油煤浆制备加氢液化450OC，20MPa分离单元催化剂制氢循环溶剂残渣煤制备加氢精制油品化工品CO2、CO加氢热解12始于上一世纪20年代，工业化于30～40年代1943年，德国总规模达到423万t/a，战后停止二战后新技术持续开发70年代新工艺开发高潮，2000年前后停止目前全球没有工业化生产（2）直接液化13开发国工艺名称开发时间形成规模技术特点德国Betgirs法19215t/d试验装置德国IG1935~3912套，42.3Mt/a70MPa英国I.C.I1929100t/d烟煤，70MMP日本中国19363.3万t煤/a试验工厂美国C.C.C1952300t煤/d30-40Mpa德国IGOR1981-87200t煤/d470°、30Mpa美国H-Coal1979-82600t煤/d工业试验厂日本NEDOL1996150t煤/d17~20Mpa前苏ST-S1986~907t煤/d低压法中国NEDOL19820.1t煤/d小型连续试验装置（2）直接液化14国内从70年代末开始研究，国际合作－国内研发，催化剂开发，建成2套0.1t/d工艺研发装置,一套加氢装置。（2）直接液化151979年～1996年：国家支持下，进行了50多种中国煤种评价，筛选了十几种适宜直接液化的矿点。掌握了中国煤炭应用于直接液化的基本特性和规律。也有进一步扩展的潜力。（2）直接液化16•1996－2000年完成中美、中德、中日合作3个百万吨级工厂预可行性研究•2000年后神华示范工程工艺优化研究（863计划），高催化剂开发、应用（863计划）CDCL工艺开发基础研究（973基础研究）•特点由跟踪研究和技术储备转入目标研究和技术发展研究；针对中国建设示范工程进行前期工作（2）直接液化1721＃催化剂SEM照片36＃催化剂SEM照片“十五863”高效催化剂研究，成果拟用于神华工业示范。（2）直接液化18国家科技部“863”支持项目•神华煤直接液化新工艺•6t/d工艺开发装置•高效催化剂（2）直接液化19神华1Mt/a示范工程：2002年8月批准可研2004年8月25日开工仪式神华煤直接液化工艺高效催化剂神华神东矿区一期工程1Mt/a×3（2）直接液化20关于技术问题已经有近80年研发历史直接液化工艺技术是成熟的大规模工程开发，工业示范运行，工程技术能力高压煤浆泵、减压阀等关键设备工艺优化，适合中国煤特点技术国内外最具实力的研发队伍（2）直接液化21消耗与产品质量（2）直接液化汽油：0.08%90、93、974035----轻柴油：0.2%------------45辛烷值芳烃烯烃十六烷值产品0.0005%100402545～50含硫原料消耗水消耗发动机燃料转化效率（t煤/t产品）（t原水/t产品）（％）（％）3～478558％～60％22关于经济性问题原料煤：按中国矿区的煤炭价格产品：发动机燃料油按国际原油30～35美元/桶化工产品按中国国内近年平均价政策：不享受经济优惠政策经济性有待工业示范验证（2）直接液化23关于原料煤消耗中国查明煤炭资源储量1.02万亿吨，有大量可供使用的适宜原料煤（特别是西部煤炭资源）按照4吨原燃料煤生产1吨液化油，如形成2000万吨产能，需要消耗煤炭约8000万吨2020年全国煤炭消费量可能达到约30亿吨，直接液化用煤仅占2.7％（2）直接液化24关于产业发展2010年前建成100万吨/年工业示范工程完成中国新工艺（CDCL工艺）开发基础研究逐步形成国内工程设计、管理、施工能力设备开发并逐步实现国产化2010～2020年后是中国煤直接液化产业化发展重要时期神华100万吨工业示范工程对今后技术及产业发展至关重要（2）直接液化25产业发展基地设想：•新疆伊犁•云南先锋•内蒙古锡林郭勒•甘肃窑街等（2）直接液化26（3）间接液化煤气化炉锅炉蒸汽空分氧气粗煤气CO、H2净化变换F－T合成加氢提质合成油化工品发动机燃料27（3）间接液化按技术条件，划分为高温合成（350℃）和低温合成（250℃）按合成反应器，划分为浆态床、固定流化床、循环流化床、固定床等按原料，有天然气、煤等产品高温合成低温合成万t/a％万t/a％石脑油75.830.835.614.4聚丙烯82.933.837.515.3a-烯烃24.39.9－－柴油19.78.0128.152.1汽油10.34.210.34.2LPG13.55.524.510.0其它19.27.89.84.0合计245.7100245.810028南非沙索公司：20世纪50年代开始，70年代末扩大，形成世界最大的煤制油工厂，处理煤炭4590万/a，油品产量760万t/a，60％为发动机燃料，供应南非国内32％市场，化工品向90多个国家出口。三个工厂，96台气化炉。（3）间接液化Shell公司的SMDS合成技术29山西煤化所低温浆态床合成技术，铁系催化剂，700t/a级试验平台，完成4000多小时考核运行，柴油馏分70％，十六烷值达到70成立中科煤制油公司3个十六万吨示范工厂建设，神华、山西潞安、内蒙伊泰（3）间接液化30兖矿集团：2003年－2004年建成5000吨/年低温浆态床FT合成中试装置与铁系催化剂制备装置，2004年11月26日完成4706小时连续平稳考核运行，合成产品以柴油为主（70％以上，十六烷值70）；2005年1月29日通过鉴定，同年年底启动百万吨级工业化示范工程，目前前期论证阶段（3）间接液化31由南非引进技术，示范工程•中国西部：神华集团：陕西,榆林,3Mt/a宁煤集团：宁夏,3Mt/a2005年完成初步可行性研究，正在进一步可行性研究；神华与宁煤重组。（3）间接液化32关于技术问题国外有50多年的工业化历史国内正在开发中大规模工程开发，工业示范运行，工程技术能力工艺优化，适合中国市场需求国内外最具实力的研发队伍（3）间接液化33（3）间接液化轻柴油：0.2%------------45辛烷值芳烃烯烃十六烷值产品柴油070含硫原料消耗水消耗发动机燃料转化效率（t煤/t产品）（t原水/t产品）（％）（％）4～610～1260～7540～42煤液化可以得到优质、洁净的液体燃料及其它化工产品34关于经济性问题，与直接液化相近与产品结构及市场价格关联紧密原油价格关系，高油价下有较好的经济效益经济性有待工业示范验证（3）间