《煤间接液化关键技术》详细介绍了煤间接液化过程中的各项关键技术，《煤间接液化关键技术》分为7章，分别介绍了煤间接液化技术概况、铁基费-托合成催化剂、钴基费-托合成催化剂、费-托合成工艺与反应器、费-托合成产物加工、合成气一步法制烯烃与CO2费-托合成以及煤间接液化技术展望。

目录
前言
第1章 煤间接液化技术概况 1
1.1 煤间接液化的意义 1
1.2 煤间接液化技术发展历史 2
1.3 煤间接液化主要过程 5
参考文献 14
第2章 铁基费-托合成催化剂 16
2.1 铁基费-托合成催化剂概况 16
2.2 铁基费-托合成催化剂的活性相与活性位 17
2.3 铁基费-托合成催化剂的助剂 27
2.4 沉淀铁催化剂的制备 34
2.5 熔铁催化剂的制备 38
2.6 铁基费-托合成催化剂的物性指标 38
2.7 铁基费-托合成催化剂的还原 41
2.8 铁基费-托合成催化剂的失活 49
2.9 铁基费-托合成催化剂的计算模拟 51
2.10 典型铁基费-托合成催化剂简介 60
参考文献 70
第3章 钴基费-托合成催化剂 86
3.1 钴基费-托合成催化剂概况 86
3.2 钴基费-托合成催化剂的组成 87
3.3 钴基费-托合成催化剂的制备 98
3.4 钴基费-托合成催化剂的物性指标 99
3.5 钴基费-托合成催化剂的还原 100
3.6 钴基费-托合成催化剂的失活 101
3.7 钴基费-托合成催化剂的再生 104
3.8 典型钴基费-托合成催化剂简介 107
参考文献 108
第4章 费-托合成工艺与反应器 112
4.1 催化剂还原工艺 112
4.2 费-托合成反应动力学与工艺 132
4.3 浆态床反应器 174
4.4 固定床与流化床反应器 223
4.5 新型反应器技术展望 224
参考文献 227
第5章 费-托合成产物加工 236
5.1 费-托合成尾气处理 236
5.2 费-托合成油加氢裂化 241
5.3 费-托合成油加氢异构制润滑油基础油 246
5.4 费-托合成油α-烯烃分离 265
5.5 费-托合成反应水处理及资源化利用 275
5.6 展望 286
参考文献 286
第6章 合成气一步法制烯烃与CO2费-托合成 291
6.1 合成气一步法制烯烃概述 291
6.2 合成气一步法制烯烃催化剂 293
6.3 合成气一步法制烯烃工艺 297
6.4 CO2费-托合成概述 307
6.5 CO2费-托合成催化剂 315
6.6 CO2费-托合成工艺、反应器与技术进展 328
参考文献 331
第7章 煤间接液化技术展望 344
参考文献 346

第1章煤间接液化技术概况
　　1.1煤间接液化的意义
　　煤制油技术的研究历程已逾百年，逐渐形成了煤直接液化和煤间接液化两大技术路径。煤间接液化技术先将煤在气化炉中转化为合成气，随后对合成气进行变换和净化，再利用净化后的合成气通过费-托（FT）合成反应生产出C1～C100及以上的烃类化合物。*终，通过分离和精炼，得到清洁的液体燃料和化学品。煤间接液化技术生产的燃料油无氮、无硫、无金属，芳烃含量极低，该技术还能副产多种化学品，如润滑油基础油、烯烃、蜡、含氧化合物等，是促进煤炭高值、高效、高质利用的重要途径[1，2]。
