煤液化专利技术管窥

魏衍亮

（国家知识产权局）

一、国家重视煤液化技术研究

中国每年消耗煤炭约17亿吨，占全球总量约40%，超过美国、欧盟和日本的总和。煤炭经济对环境的污染非常严重。目前，全球污染最严重的20个城市中，中国有16个，其中大部分属于煤炭经济重镇。煤炭液化是减少环境污染的重要技术手段之一。此外，煤炭液化还可以维护国家能源和化工产业安全。目前，我国石油年消耗量超过3亿吨，大约一半靠进口。和煤炭相比，我国石油储量小，进口油所占比例可望继续扩大。用煤炭生产汽油、柴油、航空油、甲醇、化肥，以及其他化工产品，这对提高我国相关产品的自给能力，维护产业安全有重要作用。鉴于以上原因，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》把煤炭液化技术纳入了国家优先发展的技术主题。该纲要第三部分列出了十一个需重点发展的技术领域，能源技术居第一位。在每个领域，纲要列出了几个需优先发展的技术主题，在能源领域，“煤的清洁高效开发利用、液化及多联产”技术居第二位。

我国有几十年的煤液化研究经验，很多技术储备已经居全球领先水平。例如，神华集团投资数亿元在天津大港建成了全球规模最大的煤液化实验线，并建成了全球最大的煤液化研发基地，开发成功了具有自主知识产权的煤液化组合工艺。在山西，潞安煤基合成油示范厂自主开发了浆态床反应器、F-T合成催化剂、油品加工和集成系统等煤液化关键技术，并已通过五十多项国家发明专利申请覆盖了煤间接液化的主要核心技术。在上海，煤液化是纳入《上海市优先发展先进制造业纲要》的产业项目。一些本地企业已经推出拥有自主知识产权的技术成果。例如，上海锅炉厂有限公司设计制造了“煤代油改造工程”的大型关键设备——气化炉装置。上海兖矿能源科技研发公司积极开展低温费托合成工艺技术的实验研究，目前，其万吨级低温费托合成中试装置及工艺设计软件包都已通过国家鉴定，在国内外居领先水平。总之，在863等国家和地方重大科研项目的推动下，我国企业已经在煤液化领域取得大量自主知识产权，为下一步的产业发展奠定了坚实的技术基础。

二、国内企业大力开展煤液化项目开发

国内企业已经开始建设煤液化工厂。例如，2004年8月，神华集团开始在内蒙古鄂尔多斯市建造煤炭直接液化生产线。该项目投资约100亿元，将通过煤液化技术生产柴油、石脑油、LPG。该项目主要引进了美国公司的技术，将在2007年建成投产，预计将在2020年形成3000万吨的油品和煤化工产品产能。神华集团还和其他国外企业开展了技术合作。例如，在宁夏，神华集团与荷兰皇家壳牌石油公司将合作建设一座煤液化工厂，预期投资高达50亿至60亿美元。神华集团还将和南非沙索公司合作，在宁夏、陕西各建设一个日产8万桶油的煤液化工厂。此外，兖矿集团、潞安集团等也开展了煤液化项目的设计建造工作。

三、煤液化技术成果需加强专利部署

我国当事人在美国、欧洲、日本公开的相关专利文献非常罕见。国外当事人提交的煤液化发明专利文献大部分涉及制造工艺、方法，另有少量文献涉及催化剂、检测方法、制造设备。在美国等主要西方国家，专利方法的保护范围可延及用该方法获得的产品。因此，即使国外企业仅就某些专利方法在国外获得专利授权，我国用相关方法制造的产品出口到相关国家仍然会面临专利风险。另外，国外企业有不少PCT或巴黎公约申请迟早会进入中国，其对我国相关产业的发展有一定的限制作用。

在中国国内，各国当事人提交的发明专利文献数以百计。国外申请中，日本企业的居多。例如，日本工业技术院、钢管株式会社、钢管技术服务公司的CN96102808.4号文献涉及一种煤液化的方法。它包括如下步骤：由煤粉、溶剂和催化剂生产煤泥，按100重量份煤计所述溶剂为100至233重量份，所述催化剂为0.5至10重量份；将煤泥与焦炉气在温度350至480℃，压力20至200ATM下反应形成液化产品；将液化产品分离为液化淤浆和气体；蒸馏液化淤浆形成液化油和溶剂精制煤；再循环所述液化油为第一个步骤中的溶剂。日本钢管株式会社的CN94109523.1号文献涉及一种煤的液化方法。它包括以下步骤，由被粉碎的煤和溶剂制作煤浆液；压缩煤在煤焦炉中干馏时产生的焦炉煤气，制成压缩的焦炉煤气；使煤浆液和压缩焦炉煤气在反应塔中通过高温、高压反应生成液化产物；将液化产物分离成使用过的气体和液体浆液；蒸馏液化浆液，形成液化油和溶剂精制煤。三井造船株式会社的CN98126944.3号文献涉及一种可以从AWIP法的反应残渣中回收具催化活性的矿物质，并制作煤液化催化剂的方法。三井造船株式会社的CN200480003377.7号文献涉及一种煤液化高活性催化剂的制造方法，包括如下步骤：使催化剂原料的硫酸亚铁和氨在水溶液中进行反应生成氢氧化铁的催化剂成分；对上述氢氧化铁进行脱水、干燥；在干式粉碎机中，对经脱水、干燥的氢氧化铁与形成催化剂载体的煤(一部分液化原料煤)混合粉碎，并经微粉碎，使催化剂均匀并高度分散附着在煤表面。

