中國總體能源特征是“富煤少油滿氣”。2003年中國能源消費總量達到165438+7830萬噸油當量，其中煤炭占67.86%，石油占23.35%，天然氣占2.5%，水電占5.43%，核能占0.83%。中國煤炭資源豐富，2000-2003年探明儲量1145億噸，儲采比從2000年的116下降到2002年的82和2003年的69。2003年探明石油儲量32億噸，儲采比19.438+0年。長期以來，我國原油產量只能維持在1.6 ~ 65438+7億噸/年的水平。由於儲量大，價格相對穩定，煤炭已成為中國電力生產的首選燃料。在本世紀頭50年，煤炭仍將在中國壹次能源構成中占主導地位。預計到2005年，煤炭在壹次能源中的比重將從2009年的65438+67.8%、2000年的63.8%和2003年的67.8%達到50%左右。中國每年燃燒約3000萬噸重油，石油資源的短缺仍然讓以煤代油再次提上日程。煤制油已成為中國能源戰略的重要趨勢。
煤間接液化技術
煤間接液化技術被稱為從煤氣化生產合成氣和從費托合成生產合成油。“煤間接液化”的方法早在1960年就在南非工業化了。南非也是壹個富煤缺油的國家。其煤炭儲量高達553.33億噸，儲采比為247年。煤炭占其壹次能源的75.6%。自1955以來，南非采用煤氣化技術和費托合成技術生產汽油、煤油、柴油、合成蠟、氨、乙烯、丙烯和α-烯烴等石油和化工產品。南非的費托合成技術開發了壹種現代合成醇漿態床反應器。沙索公司目前擁有兩套“煤間接液化”裝置，每年生產液態烴產品700多萬噸(沙索32萬噸，賽庫675萬噸)，其中合成油產品500萬噸，每年耗煤4950萬噸。70億美元的累積投資已經收回。現在年產值達到40億美元，年利潤近12億美元。
中國科學院山西煤炭化學研究所從20世紀80年代開始進行鐵基和鈷基催化劑費托合成油間接液化技術的研究和工程開發，已完成2000噸/年規模的煤基合成油工業實驗，5噸煤可合成1噸成品油。根據項目規劃，未來三年，中國煤炭大省山西將有望建成萬噸級“煤制油”裝置。中科院還設想，到2008年，建成百萬噸煤基合成油企業，在山西大同、朔州地區的幾個大煤田之間，建成大型煤炭“煉油廠”。近日，總投資6543.8+00億美元的朔州聯順能源公司年產500萬噸煤基合成油項目進入實質性開發階段，計劃於2005年建成投產。產品將包括辛烷值不低於90、不含硫和氮的合成汽油、合成柴油等近500種化學延伸產品。
中國有豐富的煤炭資源。為保障國家能源安全，滿足國家能源戰略對間接液化技術的迫切需求，科技部“863”計劃和中國科學院於2001聯合啟動了“煤制油”重大科技專項。兩年後，承擔該項目的中國科學院山西煤炭化學研究所取得了壹系列重要進展。來自煤炭的優質柴油，與我們常見的柴油完全不同，清澈透明，幾乎無味。柴油中硫、氮等汙染物含量極低，十六烷值高達75。它具有功率大、無汙染的特點。這種高品質柴油與汽油相比，百公裏油耗低30%，硫含量小於0.5× 10-6，比歐V標準高10倍，比歐IV標準高20倍。它是壹種優良的環保清潔燃料。
山西省煤化工研究所的“煤制油”研究已有20年的歷史。2002年9月實現了千噸級中試平臺的首次試運行，合成了第壹批原油。到2003年底，已經積累了幾十噸合成原油。2003年底，從原油中生產出無色透明的優質柴油。目前，山西煤化工學院中試基地正準備第五次啟動，計劃運行6個月左右。目前，世界上只有南非等少數國家能夠通過“煤制油”技術合成高質量柴油。山西省煤化工研究所高品質清潔柴油的出現，標誌著我國已具備開發和提供先進成套自主產業化技術的能力，成為世界上少數幾個擁有將煤變成高清潔柴油成套技術的國家。據悉，2005年，該院將在煤礦生產區建設65438+萬噸/年示範廠，預計投資1.2億至1.4億元。在技術成熟的前提下，初步形成“煤制油”產業化的雛形。
