煤化工工藝技術(shù)

曹北平

摘 要：我國無論是在煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)，在世界上都高居首位，在當(dāng)今社會(huì)，石油、天然氣等資源匱乏，探究煤化工合成工藝成為解決資源危機(jī)、清潔利用煤炭資源的重要途徑，對(duì)于緩解資源危機(jī)，穩(wěn)定石油的供給，提高我國的能源安全，具有重大的戰(zhàn)略意義。本文通過對(duì)目前世界各國煤化工工藝技術(shù)的總結(jié)研究，探討了幾種煤化工合成工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤化工 合成氣 合成路線 工藝技術(shù)

一、前言

煤化工是指以原煤為原料制備各種化工產(chǎn)品的化工工藝，通過CO和H2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備出各種化工產(chǎn)品。通過煤化工合成各種以石油為原料的化工產(chǎn)品，對(duì)于緩解當(dāng)今原油危機(jī)具有戰(zhàn)略意義。進(jìn)入上世紀(jì)后半葉，煤化工作為新興的化工產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展成熟，以水煤漿、干煤粉為原料，先進(jìn)的氣流床作為反應(yīng)器，進(jìn)行大規(guī)模、單系列加壓氣化生產(chǎn)合成工藝，提高了生產(chǎn)的規(guī)模，且產(chǎn)品的指標(biāo)較好，成為目前煤化工生產(chǎn)工藝中的主要工藝流程。

現(xiàn)代煤化工的工藝流程主要分3層次[2]：第一，通過水煤漿、干煤粉制備合成氣；第二，合成氣的制備，即醇類、烴類以及其它碳氧化合物的合成；第三，深加工，其中以甲醇、烯烴的深加工產(chǎn)品居多。

二、煤氣化工藝流程

粉煤制氣工藝[4]的基本原理：是利用載氣將煤粉與氧氣的混合氣體帶入氣化爐內(nèi)，在高溫高壓條件下，碳、揮發(fā)組分發(fā)生以燃燒為主的化學(xué)反應(yīng)，在氧氣消耗殆盡的情況下，發(fā)生各種復(fù)雜的反應(yīng)。

氣化爐頂部約1500℃高溫煤氣由凈化后的冷煤氣激冷降溫到900℃左右，進(jìn)入廢熱鍋爐?；厥諢崃亢蟮拿簹膺M(jìn)入干式除塵及濕法洗滌系統(tǒng)， 處理后的煤氣塵含量小于1mg/m3送后續(xù)工序。

三、煤化工產(chǎn)品工藝路線

目前，煤化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝路線主要有甲醇、二甲醚、煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等，其中以甲醇應(yīng)用最為廣泛，經(jīng)深度加工后可制備多種化工產(chǎn)品及衍生物。

1.煤制甲醇工藝流程

煤制甲醇[5]的工藝流程在煤化工產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)是相對(duì)成熟的工藝。目前，魯奇（Lurgi）的固定床加壓氣化技術(shù)、德士古（Texaco）、道化學(xué)（DOW Chemical）的水煤漿氣化技術(shù)和西門子（GSP）、殼牌（Shell）的粉煤氣化技術(shù)，是目前世界上主要的幾種造氣技術(shù)[6]，其中的主要差異在于造氣的工序不同。煤制甲醇的工藝路線如圖1[7]所示。

圖1 煤制甲醇合成工藝程路線

2.煤制二甲醚工藝流程

煤制二甲醚[11]的工藝路線，目前工業(yè)上主要是甲醇脫水和直接由合成氣制備兩種方法。甲醇脫水法是利用催化劑對(duì)由合成氣制備得到的甲醇進(jìn)行催化反應(yīng)制備二甲醚；直接合成二甲醚的方法是以合成氣為原料，合成甲醇和甲醇脫水反應(yīng)同時(shí)發(fā)生在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，過程中采用雙重催化劑進(jìn)行催化。兩種方法的主要區(qū)別在于是否將甲醇的合成工藝分離出來。

