畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
畢節(jié)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告題 目： 煤變石油的研究 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 06級(jí)化學(xué)系本科班 指導(dǎo)教師：
一、選題依據(jù)（包括選擇課題的背景、選題研究的理論及實(shí)踐意義）前一段時(shí)間，煤變石油在國(guó)內(nèi)被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，旋即歸于沉寂。沸沸揚(yáng)揚(yáng)反映了人們對(duì)其技術(shù)內(nèi)涵并不很熟悉，沉寂則反映出人們對(duì)其價(jià)值的不了解，擔(dān)心水變油的誤導(dǎo)事件在神州大地重演。然而，這回可的的確確是真的，這不僅因?yàn)槲覈?guó)已掌握了世界最先進(jìn)的煤炭液化技術(shù)，而且———煤變石油真的離我們并不遙遠(yuǎn)。 石油是一種重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，有了它，船艦可以乘風(fēng)破浪，汽車可以翻山越嶺，飛機(jī)可以穿云透霧……然而，近年來國(guó)際石油價(jià)格飛漲，供需差距越來越大。以我國(guó)為例，石油年消費(fèi)量約為2.5億噸，生產(chǎn)能力僅約15億噸，預(yù)計(jì)XX年和XX年消費(fèi)量將超過2.6億噸和3.1億噸，尤其若干年后石油開采枯竭的時(shí)候，這些動(dòng)力和交通工具又該靠什么來運(yùn)行呢？不必?fù)?dān)心，聰慧的科學(xué)家們?cè)缫褳槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)煤變石油的方案。 許多勘探資料都表明，全世界煤的可開采資源是巨大的，其能量值相當(dāng)于石油資源的10倍。煤和石油的形態(tài)、形成歷史、地質(zhì)條件雖然不同，但是它們的化學(xué)組成卻大同小異。煤中約含碳80％~85％，含氫4％~5％，平均分子量在以上。石油含碳85％，含氫13％，平均分子量在600以內(nèi)。從組成上看，它們的主要差異是含氫量和分子量的不同，因此，只要人為地改變壓力和溫度，設(shè)法使煤中的氫含量不斷提高，就可以使煤的結(jié)構(gòu)發(fā)行變異，由大分子變成小分子。當(dāng)其碳?xì)浔冉档偷胶褪拖嘟鼤r(shí)，則煤就可以液化成汽油、柴油、液化石油氣、噴氣燃料等石油產(chǎn)品了。同時(shí)還可以開發(fā)出附加值很高的上百種產(chǎn)品，如乙烯、丙烯、蠟、醇、酮、化肥等，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 國(guó)際上經(jīng)典的煤變石油工藝是把褐煤或年輕煙煤粉與過量的重油調(diào)成糊狀（稱為煤糊），加入一種能防止硫?qū)Υ呋瘎┲卸镜奶厥獯呋瘎诟邏焊锛訅旱?0266~70931千帕并加熱到380~500攝氏度的溫度，在隔絕空氣的條件下通入氫氣，使氫氣不斷進(jìn)入煤大分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而使煤的高聚合環(huán)狀結(jié)構(gòu)逐步分解破壞，生成一系列芳香烴類的液體燃料和烷烴類的氣體燃料。一般約有60％的煤能轉(zhuǎn)化成液化燃料，30％轉(zhuǎn)化成為氣體燃料。具體來說，煤變石油的工藝可分為“直接液化”和“間接液化”兩種，從世界范圍來看，無論哪一類液化技術(shù)，都有成熟的范例。 “直接液化”是對(duì)煤進(jìn)行高壓加氫直接轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)品。早在第二次世界大戰(zhàn)之前，納粹德國(guó)就注意到了煤和石油的相似性，從戰(zhàn)略需要出發(fā)，于1927年下令建立了世界上第一個(gè)煤炭直接液化廠，年產(chǎn)量達(dá)10萬噸，到1944年達(dá)到423萬噸，用來開動(dòng)飛機(jī)和坦克。一些當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)，今天還在澳大利亞、德國(guó)、巴基斯坦和南非等地應(yīng)用。 “間接液化”是煤先氣化，生產(chǎn)原料氣，經(jīng)凈化后再行改質(zhì)反應(yīng)，調(diào)整氫氣與一氧化碳的比例。此項(xiàng)技術(shù)主要源于南非，技術(shù)已非常成熟，煤變石油成本已低于國(guó)際油價(jià)，但技術(shù)一直嚴(yán)格保密。20世紀(jì)50年代，南非為了克服進(jìn)口石油困難，成立了南非薩索爾公司，主要生產(chǎn)汽油、柴油、乙烯、醇等120多種產(chǎn)品，總產(chǎn)量達(dá)到700多萬噸。目前，這家公司的3個(gè)液化廠，年耗煤4590萬噸，年產(chǎn)合成油品1000萬噸。該公司累計(jì)投資70億美元，現(xiàn)在早已回收了全部設(shè)備投資。此外，俄羅斯、美國(guó)、日本等國(guó)也相繼陸續(xù)完成了日處理150~600噸煤的大型工業(yè)試驗(yàn)，并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)。 