煤炭液化：现实化及技术概述

（1）煤炭气化技术。煤炭气化是一种热化学过程，通常是在空气、蒸汽或氧等作气化介质的情况下，在煤气发生炉中将煤加热到足够的温度，使煤变化成一氧化碳、氢和甲烷等可燃气体。即把固体的煤变成气体，所以叫气化。因为煤炭直接燃烧的热利用效率仅为15%～18%，而变成可燃烧的煤气后，热利用效率可达55%～60%，而且污染大为减轻。煤气发生炉中的气体成分可以调整，如需要用做化工原料，还可以把氢的含量提高，得到所需的原料气，所以也叫合成气。

研究煤的气化已有200多年的历史，方法很多，如丰塔纳的水煤气法、西门子的煤气发生炉和温克勒的流化床气化炉等。在现代煤的气化技术中，有鲁奇炉、K-T炉、德士古炉、温克勒炉和西屋炉等，这些都是国外工业化煤的气化设备。

我国煤炭气化技术研究也有几十年的历史，后来又引进了国外一些先进的气化设备，目前正在实现煤气化设备国产化。同时，我国也研制了几套工业试验装置，如固定床干态排灰加压气化的中间试验装置，中国科学院山西煤化所的两段炉煤气化工业装置等。浙江大学热能工程研究所开发的循环灰载热流化床气化与燃烧技术，它是在循环流化床锅炉旁设置一干馏气化炉，利用该锅炉的高温灰使气化炉气化吸热，燃料首先送气化炉裂解和蒸汽气化，产生中热值煤气，经净化后供作民用燃料。气化后的半焦灰送循环流化床锅炉燃烧产汽、发电，实现燃气、蒸汽联产，热、电、气三联供。

这样综合利用，燃料利用率高于90%，而且对环境污染小，特别适合中小城镇进行煤炭的综合利用，它对煤种的适应性也较强，可采用褐煤、烟煤，甚至加入各种可燃的生物质燃料，如农林废弃物等，以节约煤炭。

（2）煤炭液化技术。煤炭液化是将固体煤转化为液体燃料，俗称“人造石油”。因为煤和石油都是碳氢化合物，它们的区别只是煤中的氢元素比石油少。如果人为地将煤中的含氢量提高，通过一定的化合过程，使碳氢比接近石油，煤就液化成了石油。

当然，说起来很简单，其实真要把氢加到煤中去，使煤液化却非轻而易举的事。多少年来，化学家们为了实现这一理想，不知费了多少精力。煤的液化确实比煤的气化更难。但是谁都知道，液体燃料比固体和气体燃料使用方便，它可以广泛应用于交通工具上，例如汽车、飞机等都是离不开液体燃料的。从资源上来说，煤的储量远远超过石油的储量，因此煤的液化非常吸引人。通常煤的液化分间接液化和直接液化两大类。间接液化是在煤的气化基础上，将合成气中的一氧化碳和氢气进一步合成为液体燃料。这在进行煤炭综合利用中，可生产出人造石油和其他化工产品。前面提到的两段炉煤气化技术，原是为人造石油做准备的。但是目前石油尚能供应，且油价较低，如此费力地用煤来生产石油，从经济上考虑是不合适的，只可作为技术储备。

煤炭的直接液化，方案有不少，其中如高压催化加氢液化法，其工艺过程是将煤粉和煤焦油混合在一起，形成稠糊状，加进专门的催化剂，在高温高压容器中，隔绝空气，通进氢气，最终就能获得液体燃料。目前，德国、日本等国已在这方面做了较深的研究，尚未实现工业化生产，但已被公认为是当代煤的液化的高技术。(www.xing528.com)

尽管由于国际石油价格偏低，对煤的液化有一定影响，但一些发达国家，特别像日本、德国等缺乏石油资源的国家，时刻感到石油的潜在危机，南非是盛产煤炭的国家，也把煤的液化摆在重要地位。世界上早期建设的煤液化工厂都相继停产转产，唯独南非的三座煤液化工厂仍保持年处理煤3300吨的能力。日、德已把煤直接液化的压力由70兆帕降到10兆帕，反应时间由1小时多降到几分钟，并且试验了几十种煤用于直接液化，其中还设计出日产合成油7000吨的工厂。预计当石油价格每吨达到175～210美元，从煤生产的液化油就有竞争力了。

我国是产煤大国，开发和掌握先进的煤液化技术，发展前景是十分美好的。1997年4月，中国和日本已商谈在我国黑龙江合资开发年产100万吨的煤炭液化石油项目，将使我国的煤炭液化变为现实。

目前全国每年气化用煤量约60兆吨。中国中小型气化以块煤固定床气化技术为主，普遍存在技术水平落后、效率低、污染严重等问题；大型煤气化以技术引进为主，有三组德士古水煤浆气化装置投入生产化工合成气；常压粉煤流化床气化在上海三联供项目中投入运行；加压固定床技术用于化肥和城市煤气生产。1995年中国矿业大学开发的“长通道、大断面、两阶段地下气化”技术在唐山刘庄煤矿进入工业性试验，1997年9月通过了技术鉴定。“短壁气化回采”技术结合气化技术和井下采煤技术，采取井下操作，分条带实现气化，具有井下操作、投资低的特点。该技术于1997年8月至1998年1月在依兰煤矿进行了40平方米工作面空气煤气造气试验；1998年6月至8月在义马煤矿进行了试验造气，后在鹤壁煤矿气化工作面投产，日气化煤40吨。

煤炭直接液化技术是指煤直接通过高温高压加氢获得液化燃料或其他液体产品的技术。20世纪80年代以来，北京煤化所开展国际合作，已建成具有世界先进水平的煤炭液化油品提质加工和分析检验实验室，建有3套规模为0．1～0．12吨/天的煤炭直接液化连续试验装置，掌握了直接液化、煤液化油提质加工为汽油、柴油的工艺，达到了发达国家同期的研究水平。直接液化由于经济上的原因，尚需进一步等待时机，其示范装置不久将建成。

煤炭间接液化技术是指煤先经过气化制成CO和H2，然后进一步合成，得到烃类或含氧液化燃料和化工原料的技术。中国科学院山西煤化所将传统的F-T合成法与选择型分子筛相结合，开发成功煤基合成汽油新工艺（MFT），相继完成了工业单管模式和中间试验，已建成年产2000吨汽油、副产7．5兆立方米城市煤气的工业示范性装置。为中国多煤少油地区的煤炭能源转化开辟了一条切实可行的有效途径。