我國是一個富煤貧油少氣的國家，煤炭資源探明剩余可采儲量為1842 億t，石油資源探明剩余經濟可采儲量為20.4 億t，天然氣資源探明剩余經濟可采儲量為23900 億m3，這樣的能源結構決定了中國煤炭價格要大大低于油氣價格，煤炭價格的上漲速度也大大低于油氣價格的上漲速度。近年來，我國石油進口量不斷增加，對外依存度已超過40%，已經嚴重威脅到我國國家的能源安全問題。面對這樣的現實，為了緩解我國石油嚴重短缺的現狀，充分利用中國采儲量相對較大的煤炭資源，大力推進煤液化產業的成熟與發展，越來越受到了國人的重
??????? 視和青睞。
??????? “煤制油”的科學名稱為“煤液化”，實施煤液化目是事關國家能源安全的重大戰略選擇。煤直接液化是國家“十五”期間12 個高技術工程項目之一，受到各方關注，國外專家也積極參與[1-3]。所謂煤液化，就是指把固體的煤炭通過化學加工的方法，使其轉化為液體燃料、化工原料等產品。根據加工路線的不同，通常把煤液化分為直接液化和間接液化兩大類[4]。
??????? 一、煤化工產業科技發展現狀
??????? （一）煤化工概述
??????? 煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體，液體，固體燃料以及化學品的過程。從煤的加工過程分，主要包括:干餾(含煉焦和低溫干餾)，氣化，液化和合成化學品等。煤化工利用生產技術中，煉焦是應用最早的工藝，并且至今仍然是化學工業的重要組成部分。煤的氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產各種氣體燃料，是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環境保護；煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料等多種產品的原料。煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時，煤的液化產品將替代目前的天然石油。
??????? （二）新型煤化工技術
??????? 1. 三種新型煤化工技術路線
??????? 技術之一：煤化工產業發展最重要的單元技術--煤氣化技術。以魯奇、德士古、殼牌等爐型最為常用，我國先后引進了上述爐型用于生產合成氣和化工產品。采用多組分催化劑，可從合成氣制含60%異丁醇和40%甲醇的混合物，異丁醇脫水成異丁烯，從而可完成由合成氣直接制取甲基叔丁基醚，這是一條很值得重視的由天然氣和煤為原料制取高辛烷值添加劑的技術路線。
??????? 技術之二：以煤為原料生產甲醇及多種化工產品。目前國外甲醇生產主要以天然氣為主，從資源背景看，我國煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量，因此在很長一段時間內煤炭是我國甲醇生產最重要的原料。目前正在山西交城建設的60萬噸/年焦爐氣制甲醇示范工程和以高硫煤為原料生產甲醇的創新工藝都將使煤制甲醇在全國得到更廣泛的推廣。甲醇作為一種重要的化工原料，通過羰基化可進一步制取醋酸、醋酸酐、甲酸甲酯、甲酸、草酸等重要的化工產品。西南化工研究院現已開發成功甲醇羰基化制取醋酸、醋酸酐工藝軟件包，在現有20萬噸/年低壓羰基化醋酸裝置的基礎上，正在擴展系列產品，進一步實現產業化；甲醇與亞硝酸在Pd催化劑作用下可反應制取草酸，這是合成草酸的一條新途徑；德國Hu1s公司以甲醇和CO在叔二胺與乙烷作用下進行加壓羰基化反應制得甲酸甲酯(HCOOCH3)，轉化率為80.7%，選擇性達99.4%。