此外，日本神户制钢所、三菱化学株式社等公司的CN98101006.7号文献涉及一种煤的液化方法。它用在煤液化溶剂中机械粉碎的、平均粒子直径在10微米以下的褐铁矿石作为触媒，其中，褐铁矿石中的固有水分与铁原子的克分子比为0.4以上。神户制钢所、技术研究和实施协会的CN00135237.7号文献涉及一种煤的液化方法，包括如下步骤：在煤液化溶剂中，使用机械粉碎的、平均粒径10微米以下的褐铁矿石作为催化剂，在掺入溶剂、催化剂、硫或硫化物的情况下，对煤加氢。其中，褐铁矿石中铁含量超过40%，镍含量约0.2-2.5%，氢氧化铝含量约6-20%，铬含量在1.4%以下。住友金属工业株式会社、出光兴产株式会社、新日本制铁株式会社的CN99803859.8号文献涉及一种煤液化反应中反应产物的估测方法。例如，权利要求一涉及一种估测把氢气吹入煤浆液进行液化反应的反应容器的出口处的排出物中每一种成分的排出量的方法，包括如下步骤：通过假定排出物中每一种成分的排出量而计算每一种气相和液相在反应容器里的停留时间；基于反应容器停留时间、流入反应器的每一种成分的流入量及从预定的煤液化反应模型得到的主要不可逆反应的速率公式计算排出物中每一种成分的排出量；重复计算直到每一种成分的假定排出量与计算得到的每一种成分的排出量在预定的误差范围内相吻合以确定每一种成分的排出量的估测值。

其他西方国家也有相关申请。例如，澳洲埃克塞根合伙有限公司的CN02813741.8号文献涉及一种煤炭液化反应器系统，它包括两个或多个用于高压处理的地下反应器。每一个反应器包括一个入口管、一个反应区以及一个出口管并具有足够的深度使得位于进口和出口管的物质产生较高的静水压力。它还涉及一种在反应器系统中同时进行两个过程的方法，其中优选的过程是煤炭、特别是褐煤的水热脱水和煤炭液化，其中一个过程的放热产物贡献给另一个需要热能的过程。此外，它还涉及一种在减压条件下，地下反应器的煤炭水热脱水方法。

国内当事人中，个人和科研机构的总申请量超过企业。其中，企业申请主要来自大企业。例如，神华集团有限责任公司、中国神华煤制油有限公司的CN200410070249.6号文献涉及一种煤炭直接液化的方法，包括如下步骤：将原料煤制备成一种煤浆；将煤浆经过预处理后送入一个反应系统中进行液化反应；将反应产物在分离器中进行气液分离，其中的液相部分通过一个蒸馏塔进行分离，形成轻质油分和塔底物料；将塔底物料送入另一个蒸馏塔分离为馏出油和残渣；将所述的轻质油分和馏出油进行混合，将混合产物送入一个加氢反应器进行催化加氢；将加氢产物通过一个分馏塔分离出产品油和其他供氢性循环溶剂。中国石油化工股份有限公司在煤液化领域部署了不少发明专利。例如，CN01144958.6号文献涉及一种煤液化油的稳定加氢方法，其中，过滤后的煤液化油与氢气进入稳定加氢反应器，与加氢保护剂、加氢精制催化剂接触，稳定加氢反应器的流出物依次经过高压分离器、低压分离器、分馏塔，分离得到轻馏分和尾油馏分，从高压分离器分离出的富氢气流与新鲜氢气混合，循环回稳定加氢反应器。该公司的CN02146386.7号文献涉及一种由煤液化油生产优质柴油的组合工艺方法，其中，过滤后的煤液化油与氢气进入稳定加氢反应器，与加氢保护剂、加氢精制催化剂接触，稳定加氢反应器流出物经分离得到气体、石脑油馏分、柴油馏分和尾油馏分，富氢气流循环回稳定加氢反应器；从稳定加氢装置得到的柴油馏分和氢气进入柴油加氢改质反应器，与加氢改质催化剂接触，分离加氢改质反应器流出物得到石脑油馏分、柴油馏分，富氢气流返回柴油加氢改质反应器。

我国科研机构的申请量远远比不上个人。其中，科研机构申请主要来自北京、南京等地。例如，中国煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院的CN03153377.9号文献涉及一种高分散铁基煤直接液化催化剂的制备方法。南京工业大学的CN200510094322.8号文献涉及一种浆态床反应器制合成油催化剂分离工艺。首先，它按照常规的费托合成方法，将合成气通入浆态床反应器进行催化反应，将反应器内悬浮态物料输送入无机膜分离器，利用无机膜筛分作用，使其中的液体合成油透过无机膜从悬浮态物料中分离出来，得到净化油；富含催化剂的浓缩油浆返回浆态床反应器的反应区参与反应或继续循环分离。

我国个人申请数量较大，某些有较好的技术禀赋和应用前景。例如，王逢旦的CN03121869.5号文献涉及一种煤的液化方法及其反应器设备。其中，权利要求一涉及一种煤液化方法，包括如下步骤：将CO、富含CH4气经混合器按化学计算量与空气混合均匀进入煤的液化反应器设备的反应区；在煤的液化反应器设备中，水煤浆或油煤浆在反应区内与上述混合气体进行快速高温液化，其中水煤浆或油煤浆中水或油的含量为水煤浆或油煤浆总重量的30-60％，液化温度为600-1100℃，反应压力为2.0-5.0Mpa，停留时间为30-300毫秒；液化反应产物在骤冷区与来自雾化喷嘴层的冷却液充分接触，骤冷至400-450℃，终止反应；固体物料由反应器设备的锥形底部排出口排出，汽体物料经导管导出，送入产品回收系统，经分离回收得各液体产品。