创新煤炭间接液化技术

（一）SASOL工艺

SASOL工艺是SASOL公司的煤炭间接液化工艺，其采用的是德国鲁奇加压气化技术，使用的设备主要是鲁奇气化炉。这一工艺采用的是固定床加压气化的方式，使用的煤料为5～75mm的块煤，操作压力为2.8～3.5MPa，使用水蒸气和氧气作为气化剂。气化所得的粗煤气中还有一定的杂质，包括CO2、NH3、H2S和焦油等。因此需要对其进行净化。在净化装置中，通过水洗对粗煤气中的灰尘和焦油进行去除，通过低温甲醇洗对粗煤气中的H2S、CO2和烃类进行去除。

1.固定床煤间接液化工艺

SASOL公司低温煤间接液化采用沉淀铁催化剂和列管式Arge固定床反应器，工艺流程如图6所示。

图6　SASOL固定床费托合成工艺流程

新鲜气和循环尾气升压至2.5MPa进入换热器，与反应器产出的产品气进行换热，由顶部进入反应器，反应器的温度为220～235℃，在反应器底部采出石蜡。气体产物首先进入换热器，在冷凝作用下采出高温冷凝液也即重质油，其再经过两级冷却得到冷凝液。将其送入油水分离器，分离出低温冷凝物也即轻油和反应水。对于这些产物即石蜡、重质油、轻油、反应水，需要进行进一步的加工处理。对于尾气，一部分返回反应器供循环使用，另一部分则送入低碳烃回收装置，产出煤油、柴油、石蜡等产品。

2.SSPD浆态床煤间接液化工艺流程

SSPD浆态床煤间接液化工艺是SASOL公司基于低温F-T合成反应研发出的工艺，是一种浆态床合成中间馏分油工艺。该工艺的反应器主要为三相鼓泡浆态床反应器，操作温度为240℃。在反应器内，液状石蜡与催化剂颗粒混合成浆体，起到维持液位的作用。合成气经预热后，由底部经气体分布器进入浆态床反应器，在浆液中鼓泡，在气泡上升过程中，催化剂催化合成气持续发生F-T合成反应，生成石蜡等烃类化合物。反应产生的热量则由内置式冷却盘管排出，并产生一定压力的蒸汽。生成的石蜡则经内置式分离器进行分离，该技术属于SASOL公司的专利技术。反应器上部排出的气体，经过冷却回收烃组分和水。对于烃类，送入下游的产品改质装置。对于水，则送入反应水回收装置。浆态床反应器的特点在于结构简单、热效率较高、可在等温下操作、操作参数控制便利、能够使用现代大型气化炉生产的低H2/CO值的合成气、对液态产物有较高的选择性。但是，其不足之处在于传质阻力较大。

3.SASOL公司高温煤间接液化工艺

高温煤间接液化工艺是SASOL公司对美国Kelloge公司的Synthol循环流化床工艺进行改进，用SAS固定流化床反应器取代传统的“SASOL Synthol”反应器，所研发出的一种煤炭间接液化工艺。

这一工艺的操作条件为温度340℃、压力2.5MPa。在SAS费托合成反应器床层内设有垂直管束水冷换热装置，其内的蒸汽温度被控制在260～310℃。催化剂被全部置于反应器内，同时保持一定的料位高度，以保证液化反应有足够的接触时间。在反应器的上方，还有足够的自由空间，能够分离出大部分催化剂。对于剩下的粗滑稽，则是通过顶部的旋风分离器或多孔金属过滤器进行分离，将其返回床层。将催化剂控制在反应器内，就不必设置催化剂回收系统。不仅能够节省成本，还能够使冷却更加有效，提高工艺的热效率。

这一工艺的花费较低，一是造价低，只有传统的Synthol工艺造价的一半。二是操作和维修费用低。其在热效率、油选择性、CO转化率上较高，是一种适合大型化的液化工艺。