??????? 技術之三：以煤為原料合成烴類。甲醇裂解制烯烴的研究工作已進行了多年，中科院大連化物所在此方面的研究居世界領先地位，甲醇轉化率達到100%，對烯烴的選擇性高達85%～90%；目前合成氣制烯烴已成為費托合成化學中新的研究方向之一，一些研究結果已顯示出誘人的工業化前景，但由于還有一些在轉化過程中的核心問題有待解決，因此該項研究距離實際工業化尚有一定距離；近期，國內外對將甲烷擺脫造氣工序直接氧化脫氫生成乙烯也頗為重視，中科院蘭州物化所通過3年多的努力，取得了甲烷轉化率25%～35%，對C2的選擇性為70%～80%的可喜進展，目前該項研究已被列為科技部科技攻關重點項目。
??????? 二、我國煤化工產業科技發展現狀
??????? 1. 煤炭焦化受鋼鐵工業快速增長的拉動，從2002年開始中國焦化工業呈現高速增長的態勢。2004年焦炭總產量突破20億噸，比2003年增加約４億噸，出口焦炭約1.5億噸，約占世界焦炭貿易總量的60％。據估算，2004年中國煉焦消耗原料精煤約29億噸，洗選加工原煤約45億噸，約占當年煤炭消費總量的25％，煉焦已成為涉及原料煤加工和轉化數量最大的煤化工產業。中國煉焦工業技術已進入世界先進行列，新建的大部分是技術先進、配套設施完善的大型焦爐，炭化室高6m的大容積焦爐已實現國產化，2004年機械化焦爐生產的焦炭約占焦炭總產量的70％；干熄焦、地面除塵站等環保技術已進入實用化階段；化學產品回收加強；改造裝備簡陋、落后的小型焦爐，淘汰土焦及改良焦爐的進展加快。優質煉焦煤不足是國內提高焦炭質量的主要障礙，通過對低灰、低硫、弱粘結煤或不粘結煤的改質或科學、優化配煤技術，可以擴大和改善原料煤資源，實現在常規工藝條件下提高焦炭質量。注重煤焦油化學品集中深加工和焦爐煤氣的有效利用，是焦化工業綜合發展、提升競爭能力的重要方向。對布局較為集中的大型煉焦企業，應在焦油深加工、剩余煤氣的利用方面統籌規劃，以實現規模化生產和高效、經濟生產。污染控制仍然是當前焦化工業發展的迫切問題，在嚴格取消土法煉焦，改造落后、污染嚴重的中小型焦爐的同時，推動大型和新建焦爐采用先進的污染治理技術，切實搞好環境保護。
??????? 2. 煤制油技術及工業發展
??????? 煤直接液化、間接液化的產品以汽油、柴油、航煤以及石腦油、烯烴等為主，產品市場潛力巨大，工藝、工程技術集中度高，是中國新型煤化工技術和產業發展的重要方向。近年來，兩種技術在研究開發和大規模工程示范方面均得到發展。 --直接液化技術開發及工業示范工程取得進展煤直接液化于50年前已實現工業生產，新工藝研發在國外已有近30年，積累了從基礎工藝研究到中間試驗的大量經驗，中國國內研究已有20多年。國內已完成高分散直接液化加氫液化催化劑實驗室開發，該催化劑具有添加量低，催化效果好，生產成本低，顯著提高油收率等優點，達到國際先進水平。在開發形成“神華煤直接液化新工藝”的基礎上，建成了工藝試驗裝置，于2004年10－12月進行了溶劑加氫、熱油連續運轉和23小時投料試運轉，打通了液化工藝，取得開發成果。適合中國煤種、煤質的CDCL直接液化新工藝的基礎研究和工藝開發已啟動進行。 --煤間接液化技術開發和工業化發展速度加快到2004年底，國內分別建成了設計合成產品能力為1000噸/年、1萬噸/年的低溫漿態床合成油（間接液化）中試裝置，并進行了長周期試驗運行，完成了配套鐵系催化劑的開發，完成了10萬噸/年、100萬噸/年級示范工廠的工藝軟件包設計和工程研究。低溫漿態床合成油可以獲得約70％的柴油，十六烷值達到70以上，其它產品有LPG（約5％-10％）、含氧化合物等。間接液化中試裝置開發、運轉是自主知識產權煤基合成油技術的標志性成果，對推動技術國產化和工業化發展有重要作用。煤間接液化大規模商業化生產在國外是成熟的，引進技術建設300萬噸/年級工廠的可行性研究正在進行中。