张　瑞，李　峰，石　磊，王亚妮

（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054）

煤制油加氢残渣的综合利用研究*

张瑞，李峰，石磊，王亚妮

（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054）

摘要：介绍了煤制油加氢残渣产生的背景及性质，综述了国内外在煤液化残渣性质及利用方面的研究现状，分别阐述了煤直接液化、煤焦油加氢和煤油共炼工艺加氢残渣的利用研究现状。

关键词：煤制油；残渣；性质；利用

我国一次能源结构具有富煤、贫油、少气特征。煤炭是我国主体能源，适度发展煤制油、煤制天然气对保障国家能源安全、适度增加油气替代、实现高效清洁利用具有重要意义。近年来，随着前期产业化示范和技术进步效果明显，一些地区发展新建项目的积极性很高。

目前，煤制油技术上主要有煤直接液化、煤间接液化、甲醇制汽油、煤焦油加氢制燃料油4种工艺。我国2001年启动了“煤变油”重大科技项目。直接液化方面，神华集团鄂尔多斯年产100万t煤直接液化项目实现了商业化运行。我国煤制油产业已形成一定规模。预计煤制油年产能2020年之前可达5000万t，可直接年创效约4500亿元。

煤液化技术除了得到液态的碳氢化合物外，还副产一些烃类气体、COx等气体、工艺水和固液分离过程产生的液化残留物（又称煤加氢残渣），加氢残渣一般约占进料量的5%～30%，它对液化过程的效率和整个液化工艺的经济性和环境保护等均有不可低估的影响。

煤液化残渣是指煤液化过程中未转化成液体燃料或气体燃料的部分,原料煤中未转化的有机部分、无机矿物质、液化反应过程中生成的新物质、以及加入的催化剂和夹带的油分构成液化残渣的主体。由于液化残渣是一种由多种物质组成的混合体,而且其组成受多种因素的影响,这就给研究和工业化使用带来了困难。目前对液化残渣的应用除了直接作为燃料燃烧外,基本上还没有大规模的工业化应用。

对液化残渣的工业化应用还处在探索和实验室研究阶段。目前，对煤液化加氢残渣的研究方案主要有：加氢残渣作为焦化或碳素材料的原料；加氢残渣调和工艺生产道路沥青。

虽然我国煤液化技术已得到相应发展，但与此同时，煤液化残渣的高效利用问题却日益突显，并成为煤液化需要解决的关键问题。无论是从改善煤液化工艺经济性的观点考虑，还是从资源利用和环境保护的角度出发，实现煤液化加氢残渣的高效利用都十分必要。

1　煤直接液化加氢残渣的综合利用开发研究

神华集团鄂尔多斯百万吨煤直接液化示范项目为世界上第一座煤直接液化厂。由于煤的结构和特性,其内部复杂的物质组成和结构在其液化过程中必然又会引起另一个不可避免的问题，即在其液化过程不管采取何种加氢条件和催化剂，何种减压蒸馏、溶剂萃取或过滤的分离方式，都会产生大量的液化残渣，占原煤总量的30%以上。

为进一步提高煤制油产业的经济效益和环境效益，神华对鄂尔多斯煤炭直接液化（年产100万t油品）示范工程的副产品煤液化残渣（年产40万t）进行开发利用。2009年，神华集团联合煤炭科学研究总院等共同承担国家高新技术研究计划“863计划”课题- - -“煤直接液化残渣沥青类物质的萃取及应用技术开发”课题，通过研究，开发一种煤炭直接液化残渣的萃取，固液分离，溶剂回收和沥青类物质加氢处理的工艺。在项目的研究基础上，2012年筹建鄂尔多斯70万t·a-1处理的煤液化残渣萃取工艺装置。

神华集团同时研究了煤炭直接液化残渣制备改性沥青的方法,用煤炭直接液化残渣与常规道路沥青配混，制备高性能改性沥青。

国内中国科学院山西煤炭化学研究所、中国煤炭科学研究总院煤化工研究分院以及华东理工大学等在煤液化残渣的利用方面也进行了一些有益的研究，这些研究工作在不同程度上为煤炭液化残渣的有效地利用提供了理论和实践依据。

2　煤焦油加氢工艺副产沥青焦的综合利用研究

煤焦油是煤热加工过程的主要产品之一，是一种多组分的混合物。中低温煤焦油中含有较多的含氧化合物及链状烃，其中酚及其衍生物含量可达10%～30%，烷状烃大约20%，同时重油（焦油沥青）的含量相对较少，比较适合采用加氢技术生产车用发动机燃料油和化学品。