（二）SMDS合成工艺

SMDS合成工艺是由Shell公司公司研发的一种新型工艺。其以较为廉价的天然气为原料，进行合成气（CO+H2）的制取，再通过加氢、异构化、加氢裂化等过程，生产出以中质馏分为主的产品。整个工艺过程可以分为两个阶段。第一个阶段是CO加氢合成高分子石蜡烃，使用的反应器为管式固定床反应器，利用公司自己研发的基催化剂（其热稳定性较好），高选择性地合成长链石蜡烃。第二个阶段是对石蜡烃进行加氢裂化或加氢异构化以制取发动机燃料的过程。使用的反应器为滴流床反应器，操作条件为温度300～350℃、压力3～5MPa。通过反应，将重质烃类转化为中质馏分油产品，如石脑油、煤油等。对于产出的产品，可以根据市场需求变化进行调整和选择。SMDS工艺流程如图7所示。

图6　SASOL固定床费托合成工艺流程

新鲜气和循环尾气升压至2.5MPa进入换热器，与反应器产出的产品气进行换热，由顶部进入反应器，反应器的温度为220～235℃，在反应器底部采出石蜡。气体产物首先进入换热器，在冷凝作用下采出高温冷凝液也即重质油，其再经过两级冷却得到冷凝液。将其送入油水分离器，分离出低温冷凝物也即轻油和反应水。对于这些产物即石蜡、重质油、轻油、反应水，需要进行进一步的加工处理。对于尾气，一部分返回反应器供循环使用，另一部分则送入低碳烃回收装置，产出煤油、柴油、石蜡等产品。

2.SSPD浆态床煤间接液化工艺流程

SSPD浆态床煤间接液化工艺是SASOL公司基于低温F-T合成反应研发出的工艺，是一种浆态床合成中间馏分油工艺。该工艺的反应器主要为三相鼓泡浆态床反应器，操作温度为240℃。在反应器内，液状石蜡与催化剂颗粒混合成浆体，起到维持液位的作用。合成气经预热后，由底部经气体分布器进入浆态床反应器，在浆液中鼓泡，在气泡上升过程中，催化剂催化合成气持续发生F-T合成反应，生成石蜡等烃类化合物。反应产生的热量则由内置式冷却盘管排出，并产生一定压力的蒸汽。生成的石蜡则经内置式分离器进行分离，该技术属于SASOL公司的专利技术。反应器上部排出的气体，经过冷却回收烃组分和水。对于烃类，送入下游的产品改质装置。对于水，则送入反应水回收装置。浆态床反应器的特点在于结构简单、热效率较高、可在等温下操作、操作参数控制便利、能够使用现代大型气化炉生产的低H2/CO值的合成气、对液态产物有较高的选择性。但是，其不足之处在于传质阻力较大。

3.SASOL公司高温煤间接液化工艺

高温煤间接液化工艺是SASOL公司对美国Kelloge公司的Synthol循环流化床工艺进行改进，用SAS固定流化床反应器取代传统的“SASOL Synthol”反应器，所研发出的一种煤炭间接液化工艺。

这一工艺的操作条件为温度340℃、压力2.5MPa。在SAS费托合成反应器床层内设有垂直管束水冷换热装置，其内的蒸汽温度被控制在260～310℃。催化剂被全部置于反应器内，同时保持一定的料位高度，以保证液化反应有足够的接触时间。在反应器的上方，还有足够的自由空间，能够分离出大部分催化剂。对于剩下的粗滑稽，则是通过顶部的旋风分离器或多孔金属过滤器进行分离，将其返回床层。将催化剂控制在反应器内，就不必设置催化剂回收系统。不仅能够节省成本，还能够使冷却更加有效，提高工艺的热效率。

这一工艺的花费较低，一是造价低，只有传统的Synthol工艺造价的一半。二是操作和维修费用低。其在热效率、油选择性、CO转化率上较高，是一种适合大型化的液化工艺。

