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世界最大煤制油装置
——鄂尔多斯煤直接液化装置
工程投资额：245亿元
工程期限：1998年——2020年
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
□世界最大的煤炭直接液化装置
神华集团是我国最大的煤炭企业、世界最大的煤炭供应商，前身为华能精煤公司。1985年1月，国家为加速电力发展，由国务院以煤代油专用资金办公室等机构，出资设立华能精煤公司、华能国际电力开发公司等9家企业。1988年，国务院批准组建华能集团。1995年8月经国务院批准，以华能精煤公司为基础，另行组建神华集团，主要负责国家四个跨世纪特大工程之一的“神华工程”（即西煤东运）。经过十几年发展，神华集团不断壮大，截止2008年底，原煤产量2.82亿吨，商品煤销量3.2亿吨，实现营业收入1406亿元。集团拥有54个煤矿，员工总数15.9万人，总资产4111亿元，成为集煤矿、电力、铁路、港口、煤化工等产业于一体的特大型能源企业。
早在1997年，神华集团就提出采用世界先进技术，建设煤炭液化示范项目，作为替代能源的设想。该计划得到国家的大力支持，1998年国务院将大约110亿元的“煤代油基金”划拨给神华集团。此后神华集团用3年时间，对煤样进行煤液化试验，对世界三大煤直接液化技术（美国HTI工艺、德国IGOR工艺和日本NEDOL工艺）进行对比；同时开展了技术调研，包括考察南非SASOL公司的煤间接液化技术。2000年左右，神华集团初步决定采用美国HTI煤直接液化工艺，并对工艺流程进行改进，建设小型试验装置。2001年3月，国务院批准神华集团的项目建议书，2002年8月批复可行性研究报告。2003年6月12日，负责煤液化工程实施的中国神华煤制油有限公司，在北京正式成立。2004年6月，具有神华自主知识产权的煤直接液化工艺技术通过评估和鉴定，2004年12月17日，神华集团上海煤制油研究中心，日耗煤6吨的直接液化实验装置试验成功。至此，我国煤制油直接液化生产技术转化，获得初步成果。
2004年8月25日，神华集团煤直接液化项目，在内蒙古自治区鄂尔多斯市，伊金霍洛旗乌兰木伦镇，举行了一期工程开工典礼。这里距离著名的成吉思汗陵不到20公里，是我国最大煤田——神府东胜煤田所在地，探明煤炭储量2200多亿吨，为煤制油提供了充足的资源保障。2005年4月18日，煤制油生产基地的建设工程正式拉开帷幕。
神华集团鄂尔多斯煤直接液化生产基地，总面积1.735平方公里，其中厂区占地69公顷，生产装置占地11.6公顷，仓储装卸区占地10公顷，厂外工程占地94.5公顷。设计规模为年产500万吨油品，分两期建设，一期工程总投资245.35亿元，由3条主生产线（单条108万吨）组成。每条生产线包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加氢改质和催化剂制备等14套主要生产装置。一期工程建成后，每年消耗煤炭970万吨，生产各种油品320万吨，产品分布为：汽油50万吨、柴油215万吨、液化气32万吨、苯＋混合二甲苯24万吨。目前已经建成的第一条生产线，由中石化十公司、中石化四公司、上海石化安检等单位承建。年耗煤345万吨，生产各种油品108万吨。其中，柴油72万吨、液化石油气10.2万吨、石脑油25万吨、酚等其他产品0.8万吨。
神华鄂尔多斯煤制油项目能否成功，直接关系到国家的能源战略问题，因此国家领导人对此十分关心。2006年6月2日，温家宝总理到鄂尔多斯视察工作，专程到神华煤直接液化工程现场进行调查研究。2007年11月17日，胡锦涛主席视察了神华煤制油工程建设现场，充分肯定了煤制油在国家能源发展中的战略地位。2009年8月24日，习近平副主席在神华集团鄂尔多斯煤制油分公司考察时，详细了解了煤直接液化项目的产品。目前神华第一条煤制油生产线已经进入试生产阶段，日产柴油2000吨，产品销售势头良好。
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。
□庞大复杂的系统工程
为建造当今世界唯一的百万吨级煤直接液化装置，神华集团攻克了诸多技术难题。如神华集团自主开发的煤直接液化工艺，研制列入863计划的新型纳米级高效催化剂等。工程安装世界最大的加氢稳定(T-STAR)装置，同时建设两套每小时13.8万立方米的煤制氢装置，及世界首台8800KW增安型无刷励磁同步电机。项目建造的特大型型钢混凝土框架高达82.7米，其土建施工难度堪称石化行业之最。钢结构安装近4万吨，各类管道安装近600公里，解决了最厚达88mm的347H不锈钢厚壁管道焊接与热处理技术。安装各类设备2000多台，其中超过200吨的设备多达25件，包括重达490吨的解压蒸馏器、2个重达487吨的气化炉，还有一个反应器重达1225吨，仅设备吊装费用就高达数亿元。
由中国一重为该项目制造的两台煤液化加氢稳定(T-STAR)装置，反应器直径5.486米，高度57.776米，单台重达2044吨，规格居世界之最。设备壁厚334mm，内容积688立方米；由13个筒节、2个封头及裙筒、裙座组成，部件在一重制造完成后，运至工地进行现场焊接。仅一道焊缝就需要连续焊接7-8天，熔填焊丝1吨。2006年6月17日，沈阳MAMMOET重型设备运输安装公司，采用3000吨级MSG-80型环轨式起重机，成功将巨型反应器吊装到位，创造了同类设备吊装的世界记录。
