煤制油質(zhì)量與燃燒排放特性探討

程遠明

摘 ?要：近些年我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，煤基合成油是化工產(chǎn)業(yè)重要組成部分，隨著我國各項應(yīng)用技術(shù)全面發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用發(fā)展、重要設(shè)備自主化研究、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模擴大等方面，我國煤制油產(chǎn)業(yè)都獲取了較快發(fā)展，煤制油技術(shù)逐步完善。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計顯示，在2015年我國煤制油年產(chǎn)量能達到278萬t，年產(chǎn)量在132萬t，進一步推動我國煤制油技術(shù)進入全新的發(fā)展階段。

關(guān)鍵詞：煤制油質(zhì)量 ?燃燒排放 ?特性

中圖分類號：TQ529 ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0047-02

煤制油就是煤液化燃油，應(yīng)用煤原料通過不同加工技術(shù)工藝生產(chǎn)研制燃油。煤液化技術(shù)在科學(xué)方面主要稱之為煤基液體燃料合成技術(shù)，依照合成技術(shù)工藝差異性，煤制油能分為間接性與直接液化燃油。兩種合成工藝技術(shù)在具體應(yīng)用中，受到煤制油組成結(jié)構(gòu)差異性影響，質(zhì)量性能也存在較大差別，對煤制油燃燒以及排放特性產(chǎn)生較大影響。

1 ?煤直接液化燃油

1.1 技術(shù)應(yīng)用

煤直接液化就是加氫液化，在催化劑以及高壓氫氣狀態(tài)下對固體煤粉進行加熱，溫度能達到400℃～450℃。借助催化加氫能使得煤粉產(chǎn)生有效的熱分解、加氫裂解反應(yīng)等，使得煤原料中諸多有幾大分子能轉(zhuǎn)為液體燃料小分子物質(zhì)，合成不同油料，通過加工提質(zhì)處理獲取合格率較高的各類油產(chǎn)品。此項技術(shù)工藝在實際應(yīng)用過程中就是有針對性地將煤原有的有機結(jié)構(gòu)進行破壞，然后進行加氫，將其轉(zhuǎn)為相對分子質(zhì)量在100～200脂肪烴結(jié)構(gòu)的液體產(chǎn)物。我國神華集團選取適用性較強的煙煤，將其放置到氫氣裝置中，生產(chǎn)加工氫氣。洗精煤規(guī)范化洗選之后，制成更合格的煤粉。在煤制氫氣裝置中進行裂化，將固體煤粉轉(zhuǎn)為液態(tài)油品。從煤直接液化技術(shù)工藝應(yīng)用特點來看，油收率較高，消耗量較低，設(shè)備占用體積較小，投資成本較低，能獲取較高的生產(chǎn)效益[1]。

1.2 煤直接液化汽油特點

各類輕質(zhì)油品能作為汽油基本調(diào)合組分，例如常見的烷基化油、焦化汽油等。在煤直接液化過程中各類油品種類較為單一，產(chǎn)出的石腦油具有明顯理化特征，如表1所示。概括來說，煤直接液化石腦油的密度較低、辛烷值較低、硫含量值較低[2]。

1.3 煤直接液化柴油特點

石油基柴油是通過加氫柴油、常壓柴油、催化柴油等不同組分有效調(diào)合制成。

煤直接液化柴油通過加氫裂化以及加氫穩(wěn)定能產(chǎn)生相應(yīng)的柴油餾分，煤直接液化柴油在生產(chǎn)中各類原材料、生產(chǎn)技術(shù)具有較大差異性，致使其組成元素與理化指標(biāo)存有較大不同。煤直接液化能獲取液化粗油，其氧雜原子含量較高，熱值較低，密度較大，不能將其直接當(dāng)作柴油進行應(yīng)用[3]。

2 ?煤間接液化燃油

2.1 技術(shù)應(yīng)用

煤間接液化是煤氣化生成相應(yīng)的H/C合成氣，對煤原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同程度破壞，以合成氣為基本原料在相應(yīng)溫度、壓力、催化劑狀態(tài)下，餾分不同的液態(tài)烴。從煤間接液化工藝應(yīng)用現(xiàn)狀來看，主要有煤氣化、費托合成、加工生產(chǎn)步驟組成。費托合成反應(yīng)中受到實驗變化問題差異性限制，煤間接液化技術(shù)工藝能分為高溫合成技術(shù)與低溫合成技術(shù)。如果反應(yīng)溫度高于300℃就是高溫合成技術(shù)工藝，發(fā)揮出流化床反應(yīng)器應(yīng)用價值，合成產(chǎn)物是汽油。如果反應(yīng)溫度低于280℃就是低溫合成技術(shù)工藝，應(yīng)用固定反應(yīng)器，生產(chǎn)蠟與柴油。

