杜佳龙

摘要：虽然我国对核能、太阳能、风能等新能源增大了开发力度，但是未来占主导的核聚变能和太阳能技术远未成熟。即使到2020年全部实现核能计划，核能的发电能力也不足国家发电能力的5%，太阳能、风能印技术和难以普及使用且资金昂贵等问题，短期内的大规模利用也不现实。因此，煤液化技术将是我国现阶段和未来能源开发的重点内容之一。

关键词：直接液化;环境保护;减少污染;NEDO工艺

一、引言

随着煤炭资源的不断减少，合理利用现有煤炭资源问题变得更加突出，如何使煤炭资源得到最大化的利用成为现在研究的主要问题。洁净煤技术的开发利用就显得更加重要，而在洁净煤技术里煤炭的直接液化则是其中的重要组成部分。

二、国内发展现状

我国的煤制油技术研究始于20世纪50年代，中国煤炭研究总院于1980年重启煤直接液化技术的研究。1997年以来，我国先后引进了德国、美国和日本的煤炭液化技术，对我国不同煤种进行了试验，进行了建设煤炭液化示范厂的可行性研究工作。目前，我国没有使用煤间接液化技术生产石油的现代工业化经验。本世纪初，中国煤炭研究总院和神华集团合作开发了具有世界先进水平的高分散铁质催化剂。目前，神华集团在上海建成了一套日加工原煤6吨的PDU试验装置，各项指标达到设计要求。神华煤在美国HTI的PDU装置试验表明，用HTT煤液化工艺对上湾煤液化可得到达到63%-68%的油收率。神华上湾煤液化厂建在马家塔，其规模为年液化用煤559万吨，气化用煤170万吨，动力用煤95万吨，合计年用煤824万吨。年产汽油、柴油、石脑油和LPG等共计300万吨，其中一期100万吨级生产线已于2005年开工。原计划2007年建成投料试车，2011年建成300万吨/年的生产线。

三、主要技术原理

根据煤炭与石油化学结构和性质的区别，要把固体的煤转化成液体的油，煤炭液化必须采用以下四个步骤：

（一）将煤炭的大分子机构分解成为小分子;

（二）提高煤炭的H/C原子比，使其达到是有的H/C原子比水平;

（三）脱除煤炭中的氧、氮、硫等杂原子，是恶化有的质量达到石油产品的标准;

（四）脱出煤炭中的无机矿物质。

煤和石油都是由古代生物在特定的历史条件下， 经过漫长的地质化学演变而成的。煤和石油的本质区别就在于：煤的分子结构中含有大量的碳原子和较少的氢原子，与煤相比，石油的分子结构中氢原子多而碳原子少。通过加氢，改变煤的分子结构，煤就可以液化變成油。早在1913年，德国化学家柏吉乌斯首先研究成功了煤的高压加氢，为煤的直接液化奠定了基础。煤的分子结构十分复杂，它的有机质是具有不规则构造的空间聚合体，其基本结构单元是以缩合芳香环为主的带有侧链或官能团的分子结构， 结构单元之间又有各种桥键相连。作为结构单元的缩合芳香环的环数有多有少，平均为2～3个，有的芳环上还有氧、氮 、硫等杂原子，结构单元之间的桥键也有不同形态，有碳碳键、碳氧键 、碳硫健 、氧氧键等。从煤的元素组成看，煤的氢碳原子比小于1，而石油的氢碳原子比是1.8左右。所以，要使煤转化成油， 就要对煤加氢 。

煤炭加氢液化后剩余的无机矿物质和少量未反应的煤还是固体状态。可应用各种不同的固液分离方法把固体从液化油中分离出去。常用的有减压蒸馏、加压过滤、离心沉降、溶剂萃取等固液分离方法。

煤炭经加氢液化产生的油含有较多的芳香烃，并含有较多的氧氮硫等杂原子，必须在经过一次提质加工，才能得到合格的汽油、柴油等产品。液化油提质加工的工程还需要进一步加氢，通过脱出杂原子，进一步提高H/C原子比，把芳香烃转化成环烷乃至链烷烃。

四、应用情况

世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化（IGOR）工艺，美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。这些新液化工艺的共同特点是煤炭液化的反应条件比老液化工艺大为缓和，生产成本有所降低，中间放大试验已经完成。目前还未出现工业化生产厂，主要原因是生产成本仍竞争不过廉价石油。今后的发展趋势是通过开发活性更高的催化剂和对煤进行顶处理以降低煤的灰分和惰性组分，进一步降低生产成本。

（一）德国IGOR工艺

1981年，德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进，建成日处理煤200吨的半工业试验装置，操作压力由原来的70兆帕降至30兆帕，反应温度450～480 摄氏度： 固液分高改过滤、离心为真空闪蒸方法，将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢，轻油和中油产宰可达50%。

工艺特点：把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中，避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失，并在固定床催化剂上使土氧化碳和一氧化碳甲烷化，使碳的损失量降到最小。投资可节约20%左右，并提高了能量效率。

（二）日本NEDOL工艺

由煤前处理单元、液化反应单元、液化油蒸馏单元及溶剂加氢单元等4个主要单元组成。

工艺特点：反应压力较低，只有17兆帕～19兆帕，反应温度为430摄氏度-465摄氏度：催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿：固液分离采用减压蒸馏的方法;配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力：液化油含有较多的杂原子，还须加氢提质才能获得合格产品。

五、结论与展望

随着全球范围内环境越来越差，人类对环保的呼声和要求越来越高，作为能源利用领域主要技术之一的洁净煤技术也需要与时俱进，充分利用理论创新、技术创新以及引进技术的消化吸收再创新来不断优化、升级、完善现有洁净煤技术，使技术快速更新换代，以大幅降低水、原料、电的消耗，减少污染，提高产能，增强能量循环利用效率，减少占地面积和设备体积，以期最大限度地缩短工期，增加企业利润。

煤炭是我国长期依赖的第一能源，同时煤炭利用又是空气污染的主要污染源。洁净煤技术的大力推广和应用可以大幅度提高煤炭的综合利用效率，减少污染物的排放，并且可以有效的把煤炭转化为液体、气体燃料，保障我国的能源安全，因此洁净煤技术是通向未来能源的桥梁。在我国，大力开发、研究、推广和应用洁净煤技术是当前我国煤炭工业可持续发展的必然选择，也是我国国民经济可持续发展的必然选择，对以煤炭为主要能源的中国来说，更是具有极其重要的现实意义。

参考文献：

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