我國(guó)的煤炭科學(xué)總院對(duì)煤變石油的研究已進(jìn)行了20多年，培養(yǎng)了一支專門從事直接液化技術(shù)研究的科研隊(duì)伍，建成了具有先進(jìn)水平的加氫液化、油品加工和分析檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)幾十種煤樣進(jìn)行了試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，篩選了國(guó)內(nèi)十幾種適宜液化的煤種，有良好的技術(shù)基礎(chǔ)。1997年，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所進(jìn)行的煤基合成汽油年產(chǎn)噸的工業(yè)試驗(yàn)獲得階段性成果，并通過了中科院的技術(shù)鑒定，為萬噸級(jí)的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。其技術(shù)上也取得了突破：在催化劑的作用下，可用4~5噸煤，經(jīng)過一系列工藝流程生產(chǎn)出1噸汽油或柴油。 自1997年至今，經(jīng)過中德、中美、中日政府間的科技合作，進(jìn)行了我國(guó)煤炭直接液化示范廠的可行性研究，結(jié)果表明，在陜西的神府煤田、內(nèi)蒙古的東勝煤田、云南的先鋒煤田，由于煤炭?jī)r(jià)格低廉，設(shè)備大部分可以國(guó)產(chǎn)化，從而可使煤液化油成本大大降低，一桶柴油產(chǎn)品的成本只有15~17美元，遠(yuǎn)低于歐佩克規(guī)定的每桶22~28美元的價(jià)格帶。另一方面，以我們已經(jīng)掌握的催化劑技術(shù)，間接液化合成部分的成本可以降低為原來的六分之一。這就是說，在煤礦坑口建廠，不要中間環(huán)節(jié)，如果合成油規(guī)模達(dá)到百萬噸級(jí)，按目前市場(chǎng)價(jià)，噸油成本將控制在XX元左右，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。令人欣喜的是，國(guó)家發(fā)改委已批準(zhǔn)在陜西神府煤田和云南先鋒煤田興建兩個(gè)煤液化項(xiàng)目，總投資約200億元，年產(chǎn)油200萬噸。國(guó)務(wù)院也已正式批準(zhǔn)神華集團(tuán)（位于神府煤田）關(guān)于煤炭液化的項(xiàng)目建議書，允許其轉(zhuǎn)入可行性研究階段，并將投資追加到250億元。神華集團(tuán)也已與掌握煤炭液化關(guān)鍵技術(shù)的美國(guó)hti公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓意向性協(xié)議，已開始初步設(shè)計(jì)工作。該項(xiàng)目建成后，年產(chǎn)油250萬噸，每年可創(chuàng)稅收25億元，年實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)25億元，對(duì)降低石油危機(jī)風(fēng)險(xiǎn)有十分重大的意義。
三、研究?jī)?nèi)容與方法我國(guó)總的能源特征是“富煤、少油、有氣”。XX年我國(guó)總能源消費(fèi)量達(dá)11.783億噸油當(dāng)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%。我國(guó)擁有較豐富的煤炭資源，~XX年探明儲(chǔ)量均為1145億噸，儲(chǔ)采比由~XX年1XX年下降至XX年82年、XX年69年。而石油探明儲(chǔ)量XX年為32億噸，儲(chǔ)采比為19.1年。在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)原油產(chǎn)量只能保持在1.6~1.7億噸/年的水平。煤炭因其儲(chǔ)量大和價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，成為中國(guó)動(dòng)力生產(chǎn)的首選燃料。在本世紀(jì)前50年內(nèi)，煤炭在中國(guó)一次能源構(gòu)成中仍將占主導(dǎo)地位。預(yù)計(jì)煤炭占一次能源比例將由1999年67.8%、XX年63.8%、XX年67.8%達(dá)到XX年50%左右。我國(guó)每年燒掉的重油約3000萬噸，石油資源的短缺仍使煤代油重新提上議事日程，以煤制油己成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要趨勢(shì)。 煤炭間接液化技術(shù) 由煤炭氣化生產(chǎn)合成氣、再經(jīng)費(fèi)-托合成生產(chǎn)合成油稱之為煤炭間接液化技術(shù)。“煤炭間接液化”法早在南非實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。南非也是個(gè)多煤缺油的國(guó)家，其煤炭?jī)?chǔ)藏量高達(dá)553.33億噸，儲(chǔ)采比為247年。煤炭占其一次能源比例為75.6%。南非1955年起就采用煤炭氣化技術(shù)和費(fèi)-托法合成技術(shù)，生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、合成蠟、氨、乙烯、丙烯、α-烯烴等石油和化工產(chǎn)品。南非費(fèi)-托合成技術(shù)現(xiàn)發(fā)展了現(xiàn)代化的synthol漿液床反應(yīng)器。薩索爾（sasol）公司現(xiàn)有二套“煤炭間接液化”裝置，年生產(chǎn)液體烴類產(chǎn)品700多萬噸（薩索爾堡32萬噸/年、塞庫(kù)達(dá)675萬噸/年），其中合成油品500萬噸，每年耗煤4950萬噸。