费托合成煤制油稳步前进
□ 唐宏青
本世纪以来，我国煤化示范工程进展卓著，其中三个16万~18万吨费托合成煤制油 (下称煤制油，不包括直接液化) 工程和60万吨煤制烯烃项目已经运行，四个煤制天然气项目也即将完工或正在试车。
伊泰合成油16万吨示范装置已“安稳长满”运行，推动煤制油项目进入适度扩大建设期，我国煤制油工业进入实质性发展的时机已经成熟。
示范装置“安稳长满”运行
伊泰煤制油项目是国家九个煤化工示范项目之一。这是一套由水煤浆气化、低温甲醇洗、费托合成油、加氢炼制单元组成的煤制柴油装置，年产16万吨油品，产品是高十六烷值的柴油、石脑油和液化气。费托合成反应器装置采用铁基催化剂浆态床，是这套装置的技术核心。
伊泰煤制油装置于2009年3月投入试运行，到2011年10月底为止共进行了4个阶段的运行。每个阶段运行后都进行了技术改造，负荷不断提高，逐步达到设计水平。表1是从开车起共4个阶段的运行时间和产量统计，可以看出，开车前期，第1~2阶段运行情况不理想，属于初始调整阶段。第3阶段是考核阶段，负荷开始上升，达到70%~100％，从满负荷72小时的测定值中得到数据。第4阶段从2011年6月16日起，已经达到“安全、稳定、长周期、满负荷”运行的目标，产量平均值超过设计值的15％，说明这套装置不仅系统运行正常，而且还有潜力可挖。
2012年伊泰合成油厂生产进入较好的运行时期，截至12月31日，2012年公司累计生产煤制油品和化工产品171987吨，全年运行348.83天，每生产1吨油耗煤3.64吨、耗电820千瓦时，完全成本6153.59元，各项消耗指标均达到或低于设计值。
伊泰煤制油工程主要产品有费托合成柴油、石脑油、液体石蜡、液化气等。其柴油产品为硫含量、残炭、灰分、色度极低的清洁燃料，十六烷值大于70，可以在0号至-35号柴油之间进行调节。经实验监测，采用其油品的柴油车尾气排放符合欧Ⅴ标准。其石脑油产品直链烷烃含量高达90%以上，硫含量、金属含量极低，是生产烯烃、无芳烃溶剂油的优良原料。
表1 伊泰运行数据总结（2009.3.15～2011.10.31） 吨
阶段 起始日期 统计数据结束日期 运行/天 产量 平均产量 状态
1 2009.3.15 2009.4.9 19 1000 52 开车试运行
2 2009.8.21 2010.3.5 170 37827 222 初始阶段
3 2010.5.3 2011.5.15 378 138809 367 稳定阶段
4 2011.6.16 2011.10.31 135 75221 557
(设计值480) “安稳长满”阶段
合计 702 252857
技术处于领先水平
2010年7月在伊泰煤制油装置稳定运行后，由国家有关部门对这套装置进行了考核。按照有关规定，考核采用满负荷稳定运行72小时的数据，得到吨油能耗110吉焦，折合标煤3.75吨，能量利用率超过40％，催化剂的生产能力为1200~1500吨油品／吨的主要结论，见表2。这套装置使用的是铁催化剂，测试数据表明以该种催化剂为核心的费托合成技术，在世界上处于领先地位。在考核结束后，这套装置继续运行。
从考核数据来看，全系统能量转化效率40.53%是一个比较高的数据。2011年，全国煤电的平均能量转化效率为37.23％。费托合成油的能量转化效率高于煤电的效率，说明这样的技术具备推广价值。而且规模扩大以后，能量转化效率还可以提高。
表2 2010年7月伊泰合成油厂考核结论 吨/吨油品
项目 考核数据
总标煤耗 3.48
水耗 13.45
电耗/kWh·吨油品-1 794.67
综合能耗/吉焦·吨油品-1 109.86
标煤/吨油品 3.7485
全系统能量转化效率/% 40.53
产油率/吨油品·吨催化剂-1 1200～1500
催化剂各有千秋
费托合成催化剂的主要成分有两种：钴和铁。在南非，钴基催化剂研究比较深入，而我国在铁基催化剂方面领先一步。两者性能比较见表3。
客观来说，钴基和铁基这两种催化剂均已达到工业化水平，用其中任何一种都可以达到满意效果。笔者认为，在大规模装置建设中，尽量使用铁系催化剂，而小规模装置，则两者均宜，技术指标两者均先进。
在大规模装置建设中采用铁催化剂而不用钴催化剂的原因是，我国钴资源量很低，金属钴主要用于锂电池、催化剂和磁性材料，难以有很大的余量供煤制油使用。而铁基催化剂易得，价格便宜，效果良好，没有理由不选择它。
表3 国内外费托合成技术的主要指标比较
项目 南非沙索 中国中科
反应器床层 浆态床 浆态床
催化剂 钴基 铁基
反应条件，℃/MPa 220/2.5 271/2.9
产油率，吨油品/吨催化剂 1600 1200~1500
催化剂成本，元/吨油品 255 80~100
甲烷选择性，％ 5~8 2.5~3.0
C2-C4选择性，％ 7 <4
C5+选择性，％ 85 90~94
总氧化选择性，％ 3.5 <4
CO转化率，％ 93 97
C3+产率，Kg/1000Nm3(CO+H2) 178 187
装置规模宜适度
煤制油装置规模多大才合适的问题，曾经引起业界的争论。目前16万吨的示范厂，相当于43万吨的合成氨厂，规模已经不小了。但是在炼油行业专家建议、煤代油思维和南非沙索合成油厂的影响下，有关部门曾经决策规定新建煤制油装置的规模要在300万吨以上，后又改为100万吨以上，这种做法对煤制油的发展起了不利的影响。
煤制油是化工厂不是炼油厂，它不能像炼油工业一样一步到位建设年产几千万吨的大厂。煤制油几百万吨级的厂，对炼油来说是小厂，对化工来说是超级大厂，一个540万吨煤制油的超级大厂，相当于1450万吨的合成氨厂，煤气化的规模浩大，在建设中困难极大，要费时数十年才建成。我们没有必要为追求一个工厂的超大型化，而为工程建设、装置运行、原料供应、产品销售、环境保护等方面增加不现实的难度。
在条件(原料、水资源、交通、环境容量等)合适的地方，建设16万~50万吨的装置，具有规模不算小、经济上合算、解决地方用油问题等诸多优势，何乐而不为？
由于伊泰煤油示范厂达到“安稳长满”运行状态，为建设百万吨级规模的超大型装置建设提供了依据，为我国内蒙、山西、新疆、宁夏、陕西和贵州等地区能源利用和能源结构调整奠定了基础。甚至美国、澳大利亚、芬兰、印度、蒙古等国有关厂商也与国内洽谈技术转让问题。
2012年我国柴油的消费量为16972万吨，原油进口量达到2.7亿吨，发展煤制油正是补充柴油供应缺口的有力措施，在我国适当建设几个煤制油工厂是十分必要的。
我国煤制油的未来一片光明，但是推进煤制油工业化的步伐要稳健，要适度发展而不是大规模发展。煤化工不是低碳经济，它对环境的影响不能完全消除，在现代技术下，任何煤化工项目的“零排放”是做不到的。因此，要适当控制煤制油的发展速度，工厂的规模不要太大，力求投产后尽快达到年设计能力，从而促进煤制油工业的健康发展。