　　我国能源结构以煤炭为主，石油和天然气资源相对匮乏，对外依存度高。2023年，我国原油对外依存度高达72.99%，天然气对外依存度为42.3%，而以油气为原料的化工产品，如乙烯、丙烯、乙二醇等，也严重依赖进口。因此，依托丰富的煤炭资源，发展煤制油气和醇类替代品，是保障国家能源安全的战略选择，对于发挥我国煤炭资源优势、缓解石油资源紧张、保障能源安全和保护生态环境具有深远的战略意义。国家在《能源发展“十三五”规划》中将提高煤制燃料产能作为战略储备的重要任务，加速煤制油技术的示范和推广。根据中国煤炭工业协会统计数据，2023年全国煤制油产能达到931万t/a，较“十三五”初增长超过200%，其中陕西未来能源化工有限公司100万t/a、国家能源集团宁夏煤业有限责任公司400万t/a、内蒙古伊泰集团有限公司120万t/a以及潞安化工集团有限公司100万t/a4个百万吨级间接液化项目，产能合计720万t/a，标志着我国煤间接液化制油工艺进入了规模工业化阶段[3]。
　　2016年12月，神华集团（现国家能源集团）宁夏煤业有限责任公司400万t/a煤间接液化项目油品A线打通全流程，产出合格油品，实现煤炭“由黑变白”、资源由重变轻的转变。国家能源集团宁夏煤业有限责任公司400万t/a煤间接液化项目是目前世界煤化工行业一次性投资建设规模*大的化工项目，采用国内费-托合成技术和自主研发的日投煤量2200t的“神宁炉”煤气化炉，具有投资低、效率高、操作简便、运行可靠等特点，实现了关键技术自主可控，表明我国煤间接液化技术走在世界前列，其行业的发展对保障国家能源安全、推动产业结构调整和地方经济发展具有重要作用。
　　经过多年的发展，煤制油产品类型日益丰富。煤间接液化油品具有低硫、低烯烃、低芳烃的特点，通过调和可满足国Ⅴ及以上标准的油品需求。生产的石蜡、溶剂油、润滑油基础油等产品在航空航天、船舶、汽车、机械制造等领域得到广泛应用，对我国经济的高质量发展具有显著影响。
　　展望未来，煤间接液化产业在产品升级方面具有巨大潜力。费-托合成产物中C5～C20馏分产物丰富，含有大量烷烃、烯烃，基于“分子加工、分质利用”原则，可采用烷烯分离、精馏提纯、延伸加工等手段，生产单质烷烃、高碳α-烯烃、烷基苯、长链二元酸等高附加值化工产品。低温费-托合成产物烷烃含量高、碳链分布宽，而高温费-托合成产物烯烃含量高、碳链分布集中，可充分发挥高、低温费-托合成技术的特点，通过对两种工艺的优化集成，对其后续产物加工进行耦合互补，可进一步提高能效水平，降低生产成本，实现效益*大化。相比于煤制烯烃、煤制乙二醇等新型煤化工技术，费-托合成技术具有更为丰富多样的产品组成，包括低碳烯烃、α-烯烃、烷烃、芳烃、含氧有机物，以及具备延伸多种产业链的能力。围绕费-托合成装置，可延伸发展建设众多精细化工产业链，形成以费-托合成为核心，上下产业链关联、互补、互供、共赢的区域多产业集群，将有力地促进煤化工与石油化工、精细化工产业有机融合，开创煤化工产业发展的新局面[4]。
　　由于煤直接液化油品组成以环烷烃为主，煤间接液化油品组成以链烷烃为主，两者的芳烃含量都很低，从煤基燃料油品产业链来看，煤直接液化加氢改质柴油和煤间接液化的费-托合成柴油在密度、馏程、凝点、冷滤点及十六烷值等性质方面存在良好的互补关系，且直接液化油和间接液化油互溶性很好，两者互相调和，可形成*具特色的煤制油品体系，能够实现油品质量的提升和效益的优化。将两种液化技术集中布局，充分利用两种工艺的特点，通过调和实现优势互补，以提高能量和物质的利用效率，以及成品油质量[3]。
