李翔麟

(池州学院 材料与环境工程学院，安徽 池州 247100)

1 煤液化发展背景

煤液化技术由起源于20世纪初期的煤化工技术发展而来，并且以1923年发明费舍尔-特罗普希法(FT法)最为出名，FT法为间接液化法(ICL)，德国化学家弗里德里希·贝尔吉乌斯发明了直接液化法(DCL)。该技术在德国二战期间发挥了重要的作用，由IG法本公司和鲁尔公司开启了煤制油的生产线。战后德国煤炭公司，南非沙索公司，日本的三菱重工，日本钢管公司及住友金属工业公司，美国HRI公司，中国神华公司等先后研究煤液化技术，改进其工艺。

煤液化分为直接液化(DCL)以及间接液化(ICL)。直接液化以干馏，高温分解，氢化为基础制成液态烃类产物。间接液化则包含了制一氧化碳及氢气混合气(水煤气或合成气)，再使用FT法制取液态烃类产物。

2 直接液化

2.1 中国神华公司煤直接液化工艺

2018年神华公司提出了一种煤直接液化系统和液化方法。分两步进行液化。首先将煤粉，催化剂和第一循环溶剂混合成油煤浆。油煤浆和氢气混合预热后，进行第一煤液化反应，得到第一煤液化反应产物。将反应产物及产物和第二循环溶剂混合进行第二煤液化反应，得到第二煤液化产物。将最终产物分离得到第一液相产物和第一气相产物，将第一气相产物分离第二液相产物和第二气相产物。第一液相产物一分为二，第一部分和第二液相产物蒸馏得到蒸馏产物和残渣，第二部分作为循环物料进行第一液化反应。蒸馏产物与氢气混合依次进行催化加氢反应和分离，得到循环溶剂和产品。循环溶剂与油煤浆的进料比为0.5～4∶1，1.5～2.5∶1，催化剂用量为煤油浆的0.5%～1.5%，催化剂为铁及其衍生物如(水合氧化铁等)，两次煤液化压力为15～25 MPa，反应温度为440～465℃，且第一煤液化反应温度远大于第二煤液化温度。催化加氢过程中，反应压力10～19 MPa，反应温度350～390℃。体积空速0.5～2.0 h-1，氢气和蒸馏油体积比300～1500∶1。

2.2 德国IGOR工艺

20世纪70年代，由德国煤炭公司，VEBA公司和DMT公司联合开发了IGOR工艺。

干燥煤粉与循环溶剂，催化剂制成油煤浆，加入氢气后进入煤浆预热装置，加热到420℃，进入反应器，反应后的物料进入高温分流装置，温度应该在450℃，由该装置下部减压阀排出的重质物料经减压闪蒸，分离出残渣和闪蒸油。闪蒸油再通过高压泵打回系统中。分离出的气体和清油一起进入第一固定床反应器，进行加氢后进入分离装置。从中温分离器分出重质油作为循环溶剂，气体和轻质油蒸汽则进入第二固定床反应器再一次进行加氢，再通过低温分离装置，分离出轻质油品，气体可以循环使用，为了使循环气的氢气浓度维持较高的浓度，需要补充氢气。

反应温度为470℃，反应压力为30MPa，催化剂为铝工业的赤泥，循环溶剂为加氢油。液化和加氢再一个高压系统中进行，可一次性得到杂原子含量低的精制油。

2.3 日本NEDOL工艺

上个世纪70～80年代日本三菱重工，日本钢管公司及住友金属工业公司分别开发了三种工艺，而后合并为NEDOL工艺。

煤与催化剂和循环溶剂混合成煤浆，煤浆加氢后，进入煤液化反应器中加氢液化，液化完成后进入蒸馏器中进行固液分离，进过减压蒸馏后得到中质油组分循和环溶剂，循环溶剂经过加氢后可循环使用并且得到氢化石脑油。