煤間接液化技術有較寬的煤種適應性，工藝條件相對緩和，可以通過改變生產工藝條件調整產品結構，或以發動機燃料為主，或以化工晶為主，因此將會成為未來煤制油產業發展的主要途徑。 --煤制油技術及工業發展趨勢 煤制油可得到質量符合標準，含硫、氮很低的潔凈發動機燃料，不改變發動機和輸配、銷售系統均可直接供給用戶。目前，國內煤制油技術和工業化尚處于發展初期，采用技術引進和自主開發兩條途徑推動發展速度。預計，2010年以前，利用國外技術和以國內技術為主的商業化示范工程都將有實質性進展，為2010年后進入工業化發展階段打下基石出。到2020年期間，中國將基本建成煤制油工業產業，并在國內發動機燃料供應和替代石油化工品方面起到重要作用。
??????? 三、當前國內外潔凈煤技術發展動態
???????? 1.煤炭洗選與加工
??????? （1）煤炭冼選。
??????? 煤炭經洗選后可顯著降低灰分和硫分的含量，減少煙塵、SO2等污染物的排放。目前發達國家原煤洗選率為50％～90％，選煤技術已廣泛應用。我國己建選煤廠洗選能力約5億噸，但由于政策及技術等原因，我國煤炭人洗比例仍比較低（20％～30％）。平均廠型小、設備可靠性差等導致選煤成本偏高，這是制約我國選煤技術發展的主要原因。
??????? （2）煤炭液化。
??????? 煤炭液化分為間接液化和直接液化。
??????? 煤間接液化是將煤首先經過氣化制得合成氣（CO＋H2），合成氣再經催化合成（F-T合成等）轉化成有機烴類。煤間接液化的煤種適應性廣，并且間接液化過程的操作條件溫和，典型的煤間接液化的合成過程在250℃、15～40個大氣壓下操作。此外，有關合成技術還可以用于天然氣以及其他含碳有機物的轉化，合成產品的質量高，污染小。煤間接液化合成油技術在國外已實現大規模工業化。南非基于本國豐富的煤炭資源優勢，建成了年耗煤近4200萬噸、生產合成油品約500萬噸和200萬噸化學品的合成油廠。在技術方面，南非SASOL公司經歷了固定床技術（1950～1980）、循環流化床（1970～1990）、固定流化床（1990～）、漿態床（1993～）4個階段。 20世紀90年代中期，我國在加緊開發合成汽油固定床工藝的動力學和軟件包的同時，開展了合成柴油催化劑和先進的漿態床合成汽油工藝的研究。1998年以后，自主開發了鐵催化劑（ICC-IA），合成效率接近SASOL水乎，有望在大規模生產后使成本從8萬元／噸降到3萬元／噸。還開發出可以大規模廉價生產的新型鐵催化劑ICC-IB，催化劑各項指標超過國外同等催化劑，預計工業化后，結合漿態床工藝的低成本可以使煤基合成油具有很強的經濟競爭力。目前，國內技術已經發展到可以產業化的階段，包括反應器在內的所有設各和控制系統均可在國內制造。直接液化是煤直接通過高壓加氫獲得液體燃料。1913年，德國柏吉烏斯首先研究了煤的高壓加氫，并獲得世界上第一個煤炭液化專利。到1944年，德國煤炭直接液化工廠的油品生產能力已達到423萬噸／年，為第二次世界大戰中的德國提供了2/3的航空燃料和50％的汽車、裝甲車用油。20世紀50年代起中東地區發現大量廉價石油，使煤炭直接液化暫時失去了競爭能力，70年代的世界石油危機又使煤炭液化技術開始活踩。世界上有代表性的煤直接液化工藝是德國的新液化（IGOR）工藝，美國的HTI工藝和日本的NEDOL工藝。這些新液化工藝的共同特點是煤炭液化的反應條件比老液化工藝大為緩和，生產成本有所降低，中間放大試驗已經完成。目前還未出現工業化生產廠，主要原因是約為25美元／桶的生產成本仍競爭不過廉價石油。今后的發展趨勢是通過開發活性更高的催化劑和對煤進行頂處理以降低煤的灰分和惰性組分，進一步降低生產成本。我國從20世紀70年代末開始研究煤炭直接液化技術，已建成具有國際先進水平的煤炭直接液化、液化油提質加工和分析檢驗實驗室，開展了基礎研究和工藝開發，取得了一批科研成果。目前，從煤一直到合格產品的全流程已經打通，有關的基礎性研究將為進一步工藝放大和建設工業化生產廠奠定基礎。
