煤间接液化技术现状及其经济性分析

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煤间接液化技术现状及其经济性分析韩德奇，陈平，何承涛，薜隆宇（河南南阳油田南阳石蜡精细化工厂，河南南阳４７３１３２）

摘要：煤问接液化技术比较成熟并已得到大规模商业化运营。介绍了煤间接液化技术发展历程，详细论述了ｓａｓ０１、Ｍｏｂｉｌｍ、ｓｈｅｕｓＭＤｓ三种典型间接液化工艺，概述了反应器研究进展，对煤间接液化的技术经济性进行

了分析，提出了我国煤间接液化技术发展建议。主题词：煤间接液化；合成气；反应器：柴油中图分类号：田５２９文献标识码：Ｂ文章编号：ｌ００９—４７２５（２００４）Ｏｌ—００２ｌ一０７

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煤炭的液化是将煤在一定的反应条件下转化为液体燃料和化工产品的技术。目前煤液化有两大工艺技术路线：直接液化和间接液化。间接液化技术有原料适应强和油品质量好的优点，尽管建设投资较高，但在国外已有比较成熟的转化技术和大规模商业化运营的成功经验。因此，专家们认为间接液化技术比较适合我国的情况。１煤间接液化技术发展历程１９２３年德国科学家Ｆｒ∞ｓＦｉｓｃｈｅｒＨａｒＩｓ和脚ｓｃｈ发明了将合成气经催化转化为液态烃的方法，简称卜Ｔ收稿日期：２００３—１０—２５修回日期：２００３—１２—０８合成，奠定了煤间接液化的技术基础。煤间接液化是先将煤气化生产合成气，完全改变了煤原有的化学结构，然后以合成气为原料通过费托合成（卜Ｔ）生产出

馏程不同的液态烃。煤间接液化包括造气单元、Ｆ—Ｔ合成单元、分离单元、后加工提质单元等，其核心是合成反应单元。与直接液化技术相比，间接液化技术对煤基本没有要求。１９３６年德国建成世界上第一座煤间接液化工厂，到二战结束时，在德国、法国、日本、中国和美国等共建了１６套煤基合成气为原料的合成油装置。二战以后由于廉价石油的大量发现，从煤生产液体燃料成本变得过高，这些装置先后停产。２０世纪５０年代，南非联邦受到国际制裁，无法进口石油，为满足对燃料油的需求，根据本国煤的特点，２１

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发展了煤间接液化生产燃料油的技术。白１９５５年以来，陆续建立了３大型煤间接液化厂，分别是Ｓａ鲫ｌＩ、ｓａｓｏｌⅡ、ｓ一１Ⅲ，产品包括发动机燃料、聚烯烃等。目前，ｓ＊ｏｌ公司的煤间接液化工厂仍在运行，并获得可观利润。煤间接液化在中国也曾进行过２０００ｔ，ａ的固定床工业试验，近期在先进的浆态床合成油技术上取得了重要进展。２００２年４月建成千吨级浆态床工业中试装置，同时生产出数吨Ｉｃｃ—ｎ型铁催化剂，２００２年９月浆态合成油中试装置已完成首次顺利试车，并打通了整个工艺流程。这为中国煤基合成油工业化奠定了可靠的技术保障。煤间接液化技术发展历程见表ｌ。

表１煤间接液化技术发展历程

２典型工艺煤炭间接液化的第一步是，利用蒸汽气化完全打破煤的原有化学结构，气化产物的组成可以调节而达到所需Ｈ：和ｃｏ组成比例，并除去对催化剂有毒的含硫成分。生成的“合成气”在催化剂的作用下，在较低的压力和温度条件下发生反应。根据所选用的催化剂以及反应条件的不同，最终的产品可以是石蜡、烯烃类化合物或醇类（特别是甲醇）。目前进行商业化生产的煤炭间接液化工艺有南非的ｓ∞ｏｌ间接液化工艺和由Ｍ０ｂｉｌ公司和ｓｈｅｕ公司开发的两种煤炭间接液化工艺。其它的间接液化工艺只达到小规模试验的程度，这些工艺与ｓｈｅⅡ间接液化工艺（或者ｓａ“间接液化工艺）基本类似，只是它们使用了不同的专有催化剂。研制这些工艺的公司包括Ｋｖａｅｍ—ｅｒ公司、Ｅｘｘｏｎ公司和ｓ伸呐ｌｅＩｌＩＩｌ公司。Ｓａｓｏｌ公司根据其ｓａｍｌ工艺合成技术，还开发了一种新的天然气合成工艺，即ｓａ“浆相蒸馏（ｓｓＰＤ）合成工艺。２．１Ｓａｓ０１间接液化工艺ｓａｓｏｌ间接液化工艺是根据加世纪３０年代和４０年代在德国和其它国家普遍使用的Ｆｉｓｃｈｅｒ一１ｈｐｓｃｈ（Ｆｒ）液化工艺的基础上研制而成的，尽管经过４０多年的连续研究，ｓａｓｏｌ公司已经在合成反应环节上进行了实质性的改进。但由鲁奇（Ｌｎ醉）气化工艺生产合成气没有改变，只是该气化炉的体积比以前有所增加。ｓａｓｏｌ公司采用低温ＦｉｓｃｈｅｒＴｒｏ僻ｃｈ（哪）工艺和高温Ｆｉ融埘