　　总体来看，煤制油生产能力与我国原油产能、炼油总产能及石油进口量相比不足，煤制油尚不能起到石油能源的补充作用，还需要进一步发展。在实现大型工业化基础上，仍需进一步从全系统工艺优化、新型催化剂开发、重大关键反应器设计、自动控制和本质安全、网络化、数字化等多个方面继续开展技术创新，不断提高技术装备水平，建设千万吨级的煤间接液化基地，应对国际原油价格波动给煤制油造成的不利影响[5]。同时，也要充分利用现有产能及产品特性向下游低碳高附加值方向发展，做精煤间接液化产业。具体包括：加强技术改造升级、优化产品结构、推广煤基新型合成化学品、重点生产高清洁油品及航空煤油等特种油品；利用间接液化油品直链烷烃、α-烯烃含量高等特性，重点向下游聚α-烯烃（PAO）、齿轮油、润滑油等高价值方向发展；提高产品附加值，降低单位增加值的碳排放强度。
　　1.2煤间接液化技术发展历史
　　1.2.1国外煤间接液化技术发展历史
　　1923年，德国人Franz　Fischer和Hans　Tropsch发现合成气在铁（Fe）催化剂上可反应生成液体燃料，该方法称为费-托合成。1934年德国开始建造以煤为原料的费-托合成油厂，使用常压钴（Co）基固定床费-托合成技术。1936～1945年德国共建有9个费-托合成油厂，总产能67万t/a，同期法、日、中、美等国也建成了7个以煤为原料的费-托合成油厂，总产能69万t/a[6]。
　　20世纪50年代，南非引进了德国和美国早期的费-托合成技术，成立了南非沙索（Sasol）公司。1955年建成SasolⅠ厂，使用低温固定床铁基费-托合成催化剂技术生产柴油和费-托蜡。1955年以后开发出高温费-托合成循环流化床反应器，采用熔铁催化剂，主要生产汽油和低碳烯烃，单台反应器产能达到1500bbl/d。1980年、1982年Sasol公司先后建成SasolⅡ厂和SasolⅢ厂，开发出单台产能6500bbl/d的循环流化床合成反应器。1985年Sasol公司开发出固定流化床费-托合成工艺，1995年建成直径8m的固定流化床反应装置，单台产能11000bbl/d，1996～1999年又开发出了直径10.7m、单台产能20000bbl/d的固定流化床反应器。1995年建成投产了直径5m、单台产能2500bbl/d的浆态床合成油工业装置，使用微球状沉淀型铁基费-托合成催化剂，形成了低温（200～250℃）浆态床合成油技术，主要生产柴油、石脑油和费-托蜡等产品。随后Sasol公司又开发出了钴基低温浆态床合成工艺（200～250℃），设计了直径9.6m、单台产能60万～80万t/a的浆态床合成反应器，2006年在卡塔尔建成投产了140万t/a天然气制油（GTL）装置。2013年Sasol公司使用钴基低温浆态床合成工艺在尼日利亚建成投产了140万t/aGTL装置[7]。
　　荷兰壳牌（Shell）公司也拥有工业化的费-托合成技术，1993年在马来西亚建成一套50万t/a天然气制中间馏分油装置，采用固定床钴基费-托合成催化剂合成技术，反应器直径7m，单台产能3000bbl/d，随后该装置扩建为75万t/a。2011年Shell公司在卡塔尔建成投产了150万t/a的GTL装置。美国Syntroleum公司、美国埃克森美孚（ExxonMobil）公司、美国康菲石油（ConocoPhillips）公司、英国石油公司（BP）等也开发了费-托合成技术，但均未实现商业化[7]。
　　1.2.2我国煤间接液化技术发展历史
　　我国曾是世界上较早拥有煤制油工厂的国家之一。1941年赵宗燠等开始在重庆建设费-托合成法的煤制油厂，在小型试验装置上产出了油，1950年赵宗燠等接管并恢复扩建了锦州煤制油装置，于1951年生产出油，1959年产量*高时达4.7万t/a。1953年中国科学院工业化学研究所（现中国科学院大连化学物理研究所）进行了4500t/a铁基费-托合成催化剂流化床合成油中试试验[8]，但20世纪60年代时因大庆油田开发，煤制油厂停产。