累計(jì)的70億美元投資早已收回。現(xiàn)年產(chǎn)值達(dá)40億美元，年實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)近12億美元。 我國(guó)中科院山西煤化所從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行鐵基、鈷基兩大類催化劑費(fèi)-托合成油煤炭間接液化技術(shù)研究及工程開發(fā)，完成了噸/年規(guī)模的煤基合成油工業(yè)實(shí)驗(yàn)，5噸煤炭可合成1噸成品油。據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃，一個(gè)萬噸級(jí)的“煤變油”裝置可望在未來3年內(nèi)崛起于我國(guó)煤炭大省山西。中科院還設(shè)想到XX年建成一個(gè)百萬噸級(jí)的煤基合成油大型企業(yè)，山西大同、朔州地區(qū)幾個(gè)大煤田之間將建成一個(gè)大的煤“煉油廠”。最近，總投資100億美元的朔州連順能源公司每年500萬噸煤基合成油項(xiàng)目已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)階段，計(jì)劃XX年建成投產(chǎn)。產(chǎn)品將包括辛烷值不低于90號(hào)且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500種化工延伸產(chǎn)品。 我國(guó)煤炭資源豐富，為保障國(guó)家能源安全，滿足國(guó)家能源戰(zhàn)略對(duì)間接液化技術(shù)的迫切需要，XX年國(guó)家科技部”863”計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合啟動(dòng)了”煤制油”重大科技項(xiàng)目。兩年后，承擔(dān)這一項(xiàng)目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要進(jìn)展。與我們常見的柴油判若兩物的源自煤炭的高品質(zhì)柴油，清澈透明，幾乎無味，柴油中硫、氮等污染物含量極低，十六烷值高達(dá)75以上，具有高動(dòng)力、無污染特點(diǎn)。這種高品質(zhì)柴油與汽油相比，百公里耗油減少30％，油品中硫含量小于0.5×10－6，比歐ⅴ標(biāo)準(zhǔn)高10倍，比歐ⅳ標(biāo)準(zhǔn)高20倍，屬優(yōu)異的環(huán)保型清潔燃料。 山西煤化所進(jìn)行”煤變油”的研究已有20年的歷史，千噸級(jí)中試平臺(tái)在XX年9月實(shí)現(xiàn)了第一次試運(yùn)轉(zhuǎn)，并合成出第一批粗油品，到XX年底已累計(jì)獲得了數(shù)十噸合成粗油品。XX年底又從粗油品中生產(chǎn)出了無色透明的高品質(zhì)柴油。目前，山西煤化所中試基地正準(zhǔn)備第5次開車，計(jì)劃運(yùn)行6個(gè)月左右。目前世界上可以通過”煤制油”技術(shù)合成高品質(zhì)柴油的只有南非等少數(shù)國(guó)家。山西煤化所優(yōu)質(zhì)清潔柴油的問世，標(biāo)志著我國(guó)已具備了開發(fā)和提供先進(jìn)成套產(chǎn)業(yè)化自主技術(shù)的能力，并成為世界上少數(shù)幾個(gè)擁有可將煤變?yōu)楦咔鍧嵅裼腿准夹g(shù)的國(guó)家之一。據(jù)介紹，該所XX年將在煤礦生產(chǎn)地建一個(gè)10萬噸/年的示范廠，預(yù)計(jì)投資12億～14億元，在成熟技術(shù)保證的前提下，初步形成"煤制油"產(chǎn)業(yè)化的雛形。 據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，我國(guó)油品短缺約在2億噸左右，除1.2億噸需進(jìn)口外，”煤制油”技術(shù)可解決6000萬～8000萬噸以上，投資額在5000億元左右，年產(chǎn)值3000億～4000億元，其中間接液化合成油可生產(chǎn)萬噸以上，投資約1600億元，年產(chǎn)值1000億元左右。從經(jīng)濟(jì)效益層面看，建設(shè)規(guī)模為50萬噸/年的”煤制油”生產(chǎn)企業(yè)，以原油價(jià)不低于25美元的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部收益率可達(dá)8％～12％，柴油產(chǎn)品的價(jià)格可控制在XX元/噸以內(nèi)。而此規(guī)模的項(xiàng)目投資需45億元左右。 目前，包括山西煤化所在內(nèi)的七家單位已組成聯(lián)盟體，在進(jìn)行”煤制油”實(shí)驗(yàn)對(duì)比中實(shí)行數(shù)據(jù)共享；不久將有1.2噸高清潔柴油運(yùn)往德國(guó)進(jìn)行場(chǎng)地跑車試驗(yàn)；XX年由奔馳、大眾等廠商提供車輛，以高清潔柴油作燃料，進(jìn)行從上海到北京長(zhǎng)距離的行車試驗(yàn)，將全面考察車與油料的匹配關(guān)系、燃動(dòng)性及環(huán)保性等。目前”煤制油”工業(yè)化示范廠的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作正在進(jìn)行之中，預(yù)計(jì)可在XX年之前投入規(guī)模生產(chǎn)。 