據預測，到2020年，中國石油產品的短缺約為2億噸。除654.38+2億噸需進口外，“煤制油”技術可解決6000多萬-8000萬噸，投資約5000億元，年產值3000億-4000億元，其中間接液化合成油可生產2000多萬噸，投資約6543.3億元。從經濟效益來看，內部收益率可達8% ~ 12%，在原油價不低於25美元的情況下，柴油產品價格可控制在2000元/噸以內。這壹規模項目的投資約需45億元。
目前已有山西省煤化工研究所等7家單位組成聯盟，在“煤制油”實驗中共享數據；即將有1.2噸高清潔柴油運往德國進行野外跑車試驗；2005年，奔馳、大眾等廠商提供車輛，使用高清潔柴油作為燃料，進行了從上海到北京的長途行駛試驗，將全面考察車輛與燃料、燃燒性、環保性的匹配關系。目前正在進行“煤制油”工業示範廠的基礎設計，預計2010前投入規模化生產。
中國和南非於2004年9月28日簽署了合作諒解備忘錄。根據這份備忘錄，中國兩家大型煤炭企業神華集團有限公司和寧夏煤業集團有限公司將與南非Sovo公司合作，分別在陜西和寧夏建設兩座煤炭間接液化廠。兩座間接液化廠初期建設規模分別為300萬噸油品/年，總投資約300億元。煤間接液化項目通過技術引進和中外合資，填補了國內空白，對“煤制油”示範工程的可靠建設具有重要意義。沙索公司是目前世界上唯壹擁有煤液化裝置的企業。自1955建成第壹座煤間接液化廠至今已有50年。已建成3座煤間接液化廠，年加工煤4600萬噸，年產各類油品和化工產品760多萬噸，滿足南非國內40%的石油需求。
中國科學院與神華集團簽署“鐵基漿態床合成燃料技術”標誌著該技術產業化指日可待。鐵基漿態床合成燃料技術是中科院重大創新項目，是中科院山西煤化工研究所承擔的國家“863”計劃項目，得到了國家、山西省及相關企業的支持。經過兩年多的努力，我們開發了具有自主知識產權的技術，如高活性和穩定性的鐵基催化劑，1000噸漿態床反應工藝和裝置。截至2004年6月38+10月底，已完成1500小時的試運行，正在為65438+萬噸/年工業示範裝置的基本設計收集數據，基本形成了具有我國自主知識產權的集成創新成果。與神華集團的合作將對中國煤基間接合成油技術的發展起到積極作用。
殼牌(中國)有限公司、神華集團和寧夏煤業集團於2004年6月+065438+2004年10月簽署了合作開發清潔煤制油產品的諒解備忘錄。根據諒解備忘錄，在6至9個月的預可行性研究期間，三方將研究殼牌煤制油(間接液化)技術在中國應用的可行性，包括市場分析、經濟指標評估、技術方案及相關法規審核、項目選址確定等。據了解，神華集團和寧夏煤業集團將分別在陜西和寧夏建設壹座煤炭間接液化廠。擬建的兩座間接液化廠壹期建設規模為每年300萬噸油品，初步估算總投資各約300億元。
雲南開元傑化集團有限公司將利用小龍潭褐煤資源優勢，建設年產30萬噸甲醇和65438+萬噸二甲醚項目、年產50萬噸或1萬噸煤生產合成油項目、褐煤間接液化技術生產汽油項目。公司計劃於2006年建成甲醇和二甲醚項目，產品主要用於甲醇燃料和二甲醚民用液化氣。由於投資大、科技含量高，謝華集團計劃分兩步實施:2005年建成壹套年產1萬噸煤制油工業示範裝置；2008年建成年產50萬噸或654.38+0萬噸的煤基合成油廠。目前，年產2萬噸煤制油產業化示範項目已完成概念試驗和項目可行性研究報告。該項目投資7952萬元，將對雲南省大型煤制油企業和煤制油行業起到示範作用。