（二）SMDS合成工艺

SMDS合成工艺是由Shell公司公司研发的一种新型工艺。其以较为廉价的天然气为原料，进行合成气（CO+H2）的制取，再通过加氢、异构化、加氢裂化等过程，生产出以中质馏分为主的产品。整个工艺过程可以分为两个阶段。第一个阶段是CO加氢合成高分子石蜡烃，使用的反应器为管式固定床反应器，利用公司自己研发的基催化剂（其热稳定性较好），高选择性地合成长链石蜡烃。第二个阶段是对石蜡烃进行加氢裂化或加氢异构化以制取发动机燃料的过程。使用的反应器为滴流床反应器，操作条件为温度300～350℃、压力3～5MPa。通过反应，将重质烃类转化为中质馏分油产品，如石脑油、煤油等。对于产出的产品，可以根据市场需求变化进行调整和选择。SMDS工艺流程如图7所示。

图7　SMDS工艺流程

这一工艺的热效率较高，可达60%。同时，与其他间接液化技术相比，其在经济上也具有一定的优势。虽然其以天然气为原材料，但是通过合成气生产液体燃料，也说明利用煤气化生产合成气的方式生产液体燃料是可行的。

（三）MTG合成技术

MTG合成技术是Mobil公司研发的一种将甲醇转化为汽油的技术，其关键就在于使用了SM-5沸石分子筛。在其择形作用与酸性下，使得产品生成C5～C11汽油馏分的选择性得到提高。因此，通过这一工艺，能够制出富含芳烃和侧链烷烃的高辛烷值发动机燃料。

这一工艺过程主要分为两个阶段。在第一个阶段中，利用蒸汽重整天然气节后或是煤气化生产的合成气与铜基催化剂发生反应，操作环境为温度260～350℃、压力5.0～7.0MPa。这一阶段主要是生产甲醇，其生产率接近100%。在第二个阶段中，则是利用高活性铝催化剂，对300℃的甲醇进行部分脱水，从而形成二甲醚，在固定床中利用ZSM-5催化剂与其发生反应，操作环境为温度360～415℃、压力2.2MPa，先将甲醇和二甲醚转化为烯烃，再转化为饱和烃，汽油馏分在烃产物中的比例可占80%。

经过生产实践，该工艺在技术上的可靠的，但是由于经济原因，目前只用于甲醇的生产。

（四）STG两段法合成技术

STG两段法合成技术也是由Mobil公司研发的，这一技术在思路上也与MTG合成技术基本相同。STG两段法合成技术的区别则在于其能够处理H2/CO比较低的原料气，在第一段中的产物，除甲醇之外还有水。这一技术在第一段反应中使用的反应器是浆态床反应器，在转化率和收率上具有优势。这一技术目前只完成中试，尚未实现工业化生产。

（五）TIGAS合成技术

TIGAS合成技术是一种将合成甲醛与甲醛合成汽油相结合的技术。既可利用H2/CO值为2.0的天然气基合成气，也可利用H2/CO值为0.5～0.7的煤基合成气，是这一技术的主要优势。其技术关键在于开发出了合成含氧化合物的双功能复合催化剂。这一催化剂能够在同一反应器内实现CO的变换与合成反应。该技术是目前经济性较好的一种技术，但是只完成了中型试验，尚未实现工业化。

（六）浆态床合成技术

浆态床合成技术是中科院山西煤炭化学研究所在对国外的F-T合成和MTG工艺进行分析研究的基础上，将传统的F-T合成与沸石分子筛择形作用相结合而成的技术，即固定床两段法合成工艺（简称MFT）和浆态床固定床两段合成工艺（简称SMFT），其中MFI工艺已经完成了中试，证明其具有较高的油收率，其油品性能较好。

1.MFT合成工艺(www.xing528.com)

