神华煤制油技术基础知识（培训讲义）

神华煤制油技术基础知识（培训讲义）项目说明文档用途新员工入厂培训、技术交流、内部考核复习的基础讲义适用对象煤制油装置操作与工艺人员、设备与仪表维护人员、生产管理人员内容范围神华煤直接液化（DCL）工艺原理、流程、产品与瓶颈；与国家能源集团宁煤间接液化（费托合成）路线的对照；关键术语与自测题核心提醒神华鄂尔多斯项目是煤直接液化，世界首套、全球唯一的百万吨级工业化装置；宁煤400万吨/年项目是煤间接液化，两者常被混淆，学习时须先分清路线一、技术路线总览（一）两条路线的一句话区分直接液化是把煤粉与氢气在高温高压、催化剂和供氢溶剂作用下直接裂解加氢，一步得到液体油。它不经过煤气化，煤中的大分子结构被拆开并加氢，碳利用率高，但反应条件苛刻、对煤种挑剔。间接液化是先把煤气化制成合成气（CO与H₂），再经费托合成生成烃类，最后加氢精制、分馏得到油品。反应条件温和、煤种适应性广，但流程长、系统复杂、单位投资大。实际生产中两个概念最容易混："百万吨级、世界首套"指鄂尔多斯直接液化；"400万吨、全球单套最大"指宁煤间接液化。前者是国家能源集团自主技术，后者采用中科合成油的浆态床费托技术。（二）路线对照对照项直接液化（鄂尔多斯）间接液化（宁煤400万吨）核心过程煤＋氢→催化裂解加氢→液化油→加氢稳定、改质→分馏煤气化→合成气净化与调整→费托合成→加氢精制、裂化→分馏反应条件约455℃、19.0MPa，高温高压约200～300℃、2～3MPa，相对温和反应器两段串联强制循环悬浮床（新一代技术为三台串联）浆态床费托合成反应器煤种适应要求高挥发分、低灰、富氢的年轻煤，煤种窄褐煤、烟煤均可，煤种适应性强产品特征柴油、石脑油、液化气为主；粗油芳烃与杂原子高，需加氢改质柴油、石脑油、液化气及蜡；直链烃多，柴油十六烷值高主要短板氢耗与能耗高、设备磨损与结焦风险大、水耗高流程长、气化与合成环节投资大、整体能效受气化效率制约二、直接液化的反应原理与操作条件（一）自由基裂解与加氢煤是可燃有机大分子与矿物质的混合物，受热后桥键断裂，生成大量活泼自由基。如果周围有足够的氢及时把自由基"封端"，自由基就稳定为小分子油；如果供氢跟不上，自由基之间互相缩合，聚成焦炭，这就是结焦。因此直接液化的本质是裂解与供氢的平衡：既要让煤充分断键，又要在断键瞬间提供氢。供氢由三部分共同保证：溶解在煤浆中的供氢溶剂、高压氢气、以及铁基催化剂促进的加氢反应。三者缺一，油收率下降、结焦加剧。（二）关键操作参数参数取值控制要点反应温度约455℃（名义温度）偏低则裂解不足、油收率低；偏高则缩聚加剧、结焦与气产率上升反应压力19.0MPa维持氢分压，保证溶氢量与加氢速率；压力波动直接影响反应深度催化剂铁基催化剂，加入量约1%（以Fe计）需在硫化氢气氛下硫化为磁黄铁矿类物相才具备活性，硫化不足等于白加溶剂经预加氢的循环溶剂油，溶煤比约2∶1溶剂供氢能力靠预加氢恢复；溶剂性质稳定，煤浆才能稳定输送反应器形式强制循环悬浮床，两段串联保证催化剂与煤粉悬浮、混合均匀、换热能力强，单系列处理量大油收率55%～57%（对原料煤，优化工况下）换煤种后必须重新标定，不能沿用原设计值三、工艺流程与各单元任务总流程为：备煤→煤浆制备→液化反应→分离（热高分、冷高分、减压蒸馏）→加氢稳定→加氢改质→分馏，配套煤（残渣）气化制氢与溶剂预加氢。单元主要任务关键控制点与常见问题备煤破碎、磨粉、干燥，制备超细煤粉控制水分与灰分；灰分过高抑制液化、加重磨损与结渣；煤粉粒度影响煤浆流动性煤浆制备煤粉＋循环供氢溶剂＋铁基催化剂配成可泵送煤浆煤浆浓度、黏度与稳定性是关键；浓度过高难输送，过低则处理量下降、能耗上升液化反应煤浆与高压氢气预热后进入悬浮床反应器裂解加氢温度、氢分压、停留时间三者耦合；监测反应器内固体沉积与压差，防止结焦与堵塞分离热高分、冷高分逐级分离油气水；减压蒸馏分离重质沥青与残渣减压系统真空度与温度决定分离效果；残渣带油会损失收率，堵塞则被迫降负荷加氢稳定对粗液化油加氢，饱和烯烃、脱除硫氮、改善安定性反应温升大，需控制床层温度防止飞温与催化剂结焦加氢改质降低芳烃、提高十六烷值，生产合格柴油组分氢耗高，需与制氢能力匹配；改质深度影响柴油指标与石脑油收率分馏切割液化气、石脑油、柴油等产品各馏分切割精度影响产品调和与后续加工路线制氢以煤或液化残渣气化制氢，供应液化与加氢单元全厂最大公用工程之一；氢平衡是装置负荷的硬约束，制氢波动直接限制液化负荷溶剂预加氢对循环溶剂加氢，恢复其供氢能力溶剂供氢能力不足会导致反应恶化、油收率下降，是长周期运行的关键环节四、核心技术与装置特点自主铁基催化剂。以铁为基础原料制备，成本低、来源广，硫化后形成具有活性的物相；相比贵金属催化剂，更适合大规模一次性通过式使用。预加氢溶剂循环。