中国神华鄂尔多斯煤制油公司的庞大厂区，这是目前世界最大的煤炭直接液化装置。

煤炭和石油都是重要的天然能源，但石油对世界经济的影响力要远高于煤炭。因1973年中东战争、1979年两伊战争和1990年海湾战争，引起的三次世界石油危机，都曾使世界经济严重衰退。近年来随着国际油价一路飞涨，石油能源安全问题，再次牵动着世界经济的神经。
我国是个煤炭资源丰富，而石油资源较为贫乏的国家，已探明煤炭资源储量约13000亿吨，居世界第三位，2008年煤炭产量27.16亿吨，居世界第一位。我国已探明石油储量约155亿桶（2007年），居世界第14位。2008年中国原油产量1.89亿吨，居世界第五位。随着经济高速增长，自2003年起，我国已成为仅次于美国的世界第二大石油消费国，石油进口量逐年增加，2008年进口原油1.789亿吨，居世界第二位。随着石油进口依存度迅速提高，我国能源安全，已成为不可回避的现实问题，寻找石油替代能源摆上了国家议事日程。而以煤炭为原料，通过化学加工过程生产石油产品（简称煤制油），对于优化我国能源结构，保持国民经济可持续发展，具有重要的战略意义。
2008年12月30日14时46分，目前世界最大的煤制油项目——神华集团鄂尔多斯煤直接液化示范工程，第一条百万吨级生产线投煤试车；于12月31日7时，打通全部生产流程，顺利实现油渣成型，产出合格的柴油和石脑油。装置连续运行303小时后按计划停车。这标志着我国成为世界上唯一实现百万吨级煤直接液化关键技术的国家。
神华鄂尔多斯百万吨煤制油项目全景


由中国一重集团为神华煤制油项目制造的世界最大煤液化加氢反应器，重达2044吨


□ 煤液化技术工艺流程
煤和石油都是碳氢化合物，所含化学元素基本相同。它们在化学组成上的差别是，煤的碳含量高，氢含量比石油低，氧含量比石油高。典型烟煤的氢碳比为0.8左右，而原油的氢碳比为1.76左右，汽柴油的氢碳比为2左右。煤液化就是根据大分子学说，让煤在高温高压条件下裂解，通过化学反应提高煤炭的氢碳原子比，降低氧碳原子比，转化成液态油（烷烃）和气态烃。根据初步测算，每3.4-3.5吨煤可生产1吨油品，如果每桶原油价格保持在40美元以上，工业化煤制油生产就可以实现盈利。
目前世界煤液化技术主要包括直接液化、间接液化和煤焦油加工三种途径。早在1927年德国就建成了世界第一座煤炭直接液化工厂，1934年德国又建成世界第一座煤炭间接液化工厂。这些工厂在二战后，大都停产或转产。煤炭直接液化的优点是油品产率高，缺点是对煤种比较挑剔，化学反应条件苛刻。间接液化的优点是煤种适应范围广，反应条件要求比直接液化低，缺点是油品产率低。两种工艺在技术上具有互补性。
煤直接液化的流程是：将洗精煤送入备煤装置，粉碎成特别小的粒度，掺上供氢溶剂制成煤浆。然后在煤液化装置的高温高压环境（温度420-480℃，压力17-70MPa）以及催化剂作用下，煤的大分子结构桥键断裂，裂解成分子量相对较小的自由基碎片。由于自由基碎片是不带电子的基团，自身不稳定，需要送至加氢稳定装置，再通过一系列加氢化学反应及催化剂作用，使自由基碎片在高压氢气中加氢稳定，脱除煤中氧、氮、硫等杂原子，再经过加氢改质装置进一步提高油品质量，生成柴油、汽油、石脑油等液态油（烷烃）和液化石油气(LPG)等产物。反应过程中产生的含硫气体、油渣、酸性水、含硫污水可经过回收装置处理后再循环利用。
煤间接液化的流程是：用煤炭干馏得到焦炭，焦炭在高温下与氧气和水蒸气反应，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的一氧化碳与氢气混合物。合成气在催化剂作用下，经F-T（费托）合成反应，生成烃类产品和化学品，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。间接液化根据加热温度，又分为高温合成与低温合成两类工艺。

