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另辟蹊径,以煤制油

2021-1-5 8:33:00 来源:中国矿业报 作者:杜治利

油气是关系社会经济发展和国家安全的重要战略资源,油气资源的长期稳定供给是国家安全、经济发展和全面建成小康社会的重要保障。近年来,随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,对油气资源的需求持续加大,同时,受国内产量下降的影响,我国油气对外依存度不断攀升,油气供需矛盾突出,能源资源安全面临严峻挑战。然而油气勘探开发总体严峻的形势未变。东部老油区陆续进入高含水期,稳产增产难度加大、成本攀升;西部新区、非常规油气勘探风险大、技术要求高,油气战略性接替领域突破不多。

为了保障我国能源安全,一方面要继续加大油气勘探开发力度,另一方面,我们也可以考虑另辟蹊径,充分利用我国的另一重要资源——煤。

我国的地质条件和资源禀赋决定了,很长时期以来我国都是以煤炭作为主要的一次能源,富煤贫油少气的资源结构无法改变。随着世界能源缩紧,以煤炭为原料的二次能源开发手段成为了一个重要的战略选择。以煤制油,促进破解我国当前油气对外依存度过高的局面,已被越来越多的有识之士所接受。

一、煤制油工艺技术

煤制油工艺技术,是将煤粉碎、液化或是气化处理,之后经过严格的煤化工生产处理,最终转化为航空汽油、柴油、汽油、乙烯等合格的产品,从而满足煤化工生产工艺技术的需求。在煤制油工艺生产当中,主要是对煤进行直接或是间接的加氢技术措施,促使其逐渐转化为混合烃类的液体燃料和甲醇。

(1)直接液化技术

先将原料煤磨成粉,再与自身产生的液化重油配成煤浆,在高温高压条件下进行加氢操作,从而将煤转换为汽油、柴油等石油产品。基于煤的液化过程来看,直接液化的方式会明显提高煤制油生产效率,一般来讲1吨优质原料煤能够产出0.5吨~0.6吨油,倘若要生产出成品油,通常3吨~4吨制氢优质煤能够产出1吨成品油。不难看出,煤直接液化有着较高的生产率,所以在煤制油生产中属于重要技术方法。

在特定的反应条件下,煤发生催化加氢反应,生成油品和少量气态桂类,与此同时将煤中的氮、氧、硫等杂原子脱出。煤的直接液化技术源于德国,第一代工艺生产线在上世纪30年代实现应用,但是反应条件非常苛刻。之后,到上世纪70年代、21世纪分别发展起来了第二代、第三代煤直接液化技术。其中,德国IGOR技术、美国HTI工艺、中国神华自主研发的技术使用最为广泛,已经实现了大规模的工业应用。

(2)间接液化工艺

先将煤气化,让原料煤形成氢气与一氧化碳的合成气,然后加入催化剂去实现煤化工反应,将气体液化为汽油。纵观这一反应过程,尽管环节不多但存在着较高难度的化学反应,其中对催化剂的选择会直接影响化学反应效果,所以需要优选催化剂,提升煤间接液化的生产效率。否则,如果缺少高效催化剂,那么这一工艺技术的产出比相对偏低,每生产1吨油需要5吨~7吨优质原煤,同时还要经过复杂的化学反应,成本偏高。

二、两种工艺技术的优缺点

煤直接液化工艺对技术要求较为严格,尤其是制造过程中要对液化的温度和压力等条件严格控制。同时,该工艺技术对煤炭有着较高依赖性,制造过程除了需要用到大量氢气之外,还要源源不断地提供循环油作为氢气溶剂以及降低装置在生产中所带来的能源消耗。煤直接液化工艺技术通过将煤炭催化且加氢液化,生产出的煤制油为了达到石油质量要求,则要持续添加氢精制,对工艺技术进行强化;而煤间接液化工艺技术在制造中,对温度、压力等的要求并没有直接液化技术高,所以工艺技术及风险也偏低。除此之外,操作流程、设备维护等相对简单,有着良好的环保性且副产品更多。

煤直接液化工艺技术在降低煤炭资源消耗量方面表现良好,且设备运行投入成本低,选用更加先进的催化剂进行转化能够带来更高效率,从而提升经济效益;而煤间接液化工艺技术的经济效益会受到多方面因素的影响,比如煤炭价格、经济政策等,都会对其经济性表现带来一定影像。

煤制油两种液化技术对环境都有着不同的要求,并且结合技术特点来看,实际上还存在一定的互补性。其中煤直接液化工艺技术中,煤制油制作过程对反应条件、催化剂的要求极为强烈,有着更大的优化空间,通过科学优选催化剂能够大大降低煤制油难度和操作压力;而煤间接液化工艺技术在制造中主要以气化为主,生产单位集成多个系统,因此最突出的问题便在于如何对多系统中生产要素进行优化,从而加大产品机构和产量的有机整合,实现制造效率与产量的最大化。

三、煤制油技术的未来方向

煤制油工艺技术在如今的工业发展中起到了良好的提升成品油与满足化工产品供应需求的作用,作为将原料煤转化为油的关键技术手段,对于工业发展而言属于重要技术性突破,在未来有着极为广阔的发展空间。

煤间接液化工艺流程

从煤制油工艺技术的具体应用来看,一方面,在成品油与化工产品制备中有着广泛应用。不仅能够满足成品油与化工产品供应,同时也能提高生产效率;另一方面,在煤化工领域同样有着重要应用,显著提高了煤化工发展质量及水平,对于整个煤化工产业而言是极大地推动,而且煤直接液化的煤制油技术已成为首要选择。

随着我国对石油资源的需求量不断提升,现如今石油供应短缺的局面一时难以得到有效改善,所以急需找到石油替代能源,而这也是我国能源战略的关键组成。煤制油工艺技术的研发与应用,能够通过直接或间接的液化工艺技术将煤炭资源转化为成品油与化工产品,从而满足市场的需求,也为煤炭资源的勘探开发提供了有利条件,经过工艺技术加工能够得到高品质油品,从而促进煤炭生产经济效益的提高,有助于整个煤炭行业的可持续发展。

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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