国内外煤制油技术

1 国内外煤制油技术发展 现状及趋势 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 2 1.1 世界能源结构与我国能源概况 能源是一个国家生产技术水平的重要标志，没有能源就没有工业。 因此，能源问题是世界各国，尤其是工业发达国家最先考虑发展的问题。 我国将能源，材料，信息和生物四个领域的科学与技术作为国家优先支 持与发展的方向。 1.1.1 能源的形式（按自然形态划分） 不可再生能源。 化石能源(一次性能源)： a. 煤炭 b.石油 c.天然气 d.油页岩（油砂）等 核能(一次性能源)： a.核裂变 b.核聚变 可再生能源： a.水力能 b.太阳能 c.风能 d.地热能 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 3 1.1.2 能源利用史上的几次重大革命 18世纪，以蒸汽为动力的时代：瓦特发明了蒸汽机，其实质使用燃煤 产生蒸汽代替了人力和畜力。但是蒸汽机的热效率很低，小于40%. 19世纪70年代，以电力为动力的时代： 用燃煤发电或水力发电取代了 蒸汽。 20世纪50~60年代： 以石油、天然气为动力的时代，同时发展了 “石油 化学工业”。 能源利用的每次革命都引起了世界经济、政治、军事等方面的一系 列重大变化: 蒸汽——机车； 电力——电动机； 石油——汽车、飞机. 1.1.3 能源结构的变化 直到上世纪初的现代工业发展时期，煤炭一直作为主要能源，约占总 能源消耗量的80%以上。50年代由于在中东地区发现了大量的油田，石 油开采量迅速增大，约在60年代中期，石油在总能源消耗中所占比重已 达42%。到80年代，工业发达国家中，煤炭占总能源的消耗量远低于石 油的（即煤炭占26%，石油占50%）。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 4 1.1.4 我国的能源结构 80年代前，煤炭占80%以上。目前仍然以煤炭为主，约占65~70%。 2000年国家统计局统计表明：煤炭67%，石油23%，天然气2.5%，水电 6.9%。从1993年我国已成为石油进口国。石油的开发主要用于生产汽油、 柴油、化工产品和化工原材料（纤维、橡胶、塑料）。 同时，我国目前也正在积极开发其他能源：（1）水力资源(长江三峡 水利枢纽)。（2）核能(大亚湾核能发电站,94年1#机组和2#机组相继并网 发电；秦山核能发电厂)。 （3）天然气(陕西、新疆等地开发)。 所以，从世界到我国来看，能源结构的发展趋势进入了群雄并起，各 自发挥自身优势的阶段。中国化工学会常务理事、国家经贸委综合司司长 李寿生说煤炭在今后相当长的时期仍将是我国最主要的一次能源。 应该清醒地看到我国是世界上少数几个以煤炭作为主要能源的国家之 一。我国煤炭探明可采量为7300亿吨，名列世界第一，占世界储量的 45.7%（16000亿吨）。2000年煤炭消费量12.0亿吨，所占能源消费总量 的67.0%。1990年，我国原煤产量10.58亿吨，占世界煤炭总产量的35% （35亿吨）是世界上第一产煤和用煤大国。预计2000年我国煤炭产量可 达1400亿吨。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 5 我国煤炭资源的分布也是极不均衡的，64%分布在华北地区。山西省 的煤炭资源约占全国的1/3（5000亿吨）；石油主要分布在黑龙江、辽宁、 山东和沿海地区。 我国能源消费特点： （1）以煤炭为主。前面已讲过 （2）人均消费水平低，单位产值能耗高。从下表中可见人均能耗是世界 平均水平的1/2，单位产值能耗是世界平均水平的近4倍（3.95倍）. 国别 人均能耗（kg煤当量）单位产值能耗（10000J/美元） 中国 600 60 俄罗斯 6500 30 德国 6000 15 美国 1200 26 综上所述，为了更好地解决我国未来的能源问题，除了应大力发展其 他能源外（核能、水力能、太阳能），还要大力加强煤炭的综合利用，提 高煤炭的利用率是极其重要的。煤液化理论是煤炭综合利用技术的基础理 论之一。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 6 能源形势分析 1. 百年原油在造就了人类繁荣的同时，也形成了人类对其过分依赖的局 面。目前中国对原油的依存度已达到50%，这样就构成了国家能源的 安全问题。 2. 后石油时代——原油价格飚升——对世界经济发展引发了一系列的负 面效应——通货膨胀，经济危机等。 3. 科学技术在未来能源（太阳能、氢能等）的利用方面显得苍白无力。 4. 选择主导能源的五大要素：①资源量 ②技术水平 ③生产成本 ④投资 能力 ⑤环境容量（CO2排放） 。 5. 煤炭再次作为主导能源的可能性：煤化工正悄然提高了身价，人们开 始重新认识其历史地位与作用。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 7 最新能源构成信息 2006年中国化石能源资源基础储量构成： 煤96.7%；油1.6%；气1.7%。 2006年中国可再生资源量： 水力6.94亿kwh；风能10亿kwh ；太阳能10.9亿kwh ； 地热能33亿tce；生物质能5亿tce 。 2006年世界化石能源资源探明可采储量及构成： 煤炭57.2%；石油21.1%；天然气21.7%。 ——《中国统计年鉴2007》 2006年世界能源消费构成： 石油35.80%；煤炭28.40%；天然气23.70%； 水电6.30%；核能5.80% 。 ——《世界能源统计年评2007》 2006年中国能源消费构成： 石油18.3%；煤炭69.5%；天然气3.4%；水电、核电、风电8.8% 。 ——《2007年国民经济和社会发展统计公报》 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 8 （1）煤制油技术分类 （2）直接液化 （3）间接液化 （4）甲醇－MTG （5）煤基多联产及氢能 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 9 脱水 13 水分 % 很少 8 矿物 % 41.80.5-30.1-1.70.5-1.610-1483-87石油 20.90.2-30.5-1.03-153-460-75煤 发热量 MJ/kg S （%） N （%） O （%） H （%） C （%） 组成 性质  煤的氢碳比约0.7，石油约1.5～1.7；  煤结构以缩合芳香烃为主，石油以脂肪烃为主  煤中含较多杂原子，水分、矿物质较多  煤是固体，石油是粘稠液体 （1）煤制油技术分类 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 10 （1）煤制油技术分类 煤 直接液化 间接液化 干 馏 液体燃料 汽 油MTG 燃料、化工品 燃料、化工品 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 11 （2）直接液化 油煤浆 制 备 加氢液化 450OC，20MPa 分离 单元 催化剂 制 氢 循环溶剂 残 渣 煤制备 加氢 精制 油 品 化工品 CO2 、CO 加氢热解 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 12  始于上一世纪20年代，工业化于30～40年代  1943年，德国总规模达到423万t/a，战后停止  二战后新技术持续开发  70年代新工艺开发高潮，2000年前后停止  目前全球没有工业化生产 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 13 开发国 工艺名称 开发时间 形成规模 技术特点 德国 Betgirs法 1921 5t/d 试验装置 德国 IG 1935~39 12套，42.3Mt/a 70MPa 英国 I.C.I 1929 100t/d 烟煤，70MMP 日本 中国 1936 3.3万t煤/a 试验工厂 美国 C.C.C 1952 300t煤/d 30-40Mpa 德国 IGOR 1981-87 200t煤/d 470°、30Mpa 美国 H-Coal 1979-82 600t煤/d 工业试验厂 日本 NEDOL 1996 150t煤/d 17~20Mpa 前苏 ST-S 1986~90 7t煤/d 低压法 中国 NEDOL 1982 0.1t煤/d 小型连续试验装置 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 14 国内从70年代末开始研究，国际合作－国内研发，催化剂开发， 建成2套0.1t/d工艺研发装置,一套加氢装置。 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 15 1979年～1996年： 国家支持下，进行了50多种中国煤种评价，筛选了十 几种适宜直接液化的矿点。掌握了中国煤炭应用于直 接液化的基本特性和规律。也有进一步扩展的潜力。 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 16 • 1996－2000年 完成中美、中德、中日合作3个百万吨级 工厂预可行性研究 • 2000年后 神华示范工程工艺优化研究（863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ）， 高催化剂开发、应用（863计划） CDCL工艺开发基础研究（973基础研究） • 特 点 由跟踪研究和技术储备转入目标研究和 技术发展研究；针对中国建设示范工程 进行前期工作 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 17 21＃催化剂SEM照片 36＃催化剂SEM照片 “十五863”高效催化剂研究，成果拟用于神华工业示范。 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 18 国家科技部“863”支持项目 • 神华煤直接液化新工艺 • 6t/d工艺开发装置 • 高效催化剂 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 19 神华1Mt/a示范工程：  2002年8月批准可研  2004年8月25日开工仪式  神华煤直接液化工艺  高效催化剂  神华神东矿区  一期工程1Mt/a×3 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 20 关于技术问题  已经有近80年研发历史  直接液化工艺技术是成熟的  大规模工程开发，工业示范运行，工程技术能力  高压煤浆泵、减压阀等关键设备  工艺优化，适合中国煤特点技术  国内外最具实力的研发队伍 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 21 消耗与产品质量 （2）直接液化 汽 油： <0.08% 90、93、97 <40 <35 ---- 轻柴油：<0.2% ---- ---- ---- 45 辛烷值 芳 烃 烯 烃 十六烷值 产品 <0.0005% 100 <40 <25 