我國(guó)與南非于XX年9月28日簽署合作諒解備忘錄。根據(jù)這項(xiàng)備忘錄，我國(guó)兩家大型煤炭企業(yè)神華集團(tuán)有限責(zé)任公司和寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司將分別在陜西和寧夏與南非索沃公司合作建設(shè)兩座煤炭間接液化工廠。兩個(gè)間接液化工廠的首期建設(shè)規(guī)模均為年產(chǎn)油品300萬噸，總投資分別為300億元左右。通過引進(jìn)技術(shù)并與國(guó)外合資合作，煤炭間接液化項(xiàng)目能夠填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，并對(duì)可靠地建設(shè)“煤制油”示范項(xiàng)目有重要意義。薩索爾公司是目前世界上唯一擁有煤炭液化工廠的企業(yè)。從1955年建成第一個(gè)煤炭間接液化工廠至今已有50年的歷史，共建設(shè)了3個(gè)煤炭間接液化廠，年處理煤炭4600萬噸，年產(chǎn)各種油品和化工產(chǎn)品760多萬噸，解決了南非國(guó)內(nèi)40%的油品需求。 中科院與神華集團(tuán)有關(guān)”鐵基漿態(tài)床合成燃料技術(shù)”簽約，標(biāo)志著該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化指日可待。鐵基漿態(tài)床合成燃料技術(shù)是中科院山西煤化所承擔(dān)的”十五”中科院創(chuàng)新重大項(xiàng)目和國(guó)家”863”計(jì)劃項(xiàng)目，得到了國(guó)家和山西省及有關(guān)企業(yè)的支持。經(jīng)過兩年多的努力，已經(jīng)研發(fā)出高活性和高穩(wěn)定性鐵系催化劑、千噸級(jí)漿態(tài)床反應(yīng)工藝和裝置等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。截至XX年10月已完成了1500小時(shí)的中試運(yùn)轉(zhuǎn)，正在為10萬噸/年工業(yè)示范裝置的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)收集數(shù)據(jù)，已基本形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集成性創(chuàng)新成果。與神華集團(tuán)的合作，將促進(jìn)對(duì)我國(guó)煤基間接合成油技術(shù)的發(fā)展起到積極的作用。 殼牌（中國(guó)）有限公司、神華集團(tuán)和寧夏煤業(yè)集團(tuán)于XX年11月簽署諒解備忘錄，共同開發(fā)潔凈的煤制油產(chǎn)品。根據(jù)諒解備忘錄，在為期6到9個(gè)月的預(yù)可行性研究階段，三方將就殼牌煤制油（間接液化）技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用的可行性進(jìn)行研究，內(nèi)容包括市場(chǎng)分析、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)估、技術(shù)解決方案和相關(guān)規(guī)定審核以及項(xiàng)目地點(diǎn)的確定。據(jù)了解，神華集團(tuán)和寧夏煤業(yè)集團(tuán)將分別在陜西和寧夏各建設(shè)一座煤炭間接液化工廠。計(jì)劃中的兩個(gè)間接液化工廠的首期建設(shè)規(guī)模均為年產(chǎn)油品300萬噸，初步估計(jì)總投資各為300億元左右。 云南開遠(yuǎn)解化集團(tuán)有限公司將利用小龍?zhí)逗置嘿Y源的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)年產(chǎn)30萬噸甲醇及10萬噸二甲醚項(xiàng)目、年產(chǎn)50萬噸或100萬噸煤制合成油項(xiàng)目，以及利用褐煤間接液化技術(shù)生產(chǎn)汽油。該公司計(jì)劃于XX年建成甲醇及二甲醚項(xiàng)目，產(chǎn)品主要用于甲醇燃料和二甲醚民用液化氣。煤制合成油項(xiàng)目因投資大、技術(shù)含量高，解化集團(tuán)計(jì)劃分兩步實(shí)施：XX年建成一套年產(chǎn)1萬噸煤制油工業(yè)化示范裝置；XX年建成年產(chǎn)50萬噸或100萬噸煤制合成油裝置。目前，年產(chǎn)2萬噸煤制油工業(yè)化示范項(xiàng)目已完成概念性試驗(yàn)和項(xiàng)目可行性研究報(bào)告。該項(xiàng)目將投資7952萬元，建成后將為企業(yè)大型煤合成油和云南省煤制油產(chǎn)業(yè)起到示范作用。 由煤炭氣化制取化學(xué)品的新工藝正在美國(guó)開發(fā)之中，空氣產(chǎn)品液相轉(zhuǎn)化公司（空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司與依士曼化學(xué)公司的合伙公司）成功完成了由美國(guó)能源部資助2.13億美元、為期XX年的攻關(guān)項(xiàng)目，驗(yàn)證了從煤制取甲醇的先進(jìn)方法，該裝置可使煤炭無排放污染的轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品，生產(chǎn)氫氣和其他化學(xué)品，同時(shí)用于發(fā)電。