煤焦油加氢制备发动机燃料油的技术始于世纪年代的德国，进入二十一世纪后，我国煤化工产业的快速发展再一次促进了国内中低温煤焦油加氢技术的研发工作。煤焦油加氢与直接或间接煤制油相比，综合能耗仅相当于后者的2/3，CO2排放量相当于后者的1/2。煤焦油加氢吨油品投资额约5000元，不到直接或间接制油投资额的一半。最近几年，随着油价的大幅上涨，煤焦油加氢项目利润丰厚，新上项目不断增加。据统计，全国目前在建、拟建的煤焦油加氢项目超过30个，投资规模近1000亿元，总产能近1700万t。

煤焦油加氢工艺除了生产发动机用燃料油，同时有较大量的副产物-加氢残渣产生。国内主要的中低温煤焦油加氢技术为全馏分加氢工艺、宽馏分加氢工艺、延迟焦化-焦油加氢工艺以及VCC工艺技术。不同的工艺技术，产生的残渣性质有很大的差异。

煤焦油加氢工艺中，较为成熟的是延迟焦化-焦油加氢工艺，由于其工艺特点，将产生50%左右的沥青焦。有关专家指出：该工艺最大的难点是产生的50%～60%的半焦怎么利用的问题。目前，已有研究单位，提出利用沥青焦制备成功制备碳素材料添加剂。

VCC加氢工艺作为新兴的煤焦油加氢工艺方法，是煤焦油转化率达到90%以上。同时副产的5%左右的加氢残渣。该加氢残渣沥青质含量约为90%，而且碳氢比高，是制备碳素材料前驱体的优质原材料。目前，我院成功利用煤焦油加氢残渣制备中间相沥青。

3　煤-油共炼加氢残渣综合利用研究

陕西的煤制油技术经过多年发展，已成功开发出数条工艺技术路线。陕西延长石油集团的煤油气资源综合利用项目就是现代煤化工与石油化工耦合的一个典型范例。该项目打破传统煤化工、天然气化工和石油化工的单一模式，将有效弥补煤制甲醇中碳多氢少和气制甲醇中氢多碳少的不足，极大地提高甲醇合成转化率。同时，装置能耗大幅下降，节能减排效果明显。目前，该项目已进入大规模安装阶段。

煤渣油（或塑料，生物介质等）共处理是把煤和石油工业中的真空或常压裂解得到的渣油或其它重质油（包括催化裂化油浆，油砂沥青，煤焦油等）共同加氢液化的工艺，它是煤直接液化第三代工艺中最具有经济性和工业化前途的工艺。其最大优点是把煤液化与渣油加工结合，两个过程变为一个，效率大大提高，且由于煤油的协同效应，氢利用率提高一倍，油产率高达70%，渣油转化率达90%。与传统的煤直接液化相比，煤油共炼技术具有氢耗低、投资低、转化率高的比较优势。

煤油共炼工艺，除了生产90%左右的燃料油及轻质气体，同时产生5%左右的加氢残渣，其在室温下的外观状态成固体沥青状或粘稠油浆，其中的有机类物质包括重质液化油、沥青类物质和未转化的煤；无机类物质包括金属杂质和外加的催化剂。其中，沥青类物质含量约为30%以上，为制备特碳材料前驱体提供可能。

延长石油集团对加氢残渣的综合利用尤为重视，已先后组建多支科研团队，对加氢残渣综合利用提出可行性研究，并已取得可喜的成果。

4　总结

国内外实践表明，煤（煤焦油）除了制取洁净液体燃料外，还可获取多种化工原料和化学品。这些研究工作加深了人们对液化残渣的认识，在不同程度上为煤制油加氢残渣的有效地利用提供了理论和实践依据。

随着煤制油技术的完善与丰富，新的煤制油工艺副产的加氢残渣富高附加值利用研究也会逐渐为科研人员所关注，新的更好的加氢残渣综合利用技术将会提出并产业化研究。

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中图分类号：TQ536

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tg 20150233

收稿日期：2014- 11- 09

基金项目：陕西省科技攻关项目（2013K11- 30）

作者简介：张瑞（1974-），男，高级工程师，陕西西安人,主要从事精细化工,以及有机高分子材料研究与开发工作。

Research development and applications of coal-to-liquids residual*

ZHANG Rui，LI Feng，SHI Lei，WANG Ya-ni

（Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry, Xi'an 710054，China）

Abstract：The background and property of residual production of coal liquefaction were introduced. The research status in home and abroad was summarized. The study of coal liquefaction, coal tar hydrogenation and coprocessing were discussed respectively.

Key words：Coal-to-liquids；residuals；characteristics；applications