美國正在開發壹種從煤氣化中制備化學品的新工藝。Air Products液相轉化公司(Air Products and Chemicals Company與Eastman Chemical Company的合夥企業)成功完成了美國能源部11年資助的重點研究項目，驗證了煤制甲醇的先進方法。該裝置可以將煤轉化為化工產品，生產氫氣和其他化學品，沒有排放汙染。自1997年4月以來，液體甲醇工藝(稱為LP MEOH)已在伊斯曼公司Kingsport地區的煤制化學品聯合工廠投入工業試運行。工廠的開工率為97.5%。驗證表明，最大產品生產能力可超過300噸/天甲醇，比原設計提高10%。它不同於使用固定床顆粒催化劑並在氣相中操作的常規甲醇反應器，而LP MEOH工藝使用由Air Products and Chemicals Company設計的漿態鼓泡塔反應器(SBCR)。合成氣進入SBCR後，與催化劑(分散在惰性礦物油中的粉狀催化劑)反應生成甲醇，離開反應器的甲醇蒸汽經冷凝蒸餾後，作為生產多種產品的原料。LP MEOH工藝用於處理煤氣化爐產生的合成氣，從合成氣中回收25%~50%的熱量，無需在上遊脫除CO2(常規技術需要脫除CO2)。當使用高CO2含量的原料時，生產的甲醇濃度大於97%，水含量僅為65438±0%。相比較而言，常規氣相工藝所需原料中的CO和H2應為化學計量比，甲醇產品的含水量通常為4%~20%。新技術與氣化聯合循環發電裝置結合時，由於不需要化學計量進料，可節約成本0.04~0.11美元/加侖。由煤生產的甲醇產品可直接用作汽車、燃氣輪機和柴油發電機的燃料，燃料經濟性損失很小或沒有損失。如果用甲醇作為磷酸燃料電池的氫源，需要進行凈化處理。
煤直接液化技術
早在20世紀30年代，第壹代煤直接液化技術——煤直接加氫液化工藝就在德國實現了工業化。但當時的煤液化反應條件苛刻，反應溫度470℃，反應壓力70MPa。1973世界石油危機使煤直接液化技術的研究和發展再次受到關註。各種第二代煤直接液化工藝相繼開發出來，如美國的H-Coal工藝、溶劑煤精制工藝(SRC-I、SRC-II)和供氫溶劑工藝(EDS)。這些工藝已完成大規模中試，技術上具備建廠條件，但由於經濟建設投資大，煤液化油生產成本高，壹直沒有工業化。目前，幾個主要工業國家都在繼續研發第三代煤直接液化工藝，該工藝具有反應條件溫和、出油率高、油價相對較低的特點。目前世界上幾種典型的煤直接液化工藝有:德國IGOR公司和美國碳氫化合物研究(HTI)公司的兩段催化液化工藝。自1980以來，中國煤炭科學研究院北京煤化學研究所重新啟動了煤直接液化技術的研究，現已建成煤直接液化及油品提質加工實驗室。通過國內上百種煤種的煤直接液化試驗，篩選出適合液化的煤種15種，液化油收率在50%以上。研究了四種煤直接液化的工藝條件，開發了煤直接液化催化劑。煤炭科學研究院還與德國RUR和DMT公司簽訂了可行性研究項目協議，完成了雲南先鋒煤液化廠的可行性研究報告。擬建的雲南先鋒煤液化廠年加工(液化)褐煤257萬噸，氣化制氫用原煤253萬噸(其中發電654.38+0.7萬千瓦)，共需原煤565.438+0萬噸。液化廠建成後，每年可生產汽油35.34萬噸、柴油53.04萬噸、液化石油氣6.75萬噸、合成氨3.9萬噸、硫磺2.53萬噸、苯8800噸。
我國首個大型神華煤直接液化油項目的可行性研究已進入實地評估階段。推薦的三個地點是內蒙古自治區鄂爾多斯市的上灣、馬家塔和丁松赫蘿。神華煤液化項目是國務院於2001年3月批準的可行性研究項目。該項目是能源結構調整的重要戰略舉措，是將中國豐富的煤炭能源轉化為相對稀缺的石油資源的新途徑。該項目引進美國碳氫技術公司的煤炭液化核心技術，將儲量豐富的神華優質煤按照國內常規技術直接轉化為合格的汽油、柴油和石腦油。該項目可消化原煤15萬噸，形成新的產業鏈，效益比原煤直銷可提高20倍。其附屬產品將延伸至下遊產品，如硫磺、尿素、聚乙烯、石蠟和天然氣。這個項目的壹大特點是大型工廠，包括煤液化、天然氣制氫、煤制氫和空氣分離，是世界上同類項目中最大的。預計年銷售額達60億元，稅後凈利潤654.38+0.57億元，654.38+065.438+0年可收回投資。