1997年4月起，該液相甲醇工藝（稱為lp meoh）開始在伊士曼公司金斯波特地區(qū)由煤生產(chǎn)化學(xué)品的聯(lián)合裝置投入工業(yè)規(guī)模試運(yùn)，裝置開工率為97.5%，驗(yàn)證表明，最大的產(chǎn)品生產(chǎn)能力可超過300噸/天甲醇，比原設(shè)計(jì)高出10%。它與常規(guī)甲醇反應(yīng)器不同，常規(guī)反應(yīng)器采用固定床粒狀催化劑，在氣相下操作，而lp meoh工藝使用漿液鼓泡塔式反應(yīng)器（sbcr），由空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司設(shè)計(jì)。當(dāng)合成氣進(jìn)入sbcr，它藉催化劑（粉末狀催化劑分散在惰性礦物油中）反應(yīng)生成甲醇，離開反應(yīng)器的甲醇蒸氣冷凝和蒸餾，然后用作生產(chǎn)寬范圍產(chǎn)品的原料。lp meoh工藝處理來自煤炭氣化器的合成氣，從合成氣回收25%~50%熱量，無需在上游去除co2（常規(guī)技術(shù)需去除co2）。生成的甲醇濃度大于97%，當(dāng)使用高含co2原料時(shí)，含水也僅為1%。相對(duì)比較，常規(guī)氣相工藝所需原料中co和h2應(yīng)為化學(xué)當(dāng)量比，通常生成甲醇產(chǎn)品含水為4%~20%。當(dāng)新技術(shù)與氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置相組合，又因無需化學(xué)計(jì)量比例進(jìn)料，可節(jié)約費(fèi)用0.04~0.11美元/加侖。由煤炭生產(chǎn)的甲醇產(chǎn)品可直接用于汽車、燃?xì)廨啓C(jī)和柴油發(fā)電機(jī)作燃料，燃料經(jīng)濟(jì)性無損失或損失極少。如果甲醇用作磷酸燃料電池的氫源，則需凈化處理。 煤炭直接液化技術(shù) 早在20世紀(jì)30年代，第一代煤炭直接液化技術(shù)—直接加氫煤液化工藝在德國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。但當(dāng)時(shí)的煤液化反應(yīng)條件較為苛刻，反應(yīng)溫度470℃，反應(yīng)壓力70mpa。1973年的世界石油危機(jī)，使煤直接液化工藝的研究開發(fā)重新得到重視。相繼開發(fā)了多種第二代煤直接液化工藝，如美國(guó)的氫-煤法（h-coal）、溶劑精煉煤法（src-ⅰ、src-ⅱ）、供氫溶劑法（eds）等，這些工藝已完成大型中試，技術(shù)上具備建廠條件，只是由于經(jīng)濟(jì)上建設(shè)投資大，煤液化油生產(chǎn)成本高，而尚未工業(yè)化。現(xiàn)在幾大工業(yè)國(guó)正在繼續(xù)研究開發(fā)第三代煤直接液化工藝，具有反應(yīng)條件緩和、油收率高和油價(jià)相對(duì)較低的特點(diǎn)。目前世界上典型的幾種煤直接液化工藝有：德國(guó)igor公司和美國(guó)碳?xì)浠衔镅芯浚╤ti）公司的兩段催化液化工藝等。我國(guó)煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所自1980年重新開展煤直接液化技術(shù)研究，現(xiàn)已建成煤直接液化、油品改質(zhì)加工實(shí)驗(yàn)室。通過對(duì)我國(guó)上百個(gè)煤種進(jìn)行的煤直接液化試驗(yàn)，篩選出15種適合于液化的煤，液化油收率達(dá)50%以上，并對(duì)4個(gè)煤種進(jìn)行了煤直接液化的工藝條件研究，開發(fā)了煤直接液化催化劑。煤炭科學(xué)院與德國(guó)rur和dmt公司也簽訂了云南先鋒煤液化廠可行性研究項(xiàng)目協(xié)議，并完成了云南煤液化廠可行性研究報(bào)告。擬建的云南先鋒煤液化廠年處理（液化）褐煤257萬噸，氣化制氫（含發(fā)電17萬kw）用原煤253萬噸，合計(jì)用原煤510萬噸。液化廠建成后，可年產(chǎn)汽油35.34萬噸、柴油53.04萬噸、液化石油氣6.75萬噸、合成氨3.90萬噸、硫磺2.53萬噸、苯0.88萬噸。 我國(guó)首家大型神華煤直接液化油項(xiàng)目可行性研究，進(jìn)入實(shí)地評(píng)估階段。推薦的三個(gè)廠址為內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)的上灣、馬家塔、松定霍洛。該神華煤液化項(xiàng)目是XX年3月經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的可行性研究項(xiàng)目，這一項(xiàng)目是國(guó)家對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要戰(zhàn)略措施，是將中國(guó)豐富的煤炭能源轉(zhuǎn)變?yōu)檩^緊缺的石油資源的一條新途徑。該項(xiàng)目引進(jìn)美國(guó)碳?xì)浼夹g(shù)公司煤液化核心技術(shù)，將儲(chǔ)量豐富的神華優(yōu)質(zhì)煤炭按照國(guó)內(nèi)的常規(guī)工藝直接轉(zhuǎn)化為合格的汽油、柴油和石腦油。該項(xiàng)目可消化原煤1500萬噸，形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，效益比直接賣原煤可提高20倍。其副屬品將延伸至硫磺、尿素、聚乙烯、石蠟、煤氣等下游產(chǎn)品。這項(xiàng)工程的一大特點(diǎn)是裝置規(guī)模大型化，包括煤液化、天然氣制氫、煤制氫、空分等都是世界上同類裝置中最大的。