煤制油的化学原理及其应用前景煤制油属于新型煤化工的一部分。在人类面临能源短缺、国际石油价格剧烈波动的情况下,煤制油逐渐进入了公众的视野。介绍煤制油的化学原理及其应用过程中面临的挑战。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它与能源、化工技术结合,可形成煤炭—能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在我国能源的可持续利用中扮演重要的角色,对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。1煤制油与煤化工该工艺是把先煤磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPa）下直接加氢，将煤转化成汽油、柴油等石油产品，1t无水无灰煤可产500～600kg油，加上制氢用煤，约3～4t原煤产1t成品油。煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气（氢气和一氧化碳），然后再在催化剂存在下合成为汽油。约5～7t煤产1t油。煤炭间接液化一直未得到普遍发展的主要原因是原料气成本太高，其煤气化装置投资约占总投资的40%，且运营费用高，而原料气合成油装置的投资仅占投资的20%～30%。现在可以采用地下气化煤气作为原料气，中国矿大煤炭地下气化工程研究中心的试验结果表明，地下气化与地面气化相比，基建投资减少53%～66%；生产成本也大大降低。从化学上说,煤制油是煤炭化学工业的一部分,简称煤化工。它与石油化工是不同的化学过程。煤化工是碳一化学工业的一部分,是以煤为原料,且以含一个碳的煤气为原料合成相应的多碳化合物,甚至是高分子化合物的工艺过程。石油化工则是直接将多碳化合物经过重整、裂化或者合成等工艺手段获得新的多碳组分的化合物的过程。理论意义上讲,以石油和天然气贤ü突?aid="sogousnap0_8">工艺生产出来的产品也都可以以煤为原料通过煤化工工艺生产出来。从化学工业发展的历史来看,化学工业经历了农产品化工时代——煤化工时代——石油化工时代几个阶段。19世纪化学工业发展初期,农副产品曾是最早的化工原料。20世纪初,煤炭炼焦工业随着钢铁工业的发展而兴起。20世纪40年代末期,石油工业开始兴起,煤在有机化工原料中的比重逐年下降。20世纪90年代以来,国际石油价格剧烈波动,各国加紧了以煤为原料的化学工业的研发,出现了新型的煤气化、煤制油等工艺。从能源安全角度考虑,寻找替代石油的能源和原料成为发展的必然。煤炭与石油化学成分较为相近,下游应用领域通过技术改造后也可以有较大交叉,自然成为优先考虑的资源。我国是一个煤多油少的国家,每年进口大量石油,为经济发展和国家安全造成不小的压力。发展煤制油技术成为解决能源结构的一条重要途径。当油价在每桶100美元以上时,代替石油化工相关产品的煤化工将会体现出巨大的成本优势。中国从20世纪70年代末开始煤制油的研究,2001年被我国列入“十五”重点研究项目,并列入“863”计划。未来中国的煤化工项目将在3大领域部分替代石油化工产品,一是成品油,煤化工通过煤制甲醇和煤制油2条路径来替代石油化工;二是芳烃(苯、甲苯、二甲苯),煤化工通过煤焦化副产物的煤焦油精制可以生产出高纯度的芳烃;三是烯烃(乙烯、丙烯和丁二烯),煤化工通过甲醇制烯烃的路线来替代石蜡油裂解制乙烯和丙烯。2煤制油的原理煤的化学成分中氢含量为5%,碳含量较高,而成品油中氢含量为12%～15%,碳含量较低,且油品为不含氧的液体燃料。所以,煤制油就是通过煤炭直接加氢转化或间接加氢转化制取混合烃液体燃料油和甲醇。在煤制油过程中需要外来补充氢而消耗大量的氢源。一般1000kg煤炭需加入140kg氢气,可制得约600kg油品。目前比较成熟的途径,一是煤炭制取甲醇,二是煤炭制取混合烃。1煤炭制取甲醇的化学反应[1](1)煤炭纯氧气化(生成物H2/CO=0.5):2(CH)+O2→2CO+H2(2)合成甲醇(配入由水电解生成的H2,反应物H2/CO=2.0):2CO+H2+3H2→2CH3OH(3)合成二甲醚:2CH3OH→CH3OCH3+H2O或者由合成气来制得(配入由水电解生成的H2,反应物H2/CO=2.0):2CO+H2+3H2→CH3OCH3+H2O(4)合成乙烯:2CH3OH→C2H4+2H2O或者由合成气来制得(配入由水电解生成的H2,反应物H2/CO=2.0):2CO+H2+3H2→C2H4+2H2OΔH=-11.72kJ/mol(5)甲醇合成丙烯3CH3OH→C3H6+3H2OΔH=-30.98kJ/mol2煤制油的机理煤制油技术以2位德国化学家在1926年发现的一类反应为基础,这类反应后来以他们的名字命名为Fischer—Tropsch反应。煤制油的第一步是将煤转化为“合成气”(CO和H2