MFT合成工艺是对F-T合成进行改良而成的工艺。在这一工艺中，在对合成气进行净化后，首先在一段反映其内，利用F-T合成铁基催化剂，生成C1～C40加宽馏分烃类。之后，将其送入含有择形分子筛催化剂的二段反应器中，再次进行催化反应，将其改质为C5～C11汽油馏分。两段反应是在两个独立的反应器内进行，因此，可以独立调控各个反应器的反应条件，使催化剂的效果能够得到最大限度的发挥。

2.SMFT合成工艺

SMFT合成工艺则是解决了传统的铁基催化剂在F-T合成中存在的产物分布范围宽、汽油选择性差、源利用率低等问题。其利用超细粒径铁基催化剂，可在ZSM-5分子筛上，将过程产物转化为高辛烷值汽油，从而使F-T合成的效率和体燃料组分的收率都得到提高。该技术目前已经进行了反应器为100mL、1L和5L的试验，且完成了3500h以上的连续稳定运行。

随着国家对于浆态床合成油技术研发投入力度的加大，中科院山西煤化所研发出了一系列适用于浆态床反应器的廉价高效铁催化剂，从而使催化剂的生产成本实现了大幅度的下降。催化剂的成品、性能、产品选择性也得到较大提高。在实验室模拟验证浆态床装置上，催化剂与液体产物的分离和催化剂的磨损问题得到根本性的解决，实现了煤制油的对于技术和经济瓶颈的突破。并且，开发出了第一代万吨级煤制油工业软件包。经过技术的模拟和经济分析，当合成油厂的规模达到百万吨级时，其成为可降至2 000元/吨左右。中科院山西煤化所开始已经建成了千吨级浆态床合成油中试装置，并且完成中试。

此外，中科院山西煤化所还与相关企业进行项目合作，建成了3套产量在6万～18万吨/年的铁基浆态床工业示范装置，已经产出了油品。

（七）兖矿煤制油技术

兖矿煤制油技术是由上海兖矿能源科技研发有限公司研发的一种低温煤间接液化工艺。其使用的反应器为三相浆态床反应器，催化剂为铁基催化剂，工艺过程包括催化剂前处理、费托合成、产品分离，工艺流程如图8所示。

图7　SMDS工艺流程

这一工艺的热效率较高，可达60%。同时，与其他间接液化技术相比，其在经济上也具有一定的优势。虽然其以天然气为原材料，但是通过合成气生产液体燃料，也说明利用煤气化生产合成气的方式生产液体燃料是可行的。

（三）MTG合成技术

MTG合成技术是Mobil公司研发的一种将甲醇转化为汽油的技术，其关键就在于使用了SM-5沸石分子筛。在其择形作用与酸性下，使得产品生成C5～C11汽油馏分的选择性得到提高。因此，通过这一工艺，能够制出富含芳烃和侧链烷烃的高辛烷值发动机燃料。

这一工艺过程主要分为两个阶段。在第一个阶段中，利用蒸汽重整天然气节后或是煤气化生产的合成气与铜基催化剂发生反应，操作环境为温度260～350℃、压力5.0～7.0MPa。这一阶段主要是生产甲醇，其生产率接近100%。在第二个阶段中，则是利用高活性铝催化剂，对300℃的甲醇进行部分脱水，从而形成二甲醚，在固定床中利用ZSM-5催化剂与其发生反应，操作环境为温度360～415℃、压力2.2MPa，先将甲醇和二甲醚转化为烯烃，再转化为饱和烃，汽油馏分在烃产物中的比例可占80%。

经过生产实践，该工艺在技术上的可靠的，但是由于经济原因，目前只用于甲醇的生产。

（四）STG两段法合成技术

STG两段法合成技术也是由Mobil公司研发的，这一技术在思路上也与MTG合成技术基本相同。STG两段法合成技术的区别则在于其能够处理H2/CO比较低的原料气，在第一段中的产物，除甲醇之外还有水。这一技术在第一段反应中使用的反应器是浆态床反应器，在转化率和收率上具有优势。这一技术目前只完成中试，尚未实现工业化生产。