□ 博采众长自主创新
国外煤直接液化技术主要有美国的SRC-1、SRC-2、EDS、H-COAL、HTI工艺，德国的IGOR工艺，英国的SCE工艺，日本的NEDOL工艺等。煤间接液化技术主要有南非SASOL公司的F-T合成技术，荷兰Shell公司的SMDS技术，美国Mobil公司的MTG合成技术等。这些技术虽然经过长期发展，但多数为小型实验装置，大规模工业化生产仍然缺乏经验。因此，神华集团选择煤液化技术，必然要经过技术创新和工艺创新的过程。
　神华集团在对各国工艺进行考察的基础上，2000年左右，初步决定采用美国HTI工艺，理由是该工艺油收率高，可达到60%以上，胶体催化剂活性较好，同时设备易于大型化。因此在2000年8-9月，神华集团委托HTI公司在其3t/d中型连续试验装置上，进行了上湾煤（来自神华煤田）PDU液化试验；并根据实验结果编制煤液化单元的预可研工艺包，包括：备煤、催化剂制备、煤液化、在线加氢以及溶剂脱灰等工艺。
2000年底，国内炼油专家在对HTI公司提交的预可研工艺包进行审查的时候，指出在线加氢存在诸多隐患，国内炼油专家普遍认为：在神华一期工程中，稳定加氢宜采用北京石油化工科学研究院的离线加氢技术。根据新的流程，HTI公司修改了工艺包，并于2001年11月-2002年1月，在HTI又进行了模拟工艺包设计流程的小型验证试验（30kg/d的CFU装置）。在国家计委的主持下，2002年3月神华煤液化项目完成了可研审查工作，随后报国务院审批，2002年8月国务院批准了神华集团建设煤液化示范厂的申请。
2002年9月，中石化工程建设公司完成了煤液化厂第一条生产线的总体设计。在审查完总体设计后，相关领导提出需改善煤液化厂的经济性和运行的平稳性。此时煤科院模拟HTI工艺进行的试验也很不顺利，装置运转不起来。在此背景下，神华集团上下对HTI工艺有了更多的疑议和担心，希望能对HTI工艺作进一步优化。此时神华煤液化技术部的舒歌平，提出采用溶剂全加氢的技术方案（TOP-NEDOL流程），此方案克服了原工艺不能长周期稳定运行的问题，而且提高了油品产出率，得到了专家认可。
　　催化剂也是煤液化项目中降低成本的关键技术之一。神华煤直接液化项目在最初设计时，所采用的是国外一家公司的催化剂，但这种催化剂原料研磨需要很多设备，且磨制成本偏高。为此煤液化课题组组长舒歌平，领导科研人员经过1210次试验，研制出新型高效合成催化剂。该产品具有成本低、活性高、添加量少等特点，油收率提高4-5%，每年可增加经济效益2.4亿元。目前，神华煤直接液化工艺技术已经获得国家知识产权局的专利授权，并在美国、德国、日本等13个国家申请了专利保护。


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□ 世界煤制油产业发展概况
煤液化技术起源于德国，早在19世纪即已开始研究。德国是一个富煤贫油的国家，1913年，德国化学家弗里德里希·柏吉斯（F.Bergius），研究出煤炭在高温高压条件下加氢液化反应，生成燃料的煤炭直接液化技术，并获得专利。柏吉斯因此获得1931年的诺贝尔化学奖。1923年，德国化学家费歇尔（F.Fischer）和托罗普希（H.Tropsch）试验成功间接液化技术。1927年，德国法本（Farben）公司用柏吉斯法，在德国莱比锡附近的洛伊纳（Leuna），建成世界第一座年产10万吨的煤炭直接液化厂。1934年德国鲁尔化学公司用费-托合成工艺，建成世界第一座年产7万吨的煤炭间接液化厂。1935年，英国卜内门化学工业公司，在比灵赫姆建起一座年产15万吨的煤炭直接液化厂。此外，日本、法国、美国、加拿大等国，也先后建过一些实验厂，世界年总产能达到约34万吨。