甘肅省煤田地質研究所煤炭轉化中心自主研發的配煤液化試驗技術取得重大突破。由於混煤液化技術比單壹煤液化的出油率高，預計該技術生產的汽柴油成本約為1500元/噸，具有顯著的經濟效益和社會效益。在煤液化之前，只有壹種煤用於加工。甘肅煤轉化中心在世界上首次采用配煤，將甘肅猶大和天祝兩地不同微量組分的煤以6: 4的比例反應，設定溫度440℃，時間60秒，因此被稱為“配煤液化”。試驗表明，該技術可使煤的轉化率達到95.89%，油的收率提高到69.66%。常用催化劑用量少於單壹煤液化，反應條件相對溫和。
甘肅中部高硫煤配煤直接液化技術由甘肅省煤田地質研究所進行了實驗室研究，並通過專家鑒定達到國際先進水平。同時，騰達西北鐵合金公司和甘肅煤田地質研究所也簽署了投資協議，使“煤制油”產業化邁出了實質性的壹步。為給甘肅省“煤制油”產品升級提供資源，該省與甘肅省煤田地質研究所對該省中部地區“煤制油”產業化進行了前期研發。據專家測定，產油率壹般可達64.63%，如配煤，可達69.66%。項目實施後，將為甘肅省華亭、靖遠、窯街等礦區的煤炭轉化和產業鏈延伸積累寶貴經驗。
神華集團“煤制油”直接液化產業化裝置於2004年8月底在內蒙古自治區鄂爾多斯市正式開工。這是世界上首次建造的直接液化煤的“煤制油”工業裝置。神華煤直接液化項目總建設規模為500萬噸/年油品，分兩期建設，其中壹期工程為320萬噸/年油品，由3條主要生產線組成，包括煤液化、煤制氫、溶劑加氫、加氫改質、催化劑制備等14套主要生產裝置。壹期工程主廠區占地186公頃，場外工程占地177公頃，總投資245億元。建成投產後，年耗煤量970萬噸，可生產各類油品320萬噸，其中汽油50萬噸，柴油2150噸，液化氣3100噸，苯。為有效規避和降低風險，項目采用分步實施方案，先建設壹條生產線，待裝置運行平穩後再建設其他生產線。2007年7月完成第壹條生產線，2010左右完成最後兩條生產線。2003年，神華集團公司產銷量超過6543.8億噸，成為中國最大的煤炭生產經營企業。據說，如果油價高於每桶22美元，煤液化技術將具有競爭力。
神華集團將努力發展成為以煤炭為基礎，以煤、電、油為主要產品的大型能源企業集團。到2010，神華集團煤炭產量將超過2億噸；自營和控股發電裝機容量達到2000萬千瓦；煤液化形成石油產品和煤化工產品的能力達到10萬噸/年；甲醇制烯烴產能達到6543.8億噸/年。2020年，其煤炭產量將超過3億噸；電廠裝機容量達到4000萬千瓦；煤液化形成石油產品和煤化工產品的能力達到3000萬噸/年。
目前，世界上還沒有煤直接液化的工業化生產裝置。神華液化項目建成後，將是全球首個煤直接液化商業化示範裝置。南非只有壹家企業擁有煤炭間接液化的工業生產設備。美國正在建設壹座規模為每天5000桶石油的煤間接液化示範工廠。
雲南省還將大力發展煤化工，積極實施煤炭液化項目。雲南先鋒煤直接液化項目預可行性研究報告於2004年5月通過專家評審。項目實施後，“雲南制造”汽柴油不僅可以供應雲南省，進入國外和國際市場，還將使雲南成為僅次於內蒙古的第二大“煤制油”省份。雲南先鋒煤液化項目是我國利用國外煤直接液化技術建設的首批項目之壹。雲南煤制油技術將首先在先鋒礦區啟動，取得成功經驗後在其他地方繼續推廣。即將建設的雲南煤炭液化廠預計總投資6543.8+0.03億元，項目建設期預計為4年。建成後，年銷售額34億元，年經營成本7.9億元，年利潤6543.8+0.38億元。雲南省煤炭資源豐富，但石油和天然氣嚴重短缺。先鋒褐煤是最適合直接液化的煤。在中國煤炭學會測試的14種適合直接液化的煤中，先鋒褐煤活性最好，惰性組分最低，轉化率最高。液化是有效利用雲南大量褐煤資源的突破口，潔凈煤技術是發展方向，符合國家產業政策。“煤改油”將使雲南的煤炭資源優勢變成經濟優勢。“煤制油”項目壹旦能在全省推廣，全省654.38+05億噸煤炭可轉化為30億噸汽油或柴油，產值將超過654.38+00萬億元。