７Ｉｈｐｓｃｈ（唧）工艺制作合成气。

２．１．１ｕＴＴ合成工艺ｓａｍｌ公司的唧工艺采用沉淀铁催化剂，反应温

度较低（２２０—２７０℃），工作压力３．Ｏ一５．０ＭＰａ，产品以煤油、柴油和蜡为主。气化单元采用Ｉｍ蛹炉，早期的卜＿Ｔ合成单元反应器采用列管式Ａ噼固定床，不存在催化剂和液态产物分离的问题，但催化剂床层压力降大，更换催化剂的难度大。后Ｓａ舯ｌ公司开发出浆态床反应器和将液态产物与催化剂分离的独有技术，用于低温卜Ｔ合成工艺。浆态床反应器结构简单，传热效

率高，可在等温下操作，易于控制操作参数，但存在传质阻力较大的问题，这正是目前Ｆ－Ｔ合成的研发热点。２．１．２ＨⅡＴ合成工艺ｓａ“公司的硼ｗ工艺采用熔铁催化剂，反应温度

在３００一３５０℃，工作压力２．ｏ～３．０ＭＰａ，产品主要为汽

　万方数据油和轻烯烃。｝ｍｍ工艺的气化单元采用ｈ嚼炉，早期的卜Ｔ合成单元反应器采用ｓｖｎｔＩｌｏｌ循环流化床，但

结构复杂，操作费用高，重质烃的选择性差。１９９２年ｓａｓｏｌ开发出ｓＡｓ固定流化床反应器，其反应器结构简单，体积小，操作费用低。到１９９９年Ｓａｓｏｌ公司用８台固定流化床反应器替代了早期的１６台循环流化床反应器。ｍＦＴ合成工艺的简图如图ｌ所示。高温煤间接液化工艺的产品以汽油和烃烯烃为主，经提质加工后可得到高质量的汽油。低温煤间接液化工艺的产品以链状烃为主，主要为煤油、柴油并含有一定量的石脑油和石蜡。其石脑油馏分富含支链ａ烯烃，并含有７％一１０％的氧化物，不适合作汽油，但可转化为含氧化化合物作汽油调合组分，或直接作裂解原料生产乙烯。将煤油、柴油以上馏分进行加氢异构降凝后，得到的柴油馏分芳烃质量含量小于３％，十六烷值在７０以上，硫含量小于１腭，ｇ，符合《世界燃料规范》Ⅱ类柴油的要求，而其十六烷值远高于该规范要求，是非常好的提高柴油十六烷的调合组分。

圈１咖Ｓａ鲫ｌ间接液化工艺的流程图２．１．３ｓａｓｏｌ浆相蒸馏ＩＳＳＰＤ）合成工艺ｓｓＰＤ工艺的开发是为了提高天然气的商品价值，该工艺包括天然气重整、浆态床Ｆｒ工艺和温和加氢阶段，可生产石脑油和优质柴油。ｓｓＰＤ工艺使用了专为浆态床系统研制的钴催化剂。由于石脑油具有石蜡的性质，因此它的辛烷值较低，作为汽油质量较差，但它是一种非常好的裂化原料。ｓａｓｏｌ公司研究表明，Ｈａｌｄｏｒ７ｒ如ｍ自热重整本来是用于利用氧气对天然气进行结构重整，也非常适合于ＦＴｒ工艺。产品的加氢过程比较缓和，浆态床ｒｒ工艺被证明具有商业价值，在ｓａｓｏｌｂ“ｒｇ的液化设备日产量为２５００桶。ｓａｓｏｌ公司认为，这种简单的三步骤液化工艺在各个方面的性能都是最好的，可以投入商业化生产。ｓｓＰＤ工艺的流程见图２。图２ＳＳＰＤ工艺的原理围２．２Ｍｏｂｉｌｗ雌间接液化工艺Ｍｏｂｉｌ甲醇一汽油（Ｍ１Ｂ）间接液化工艺利用两个截然不同的阶段从煤或天然气中生产汽油。新西兰建造了一座１．２５万桶／ｄ的商业化液化厂，处理从Ｍａｕｉ矿区生产的气体。尽管这座液化厂仍进行着生产，但是只生产甲醇，目前这样的经济性最好。在第一段，通过利用蒸汽对天然气进行结构重整或煤炭气化而生产的合成气与铜催化剂发生反应，生产产率近１００％的甲醇。反应发生的温度为２６０一３５０℃，压力为５０×１０，～７０×１旷Ｐａ。在第二段，在高活性铝催化剂的作用下，在３００℃的温度条件下甲醇经过部分脱水形成二甲醚，然后再在固定床中沸石ＺｓＭ一５催化剂的作用下发生反应。这些反应均为强烈的放热反应，物料进入反应器时温度为３６０℃，从反应器出来时达到４１５℃。反应器中的工作压力为２２×１护Ｐａ。经过一系列反应之后，甲醇和二甲醚转化成烯烃，然后再转化成饱和烃。处于汽油沸点范围内的物质占全部烃产物的８０％。在新西兰的液化厂，将副产品丙烷和丁烷烷基化后，汽油的总产率达到９０％，辛烷值为９３．７。与固定床相比，流化床反应器可以更好地控制温度和维持稳定催化剂活性。流化床反应器的工作温度几乎恒温，保持在４１０℃，但工作压力仅为３×ｌ驴Ｐａ。开始时，汽油产率较低，但经过烷基化作用之后，最终的汽油产率差别很小。

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