（五）TIGAS合成技术

TIGAS合成技术是一种将合成甲醛与甲醛合成汽油相结合的技术。既可利用H2/CO值为2.0的天然气基合成气，也可利用H2/CO值为0.5～0.7的煤基合成气，是这一技术的主要优势。其技术关键在于开发出了合成含氧化合物的双功能复合催化剂。这一催化剂能够在同一反应器内实现CO的变换与合成反应。该技术是目前经济性较好的一种技术，但是只完成了中型试验，尚未实现工业化。

（六）浆态床合成技术

浆态床合成技术是中科院山西煤炭化学研究所在对国外的F-T合成和MTG工艺进行分析研究的基础上，将传统的F-T合成与沸石分子筛择形作用相结合而成的技术，即固定床两段法合成工艺（简称MFT）和浆态床固定床两段合成工艺（简称SMFT），其中MFI工艺已经完成了中试，证明其具有较高的油收率，其油品性能较好。

1.MFT合成工艺

MFT合成工艺是对F-T合成进行改良而成的工艺。在这一工艺中，在对合成气进行净化后，首先在一段反映其内，利用F-T合成铁基催化剂，生成C1～C40加宽馏分烃类。之后，将其送入含有择形分子筛催化剂的二段反应器中，再次进行催化反应，将其改质为C5～C11汽油馏分。两段反应是在两个独立的反应器内进行，因此，可以独立调控各个反应器的反应条件，使催化剂的效果能够得到最大限度的发挥。

2.SMFT合成工艺

SMFT合成工艺则是解决了传统的铁基催化剂在F-T合成中存在的产物分布范围宽、汽油选择性差、源利用率低等问题。其利用超细粒径铁基催化剂，可在ZSM-5分子筛上，将过程产物转化为高辛烷值汽油，从而使F-T合成的效率和体燃料组分的收率都得到提高。该技术目前已经进行了反应器为100mL、1L和5L的试验，且完成了3500h以上的连续稳定运行。

随着国家对于浆态床合成油技术研发投入力度的加大，中科院山西煤化所研发出了一系列适用于浆态床反应器的廉价高效铁催化剂，从而使催化剂的生产成本实现了大幅度的下降。催化剂的成品、性能、产品选择性也得到较大提高。在实验室模拟验证浆态床装置上，催化剂与液体产物的分离和催化剂的磨损问题得到根本性的解决，实现了煤制油的对于技术和经济瓶颈的突破。并且，开发出了第一代万吨级煤制油工业软件包。经过技术的模拟和经济分析，当合成油厂的规模达到百万吨级时，其成为可降至2 000元/吨左右。中科院山西煤化所开始已经建成了千吨级浆态床合成油中试装置，并且完成中试。

此外，中科院山西煤化所还与相关企业进行项目合作，建成了3套产量在6万～18万吨/年的铁基浆态床工业示范装置，已经产出了油品。

（七）兖矿煤制油技术

兖矿煤制油技术是由上海兖矿能源科技研发有限公司研发的一种低温煤间接液化工艺。其使用的反应器为三相浆态床反应器，催化剂为铁基催化剂，工艺过程包括催化剂前处理、费托合成、产品分离，工艺流程如图8所示。

