煤制油是什么油？煤制油的用途有哪些？

2023-07-27

煤制油(Coal-to-liquids, CTL)是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，并脱除硫、氮、氧等原子。具有对煤的种类适应性差，反应及操作条件苛刻，产出燃油的芳烃、硫和氮等杂质含量高，十六烷值低的特点，在发动机上直接燃用较为困难。费托合成工艺是以合成气为原料制备烃类化合物的过程。合成气可由天然气、煤炭、轻烃、重质油、生物质等原料制备。根据合成气的原料不同，费托合成油可分为:煤制油(Coal-to-liquids, CTL)、(生物质制油 Biomass-to-liquids, BTL)和天然气制油(Gas-to-liquids, GTL)。煤的间接液化首先把煤气化，再通过费托合成转化为烃类燃料。生产的油品具有十六烷值高、H/C含量较高、低硫和低芳烃以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。同时，煤制油CTL具有运动粘度低，密度小、体积热值低等特点。

煤是固态的大分子，含有大量相互连接的苯环结构，氢/碳比例较低，还含有氧、氮、硫等杂原子；而石油是分子量较小的液态物质，主要是烷烃、环烷烃和芳烃，氢含量较高。把煤变成油，被形象地称作煤的液化，从本质上讲就是要将煤原本的分子结构打碎，拆分成较小的分子、提高氢含量并去除杂原子。依据打碎和重组方式上的不同，实际的煤制油过程可以分成两大“流派”——直接液化和间接液化。从直观上理解直接液化的过程的话，就是通过化学手段把煤中的大分子直接“劈”成合适的大小，从而得到液态的碳氢化物——油。

要实现这个目的，高温是最容易想到的方式。这种方式被称作煤的干馏，也就是把煤在隔绝氧气的情况下高温加热，部分化学键断裂，得到液态的分解产物。然而，在高温加热过程中，碳原子也会倾向于“甩掉”氢原子，自身缩合在一起，得到大量固体物质——焦炭，以及大量小分子的气态物质——焦炉煤气（主要是氢气和甲烷）。也就是说，干馏法得到的液态物质的产率很低，更多地被作为提取苯类物质的化工原料，无法满足对液态燃料的大量需求。在工业上，煤干馏的最重要产品是焦炭（例如用于高炉炼铁），因此这个过程被称作煤焦化/炼焦，而不是作为煤制油的主要手段。若要更高效地打断碳碳键，避免煤的分子缩合，同时提高氢的含量，就需要在反应中额外引入氢气，让氢插入碳碳键中，从而把煤的分子结构打碎。这就是煤直接液化的机制。

煤液化的产物经过蒸馏分离和进一步的加氢处理，得到满足汽油、煤油、柴油等成品油成分和性能的油品。氧、硫、氮等杂质则在一次次加氢过程中被转化为水、硫化氢和氨而脱除，最后得到高质量的油品。而间接液化，就是煤先经过彻底“打散”成小分子的气化过程，再转化为液态物质
与普通石油相比，煤制油产品的分子组成更加单一。直接液化得到的油品保留了煤的基本结构特点，富含环烷烃（由煤中的众多苯环分解、加氢得到），而间接液化得到的油几乎全是正构烷烃（费托合成是以CO为碳源，碳原子一个接一个加到碳氢分子上，形成一条长碳链），这就为深加工和特殊场合应用提供了有利条件。煤制油作为燃料，具有比重大、体积热值高、高氧化安定性等特点。通俗讲，就是能装载得更多、燃烧效率更高、更加安全。