2.7　煤炭液化

煤的液化技術，簡單來說是一種將固體煤轉化為液體的技術。如果從工藝角度來看，它是指利用不同的工藝路線，將固體原料煤轉化為與原油性質類似的有機液體，并利用與原油精煉相近的工藝對煤液化油進行深加工以獲得動力燃料、化學原料和化工產品的技術系統。

我國是一個石油儲量不足的國家，但又是一個煤炭儲量豐富的國家，在當前石油需求量大增的形勢下，將煤炭轉化為油品，是對我國石油供應的一個極大的補充。煤炭液化不僅可以直接為發動機提供液體燃料，同時還可生產大量化工產品，如乙烯、丙烯、液化天然氣等。

煤和石油同是可燃的礦物資源，其主要成分都是碳、氫、氮和硫，但兩者在組成和性質上有很大的差別。與石油相比，煤炭具有H/C比小、氧含量高、分子大、結構復雜的特點。此外煤中還含有較多的礦物質和氮、硫等雜質。因此煤液化的過程實質上就是提高H/C比，破碎大分子和提高純凈度的過程，通過加氫、裂解、提質等工藝方法可以達到以上的目標。目前，煤液化技術主要有間接液化和直接液化兩大類。

2.7.1　煤的間接液化

煤氣化產生以CO和H₂為主的合成氣，再以合成氣為原料，合成液體燃料或化學產品。這樣的工藝過程稱為煤的間接液化。

煤的間接液化技術的核心是費托合成，如圖2-9所示。此外，還有一類煤制油工藝是以甲醇生產為中間過程，利用甲醇合成汽油、二甲醚等液體燃料，又稱為甲醇轉化油工藝MTG。

間接液化工藝的特點：適用的煤種較廣，制取合成氣的原料煤與氣化工藝有關。合成反應壓力為3MPa，反應溫度為250～350℃，產品可根據合成條件確定，既有流體燃料油品，又有化工產品。油收率低于直接液化。

間接液化的柴油餾分產物的直鏈烴多，環烷烴少，十六烷值過剩。同時其不含氮硫雜質，凝點高，所以兩者的柴油餾分都需要經過加氫提質工藝才能得到合格的柴油產品。另外，間接液化由于是從小分子CO與H₂進行合成開始的，因此只要適當地控制反應條件和選擇活性催化劑，除獲得產品油外，在非燃料利用方面，間接液化還能合成一些重要的化工原料，如乙烯、丙烯和丁烯，或甲醇、乙醇及其他鏈長的有機氧化物等。這使得間接液化的應用空間更為廣闊。

我國從20世紀50年代就進行了大規模間接液化技術的實驗研究。80年代末，中國科學院進行了鐵基催化劑費托合成生產汽油的過程技術開發，并完成了2000t/a規模的煤基合成汽油工業實驗。20世紀90年代開始鈷基費托合成工藝的研究與開發，建成2000t/a規模的工業裝置，并進行了合成汽油的初步實驗。

2.7.2　煤的直接液化

煤的直接液化又稱加氫液化，是將煤粉、催化劑和溶劑混合后，在高溫高壓條件下，煤與氫反應，直接轉化為液體油的過程，又稱加氫液化。煤直接液化油可生產潔凈優質汽油、柴油航空煤油和LPG等。

煤的直接液化工藝流程如圖2-10所示。

該工藝是先把煤磨成粉，再和自身產生的部分液化油（循環溶劑）配成煤漿，在高溫（450℃）和高壓（20～30MPa）下直接加氫，獲得液化油，然后再經過提質加工，得到汽油、柴油等產品。1t無水分無灰分的煤可產出500～600kg油，加上制氫用煤，大約3～4t原料煤可生產1t成品油。

德國是最早研究和開發直接液化工藝的國家，其最初的工藝稱為IG工藝。其后不斷改進，開發出被認為是世界上最先進的IGOR工藝。其后美國也在煤液化工藝的開發上做出了大量的工作，開發出供氫溶劑（EDS）、氫煤（H-Coal）、催化兩段液化工藝（CTSL-HTI）和煤油共煉等代表工藝。此外，日本的NEDOL工藝也有相當出色的液化性能。我國的神華煤直接液化廠所采用的工藝，也是在其他工藝的基礎上發展的具有自身特色的液化工藝。

煤炭直接液化在技術上是可行的，目前沒有工業生產廠，主要原因是它與廉價石油相比，生產成本偏高，美國能源部通過工業試驗的初步經濟分析后指出，煤炭直接液化廠與現有工廠建在一起，可節約投資，降低液化油成本。目前，煤炭直接液化一次投資大，隨著煤炭直接液化技術的進一步研究和發展，還可以進一步降低生產成本。

石油短缺是我國能源發展面臨的重要問題，將發展煤液化技術和建設煤液化產業作為補充石油不足的重要途徑之一，應引起充分的重視和科學對待。煤液化是煤化工領域的高新技術，引進或吸收國外先進技術和經驗，研究開發具有自主知識產權的工藝、設備對未來產業化的持續發展非常重要，因此應該作為中國能源技術戰略發展的主要內容之一，通過國家有關部門的組織和支持，集中國內不同學科、不同領域的科研和工程開發力量，在今后5～10年取得理論基礎、技術基礎和工程化開發的進展和突破，以形成有中國特色的能源轉化技術和產業。