二战期间，德国由于石油进口受到封锁，在1936-1943年间重点发展煤制油技术，先后建成9套煤炭间接液化装置和18套煤炭直接液化装置。1936年，德国的煤制油产量只有62万吨，1939年达到220万吨，1940年320万吨，1941年390万吨，1942年420万吨，1943年达到战时最高峰的560万吨，1944年由于盟军轰炸，产量降到约390万吨，1945年降到110万吨。在二战期间，德国近三分之二的飞机燃料和50%的汽车及装甲车用油，都由煤制油供应，产量远远高于天然石油。
二战后，这些工厂在同盟国的干预下，全部停产或者转产，部分设备被瓜分。1952年，前苏联利用德国煤直接液化技术和设备，建成投产11座单台产能4-5万吨/年的装置，运行7年后停产改作他用。由于中东石油的大规模开发，石油价格下降，煤液化产品无法与石油竞争。这使得投资巨大、工艺流程复杂的煤制油技术产业化进程嘎然而止。随后，西方发达国家对煤制油技术研究陷入低潮，甚至实验装置也都停止试验。


当时，世界上只有南非重视煤炭液化技术。南非因种族隔离政策，长期遭到贸易禁运，而南非又是富煤贫油的国家，煤炭探明储量587.5亿吨，约占全非洲的三分之二，因此希望将其丰富的煤炭资源转化成石油燃料。早在1927年，南非就开始探索煤液化技术，由于南非的煤为高挥发高灰分的劣质煤，所以当时选择了间接液化工艺。
1955年南非萨索尔（SASOL）公司以煤为原料制造合成气，通过对费-托合成工艺进行改进，建成第一座煤炭间接液化厂。至1958年，工厂的产能只达到设计能力的一半。在花费巨资改进后，至1960年才解决主要技术问题，达到每年30万吨的设计产能。

南非萨索尔(SASOL)炼油厂，是目前世界最大的煤制油生产商。


1973年后，由于在短短5年时间内爆发了两次中东战争，使得原油价格从每桶3.011美元提高到10.651美元。1978年的两伊战争，使得两伊石油产量从每天580万桶骤降到100万桶以下。油价开始暴涨，从每桶13美元猛增至1980年的34美元，从而引发了世界石油能源危机。在此背景下，煤炭液化技术又开始活跃起来。德国、美国、日本等工业发达国家，在原有基础上相继研究开发了第二代煤炭直接液化工艺。不少国家己完成了中间放大试验，为建立大规模工业生产装置打下了基础。具有代表意义的有：德国日处理200吨煤炭的二段液化(IGOR)装置，美国600吨/日的氢煤法H-coal装置和日本鹿岛150吨/日的NEDOL装置。
1980年7月，南非萨索尔-2厂建成投产，日处理煤炭4万吨，年产汽油类燃料260万吨。1982年萨索尔-3厂建成投产，规模继续扩大。这三座工厂年消耗原煤约4600万吨，年产油品达768万吨，包括汽油、柴油、蜡、氨等113种产品。该公司生产的汽油和柴油可满足南非30%的消费量。
1992年，南非Mossgas公司采用SASOL公司开发的Synthol工艺，在南非莫塞尔湾建成天然气制合成油(GTL)装置。用海洋天然气生产合成油品，年炼制能力为135万吨，该厂是目前世界上最大的天然气制合成油工厂。1993年壳牌石油在马来西亚砂劳越州的Bintulu，建成年产50万吨天然气制合成油装置。
80年代以后，由于经历两次石油危机，世界经济严重衰退，对石油需求长期疲软。尽管海湾战争曾使油价骤然回升，但战争结束后，油价又开始回落。1998年的油价跌到了1977年以来的最低水平。油价的起伏不定，使得美国的煤炭直接液化研究项目完成后，没能如期进入工业化生产就被中断。日本煤直接液化研究项目结束最晚，坚持到2000年，完成了日处理150吨煤炭的煤液化中试工厂项目。
　 从2003年起，世界对煤制油的热情，因为油价的上升而重新燃起。目前，在全球范围内，主要有十多个国家正在展开煤液化的商业化研究。主要国家有美国、中国、印度、德国、澳大利亚、印尼、日本、南非。随着2008年爆发的全球金融危机，石油价格又从147美元的最高点回落到40美元左右，给煤制油产业化发展带来了不确定性。目前在进行煤制油规模化生产尝试的国家还有马来西亚、巴西等国家，但没有一个国家能超过百万吨的生产能力。
　　通过分析这些国家的石油储采比，可以发现对煤制油技术感兴趣的国家，石油储采比大都不到20年，远远低于国际平均水平(全球石油储采比为40.5年)。同时，这些国家的石油进口占本国总消费量的比例一般都高于40%。