我國煤間接液化技術(shù)應(yīng)用主要有兗礦集團100萬t/a的煤間接液化裝置，主要是選取低溫鐵基漿態(tài)床技術(shù)以及高溫狀態(tài)下的鐵基固定流化床技術(shù)，生產(chǎn)柴油、石腦油、液化石油氣為78.08萬t/a、25.84萬t/a， 5.648萬t/a;伊泰集團16萬t/a煤間接液化裝置，采取鐵基高溫漿態(tài)床費托合成催化劑漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)，生產(chǎn)柴油、石腦油、液化石油氣。神華集團400萬t/a煤炭間接液化裝置，應(yīng)用中科合成油公司中溫漿態(tài)床費托合成成套技術(shù)，柴油、石腦油、液化石油氣產(chǎn)量為273.3萬t、98.3萬t、33.6萬t。

2.2 煤間接液化汽油特點

從各項反應(yīng)現(xiàn)狀來看，煤間接液化合成油直鏈烴含量較高，其中有易裂解的烯烴，導(dǎo)致汽油辛烷值較低，需要進行異構(gòu)化處理，導(dǎo)致汽油產(chǎn)品合成消耗費用增加。

2.3 煤間接液化柴油特點

高溫法和低溫法費托合成技術(shù)工藝獲取的柴油餾分基本組成存在較大差異，其中應(yīng)用低溫法合成的柴油中烷烴含量相對較高。從表2中能獲取費托合成柴油餾分性質(zhì)。

3 ?煤制油燃燒和排放特性分析

柴油機燃燒以及排放主要是受到燃料理化性質(zhì)影響，比如潤滑性、硫含量、密度、芳烴、粘度值等。最佳的潤滑性、密度值、粘度值能保障燃料全面燃燒，提升發(fā)動機基本運行功率。低芳烴、低密度值、低硫含量等對全面降低排放具有重要作用。

3.1 燃燒特性

在共軌柴油機應(yīng)用中，有部分技術(shù)人員直接應(yīng)用液化柴油，從應(yīng)用效果來看，煤直接液化柴油能實現(xiàn)原機應(yīng)用功率目標(biāo)。其中十六烷值較低，和石油柴油應(yīng)用相比較，燃燒始點較晚，預(yù)混合燃燒放熱功率值較高，但是處于高負荷階段，各項數(shù)值相近，煤直接液化柴油與石化柴油依照規(guī)范化比例進行調(diào)控，燃燒始點與石化柴油更加接近。從應(yīng)用實踐中能看出，煤直接液化柴油能提高柴油發(fā)動機動力性，從燃料基本消耗以及動力性質(zhì)來看，煤直接液化柴油應(yīng)用要由于石油基柴油應(yīng)用。處于低負荷狀態(tài)時，煤間接液化柴油自身存在的燃燒特性與石油基柴油相比較好，但是煤直接液化柴油燃燒特性低于石油基柴油。受到負荷不斷增大影響，煤基合成柴油和石油基柴油燃燒性會不斷降低。

3.2 排放特性

油品自身各項屬性對其排放特性具有較大影響，煤制油過程中多環(huán)芳烴含量值較低，能對PM、HC以及CO實際排放量進行控制，其次對PM以及SO2排放具有良好控制作用，其中難以燃燒的重餾分較少，能對顆粒物排放進行有效控制。煤間接液化柴油十六烷值較高，燃燒持續(xù)周期較長，這樣能對NOx排放量進行控制。將石化柴油與煤直接液化柴油相互混合，隨著煤直接液化柴油配置比不斷調(diào)整，處于低負荷時，HC以及CO排放過程中高負荷變化明顯。煤直接液化柴油摻混比不斷提升，會降低負荷碳煙排放量。在柴油發(fā)動機應(yīng)用燃料中可以直接選用煤直接液化柴油，在排放方面具有較大應(yīng)用優(yōu)勢。

4 ?結(jié)語

在煤炭工業(yè)發(fā)展過程中煤制油技術(shù)應(yīng)用是重要的綠色化學(xué)技術(shù)，是未來社會發(fā)展中有效應(yīng)對氣候變化以及低碳經(jīng)濟的重要組成內(nèi)容。近些年我國煤制油產(chǎn)業(yè)開始朝著技術(shù)多元化方向全面發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有良好態(tài)勢，煤制油低排放與良好的質(zhì)量性能能有效適應(yīng)我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整以及石油安全問題要求，對推動社會長遠發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1] 劉海利，宋利軍，詹月辰等.煤制油質(zhì)量與燃燒排放特性綜述[J].化工時刊，2017，31（6）：41-46.

[2] 閆德松.提高柴油機燃燒有效性與降低燃油消耗率的措施[J].科技致富向?qū)В?013（23）：80.

[3] 黃格省，李雪靜，楊延翔等.我國煤制油技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2017，35（6）：421-428.