玛姆特使用3000吨级环轨氏起重机，吊起世界最大的加氢反应器（2044吨），仅此项吊装费用就达近亿元。
□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。
德国法兰克福美因河畔的法本公司总部。法本化学康采恩（IGFarben）组建于1925年，由拜耳、赫希斯特、巴登苯胺公司（BASF公司前身）等6家德国大型化学公司合并而成，是当时世界最大的化工集团和德国最大的企业。1931年，法本向纳粹党和希特勒提供了大笔赠款帮助其竞选，从中获得了巨大的好处。到1943年，法本已垄断了德国100%的合成橡胶、甲醇和润滑油产量，以及98%的染料、95%的镍和毒气（包括全部齐克隆B）、90%的塑料、88%的镁、80%的炸药、70%的黑色火药、46%的航空汽油和35%的硫酸。法本在美国有规模庞大的子公司和工厂，并同美孚石油、杜邦化学、美铝等托拉斯建立了密不可分的合作关系，1939年它从美孚进口了2000万美元的航空汽油。美国参议院的一份报告中评价说：“没有法本就不会有希特勒的战争”。法本还在奥斯维辛用活人进行拜耳开发的新型绝育药物试验。法本生产的齐克隆B通过拜耳交给一家叫Degesch(德国杀虫剂公司)的经销商，然后出售给党卫军，用于灭绝人类。二战后法本被盟军勒令拆分为拜耳（Bayer）、巴斯夫（BASF）、阿克发（Agfa）及赫希斯特等10家公司。这些都是当今世界赫赫有名的化工巨头。
□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。
日本同样是石油资源贫乏的国家。1912年日本石油消耗量仅为4万吨，到1932年已达到200万吨。而同时期日本本土石油产量仅为42.7万吨，台湾产油3.5万吨，不足需求量的五分之一。为了弥补石油产量不足，日本重点发展了所谓人造油，包括油页岩制油、煤制油和松根汽油。1929年12月30日，抚顺页岩油厂落成，利用抚顺煤矿的页岩油层，用内热式干馏法提炼重油，日产4000吨，主要供应海军舰艇使用。但这种方法生产的重油杂质较高，舰艇燃油喷嘴经常被堵塞，海军非常气愤。抚顺页岩油厂负责人长谷川清二因此引咎自杀。1931年日军全面占领中国东北，这里丰富的煤炭资源，使日本开始关心煤炭液化技术。日本曾派考察团去德国和英国考察煤液化工厂，但英德将其视为军事机密，导致日本人无功而返。抚顺页岩油工厂燃料课长阿部良之助等人，经过长期实验后，摸索出一套煤制油流程。即将煤和焦油1：1混合，以氧化铁做催化剂，在100个大气压的氢气下加热到450摄氏度。其遵循的原理是，煤和石油相比，煤的氧多氢少，加高压之后加氢，氧就已水的形式流出。但是试验并不成功，阿部注意到应该先把煤这个大聚合体加以分解，于是把研究重点转移到用以分解聚合体的催化剂上，最后找到了硫化亚铁。其次，为了防止煤在粉碎过程中接触空气氧化，于是采取水中粉碎的方法，可是这样做出来的是胶泥状煤粉，最终采取在水中加入低温焦油的方法提取煤粉。就这样日本的煤炭液化技术取得了进展。
1937年日本的七年规划，对于煤液化寄予了很大希望，计划在1944年前，建成87个合成油装置，总生产能力达到年产1300万桶，满足大约三分之一的需求，成为原油的重要补充。在这个计划中，有10个是直接液化装置，每个年产10万吨，11个是间接液化的费托合成装置，总产量50万吨，其余的都是低温焦化。1937年5月4日，日本海军德山燃料厂决定采取阿部方式生产煤制油，由满铁出资1800万日元建设新厂。1939年7月21日，工厂投产，生产出日本第一批煤液化油，但产量少得可怜，只装满3个玻璃瓶。其中1瓶献给了皇宫，另1瓶送给伊势神宫，第3瓶送给阿部的母校，北海道轻臼小学。
此后受工业基础限制，日本的煤制油始终不成气候。最终，直接液化装置在中国抚顺和韩国各建了一个，只有抚顺的投产，到战争结束的时候总产量只有1000多吨。费托合成装置在日本本土建立了三个，分别在1940、1942和1943年投产。在中国吉林和锦州还建成了两套费托合成装置，到战争结束时没有完工。五个装置的总设计生产能力是年产18万吨，但实际上整个战争期间的总产量还不到6万吨。最成功的是低温焦化，建设了8个，实际年产量也只有几万吨，与规划相去甚远。太平洋战争后，美英对日本实施全面物资禁运。原油供应不足加速了日军战败。为了省油，日军飞行员几乎没有训练的机会就被派到了战场，损失可想而知。军舰无油可烧，大部分被困在港里。于是，日本又发展了生物油技术，各种各样的油品都被用于军事，豆油、菜籽油、松树油等等只要是液体的就都成了好东西。曾经有被击沉的船只全部使用豆油的例子。这些都使得日本军方的实力大受挫折，迅速崩溃。帝国海军的象征——长期缺少油料的大和舰，在最后一次出海中被美军击沉。日本本土的合成油厂，大部分在1945年的大轰炸中被摧毁。
二战中德军烧木炭的坦克，石油资源匮乏加速了德国与日本的战败。
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