德国化学家弗里德里希·柏吉斯（Friedrich Bergius），他于1913年发明了煤直接液化工艺，并于1931年因其在化学高压领域的贡献，而获得诺贝尔化学奖。


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□ 中国煤制油发展历史
我国曾是世界上较早有煤合成油工厂的国家之一。1923年，山西军阀阎锡山计划购买40架飞机成立航空兵团，同时提出要拥有500多辆汽车。因此山西当局为减少石油输入量和发挥当地煤炭的优势，于1924年投资45万元，从德国购置了一套煤炭间接液化装置，在左云县吴家窑建立了育才炼油厂。1925年，育才炼油厂略具雏形，开始以煤炭为原料采用低温干馏法试炼油品，但因设备简陋和技术不过关而未能成功。1926年，育才炼油厂又添置设施继续试验。同年，阎锡山参加直奉战争的军队驻扎该厂，工厂设施遭到损坏，无法继续试验。1930年中原大战时期，阎锡山、冯玉祥倒蒋失败，阎锡山逃往大连。至此，我国第一次煤制油试验历时5年多，未能取得成果。
1932年，阎锡山重回山西，因以前购买的机器陈旧、设备不全，他一面派人赴欧洲考察，一面添置新设备。1933年，山西育才炼油试验厂改名为燃料研究所，并自造连续外热式炼油炉一组，聘请德国工程师再次试验煤制油。然而，试验了一年也未成功。当时，德国的煤炭直接液化厂年产能已达10万吨，英国也成功研制出了煤制汽油。山西于是又派人到英国和德国学习炼油技术。1935年，外派留学人员归国，又从德国购回精制、炼油机器，以及内热式炉两座、提炼炉一座、分馏釜一座。此后，燃料研究所开始对山西各地的不同炭种进行精制炭油试验对比，每日干馏煤炭1吨，成功地生产出汽油、柴油、机器油、石蜡、沥青等。当时的试验结果显示，吨煤所得制品最高纪录是汽油76升、柴油61升、机器油16升、燃烧油42升、石蜡44千克、沥青62千克、煤渣14千克。1937年，山西西北炼钢厂利用燃料研究所，在煤制油实践中总结出的技术参数和经验，配置了炭油蒸馏和汽油蒸馏设备，准备从煤焦化产品中提炼汽油，并计划于当年10月1日正式投产。
然而，就在这个节骨眼上，“七七事变”爆发。日寇于1937年9月1日进犯晋北门户天镇，11月8日侵占太原。燃料研究所和西北炼钢厂从国外引进的装置悉数被日军掠夺，装置被拆卸装箱运到日本。我国第二次煤制油试验就这样被日寇所扼杀。1937年，日本出于侵略战争目的，在锦州石油六厂引进了德国煤制油装置，项目于1943年投产，1945年日本战败后企业停产。新中国成立后，我国重新恢复和扩建了锦州煤制油装置，1959年规模最大时有70台箱式反应器，年产油品4.7万吨，1967年因大庆油田产油而停产。