預(yù)計(jì)年銷售額將達(dá)到60億元，稅后凈利潤(rùn)15.7億元，XX年可收回投資。 甘肅煤田地質(zhì)研究所煤炭轉(zhuǎn)化中心自主研發(fā)的配煤液化試驗(yàn)技術(shù)取得重大突破。由于配煤液化技術(shù)油產(chǎn)率高于單煤液化，據(jù)測(cè)算，采用該技術(shù)制得汽柴油的成本約1500元/噸，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。此前的煤液化只使用一種煤進(jìn)行加工，甘肅煤炭轉(zhuǎn)化中心在世界上首次采用配煤的方式，將甘肅大有和天祝兩地微量成分有差別的煤炭以6：4配比，設(shè)定溫度為440℃、時(shí)間為60秒進(jìn)行反應(yīng)，故稱為“配煤液化”。試驗(yàn)證明，該技術(shù)可使煤轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.89%，使油產(chǎn)率提高至69.66%，所使用的普通催化劑用量比單煤液化少，反應(yīng)條件相對(duì)緩和。 甘肅省中部地區(qū)高硫煤配煤直接液化技術(shù)，已由甘肅煤田地質(zhì)研究所完成實(shí)驗(yàn)室研究，并通過專家鑒定，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)，騰達(dá)西北鐵合金公司與甘肅煤田地質(zhì)研究所也簽署投資協(xié)議，使”煤制油”產(chǎn)業(yè)化邁出了實(shí)質(zhì)性一步。為給甘肅省”煤制油”產(chǎn)品升級(jí)換代提供資源保障，該省同甘肅煤田地質(zhì)研究所就該省中部地區(qū)高硫煤進(jìn)行”煤制油”產(chǎn)業(yè)化前期研究開發(fā)。經(jīng)專家測(cè)定，產(chǎn)油率一般可達(dá)到64.63％，如配煤產(chǎn)油率可達(dá)69.66％。該項(xiàng)目付諸實(shí)施后，將為甘肅省華亭、靖遠(yuǎn)、窯街等礦區(qū)煤炭轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)鏈的延伸積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 神華集團(tuán)”煤制油”直接液化工業(yè)化裝置巳正式于XX年8月底在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市開工。這種把煤直接液化的”煤制油”工業(yè)化裝置在世界范圍內(nèi)是首次建造。神華煤直接液化項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)油品500萬噸，分二期建設(shè)，其中一期工程建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)油品320萬噸，由三條主生產(chǎn)線組成，包括煤液化、煤制氫、溶劑加氫、加氫改質(zhì)、催化劑制備等14套主要生產(chǎn)裝置。一期工程主廠區(qū)占地面積186公頃，廠外工程占地177公頃，總投資245億元，建成投產(chǎn)后，每年用煤量970萬噸，可生產(chǎn)各種油品320萬噸，其中汽油50萬噸，柴油215萬噸，液化氣31萬噸，苯、混合二甲苯等24萬噸。為了有效地規(guī)避和降低風(fēng)險(xiǎn)，工程采取分步實(shí)施的方案，先建設(shè)一條生產(chǎn)線，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，再建設(shè)其它生產(chǎn)線。XX年7月建成第一條生產(chǎn)線，XX年左右建成后兩條生產(chǎn)線。神華集團(tuán)有限責(zé)任公司XX年煤炭產(chǎn)銷量超過1億噸，成為我國(guó)最大的煤炭生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)。據(jù)稱，如果石油價(jià)格高于每桶22美元，煤液化技術(shù)將具有競(jìng)爭(zhēng)力。 神華集團(tuán)將努力發(fā)展成為一個(gè)以煤炭為基礎(chǔ)，以煤、電、油（化）為主要產(chǎn)品的大型能源企業(yè)集團(tuán)。到XX年，神華集團(tuán)煤炭生產(chǎn)將超過2億噸；自營(yíng)和控股發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到萬千瓦；煤炭液化形成油品及煤化工產(chǎn)品能力達(dá)1000萬噸/年；甲醇制烯烴的生產(chǎn)能力達(dá)到1億噸/年。2020年，其煤炭生產(chǎn)將超過3億噸；電廠裝機(jī)容量達(dá)到4000萬千瓦；煤炭液化形成油品和煤化工產(chǎn)品能力達(dá)3000萬噸/年。 目前，煤炭直接液化世界上尚無工業(yè)化生產(chǎn)裝置，神華液化項(xiàng)目建成后，將是世界上第一套煤直接液化的商業(yè)化示范裝置。煤炭間接液化也僅南非一家企業(yè)擁有工業(yè)化生產(chǎn)裝置。美國(guó)正在建設(shè)規(guī)模為每天生產(chǎn)5000桶油品的煤炭間接液化示范工廠。 云南省也將大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，并積極實(shí)施煤液化項(xiàng)目。云南先鋒煤炭直接液化項(xiàng)目預(yù)可行性研究報(bào)告已于XX年5月通過專家評(píng)估。