??????? 2． 煤的直接液化技術
??????? 煤的直接液化是指煤在適當的溫度（>400℃）和壓力(>10MPa)下，催化加氫裂化 ( 熱裂、溶劑萃取、非催化裂化等)成液體烴類，生成少量氣體烴，脫出煤中氮、氧和硫等雜原子的深度轉化過程。煤直接液化的主要產品是優質汽油、噴氣燃料油、柴油、芳烴和碳素化工原料，并副產燃料氣、液化石油氣、硫磺和氨等，工藝熱效率高達70 %[5]。
??????? 煤直接液化技術主要包括：
??????? （1）煤漿配制、輸送和預熱過程的煤漿制備單元；
??????? （2）煤在高溫高壓條件下進行加氫反應，生成液體產物的反應單元；
??????? （3）將反應生成的殘渣、液化油、氣態產物分離的分離單元；
??????? （4）穩定加氫提質單元。
??????? 煤直接液化是煤液化方法之一。將煤在氫氣和催化劑作用下通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程。因過程主要采用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。煤直接液化技術早在19世紀即已開始研究。1869年，M.貝特洛用碘化氫在溫度270℃下與煤作用,得到烴類油和瀝青狀物質。1914年德國化學家F.柏吉斯研究氫壓下煤的液化，同年與J.比爾維勒共同取得此項試驗的專利權。1926年，德國法本公司研究出高效加氫催化劑，用柏吉斯法建成一座由褐煤高壓加氫液化制取液體燃料(汽油、柴油等)的工廠。第二次世界大戰前，德國由煤及低溫干餾煤焦油生產液體燃料，1938年已達到年產150萬噸的水平，第二次世界大戰后期,總生產能力達到400萬噸；1935年,英國卜內門化學工業公司在英國比靈赫姆也建起一座由煤及煤焦油生產液體燃料的加氫廠，年產15萬噸。此外,日本、法國、加拿大及美國也建過一些實驗廠。戰后，由于石油價格下降，煤液化產品經濟上無法與天然石油競爭，遂相繼倒閉，甚至實驗裝置也都停止試驗。至60年代初，特別是1973年石油大幅度提價后，煤直接液化工作又受到重視，并開發了一批新的加工過程，如美國的溶劑精煉煤法、?？松淙軇┓?、氫煤法等。埃克森供氫溶劑法 簡稱EDS法,為美國埃克森研究和工程公司1976年開發的技術。原理是借助供氫溶劑的作用，在一定溫度和壓力下將煤加氫液化成液體燃料。建有日處理250噸煤的半工業試驗裝置。其工藝流程主要包括原料混合、加氫液化和產物分離幾個部分。首先將煤、循環溶劑和供氫溶劑（即加氫后的循環溶劑）制成煤漿，與氫氣混合后進入反應器。反應溫度425～450℃，壓力10～14MPa,停留時間30～100min。反應產物經蒸餾分離后，殘油一部分作為溶劑直接進入混合器，另一部分在另一個反應器進行催化加氫以提高供氫能力。溶劑和煤漿分別在兩個反應器加氫是EDS法的特點。在上述條件下,氣態烴和油品總產率為50％～70％(對原料煤),其余為釜底殘油。氣態烴和油品中 C1～C4約占22％,石腦油約占37％，中油(180～340℃)約占37％。石腦油可用作催化重整原料，或加氫處理后作為汽油調合組分。中油可作為燃料油使用，用于車用柴油機時需進行加氫處理以減少芳烴含量。減壓殘油通過加氫裂化可得到中油和輕油。溶劑精煉煤法 簡稱SRC法,是將煤用溶劑制成漿液送入反應器，在高溫和氫壓下，裂解或解聚成較小的分子。