□ 我国煤制油产业现状
1997年以后，随着我国石油需求快速增长，煤制油技术重新得到重视。目前我国在建和拟建煤制油装置的公司，主要包括神华集团、兖矿集团、潞安矿业集团和内蒙古伊泰集团。其中兖矿、潞安和伊泰采用煤间接液化技术，神华集团采用煤炭直接液化工艺，并在宁夏宁东项目采用间接液化工艺。
早在1998年，山东兖州矿业集团已经开始进行煤制油的技术储备。当时，兖矿集团从南非萨索尔公司请回了其副总工程师孙启文博士。孙的回国加快了煤间接液化技术研发。兖矿主要研究低温铁基浆态床技术，和高温铁基固定流化床技术。2006年2月，兖矿集团在获得国家发改委同意后，启动了陕西榆林煤制油项目。计划投资1000亿元，分两期建设1000万吨煤间接液化项目。一期工程于4月21日奠基。准备投资134.5亿元，在陕西榆林市榆横煤化学工业区北区，建设年产100万吨的煤间接液化装置。主要产品包括柴油78.08万吨/年、石脑油25.84万吨/年,液化石油气5.648万吨/年。但该项目受到国家政策转向影响，仍处于审核沟通阶段。
2006年2月22日，山西潞安矿业集团年产16万吨煤间接液化示范装置，在长治市屯留县开工。该项目投资18.86亿元人民币，采用山西煤炭化学研究所自主研发的钴基固定床费托合成技术，2008年12月正式出油。按照规划，潞安矿业集团准备在2015年前，建成2座年产260吨煤间接液化厂。
2006年5月11日，内蒙古伊泰集团年产16万吨煤间接液化示范装置，在鄂尔多斯市准格尔旗大路煤化工园区正式开工。该项目投资21.76亿元，设计生产规模为48万吨/年，采用山西煤化所自主研发的铁基浆态床费托合成技术。主要产品为柴油、石脑油及液化石油气，2009年3月联动试车、投料出油。2007年伊泰集团委托中国石油和化工规划院编制了伊泰500万吨煤制油项目规划，拟投资661.4亿元，分四期建成500万吨产能。其中二期工程建设规模为350万吨/年。

□ 三道禁令抑制投资过热
2006年期间，随着神华集团煤制油项目上马，一大批煤制油项目闻风而动，导致煤制油“过热”。在建和拟建的“煤制油”项目总产能达1600万吨，计划投入的资金额高达1200多亿元。为此，国家发改委接连颁布了两道禁令——“不批准年产规模在300万吨以下的煤制油项目”，“在国家煤炭液化发展规划编制完成前，暂停煤炭液化项目核准”。这两道禁令使得诸多中小规模的项目陷入停滞，保留了神华、兖矿和潞安集团的煤制油项目，并列为煤制油样板工程。
2008年9月4日，国家发改委再次发布煤制油的禁令。这份名为《关于加强煤制油项目管理有关问题的通知》（下称《通知》）的文件明确指出，煤制油项目投资风险大，除神华集团鄂尔多斯煤直接液化项目、神华宁夏煤业集团的宁夏宁东煤间接液化项目需继续按程序报批外，一律停止实施其他煤制油项目。
　　从我国煤制油的发展来看，尽管国家发改委连发三道禁令抑制投资过热。但从能源布局出发，近期煤制油、煤制烯烃、二甲醚、煤制天然气和煤制乙二醇作为工业示范被列入石化振兴规划，体现了国家政策对稳步发展煤化工的重视。同时，随着国际油价重新回到70美元/桶之上，煤制油与煤化工进入了充分盈利区间，经济性得到改善。
预计到2020年，我国“煤制油”项目将形成年产5000万吨油品的生产能力，加上届时将有年产2000万吨的生物质油品投入使用，中国原油对外依赖程度有望从60%以上，降低到45%以下。

中国神华鄂尔多斯煤制油公司