蔡讨红

摘要：本文结合宁夏煤制油公司的生产实践以及技术研究现状，从高性能钴基费托合成催化剂、高性能铁基费托合成催化剂、新型费托合成反应器与催化剂活化技术、低碳含氧有机物的提取及水资源化四方面入手，阐述了煤间接液化及产品加工成套技术的研发进展。

关键词：煤间接液化;催化剂;费托合成

引言：根据我国一次能源的现实结构来看，我国的煤炭资源更多，但是石油资源、天然气资源相对较少。在社会、经济不断发展的背景下，人们的生产与生活对石油资源的依赖程度增大，因此我国面对着严峻的能源安全考验。而煤间接液化及产品加工成套技术的开发与形成，就能够促使煤炭资源实现清洁性转化并可以投入实际应用，缓解对进口石油资源的依赖性，值得重点探究。

1.煤间接液化及产品加工成套技术研发项目的概述

煤间接液化及产品加工成套技术开发项目主要针对制约煤间接液化技术发展的瓶颈问题，从催化剂性能提升、反应过程强化优化、产物高质化以及废水资源化利用等方面入手，突破共性关键技术，并完成中试验证或工业示范，对保障我国能源安全意义重大。宁夏煤制油公司联合高校、石油化工企业共同展开了相关课题研究，依托对膜分离、隔壁塔精馏、耐酸生物转化等工艺技术的研发，实现费托合成废水中有机物和水资源的同步回收利用。

在煤间接液化及产品加工成套技术的开发中，通过对高选择性钴基/铁基费托合成工艺、催化剂及产品深加工技术、新型反应器及过程强化技术、合成水中的低碳含氧有机物高效提取关键技术的开发，实现新型费托合成催化剂的规模化制备及工业应用;开发低烯烃、低芳烃的清洁汽油和高热值清洁柴油技术，形成生产国六汽-柴油的先进煤间接液化及产品加工成套技术，并完成可应用于百万吨级煤制油示范工程的汽-柴油联产技术集成方案，其实施将提升我国先进煤间接液化技术发展能力和水平，为能源安全提供重要技术保障[1]。

2.煤间接液化及产品加工成套技术的研发进展探究

2.1高性能钴基费托合成催化剂的规模化制备技术

在目前的研究中，难点在于钴基费托合成催化剂目标产物的稳定性与选择性并不理想，导致相应催化剂的大规模制备与工业应用受到限制。基于此，需要展开高性能钴基费托合成催化剂的研究，促使一氧化碳的转化率增高，并进一步延长相应催化剂的使用年限，最终达到能够大规模制备的效果。

由于钴基费托合成催化剂属于负载型催化剂，因此载体在该催化剂的使用中发挥出重要作用。当前，钴基费托合成催化剂的常见载体包括氧化铝、活性炭以及氧化硅。研究中，主要对这些载体的孔结构进行调整，以此达到降低放大效应发生概率与产生程度的效果。实践结果表明，在优化处理后，氧化硅载体的孔结构尺寸、分布均有所变化，中孔区宽分布可以实现对内扩散的控制，钴/二氧化硅催化剂油收率提高20%。对比孔分布存在差异性的多种氧化铝催化剂载体，优化金属钴晶粒的分布，改进后催化剂进行了公斤级放大与长周期稳定性测试。结果表明，放大后的催化劑在1800小时的长周期测试中总体表现呈现出高度稳定的状态。

2.2高性能铁基费托合成催化剂的规模化制备技术

高性能铁基费托合成催化剂的开发目标在于提升汽油、柴油等煤间接液化产品的产量，降低二氧化碳等副产物的选择性，并实现规模化制备。对于铁基催化剂来说，其在费托反应中普遍会发生失活问题，催化稳定性以及催化剂的使用寿命下降。依托XRD、XPS、TPH-MS等方法对催化剂活性相进行了表征，结合关联表征和反应数据，初步获得了催化剂表面积炭对催化剂性能的影响规律[2]。研究结果显示，铁基催化剂出现失活问题的主要原因在于非活性碳物种的沉淀。

实践中，可以依托调整活化条件以此达到降低催化物积碳以及失活的现象发生。对产物选择性以及催化剂的一氧化碳转化率进行综合对比，结果表明，在温度为 533 ℃的条件下，氢气/一氧化碳物质的量比为20，证实这样的活化处理条件能够有效降低铁基催化剂在反应过程中的非活性碳物种沉积，长时间保持良好活性。