图8　低温浆态费托合成工艺流程

净化工段的新鲜合成气与循环尾气混合，在循环压缩机中进行加压，加压完成后进行预热，温度达到160℃后，将其送入费托合成反应器，在催化剂的作用下，部分转化为烃类物质。气体经反应器出口送入激冷塔进行冷却和洗涤。冷凝后的液体进入冷却器进行冷却，再送入过滤器过滤。过滤后的液体作为高温冷凝物送入产品储槽。未冷凝的气体则在激冷塔冷却器进行进一步冷却，温度达到40℃后，送入高压分离器，进行气、液分离。液相中的油相作为低温冷凝物送入低温冷凝物储槽。水相则作为反应水送入废水处理系统。高压分离器顶部排出的气体进入高压分离器在闪蒸槽中进行闪蒸，小部分放空进入燃料气系统，其余的则与新鲜合成气进行混合，送入循环压缩机进行加压，在原料气预热器内进行预热，最后返回反应器。反应产生的石蜡经反应器内置液固分离器与催化剂分离后排放至石蜡收集槽，经粗石蜡冷却器冷却，温度达到130℃后，送入石蜡缓冲槽进行闪蒸，之后送入石蜡过滤器进行过滤，并最终送入石蜡储槽。

这一技术已经完成成立年4 500t粗油品低温F-T合成、100t/a催化剂中试装置试验，连续平稳运行时间累积已达6 068h。上海兖矿能源科技研发有限公司还与中石化北京石化研究院合作进行中试产品的提质加氢开发工作，合作研发出了“煤基浆态床低温费托合成产物加氢提质技术”，并通过了中国石油与化学工业协会组织的技术鉴定。

兖矿煤制油技术使用的催化剂是沉淀铁催化剂，这在国内外都属于首创。其利用煤气化产生并经净化的合成气，在340～360℃温度下，在固定流化床中与催化剂作用，发生F-T合成反应，生成一系列的烃类化合物。生成的烃类化合物则通过激冷、闪蒸、分离、过滤的过程产出粗产品高温冷凝物和低温冷凝物。反应水进入精馏系统，尾气则放空进入燃料气系统或与外充新鲜气混合后返回反应器。

图8　低温浆态费托合成工艺流程

净化工段的新鲜合成气与循环尾气混合，在循环压缩机中进行加压，加压完成后进行预热，温度达到160℃后，将其送入费托合成反应器，在催化剂的作用下，部分转化为烃类物质。气体经反应器出口送入激冷塔进行冷却和洗涤。冷凝后的液体进入冷却器进行冷却，再送入过滤器过滤。过滤后的液体作为高温冷凝物送入产品储槽。未冷凝的气体则在激冷塔冷却器进行进一步冷却，温度达到40℃后，送入高压分离器，进行气、液分离。液相中的油相作为低温冷凝物送入低温冷凝物储槽。水相则作为反应水送入废水处理系统。高压分离器顶部排出的气体进入高压分离器在闪蒸槽中进行闪蒸，小部分放空进入燃料气系统，其余的则与新鲜合成气进行混合，送入循环压缩机进行加压，在原料气预热器内进行预热，最后返回反应器。反应产生的石蜡经反应器内置液固分离器与催化剂分离后排放至石蜡收集槽，经粗石蜡冷却器冷却，温度达到130℃后，送入石蜡缓冲槽进行闪蒸，之后送入石蜡过滤器进行过滤，并最终送入石蜡储槽。

这一技术已经完成成立年4 500t粗油品低温F-T合成、100t/a催化剂中试装置试验，连续平稳运行时间累积已达6 068h。上海兖矿能源科技研发有限公司还与中石化北京石化研究院合作进行中试产品的提质加氢开发工作，合作研发出了“煤基浆态床低温费托合成产物加氢提质技术”，并通过了中国石油与化学工业协会组织的技术鉴定。

兖矿煤制油技术使用的催化剂是沉淀铁催化剂，这在国内外都属于首创。其利用煤气化产生并经净化的合成气，在340～360℃温度下，在固定流化床中与催化剂作用，发生F-T合成反应，生成一系列的烃类化合物。生成的烃类化合物则通过激冷、闪蒸、分离、过滤的过程产出粗产品高温冷凝物和低温冷凝物。反应水进入精馏系统，尾气则放空进入燃料气系统或与外充新鲜气混合后返回反应器。