45～50 含硫 原料消耗 水消耗 发动机燃料 转化效率 （ t 煤/t 产品） （t原水/t产品） （％） （％） 3～4 7 >85 58％～60％ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 22 关于经济性问题  原 料 煤：按中国矿区的煤炭价格  产 品：发动机燃料油按国际原油30～35美元/桶 化工产品按中国国内近年平均价  政 策：不享受经济优惠政策 经济性有待工业示范验证 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 23 关于原料煤消耗  中国查明煤炭资源储量1.02万亿吨，有大量可供使用的适 宜原料煤（特别是西部煤炭资源）  按照4吨原燃料煤生产1吨液化油，如形成2000万吨产能， 需要消耗煤炭约8000万吨  2020年全国煤炭消费量可能达到约30亿吨，直接液化用煤 仅占2.7％ （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 24 关于产业发展  2010年前建成100万吨/年工业示范工程  完成中国新工艺（CDCL工艺）开发基础研究  逐步形成国内工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、管理、施工能力  设备开发并逐步实现国产化  2010～2020年后是中国煤直接液化产业化发展重要时期 神华100万吨工业示范工程对今后技术及产业发展至关重要 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 25 产业发展基地设想： • 新疆伊犁 • 云南先锋 • 内蒙古锡林郭勒 • 甘肃窑街等 （2）直接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 26 （3）间接液化 煤 气化炉锅炉 蒸汽 空分 氧气 粗 煤 气 CO、H2 净化 变换 F－T 合成 加氢 提质 合 成 油 化工品 发动机 燃料 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 27 （3）间接液化  按技术条件，划分为高温合成（350℃）和低温合成（250℃）  按合成反应器，划分为浆态床、固定流化床、循环流化床、固定床等  按原料，有天然气、煤等 100245.8100245.7合计 4.09.87.819.2其它 低温合成高温合成产品 ％万t/a％万t/a 10.0 4.2 52.1 － 15.3 14.4 5.5 4.2 8.0 9.9 33.8 30.8 24.5 10.3 128.1 － 37.5 35.6 13.5 10.3 19.7 24.3 82.9 75.8 LPG 汽油 柴油 a-烯烃 聚丙烯 石脑油 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 28 南非沙索公司：20世纪50年代开始，70年 代末扩大，形成世界最大的煤制油工厂， 处理煤炭4590万/a，油品产量760万t/a， 60％为发动机燃料，供应南非国内32％市 场，化工品向90多个国家出口。三个工 厂，96台气化炉。 （3）间接液化 Shell公司的SMDS合成技术 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 29 山西煤化所低温浆态床合成技术，铁 系催化剂，700t/a级试验平台，完成 4000多小时考核运行，柴油馏分70 ％，十六烷值达到70 成立中科煤制油公司 3个十六万吨示范工厂建设，神华、 山西潞安、内蒙伊泰 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 30 兖矿集团： 2003年－2004年建成5000吨 /年低温浆态床FT合成中试装置与铁系催 化剂制备装置，2004年11月26日完成 4706小时连续平稳考核运行，合成产品 以柴油为主（70％以上，十六烷值 70）；2005年1月29日通过鉴定，同年年 底启动百万吨级工业化示范工程， 目前 前期论证阶段 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 31 由南非引进技术，示范工程 • 中国西部： 神华集团： 陕西,榆林, 3Mt/a 宁煤集团： 宁夏, 3Mt/a 2005年完成初步可行性研究， 正在进一步可行性研究； 神华与宁煤重组。 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 32 关于技术问题  国外有50多年的工业化历史  国内正在开发中  大规模工程开发，工业示范运行，工程技术能力  工艺优化，适合中国市场需求  国内外最具实力的研发队伍 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 33 （3）间接液化 轻柴油： <0.2% ---- ---- ---- 45 辛烷值 芳 烃 烯 烃 十六烷值 产品柴油 0 70 含硫 原料消耗 水消耗 发动机燃料 转化效率 （ t 煤/t 产品） （t原水/t产品） （％） （％） 4～6 10～12 60～75 40～42 煤液化可以得到优质、洁净的液体燃料及其它化 工产品 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 34 关于经济性问题，  与直接液化相近  与产品结构及市场价格关联紧密  原油价格关系，高油价下有较好的经济效益 经济性有待工业示范验证 