此法首先由美國斯潘塞化學公司于60年代開發，繼而由海灣石油公司的子公司匹茲堡－米德韋煤礦公司進行研究試驗，建有日處理煤50噸的半工業試驗裝置?！?按加氫深度的不同，分為SRC－Ⅰ和SRC－Ⅱ兩種。SRC-Ⅰ法以生產固體、低硫、無灰的溶劑精煉煤為主，用作鍋爐燃料，也可作為煉焦配煤的粘合劑、煉鋁工業的陽極焦、生產碳素材料的原料或進一步加氫裂化生產液體燃料。近年來，此法較受產業界重視。SRC-Ⅱ法用于生產液體燃料，但因當今石油價格下降以及財政困難，開發工作處于停頓狀態。兩種方法的工藝流程基本相似。最初用石油的重質油作溶劑，在運轉過程中以自身產生的重質油作溶劑和煤制成煤漿,與氫氣混合、預熱后進入溶解器,從溶解器所得產物有氣體、液體及固體殘余物。先分出氣體，再經蒸餾切割出餾分油。釜底物經過濾將未溶解的殘煤及灰分分離。SRC-Ⅰ法將濾液進行真空閃蒸分出重質油，殘留物即為產品──溶劑精煉煤(SRC);SRC-Ⅱ法則將濾液直接作為循環溶劑。固液分離采用過濾,設備龐大,速度慢。近年試驗采用超臨界流體萃取脫灰法，操作條件：壓力10～14MPa、溫度450～480℃。以煙煤為原料,SRC-Ⅰ法可得約60％溶劑精煉煤，尚有少量餾分油。SRC-Ⅱ法可得10.4％氣態烴、2.7％石腦油及24.1%中質餾分油和重質油。氫煤法 由美國戴納萊克特倫公司所屬碳氫化合物研究公司于1973年開發，建有日處理煤600噸的半工業裝置。原理是借助高溫和催化劑的作用，使煤在氫壓下裂解成小分子的烴類液體燃料。與其他加氫液化法比較，氫煤法的特點是采用加壓催化流化床反應器。操作溫度 430～450℃，壓力20MPa，煤速240～800kg/(h?m3),催化劑補充量每噸煤為0.23～1.4kg催化劑。在以上條件下，約520℃的C4餾分油產率可達干煙煤的40％～50％(質量)。催化劑為顆粒狀鉬鈷催化劑。利用反應器的特殊結構，以及適當的煤粒和催化劑顆粒大小的比例，反應過程中殘煤、灰分及氣液產物，可以從反應器導出，而催化劑仍留于反應器內，為了保持催化劑活性，運轉過程需排放少量已使用過的催化劑(每天約1％～3％)，由反應器頂部再補加新催化劑。采用流化床反應器的優點是，可保持反應器內溫度均勻，并可利用反應熱加熱煤漿。由反應器導出的液體產物可用石油煉制方法加工成汽油和燃料油。
??????? 2.間接液化法
??????? 煤的間接液化是先將煤氣化，生產出原料氣，經凈化后再進行合成反應，生成油的過程。它是德國化學家于1923年首先提出的，可以分為三大步。一是制取合成氣。把經過適當處理的煤送入反應器，在一定溫度和壓力下通過氣化劑（空氣或氧氣＋蒸汽），使煤不完全燃燒，這樣就能以一定的流動方式將煤轉化成一氧化碳和氫氣混合的合成氣，灰分形成殘渣排出。二是進行催化反應。把這些合成氣凈化，在催化劑作用下，讓合成氣發生化合反應，合成烴類或液態的烴類的類似石油和其他化工產品。這個過程催化劑起著關鍵的作用。很早時候，國外有一家公司曾經研制出成分為鐵、硅、鉀、銅的催化劑，所得產物組成為：汽油32％、柴油21％、石蠟烴47％。三是需要對產物進行進一步的提質加工。因為經過催化反應出來的油可能有很多指標不合格，如十六烷值含量、硫含量、水分，以及黏度、酸度等，所以還需要把產物進行處理，使其達到合格標準，滿足市場需要。
??????? 世界典型“煤變油”生產工藝介紹
??????? 1. 俄羅斯煤加氫液化工藝
??????? 俄羅斯煤加氫液化工藝：工藝特點：一是采用了自行開發的瞬間渦流倉煤粉干燥技術，使煤發生熱粉碎和氣孔破裂，水分在很短的時間內降到1.5%～2%，并使煤的比表面積增加了數倍，有利于改善反應活性。該技術主要適用于對含內在水分較高的褐煤進行干燥。二是采用了先進高效的鉬催化劑，即鉬酸銨和三氧化二鉬。催化劑添加量為0.02%～0.05%，而且這種催化劑中的鉬可以回收85%～95%。三是針對高活性褐煤，液化壓力低，可降低建廠投資和運行費用，設備制造難度小。由于采用了鉬催化劑，俄羅斯高活性褐煤的液化反應壓力可降低到6兆帕～10兆帕，減少投資和動力消耗，降低成本，提高可靠性和安全性。
