燃烧环境技术中心学生交流会 煤制油技术现状及其对发动机性能的影响 王真 2009.11.27 动力机械教育部重点实验室 上海交通大学
主要内容 煤制油的意义 煤制油方法 FT柴油对排放的影响 挥发性对喷雾的影响 煤直接液化油对排放的影响 总结以及下一步工作
煤制油的意义 在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位 中国煤炭可采储量约为1145.42亿吨，占世界煤炭可采储量的12．6％，仅次于美国和俄罗斯位居第三。 石油 煤液化对解决我国石油资源短缺、平衡能源结构、保障能源安全及国民经济持续稳定发展具有重大的战略意义和现实意义
煤制油的方法—煤间接液化法 优点：①合成条件较温和，反应压力2.0～3.OMPa，反应温度低于350。C；②转化率高，如SASOL公司SAS工艺采用熔铁催化剂，合成气的一次通过转化率达到60% 。 缺点：①反应物均为气相，设备体积庞大，投资高，运行费用高；②煤基间接液化全部依赖于煤的气化；③合成副产物较多，目标产品的选择性相对较低；④煤消耗量大。
煤制油的方法—煤直接液化法 优点：①液化油收率高，可高达63％～68％；煤消耗量小，生产1吨液化油，需消耗原料洗精煤2.4t左右；②馏分油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高；③油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低。 不足：①反应条件相对较苛刻，液化压力、温度要求过高，液化压力达到17～30MPa，液化温度430～470℃；②出液化反应器的产物组成较复杂，液、固两相混合物由于黏度较高，分离相对困难；③氢耗量大，一般在6％～l0％。
煤制油面临的挑战 技术风险 资源问题 环保压力 按照目前的直接液化工艺，每生产1吨成品油，排放的二氧化碳是石油化工行业的7～10倍 投资风险 在全球范围内，大规模工业化生产的只有南非萨索尔公司的间接液化技术，美国、日本、德国均号称拥有成熟的直接液化技术，但均未有大批量工业化生产的例子。 资源问题 资源要素主要包括煤炭资源和水资源。煤直接液化法生产一吨油品需要煤炭3～4吨，水8～9吨，煤间接液化法生产一吨油品需要煤炭5～7吨。 环保压力 按照目前的直接液化工艺，每生产1吨成品油，排放的二氧化碳是石油化工行业的7～10倍 投资风险 煤制油项目是一个需要大量资金的项目，要达到比较好的收益，至少规模产量要达到100万吨油品/年，这大约需要100亿元的投资额，启动资金约为30亿元人民币。
煤制油发展状况
我国煤制油前景 2004年10月，中国科学院山西煤炭化学研究所自主研发的“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”核心技术通过鉴定。 2004年11月，兖矿集团自主研发的万吨级低温费托合成煤间接液化和100吨/年费托合成催化剂中试成功。 2008年底神华煤直接液化百万吨级工业示范工程的试车成功，更使我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家 2005、2015及2030年世界用于工业、建筑和煤制油上的煤消耗（单位 105 BTU）【能源信息署/2007年度能源展望】 据预测，到2020年，我国油品短缺约在2亿吨左右，除1.2亿吨需进口外，“煤制油”技术可解决6000万～8000万吨以上，投资额在5000亿元左右，年产值3000亿～4000亿元，其中间接液化合成油可生产2000万吨以上，投资约1600亿元产值1000亿元左右。
煤制柴油物性对比 特性 煤间接液化柴油 煤直接液化柴油 欧三柴油 硫含量 μg/g <1 <5 245 十六烷值 70~75 40~45 55 倾点 -44 -8 馏程 IBP 192 196 10% 208 224 50% 236 269 90% 318 密度，20℃，kg/m3 780 858 837 低热值，MJ/kg 45.55 45.73 成分，% 链烷烃 12.6 68.25 环烷烃 85.7 - 芳香烃 <4 24.35
FT柴油排放的影响 CARB：a diesel meeting California Air Resources Board standards ULSD：Ultra Low Sulfur Diesel ALS：A Low sulfur highly hydrocracked fuel
燃油挥发性对喷雾的影响 Linear correlation between fuel mid-boiling point and maximum liquid-jet penetration. No general correlation between mid-boiling point and measured ignition delay was evident, which indicates that chemical processes dominate physical ones with regard to autoignition.
煤直接液化柴油对发动机燃烧和排放影响 试验在一台4缸、涡轮增压中冷、直喷式共轨柴油机上进行 煤直接液化油比例对ESC排放结果的影响 煤直接液化油比例对放热率的影响
十六烷值改进剂对排放的影响
总结以及下一步工作 煤制油有利于解决我国石油资源短缺、平衡能源结构、保障能源安全。煤制油具有低硫、低芳烃的特性，具有降低排放的潜力。 下一步工作： 煤直接液化油对于喷雾的影响 煤直接液化油在缸内燃烧的数值模拟
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