項(xiàng)目實(shí)施后，”云南造”汽油、柴油除供應(yīng)云南本省外，還可打入省外和國(guó)際市場(chǎng)，同時(shí)也將使云南成為繼內(nèi)蒙古后的第二大”煤變油”省份。云南省先鋒煤炭液化項(xiàng)目是我國(guó)利用國(guó)外基本成熟的煤炭直接液化技術(shù)建設(shè)的首批項(xiàng)目之一。云南煤炭變油技術(shù)將首先在先鋒礦區(qū)啟動(dòng)，獲得成功經(jīng)驗(yàn)后在其他地方繼續(xù)推廣。即將興建的云南煤液化廠估算總投資103億元，項(xiàng)目建設(shè)期預(yù)計(jì)4年，建成后年銷售額34億元，年經(jīng)營(yíng)成本7.9億元，年利潤(rùn)13.8億元。云南省煤炭資源較為豐富，但是石油、天然氣嚴(yán)重缺乏。先鋒褐煤是最適合直接液化的煤種。在中國(guó)煤科總院試驗(yàn)的全國(guó)14種適宜直接液化的煤種中，先鋒褐煤的活性最好，惰性組分最低，轉(zhuǎn)化率最高。液化是一個(gè)有效利用云南大量褐煤資源的突破口，潔凈煤技術(shù)是發(fā)展的方向，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。”煤變油”將使云南省煤炭資源優(yōu)勢(shì)一躍成為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。一旦”煤變油”工程能在全省推廣，全省150億噸煤就能轉(zhuǎn)化為30億噸汽油或柴油，產(chǎn)值將超過10萬億元。 結(jié)語 潔凈煤技術(shù)的開發(fā)利用正處方興未艾之勢(shì)，我國(guó)應(yīng)加大煤炭氣化技術(shù)、煤間接液化和煤直接液化技術(shù)的開發(fā)和推行力度，并引進(jìn)吸收消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，將我國(guó)潔凈煤技術(shù)和應(yīng)用水平提到一個(gè)新的高度，為我國(guó)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。 發(fā)達(dá)國(guó)家為何不搞煤變油？ 據(jù)了解，目前南非擁有一套年產(chǎn)800萬噸油品的煤變油工廠，是世界上唯一大規(guī)模的煤變油商業(yè)工廠，并為該國(guó)提供了60％的運(yùn)輸油料。其實(shí)美、德、日等發(fā)達(dá)國(guó)家也都有成熟技術(shù)，但它們?yōu)槭裁礇]有投入工業(yè)化生產(chǎn)？ 據(jù)介紹，早在上世紀(jì)30年代末，由于石油緊缺，德國(guó)就開始研究煤制油技術(shù)。二戰(zhàn)前，德國(guó)已建成17個(gè)工廠，生產(chǎn)420多萬噸汽柴油。到了40年代末、50年代初，隨著中東大油田的開采，低成本的石油大量充斥市場(chǎng)，每桶2—10美元。在這種情況下，再搞煤變油在經(jīng)濟(jì)上就很不合算。直到1973年，中東實(shí)行石油禁運(yùn)，油價(jià)被炒高，達(dá)到每桶30多美元（相當(dāng)于現(xiàn)在價(jià)格80多美元），這時(shí)，大規(guī)模的煤制油研發(fā)又掀起高潮，美、日、德都紛紛投巨資研究，并建設(shè)了試驗(yàn)工廠。但是，在這些國(guó)家，煤變油始終沒有真正投入商業(yè)運(yùn)行。這是為什么呢？ 據(jù)專家測(cè)算，當(dāng)原油價(jià)格在28美元以上，煤變油在經(jīng)濟(jì)上就比較劃算；低于這個(gè)價(jià)格，煤制油就不劃算。因此，上世紀(jì)80年代中期至90年代中期，國(guó)際油價(jià)一直處在低位，煤變油自然不會(huì)受到重視。但是，各國(guó)技術(shù)已相當(dāng)成熟，可以說倚馬可待，只要市場(chǎng)需要，就可進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化。直到最近兩年，國(guó)際油價(jià)一再攀升，煤制油重新被各國(guó)提上議事日程。美國(guó)去年起又開始搞間接液化，法國(guó)、意大利也開始進(jìn)行合作研發(fā)。但從項(xiàng)目啟動(dòng)到開工建設(shè)，至少需要5年準(zhǔn)備時(shí)間，而油價(jià)頻繁變動(dòng)，時(shí)高時(shí)低，人們往往反應(yīng)滯后，使決策舉棋不定。 中國(guó)搞煤變油有優(yōu)勢(shì)，但不會(huì)成為油品生產(chǎn)的主方向 專家認(rèn)為，在我國(guó)搞煤變油有著顯著的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)富煤少油，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)口原油逐年攀升，從1993—XX年XX年間，年均遞增15％以上，進(jìn)口依存度越來越高。XX年間，我國(guó)進(jìn)口原油增長(zhǎng)9.18倍，每年花去大量外匯。由于油價(jià)上漲，XX年進(jìn)口原油比上年多支付550億元人民幣。因此，專家認(rèn)為，從我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略角度考慮，也應(yīng)該努力想辦法，從多元化出發(fā)，解決能源長(zhǎng)期可靠供應(yīng)問題，而煤變油是可行途徑之一。 同時(shí)，中國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，西部產(chǎn)煤成本（特別是坑口煤）相對(duì)較低。