溶剂先加氢再返回煤浆制备，持续带走并稳定自由基，这是装置能长周期稳定运行的前提，也是与早期国外工艺的重要区别。两段串联强制循环悬浮床。第一段承担主要裂解，第二段补充加氢与停留时间；强制循环保证固体不沉积、温度分布均匀。减压蒸馏分离残渣。用减压蒸馏把重质沥青与含灰残渣从油中分出，减少溶剂夹带与后续结焦，残渣可作气化制氢原料或燃料。残渣深加工配套。项目配套油渣萃取装置，从液化残渣中进一步回收重油组分，提高液体收率，减少固废外排。规模与国产化。装置采用超大直径加氢反应器与厚壁不锈钢管道，关键设备与材料实现国产化，是"世界首套"之外同样重要的工程突破。五、产品结构产品主要用途品质特点柴油车用柴油调和组分、特种油品硫氮含量低、安定性好；粗油芳烃偏高，需经加氢改质提高十六烷值石脑油蒸汽裂解制乙烯原料、重整原料链烷烃与环烷烃含量较高，是优质化工原料液化气民用燃气、化工原料以丙烷、丁烷为主副产品粗酚、硫磺、液化残渣粗酚可精制，硫磺来自脱硫，残渣用于气化制氢或作燃料需要说明的是，直接液化柴油的芳烃含量天然高于石油基柴油，因此"低芳烃"不是这条路线的固有优势，而是加氢改质深度决定的指标；宣传口径中常见的口号式表述不宜当作技术参数使用。六、间接液化路线（宁煤400万吨/年）项目采用中科合成油的油品合成与加工技术，气化采用GSP煤粉加压气化，形成"气化—净化—费托合成—加氢精制与裂化—分馏"的完整链条。年产油品405.2万吨，其中柴油273.3万吨、石脑油98.3万吨、液化气33.6万吨，并副产硫磺、混醇、硫酸铵等。该路线的技术特征：煤种适应面宽，可使用当地廉价褐煤；费托合成产品直链烃多、几乎不含芳烃与硫氮，柴油十六烷值高，蜡可进一步加工为高档润滑油基础油和特种蜡；代价是流程长、气化与合成投资大，整体能效与碳排放受气化效率和变换规模制约。七、关键术语术语含义与为什么要懂供氢溶剂能提供活性氢的部分加氢芳烃类油品。它把氢"带到"断键现场，抑制自由基缩聚。溶剂供氢能力下降，装置立刻出现油收率下跌与结焦自由基裂解煤受热断键生成活泼自由基的过程。这是直接液化的起点，也是结焦的来源——自由基得不到氢就互相缩合液化残渣减压蒸馏塔底的重质沥青、未反应煤、矿物质与催化剂的混合物。热值高，是气化制氢的重要原料，也是固废管理的重点热高分与冷高分高温高压分离器与低温高压分离器，逐级把反应产物分为富氢气体、液化油和水。操作温度决定分离效率与氢气循环纯度催化剂硫化铁氧化物本身活性很低，需在硫化氢气氛下转化为磁黄铁矿类物相才具备催化活性。硫化不充分，加再多催化剂也无效油收率原料煤转化为液体产品的比例。是衡量装置经济性的核心指标，与煤种、温度、氢分压、溶煤比强相关八、装置与项目概况项目基本情况说明鄂尔多斯煤直接液化内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇；一期设计产能108万吨/年油品2008年12月30日投煤试车，约16小时后产出合格油品，一次投料试车成功；部分资料按先期工程口径表述为年产油品103万吨技术地位世界首套、全球唯一的百万吨级煤直接液化工业化装置我国是唯一实现百万吨级煤直接液化工业化的国家配套装置10万吨/年全流程二氧化碳捕集封存、油渣萃取装置前者为煤化工领域首个全流程CCS项目，后者用于残渣深度回收宁煤间接液化宁夏；400万吨/年，年产油品405.2万吨2016年12月21日一次试车成功，12月28日首批产品装车发运；全球单套规模最大，总投资约550亿元技术来源直接液化：自主技术；间接液化：中科合成油费托合成＋GSP气化两条路线技术提供方不同，不能相互套用工艺参数项目定位国家能源战略储备与示范评价时不只看盈亏，还要看能源安全、技术验证与示范价值九、瓶颈、风险与应对煤种依赖。换煤后油收率、煤浆性质、结焦倾向都会变。应对：入厂煤配煤与煤质在线监测，换煤前先做实验室液化评价，逐步掺配而非整批切换。高温高压设备与磨损。悬浮床、减压系统、含固管线和减压阀磨损严重，检修窗口短。应对：易损件定期测厚与更换，关键阀门外送专业修复，备件按最长交货期储备。结焦与堵塞。反应器内固体沉积、换热器结垢会导致压差上升、被迫降负荷。应对：严格控制温度上限与溶剂供氢能力，监测压差趋势，设置降负荷与清洗预案。氢耗与制氢能力。液化与加氢改质都消耗大量氢，制氢装置一停，全厂负荷就受限。应对：优化残渣气化配比，做好氢平衡核算与氢气回收。水资源与碳排放。项目位于水资源紧张地区，且煤化工碳排放强度高。应对：提高水的重复利用率与空冷比例，配套CCS/CCUS，按现行双碳与能耗政策核算指标。经济性。油价波动直接决定盈亏，装置折旧与财务费用高。应对：按长周期油价区间做敏感性分析，不按高点油价做投资决策。十、培训自测直接液化与间接液化最本质的区别是什么？