2.3新型费托合成反应器、催化剂活化技术

开发新型费托合成反应器及工艺、催化剂活化技术是解决费托合成反应器与催化剂活化研究瓶颈问题的必然选择。就当前的情况来看，在费托合成反应过程以及浆态床活化过程中，普遍存有相互制约的问题，且反应时间相对较长。而气固流化床铁基费托合成催化剂活化技术的开发与应用可以解决上述问题，促使装置开工时间缩短，并增加催化剂替换灵活性。

针对单台反应器产能较低的现状，依托高性能铁基费托合成催化剂的开发与生产，形成适用于高浓度催化剂制备生产的新型气体分布器、气液分离装置等等，并参考浆态床反应器模型优化工艺流程模型。通过这样的方式，能够单台反应器产能30%达到65万吨/年。

2.4低碳含氧有机物的提取及水资源化技术

2.4.1渗透气化膜分离

由于不同组分通过致密膜的扩散与溶解速度存在差异，以此可以达到较好的分离效果。对于渗透气化膜分离技术来说，其能够以更低的能耗完成分离，这是传统萃取、整流等方法难以达到的效果，因此有着极高的研究与推广价值。以PDMS/陶瓷复合膜为例进行说明，在研究中，需要重点对多组分体系与复合膜之间的相互作用进行考查。依托相应膜的电镜图可以得出，PDMS/陶瓷复合膜的厚度在5微米，表面平整且不存在缺陷。对PDMS/陶瓷复合膜的分离性能展开测试，结果表明，PDMS/陶瓷复合膜可以更好完成非酸性有机物的水中分离，通量稳定在928g/（m2·h），且在连续操作200小时后，PDMS/陶瓷复合膜性能依旧有着较高的稳定性。

2.4.2有机物分离

Sasol-I厂的回收工艺是当前已经工业化的费托合成水提取主要技术，操作中，普遍应用常规精馏技术，获取产品的提取率以及纯度并不理想。为了缓解这一问题，可以在该工艺过程中引入膜分离技术，最终达到共沸物脱水的效果。在提取含氧有机物的过程中，必须完成大量的合成水处理，因此要重点考量连续操作的稳定性，更适合使用精馏操作。此时，研究的重点在于降低能耗，而隔壁塔分离工艺的开发与应用及能够实现这一目标。实践表明，相比于传统精馏工艺来说，隔壁塔分离工艺的能耗降低47.8%，年度成本降低43.8%。

2.4.3高酸生物的资源化利用

结合传统厌氧反应器以及生物选择器，构建起“菌种选择器-传统厌氧反应器-厌氧沉淀池-好氧处理”的工艺流程，以此达到提升费托合成废水处理效果的目标[3]。实践中，相应废水的原有pH值平均为3，经过厌氧预处理后，相应pH值转变为5-6，此时厌氧出水的pH值稳定在7-8之间。

2.4.4污水深度处理与资源化利用

在纳滤、反渗透、离子交换等分离技术的支持下，结合煤间接液化工艺中的主要用水及产水特征，能够达到废水近零排放与梯度利用的效果。实践中，废水通过A/0生化、臭氧接触氧化、BAF滤池、外送污水深度处理装置实现处理，该过程中形成的优质再生水可用于补给循环水以及除盐水。该处理过程中，引入了两级膜浓缩工艺。其中，一段膜浓的回收率为70%;二段膜浓缩的回收率为78.5%。

总结：综上所述，在煤间接液化及产品加工成套技术研究项目中，主要完成了：高性能钴基费托合成催化剂载体的孔分布调整，提升了钴基催化剂的稳定性;高性能铁基费托合成催化剂的研发，保证其可长时间保持良好活性;新型费托合成反应器及工艺、催化剂活化技术的开发;渗透气化膜分离、精馏操作、污水处理与再利用技术的优化，实现废水近零排放与梯度利用。

参考文献：

[1]门卓武.“先进煤间接液化及产品加工成套技术开发”专辑特邀主编致读者[J].煤炭学报，2020，45（04）：1209-1210.

[2]武鹏，吕元，郭中山，等.煤间接液化及产品加工成套技术开发研究进展[J].煤炭学报，2020，45（04）：1222-1243.

[3]王学云，胡发亭，王光耀.煤间接液化合成油技术研究现状及展望[J].洁净煤技术，2020，26（01）：110-120.