神華集團(tuán)副總經(jīng)理、神華煤制油公司董事長(zhǎng)張玉卓給記者算了一筆賬：噸煤開采成本美國(guó)是20.5美元，神華神東礦區(qū)不到100元人民幣，很顯然，神華煤很有優(yōu)勢(shì)。 此外，中國(guó)投資成本和勞動(dòng)力成本相對(duì)較低。據(jù)估算，年產(chǎn)250萬噸柴汽油的生產(chǎn)線，在美國(guó)需投資32億美元，而在中國(guó)僅需20億美元。 據(jù)測(cè)算，神華煤制油項(xiàng)目在國(guó)際原油價(jià)格22—30美元/桶時(shí)，即有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。而目前國(guó)際原油價(jià)格長(zhǎng)期在50美元/桶以上。 兗礦的煤炭開采成本會(huì)高一些，它搞煤變油劃算嗎？據(jù)兗礦集團(tuán)副總經(jīng)理、煤化工公司總經(jīng)理張鳴林介紹，兗礦坑口煤炭開采成本約為100元/噸，在國(guó)際油價(jià)不低于23美元/桶時(shí)具有競(jìng)爭(zhēng)力。 目前，神華在煤制油上已累計(jì)投資數(shù)十億元。張玉卓透露，神華還準(zhǔn)備與南非合作，以間接液化方式生產(chǎn)煤制油，產(chǎn)成品中，將以柴油為主，汽油為輔。今后五六年內(nèi)，神華將在煤制油上投資數(shù)百億元，XX年后，煤與油在神華將并駕齊驅(qū)。可以看出，神華在煤制油項(xiàng)目上雄心勃勃。 兗礦已累計(jì)投入1.3億元，它的工業(yè)化項(xiàng)目尚未啟動(dòng)。兗礦正在瞄準(zhǔn)汽油市場(chǎng)，今年計(jì)劃再投入1億多元，進(jìn)行高溫合成工藝技術(shù)的中試研究，使產(chǎn)成品中汽油占70％，柴油占25％。 目前，煤變油產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快。不過，專家認(rèn)為，并非所有煤炭都適合轉(zhuǎn)化成柴汽油，特別是直接液化對(duì)煤種要求很高，我國(guó)只有少數(shù)幾個(gè)地區(qū)的煤炭適合，間接液化對(duì)煤種的適應(yīng)性要寬泛些。因此，煤制油在我國(guó)會(huì)得到一定發(fā)展，但不可能成為油品生產(chǎn)的主方向。
四、研究的主客觀條件1 煤變油的必要性
迄今為止，人類使用的燃料主要是礦物燃料(也叫化石燃料)，包括石油、油頁巖、煤和天然氣，而用得最多的是石油和煤。自從19世紀(jì)中葉和20世紀(jì)初在美洲和中東發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的石油礦藏以來，人們廣泛使用石油為能源。隨著工業(yè)化程度的提高，石油的用量猛增，僅1968年至1978年這XX年間，全世界開采的石油就相當(dāng)于過去1XX年的開采量。全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的石油蘊(yùn)藏量大約為4萬億桶，科學(xué)家估計(jì)，地球上石油和天然氣資源將在1XX年內(nèi)枯竭。煤是地殼中儲(chǔ)量最豐富的礦物燃料，全世界煤的可開采量估計(jì)要比石油多20~40倍，供應(yīng)年代遠(yuǎn)大于石油。但是，作為燃料，煤有兩大缺點(diǎn)：一是不干凈，煤中所含的硫燃燒生成二氧化硫，造成對(duì)大氣和周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染；二是從原子結(jié)構(gòu)上看，煤的氫一碳比(h/c)還不到石油的一半，限制了它的綜合利用。
近年來，隨著石油資源日益減少，國(guó)際石油市場(chǎng)動(dòng)蕩不定，給各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來不利影響。人們不會(huì)忘記1973年及1979~1980年兩次石油危機(jī)造成的全球性經(jīng)濟(jì)衰退。同時(shí)，由于石油是規(guī)模巨大的石油化工的基礎(chǔ)，除用于塑料、纖維、油漆、醫(yī)藥等工業(yè)外，還用于生產(chǎn)食用油脂、蛋白質(zhì)、糖類及合成甘油等基本食品，石油資源的枯竭，必將影響到石化工業(yè)。因此，從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益來看，煤經(jīng)過轉(zhuǎn)化(煤變油)再利用是值得提倡的發(fā)展方向。
2 煤變油的可能性
石油是一種氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮部赡苁怯晒糯膭?dòng)植物長(zhǎng)期被埋藏在地下而形成的，儲(chǔ)集在地下的多孔性巖石里。石油中碳?xì)浠衔?包括烷烴、吠樘?頭枷閭?占98％以上。
煤是一種碳質(zhì)巖石，是古代森林由于地殼的變動(dòng)被埋人地下，經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代的生物化學(xué)作用和地質(zhì)作用而形成的。按煤化作用程度的不同，可分為泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤四大類。它是多種高分子有機(jī)化合物和礦物質(zhì)的混合物，其中有機(jī)化合物以碳為主，氫、氧、氮、硫等次之。
由此可見，煤和石油都是主要由碳和氫元素組成的，其主要區(qū)別在氫——碳原子比h/c不同。煤的h/c＜0.8，而油h/c