　　1980年中国科学院山西煤炭化学研究所将传统费-托合成与沸石分子筛相结合，开发出固定床两段合成工艺，简称MFT工艺，于1989年完成100t/a规模中试，1993～1994年完成了2000t/a工业试验，产出合格的90号汽油[8]。
　　1997年，中国科学院山西煤炭化学研究所的煤制油技术研发方向由原来的固定床合成工艺转变为浆态床合成工艺。1998～2000年研制出低温浆态床铁基费-托合成催化剂，2001年建设了千吨级浆态床费-托合成中试装置，2004年开发出低温浆态床煤制油技术，随后又提出了高温（260～290℃）浆态床间接液化工艺技术的概念，2006年成立了中科合成油技术股份有限公司，2006～2008年开发出高温浆态床煤制油工艺及催化剂成套技术，2008年1500t/a费-托合成催化剂厂建成投产，2014年又建成了1.2万t/a催化剂生产装置。2009年两个16万t/a煤炭间接液化示范厂建成投产。2016年神华集团（现国家能源集团）宁夏煤业有限责任公司采用中科合成油技术股份有限公司高温浆态床煤制油工艺技术的400万t/a煤制油示范装置建成投产，随后使用中科合成油技术股份有限公司高温浆态床煤制油工艺技术的内蒙古杭锦旗120万t/a工业装置和潞安化工集团有限公司100万t/a工业装置相继建成投产[8]。
　　上海兖矿能源科技研发有限公司自2002年起开展煤间接液化技术的研发工作，2003年开发出低温费-托合成铁基费-托合成催化剂，2004年完成5000t/a的低温浆态床费-托合成中试，2005年编制了百万吨级大型低温煤间接制油装置工艺设计包，2015年在陕西榆林建成投产100万t/a工业示范装置[9]。2004年上海兖矿能源科技研发有限公司开始进行高温费-托合成技术的研发，2008年完成5000t/a高温固定流化床费-托合成中试，2018年在榆林建成投产了国内*套10万t级高温费-托合成工业化示范装置[10]。
　　2006年，神华集团（现国家能源集团）开始进行费-托合成技术开发，2009年开发出了低温费-托合成沉淀铁催化剂SFT418，2010年在神华集团（现国家能源集团）鄂尔多斯18万t/a合成油示范厂进行了两次工业验证试验[11]。2015年开发出6000t/a沉淀铁催化剂工业生产工艺包和50万t/a浆态床费-托合成工业装置工艺包。2017年国家能源集团牵头承担了国家重点研发计划项目“先进煤间接液化及产品加工成套技术开发”，该项目从4方面突破了当时煤间接液化技术的瓶颈问题[12]：①针对当时催化剂性能不理想问题，开发了高性能钴基费-托合成催化剂和铁基费-托合成催化剂制备技术，其中高性能钴基费-托合成催化剂技术实现了中试规模制备，高性能铁基费-托合成催化剂CNFT-1于2018年实现了规模化生产，并于2019年在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司400万t/a费-托合成装置上实现了工业应用[13，14]。②针对单台反应器产能较低问题，*创铁基费-托合成催化剂气固流化床还原技术，建成20t/批催化剂还原装置；开发了适应高浓度催化剂的浆态床反应器及工艺，采用基于能量*小多尺度（EMMS）理论建立的二相相互作用模型对浆态床反应器反应性能和流体力学进行模拟，建立计算流体力学-群体平衡模型（CFD-PBM），成功将单台反应器产能由50万t/a提高到58万t/a；开发了磁场分离费-托合成渣蜡中固形物方法，完成了中试试验。③针对当时汽柴油产品无法达到国Ⅵ标准问题，采用百万吨级煤直接/间接液化工业装置生产的柴油组分进行调和，开发了合成