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 35 关于原料煤消耗  煤种、煤质主要取决于气化技术的匹配和选择  按照6吨原燃料煤生产1吨合成产品，如形成3000万吨产 能，需要消耗煤炭约1.8亿吨  2020年全国煤炭消费量可能达到约30亿吨，煤制油5000万 吨规模，合计用煤2.6亿吨，占8.7％  中国目前用煤水平，采取节能减排技术，节煤潜力3亿吨 以上 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 36 • 2010年后进入产业化发展 • 与煤气化技术发展水平相关联 • 在水资源、煤资源等条件较好 的地区发展 • 与直接液化形成补充，建设中 国煤制油产业基地 （3）间接液化 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 37 （4）甲醇－MTG 煤 气化 炉 锅炉 蒸汽 空分 氧气 粗 煤 气 CO、 H2 净 化 变 换 甲 醇 合 成 脱 水 甲 醇 汽油 烯烃 二 甲 醚 烃 合 成 水 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 38 （4）甲醇－MTG 美国Mobil的MTG合成技术 1986年在新西兰建成57万吨天然气合成油工厂 山西晋城煤业集团10万吨MTG工业示范  Luigi公司开发了新的甲醇转化汽油工艺，采 用一个MTG反应器 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 39 （4）甲醇－MTG 88.085.0产率/%（占烃类） 60.079.9C+5汽油含 烷基化 由 0.30.19CO、CO2、H2及其它 56.056.15水 43.543.66烃类对甲醇 产率 9695辛烷值 0.2752.17反应压力/MPa 413412MTG反应器出口温度/℃ 413360MTG反应器入口温度/℃工艺 流化床固定床条件项目 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 40 煤 锅 炉 蒸汽轮机蒸汽 发电机 （5）煤基多联产及氢能 常规燃煤发电 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 41 蒸汽轮机 煤 气 化 炉 煤气 净化 燃气轮机 发电机煤气 发电机 蒸汽 蒸汽 变 换 合成 燃料，化工品 多联产 氢分离 燃料电池 氢CO2隔离 氢能及近零排放 （5）煤基多联产及氢能 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 42美国Vision 21的虚拟能源工厂 （5）煤基多联产及氢能 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 43 （5）煤基多联产及氢能  参与美国煤基近零排放新能源技术系统开发  中国“十五”期间启动甲醇－燃气发电示范工程  “十一五”期间启动两项煤制油－联产发电示范项目 兖矿集团陕北100万吨合成油联产发电示范 潞安矿业集团16万吨合成油联产发电示范  启动三项IGCC发电示范项目 华能天津、华电浙江、广东顺德 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 44 煤气化多联产路线图 2015 电/油/化商业示 范，100万t/a 油，IGCC示 范，400MWe级 煤气化2000－ 3000t/d级，合成 油产业，F级灵活 燃料燃机示范， 255MWe 2020 电/油/化推广， 15000MWe， 油5500万t/a 煤气化产业化G/H级 灵活燃料燃机改造 技术/示范，480MWe 膜分离中试，燃 料电池示范，制 氢 近零排放氢 电联产中试 电/油/化联产示 范，油100万 t/a，IGCC示 范，200MWe级 2010 三种煤气化示范， 合成油示范100万 t/a，E级灵活燃料 燃机改造技术示 范，125MWe 2005 甲醇/电联产 10万t/a级甲 醇，60MWe级 1000t/d级水煤浆气 化，30～50t/d级干 煤粉气化，E级灵活 燃料燃机改造技术/ 示范，60MWe 膜分离技术，燃 料电池，制氢 近零排放氢 电联产示范 膜分离技术 ， 燃料电池，制氢 膜分离技术 ， 燃料电池，制氢 （5）煤基多联产及氢能 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 45 （5）煤基多联产及氢能  多种煤气化工艺技术开发  燃气发电技术、装备开发  制氢、储氢、输氢、燃料电池等氢能技术及装备研发  CO2 减排技术研发，提纯、埋藏、利用等  大型工业装备、工程技术  氢燃料汽车  煤利用与其它新能源技术 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 46 双鸭山 锡林郭勒 先锋 依兰 潞安 六盘水 同煤集团 淮南 淮北 宝清 鄂尔多斯 沈阳 新汶新汶 神华 伊犁 宁煤 甘肃华亭 太西 煤化工项目－示范工程、工程前期、建设中工程 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 47 中国将成为世界发展煤化工大国 也是最大的煤化工技术市场 中国将致力于自主产权技术的开发 同时引进和采用世界先进技术和工艺 大企业集团是中国新能源系统的主要对动力 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.