??????? 2. 德國煤液化新工藝
??????? 德國煤液化新工藝：1981年，德國魯爾煤礦公司和費巴石油公司對最早開發的煤加氫裂解為液體燃料的柏吉斯法進行了改進，建成日處理煤200噸的半工業試驗裝置，操作壓力由原來的70兆帕降至30兆帕，反應溫度450攝氏度～480攝氏度；固液分離改過濾、離心為真空閃蒸方法，將難以加氫的瀝青烯留在殘渣中氣化制氫，輕油和中油產率可達50%。工藝特點：把循環溶劑加氫和液化油提質加工與煤的直接液化串聯在一套高壓系統中，避免了分立流程物料降溫降壓又升溫升壓帶來的能量損失，并在固定床催化劑上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的損失量降到最小。投資可節約20%左右，并提高了能量效率。
??????? 3.日本NEDOL工藝
??????? 日本NEDOL工藝由煤前處理單元、液化反應單元、液化油蒸餾單元及溶劑加氫單元等4個主要單元組成。工藝特點：反應壓力較低，只有17兆帕～19兆帕，反應溫度為430攝氏度～465攝氏度；催化劑采用合成硫化鐵或天然硫鐵礦；固液分離采用減壓蒸餾的方法；配煤漿用的循環溶劑單獨加氫，以提高溶劑的供氫能力；液化油含有較多的雜原子，還須加氫提質才能獲得合格產品。
??????? 4.美國HTI工藝
??????? 美國HTI工藝是在兩段催化液化法和H－COAL工藝基礎上發展起來的，采用近十年來開發的懸浮床反應器和HTI擁有專利的鐵基催化劑。工藝特點：反應條件比較緩和，反應溫度420攝氏度～450攝氏度，反應壓力17兆帕；采用特殊的液體循環沸騰床反應器，達到全返混反應器模式；催化劑是采用HTI專利技術制備的鐵系膠狀高活性催化劑，用量少；在高溫分離器后面串聯有在線加氫固定床反應器，對液化油進行加氫精制；固液分離采用臨界溶劑萃取的方法，從液化殘渣中最大限度回收重質油，從而大幅度提高了液化油回收率。
??????? 5.我國對煤液化的研究
??????? 我國于1980 年開展煤炭直接液化技術的研究，由煤炭科學研究總院北京煤化學研究所具體實施。通過國家“六五”、“七五”科技攻關和近20 年的國際合作，已建成具有國際先進水平的煤炭直接液化、液化油提質加工和分析檢驗實驗室，開展了基礎研究和工藝開發，取得了一批科研成果，培養出了一支專門從事煤炭直接液化技術研究的科研隊伍。
??????? 目前世界上尚沒有正在運轉的煤直接液化工業生產裝置。2002 年8 月，國務院批準了我國神華集團煤炭直接液化制石油的項目，該項目將成為世界上第一套大型工業生產裝置。神華煤直接液化項目采用擁有完全自主知識產權的神華煤直接液化工藝，如圖1 所示，建設地點在內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮馬家塔，規劃規模為生產油品500 萬t／a，分期建設，一期工程用煤近千萬t，建設規模為年產油品320 萬t，由3 條生產線組成，包括煤液化、煤制氫、溶劑加氫、加氫改質、催化劑制備等多套主要生產裝置。工程采取分布實施的方案，先建設一條生產線，裝置運行平穩后，再建設其它生產線。第一條生產線(示范工程)的設計生產能力為年產液化油100 萬t，示范工程于2004 年8 月正式開工建設，已于2008 年下半年投煤試運行。
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