多年來,荷蘭皇家Shell石油公司壹直在進行從煤或天然氣基合成氣制取發動機燃料的研究開發工作。尤其對壹氧化碳加氫反應的Schulz-Flory聚合動力學的規律性進行了深入的研究,認為在鏈增長的a值高的條件下,可以高選擇性和高收率地合成高分子長鏈烷烴,同時也大大降低了低碳氣態烴的生成。在1985年第五次合成燃料研討會上,該公司宣布已開發成功F-T合成兩段法的新技術—SMDS(Shell Middle Distillate Synthesis)工藝,並通過了中試裝置的長期運轉。
SMDS合成工藝由壹氧化碳加氫合成高分子石蠟烴—HPS(Heavy Paraffin Synthesis)過程和石蠟烴加氫裂化或加氫異構化—HPC(Heavy Paraffin Conversion) 制取發動機燃料兩段構成。Shell公司的報告指出,若利用廉價的天然氣制取的合成氣(H2/CO = 2.0)為原料,采用SMDS工藝制取汽油、煤油和柴油產品,其熱效率可達60%,而且經濟上優於其他F-T合成技術。
Shell公司采用自己開發的熱穩定性較好的鈷系催化劑高選擇性地合成了長鏈石蠟烴(~C50),其鏈增長a值可控制在0.80~0.94之間。HPS技術采用管式固定床反應器。為了提高轉化率,合成過程分兩段進行。第壹段安排了3個反應器。第二段只設壹個反應器。每壹段設有單獨的循環氣體壓縮機。大約總產量的85%在第壹段生成,其余15%在第二段生成。反應系統操作參數如下:合成氣組成H2/CO=2.0,反應壓力2.0 MPa~4.0MPa,反應溫度200℃~240℃,全過程CO轉化率:95%,單程單段CO轉化率40%。 自上世紀70年代末開始,中科院山西煤化所壹直從事間接液化技術的開發,並取得了令人矚目的成績。除了系列催化劑的開發外,還對固定床和漿態床合成技術進行了較系統的研究。
80年代初提出了將傳統的F-T合成與沸石分子篩特殊形選作用相結合的兩段法合成(簡稱MFT),先後完成了實驗室小試,工業單管模試中間試驗(百噸級)和工業性試驗(2000噸/年)。除了MFT合成工藝之外,其後,山西煤化所還開發了漿態床—固定床兩段法工藝,簡稱SMFT合成。
多年來山西煤化所對鐵系和鈷系催化劑進行了較系統的研究。***沈澱Fe-Cu催化劑(編號為ICC-IA)自1990年以來壹直在實驗室中進行固定床試驗,主要目的是獲得動力學參數。Fe-Mn催化劑(ICC-IIA、ICC-IIB)和鈷催化劑(ICC-IIIA、ICC-IIIB、ICC-IIIC)的研究集中在催化劑的優化和動力學研究以及過程模擬。其中ICC-I型催化劑用於重質餾分工藝,ICC-II型催化劑用於輕質餾分工藝。ICC-IA催化劑已經定型,實現了中試放大生產,並進行了充分的中試驗證,完成了累計4000小時的中試工藝試驗,穩定運轉1500小時,滿負荷運轉達800小時。ICC-IIA型催化劑也已經實現中試放大生產,在實驗室進行了長期運轉試驗,最長連續運轉達4800小時,。此外,中科院山西煤化所還對ICC-IIIA鈷催化劑進行了研究和開發。目前,用於漿態床的ICC-IA和ICC-IIA催化劑成本大幅度下降,成品率明顯提高,催化劑性能尤其是產品選擇性得到明顯提高,在實驗室模擬驗證漿態床裝置上,催化劑與液體產物的分離和催化劑磨損問題得到根本性的解決,從而從技術上突破了煤基合成油過程的技術經濟瓶頸。
1999~2001年國家和中科院加大了對漿態床合成油技術攻關的投入力度,2000年中科院山西煤化所開始籌劃建設千噸級漿態床合成油中試裝置,2001年6月完成中試裝置設計,7月開始施工,2002年4月建成,到2004年6月累計運行3000小時,目前,各個技術環節已運轉暢通,實現了長周期穩定運轉,為工業裝置的建設提供工程數據和積累運行經驗。
千噸級漿態床合成油中試裝置的反應器內徑350mm、靜液高14m、總床高25m,最大氣量860m3/h,最大生產能力500~900噸/年。反應器自動連續內部過濾,內部列管水蒸汽移熱系統,二維環管氣體分布系統,器外催化劑漿液預處理系統。 兗礦集團下屬公司上海兗礦能源科技研發有限公司自2002年下半年起開始費托合成煤間接液化的研究開發工作,目前已成功開發出具有自主知識產權的低溫費托合成煤間接液化制油技術,並於2004年11月完成4500t粗油品/a低溫F-T合成、100t/a催化劑中試裝置試驗,裝置連續平穩運行4706h,累計運行6068h。與中國石化北京石化研究院合作進行了中試產品的提質加氫開發工作,2005年8月“煤基漿態床低溫費托合成產物加氫提質技術”通過了中國石油與化學工業協會組織的技術鑒定。在完成中試後,兗礦集團目前正在進行充礦榆林100萬t/a工業示範裝置建設工作,充礦榆林煤制油項目總體規劃分兩期進行。壹期:年產油品500萬t,首先建設100萬t/a工業示範裝置;二期:年產油品1000萬t。
項目建議書於2004年7月完成,2006年2月國家發改委批準同意項目開展前期工作,2006年4月在陜西省榆林市榆橫煤化學工業園舉行了充礦煤液化項目場前工程奠基儀式。按計劃於2009年底建成並投料試車。