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    另辟蹊徑,以煤制油

    2021-1-5 8:33:00 來源:中國礦業報 作者:杜治利

    油氣是關系社會經濟發展和國家安全的重要戰略資源,油氣資源的長期穩定供給是國家安全、經濟發展和全面建成小康社會的重要保障。近年來,隨著我國國民經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高,對油氣資源的需求持續加大,同時,受國內產量下降的影響,我國油氣對外依存度不斷攀升,油氣供需矛盾突出,能源資源安全面臨嚴峻挑戰。然而油氣勘探開發總體嚴峻的形勢未變。東部老油區陸續進入高含水期,穩產增產難度加大、成本攀升;西部新區、非常規油氣勘探風險大、技術要求高,油氣戰略性接替領域突破不多。

    為了保障我國能源安全,一方面要繼續加大油氣勘探開發力度,另一方面,我們也可以考慮另辟蹊徑,充分利用我國的另一重要資源——煤。

    我國的地質條件和資源稟賦決定了,很長時期以來我國都是以煤炭作為主要的一次能源,富煤貧油少氣的資源結構無法改變。隨著世界能源縮緊,以煤炭為原料的二次能源開發手段成為了一個重要的戰略選擇。以煤制油,促進破解我國當前油氣對外依存度過高的局面,已被越來越多的有識之士所接受。

    一、煤制油工藝技術

    煤制油工藝技術,是將煤粉碎、液化或是氣化處理,之后經過嚴格的煤化工生產處理,最終轉化為航空汽油、柴油、汽油、乙烯等合格的產品,從而滿足煤化工生產工藝技術的需求。在煤制油工藝生產當中,主要是對煤進行直接或是間接的加氫技術措施,促使其逐漸轉化為混合烴類的液體燃料和甲醇。

    (1)直接液化技術

    先將原料煤磨成粉,再與自身產生的液化重油配成煤漿,在高溫高壓條件下進行加氫操作,從而將煤轉換為汽油、柴油等石油產品;诿旱囊夯^程來看,直接液化的方式會明顯提高煤制油生產效率,一般來講1噸優質原料煤能夠產出0.5噸~0.6噸油,倘若要生產出成品油,通常3噸~4噸制氫優質煤能夠產出1噸成品油。不難看出,煤直接液化有著較高的生產率,所以在煤制油生產中屬于重要技術方法。

    在特定的反應條件下,煤發生催化加氫反應,生成油品和少量氣態桂類,與此同時將煤中的氮、氧、硫等雜原子脫出。煤的直接液化技術源于德國,第一代工藝生產線在上世紀30年代實現應用,但是反應條件非?量。之后,到上世紀70年代、21世紀分別發展起來了第二代、第三代煤直接液化技術。其中,德國IGOR技術、美國HTI工藝、中國神華自主研發的技術使用最為廣泛,已經實現了大規模的工業應用。

    (2)間接液化工藝

    先將煤氣化,讓原料煤形成氫氣與一氧化碳的合成氣,然后加入催化劑去實現煤化工反應,將氣體液化為汽油?v觀這一反應過程,盡管環節不多但存在著較高難度的化學反應,其中對催化劑的選擇會直接影響化學反應效果,所以需要優選催化劑,提升煤間接液化的生產效率。否則,如果缺少高效催化劑,那么這一工藝技術的產出比相對偏低,每生產1噸油需要5噸~7噸優質原煤,同時還要經過復雜的化學反應,成本偏高。

    二、兩種工藝技術的優缺點

    煤直接液化工藝對技術要求較為嚴格,尤其是制造過程中要對液化的溫度和壓力等條件嚴格控制。同時,該工藝技術對煤炭有著較高依賴性,制造過程除了需要用到大量氫氣之外,還要源源不斷地提供循環油作為氫氣溶劑以及降低裝置在生產中所帶來的能源消耗。煤直接液化工藝技術通過將煤炭催化且加氫液化,生產出的煤制油為了達到石油質量要求,則要持續添加氫精制,對工藝技術進行強化;而煤間接液化工藝技術在制造中,對溫度、壓力等的要求并沒有直接液化技術高,所以工藝技術及風險也偏低。除此之外,操作流程、設備維護等相對簡單,有著良好的環保性且副產品更多。

    煤直接液化工藝技術在降低煤炭資源消耗量方面表現良好,且設備運行投入成本低,選用更加先進的催化劑進行轉化能夠帶來更高效率,從而提升經濟效益;而煤間接液化工藝技術的經濟效益會受到多方面因素的影響,比如煤炭價格、經濟政策等,都會對其經濟性表現帶來一定影像。

    煤制油兩種液化技術對環境都有著不同的要求,并且結合技術特點來看,實際上還存在一定的互補性。其中煤直接液化工藝技術中,煤制油制作過程對反應條件、催化劑的要求極為強烈,有著更大的優化空間,通過科學優選催化劑能夠大大降低煤制油難度和操作壓力;而煤間接液化工藝技術在制造中主要以氣化為主,生產單位集成多個系統,因此最突出的問題便在于如何對多系統中生產要素進行優化,從而加大產品機構和產量的有機整合,實現制造效率與產量的最大化。

    三、煤制油技術的未來方向

    煤制油工藝技術在如今的工業發展中起到了良好的提升成品油與滿足化工產品供應需求的作用,作為將原料煤轉化為油的關鍵技術手段,對于工業發展而言屬于重要技術性突破,在未來有著極為廣闊的發展空間。

    煤間接液化工藝流程

    從煤制油工藝技術的具體應用來看,一方面,在成品油與化工產品制備中有著廣泛應用。不僅能夠滿足成品油與化工產品供應,同時也能提高生產效率;另一方面,在煤化工領域同樣有著重要應用,顯著提高了煤化工發展質量及水平,對于整個煤化工產業而言是極大地推動,而且煤直接液化的煤制油技術已成為首要選擇。

    隨著我國對石油資源的需求量不斷提升,現如今石油供應短缺的局面一時難以得到有效改善,所以急需找到石油替代能源,而這也是我國能源戰略的關鍵組成。煤制油工藝技術的研發與應用,能夠通過直接或間接的液化工藝技術將煤炭資源轉化為成品油與化工產品,從而滿足市場的需求,也為煤炭資源的勘探開發提供了有利條件,經過工藝技術加工能夠得到高品質油品,從而促進煤炭生產經濟效益的提高,有助于整個煤炭行業的可持續發展。

    (作者單位:中國地質調查局油氣資源調查中心)

    網站編輯:宮莉

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