煤液化反应压力为15.3～20.4MPa，反应温度为430～460℃，催化剂为硫化铁。溶剂氢化反应压力为10.2～15.3MPa，反应温度为350℃。

图1 NEDOL工艺流程图

2.4 直接加氢工艺

20世纪60年代至70年代，NUS公司开发了直接加氢工艺。该工艺首先将煤干燥，煤粉与钼催化剂混合，在气化炉中以高温高压条件下与合成气反应进行氢化。该工艺最后生产出的产品为人造原油以及石脑油及C3/C4的气体以及轻中质油，少量的氨气和大量的二氧化碳。

3 间接液化

3.1 南非沙索公司的煤间接液化技术

在汽化炉中，使用水蒸气和氧气作气化剂将煤气化得到粗水煤气。粗水煤气中含有焦油，烟尘，氨等杂质。可用水除去烟尘及焦油，采用低温甲醇除去硫化物，二氧化碳，其中硫化氢可以进行回收。所得的纯净合成气中约有14%的甲烷。

沙索公司使用德国的Synthol流化床反应器及Arge固定床反应器以及自行开发的固定流化床反应器进行油品的合成。Synthol流化床反应器，新鲜的原料气和循环气混合预热至160℃，混合气在输送过程中和催化剂混合加热到315℃，在提升管内进行F2T反应，反应器顶部温度需要维持在340℃，催化剂为熔铁催化剂。反应完成后经沉降室分离。

固定流化床反应器(SAS反应器)和前者相比取消了催化剂的循环。决定转化性能的剂气比是固定流化床反应器的2倍。转化率与有明显的提高。

图2 南非沙索公司的煤间接液化技术流程图

4 三废的处理

4.1 废液的处理

在煤气化的流程中，废水的主要成分为焦油，酚，运用简单的装置及工艺很难处理，需要使用专门的装置进行回收处理。

费托合成废水的处理，高温合成中的化学耗氧量(COD)达到15000～17000 mg/L，低温合成也达到了1000～4000 mg/L。可采用蒸汽汽提和化学中和等措施将COD含量降至1000 mg/L以下。

4.2 废气的处理

废气主要为二氧化碳为主，可采取一定的技术手段回收二氧化碳并再利用。

4.3 废渣的处理

废渣主要有煤气化炉渣，污水处理的污泥，废弃催化剂等。

炉渣与锅炉煤渣相近，可经过适当处理就可以成为建材水泥的材料，变废为宝。污泥中则成分复杂，处理起来有较大的难度，对环境的破坏也较大。废弃催化剂中则含有大量重金属元素，也属于高危险的废物。

5 发展前景与展望

5.1 环保压力

近年来随着环境保护标准的日益严格，大量的企业因为环境评估不达标而不得不整改甚至关闭。在煤液化企业中亦有企业因为环保问题而被叫停，例如新疆伊犁伊泰煤液化项目就曾在2017年就遭处罚整改，最终在2017年10月17日获批。鉴于此，煤液化企业必须注重环保问题。在三废处理上要下重功夫，加大投资力度。

5.2 新能源技术的压力

在今天，随着新能源技术的崛起，传统能源行业必会遭受到打压。以特斯拉为首的新能源汽车已悄然崛起，而且2019年诺贝尔化学奖也颁发给了与新能源技术相关的研发锂电池技术的3名科学家，这对传统能源领域而言是一个打击。

5.3 国际形势及页岩油的影响

随着新能源技术一同崛起的还有页岩油技术，页岩油使美国从石油输入国悄然转型成为石油输出国，对国际油价也造成了相当大的打压。9月的沙特炼油设施遇袭事件在短时间内抬高国际油价，由此可见不稳定的中东局势将持续影响国际油价，给予煤液化项目一定的发展空间。

5.4 展望

中国煤炭储量较大，但是煤炭使用方式粗犷，而且中国属于石油输入国，2019年石油进口量预计会突破5亿t，这些条件给了煤液化项目一定的发展空间，但是发展新工艺新设备以及加大污染物的处理以达到环保要求则更为重要。