答：直接液化不经过煤气化，煤直接在高温高压下裂解加氢成油；间接液化先将煤气化为合成气，再经费托合成生成烃类。神华鄂尔多斯装置的反应温度与压力约为多少？

答：约455℃、19.0MPa。煤直接液化中"结焦"的根本原因是什么？

答：煤受热断键生成自由基，供氢不及时导致自由基相互缩聚成焦。供氢溶剂的作用是什么？为什么必须循环加氢？

答：为断键现场提供活性氢、抑制缩聚；溶剂放氢后供氢能力下降，需经预加氢恢复后才能返回煤浆制备。铁基催化剂为什么必须硫化？

答：铁氧化物活性低，需在硫化氢气氛下转化为磁黄铁矿类物相才具备催化活性。液化残渣怎么处理？

答：经减压蒸馏分离后，可作气化制氢原料或燃料，并通过油渣萃取装置进一步回收重油组分。为什么说直接液化对煤种挑剔？

答：需要高挥发分、低灰、富氢的年轻煤，煤种变化会显著影响油收率与结焦倾向。宁煤400万吨/年项目属于哪条路线？年产油品多少？

答：煤间接液化（费托合成），年产油品405.2万吨。十一、口径核对说明本讲义在整理初稿时，对若干流传较广但表述不准确的参数作了订正，逐项列明，便于统一口径。核对事项初稿或流传表述本稿订正依据反应温度"450℃左右"名义反应温度455℃行业技术资料与神华工艺研究文献反应压力"19～20MPa"19.0MPa同上溶剂加氢技术称采用"T-Star"工艺公开文献表述为"预加氢溶剂油循环／溶剂预加氢"；T-Star为国外公司沸腾床加氢技术名称，不宜直接套用于本装置煤直接液化溶剂研究述评反应器台数"两级悬浮床"一代技术为两台串联强制循环悬浮床，新一代技术为三台串联、溶剂改为外循环神华煤直接液化技术换代研究一期产能"108万吨"与"103万吨"混用设计产能108万吨/年；先期工程口径为年产油品103万吨