3.煤制備天然氣工藝流程

煤制備天然氣的工藝路線如圖2[9]所示。

圖2 煤制備天然氣工藝流程

3.1直接法制備天然氣

直接法制備天然氣的工藝是在一定溫度、壓強(qiáng)的條件下，以煤為原料直接制備甲烷的方法。首先將煤粉碎成微小顆粒，利用載氣將煤粉帶入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，在催化劑的作用下，將CO、CO2、H2的混合氣體反應(yīng)生成CO、H2、CH4的混合氣體。

3.2間接法制備天然氣

間接法制備天然氣的合成工藝與兩步法制備甲醇的生產(chǎn)工藝類似，先由煤制備得到合成氣，再由合成氣通過甲烷化反應(yīng)器制備得到天然氣。

四、煤制烯烴工藝流程

烯烴是重要的化工原料，尤其是乙烯，作為石化行業(yè)的核心產(chǎn)品，用來衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。乙烯產(chǎn)品直接生產(chǎn)的產(chǎn)品及其帶動(dòng)的深加工產(chǎn)品，與國防工業(yè)、航空航天到人民的日常生活息息相關(guān)。

傳統(tǒng)的制備烯烴的方法主要是通過石油的裂解，其對(duì)石油的依賴程度十分嚴(yán)重。而在當(dāng)今世界石油危機(jī)的情況下，我國的石油缺口也在逐年增加，面對(duì)這樣緊張的情況下，各國開始探求其他方法替代石油來緩解資源的匱乏，減輕對(duì)石油的依賴程度。

目前，甲醇制備烯烴的技術(shù)在國外開發(fā)出來，在很大程度上解決了烯烴對(duì)石油的過分依賴。煤制烯烴的生產(chǎn)工藝主要是通過煤氣化合成甲醇，然后由甲醇制備烯烴。下面來介紹一下MTO、MTP[10]合成工藝。

1.MTO工藝

美孚石油公司最早研發(fā)了MTO工藝，巴斯夫（BASF）、埃克森石油公司（Exxon）、環(huán)球石油公司（UOP）及海德魯公司相繼投入研發(fā)，進(jìn)一步推動(dòng)了MTO工藝的發(fā)展。該工藝的基本原理是以甲醇為原料，通過甲醇裂解制得以乙烯和丙烯為主的烯烴。甲醇制備烯烴的關(guān)鍵除了工藝流程外，催化劑的選擇是關(guān)鍵。目前國內(nèi)外對(duì)催化劑的研究主要集中在SAPO-34型催化劑。

2.MTP工藝

MTP工藝是由德國魯奇公司開發(fā)研制成功，采用ZSM-5固定床催化劑，主要用于生產(chǎn)聚合級(jí)丙烯。

甲醇在二甲醚反應(yīng)器中反應(yīng)生成二甲醚，二甲醚在通入蒸汽的情況下在反應(yīng)器中選擇性地轉(zhuǎn)化成丙烯，副產(chǎn)物為乙烯、汽油和液化氣等。該工藝的運(yùn)行環(huán)境在較低壓力及溫度下進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]唐宏青， 相宏偉. 煤化工工藝技術(shù)評(píng)述與展望[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)， 2001， 29 （ 3）： 193～ 200

[2]門長貴， 干法粉煤加壓氣化技術(shù)的開發(fā)現(xiàn)狀和應(yīng)用前景[J]. 煤化工， 2000， 90 （ 1）： 16～19.

[3]馬嘉，秦霽光. 石油替代品的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展和經(jīng)濟(jì)性[J]. 化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2006， 24（7） ：34～39.

[4]趙鋼煒，肖云漢，王鈺，等煤制天然氣工藝技術(shù)和催化劑影響因素的分析探討[J]. 陶瓷，2009，（11）： 21～25.