煤化工工藝技術(shù)評(píng)述與展望

鮑玉貴 李寒旭

（1.安徽淮化集團(tuán)，安徽 淮南 232038；2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

人類(lèi)社會(huì)的生存和發(fā)展離不開(kāi)能源，我國(guó)能源的開(kāi)采利用之中，煤能源占據(jù)主導(dǎo)地位。通過(guò)對(duì)煤炭資源的合理利用，可以將其高效、潔凈、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)予以發(fā)揮，對(duì)于煤化工技術(shù)來(lái)說(shuō)是前所未有的進(jìn)步。煤化工產(chǎn)業(yè)涉及到的范圍較廣，對(duì)大多數(shù)石油化工產(chǎn)品都可以生產(chǎn)出來(lái)?，F(xiàn)階段，我國(guó)油資源儲(chǔ)量較少，開(kāi)采不足，油資源愈發(fā)緊張，這就意味著煤化要肩負(fù)更多的使命，煤化工未來(lái)的走向?qū)?duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及能源戰(zhàn)略起到關(guān)鍵作用。文章站在國(guó)產(chǎn)化、工程化的角度進(jìn)行考慮，生動(dòng)闡述了煤化工工藝技術(shù)發(fā)展、合成乙烯甲醇的工業(yè)化、大型化的制備途徑。煤化工工藝技術(shù)對(duì)于煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的，同時(shí)對(duì)于煤化工技術(shù)的未來(lái)走向、開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)探討。

1 煤化工的三個(gè)工業(yè)化層次

在煤炭工業(yè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，其主要研究對(duì)象是煤氣化、化工原料以及燃料的合成。煤氣化技術(shù)不斷的發(fā)展進(jìn)步，化工原料合成工藝水平也不斷地提高，在現(xiàn)有的條件下，將煤制成氣，生產(chǎn)出一種新的原料用以生產(chǎn)多種類(lèi)型的化工產(chǎn)品、合成燃料已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)，這是煤化工工業(yè)的重要進(jìn)展與突破。

煤化工工藝的三個(gè)主要步驟主要是：煤制合成氣、合成氣的加工以及深度加工。其中第一個(gè)步驟中氣的合成是通過(guò)水煤漿或者干煤粉的部分氧化形成的。而合成氣加工的工藝路線主要是通過(guò)醇類(lèi)、烴類(lèi)或者其他碳氧化合物的合成所構(gòu)成的。其可以作為單獨(dú)的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行使用，同時(shí)亦可扮演加工中間品的角色。另外甲醇的下游產(chǎn)品中含有較大比例的碳酸二甲酯、醋酸等，烴類(lèi)的下游產(chǎn)品則具有較多的聚乙烯、聚丙烯等，這對(duì)于化工行業(yè)起到支柱作用。

2 煤氣化的方法和技術(shù)

2.1 煤氣化的方法

近幾年煤氣化技術(shù)穩(wěn)步向前推進(jìn)，氣化方法也存在較大區(qū)別，其中最常見(jiàn)的四種方法為：流化床氣化、移動(dòng)床氣化、熔融床氣化以及氣流床氣化。當(dāng)中的熔融床氣化方法還處于初級(jí)階段，另外三種已經(jīng)投入到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

第一、流化床氣化方法。這種方法的原料通常采用粒徑小于8厘米的煤顆粒，所使用的硫化介質(zhì)為氣化劑，借助流化床的氣體分布板從床沿通過(guò)。流化床內(nèi)部氣固具有很好的返混接觸能力，具有很高的傳質(zhì)、傳熱效率，因此，流化床具有比較均衡的溫度和組成。

第二、移動(dòng)床氣化方法。固定床氣化是另一種叫法，逆向操作是這一方法的指導(dǎo)原則，常壓和加壓是最為常見(jiàn)的方法，常壓法相對(duì)簡(jiǎn)單，但離不開(kāi)塊煤，低熔點(diǎn)的煤不予以使用。加壓法是在常壓法的基礎(chǔ)之上改進(jìn)發(fā)展而來(lái)的，所使用的氣化劑是氧氣和氣化劑，煤的適應(yīng)能力得到了較大程度的提高。Lurgi 加壓氣化法非常適合此方法，最終生產(chǎn)的煤氣中存在高比例的甲烷。

第三、氣流床氣化方法。這一方法是在固體氣化的過(guò)程中，通過(guò)氣化劑將煤粒帶入氣化爐I并進(jìn)行氣化。煤顆粒為氣流所隔開(kāi)，氣化過(guò)程不受燃料粘結(jié)性的影響，這時(shí)期最主要的特點(diǎn)。在氣流床氣化爐之中，燃料進(jìn)行短暫，燃料和氣化劑之間迅速發(fā)生作用。氣化劑中可以使用氧氣以及水，可以使得反應(yīng)溫度維持在一個(gè)較高水平。K-T爐法是最早的氣流床氣化方法。常溫狀態(tài)下容易出現(xiàn)一些問(wèn)題，所以后期加壓氣化工藝Shell和Prenflo 方法橫空出世。

2.2 煤氣化的技術(shù)

煤氣化工藝經(jīng)歷長(zhǎng)期的發(fā)展主要有以下幾種形式：Texaco 水煤漿加壓氣化、Lurgi 固定床加壓氣化、Dow 水煤漿加壓氣化以及Shell 粉煤氣化。

Texaco 水煤漿加壓氣化技術(shù)：這種煤氣化工藝所使用的原料是水煤漿，在氣化爐中加入工藝氧氣，在里面進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，在氣化壓力以及高溫的條件下，最終獲得一氧化碳和氧氣的合成氣。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)在于具有很高的工藝碳轉(zhuǎn)化率以及有效成分，安全可靠，適用于大多數(shù)煤種，操作的彈性比較大，對(duì)于產(chǎn)生的三廢也比較容易處理，對(duì)于環(huán)保是極為有利的。

Lurgi 固定床加壓氣化技術(shù)：這種方法只用于高品質(zhì)的煤種，且只能用塊狀煤，甲烷在其中占有的比例較多，城市煤氣比較適合此種方法，所產(chǎn)生的三廢難以處理，不利于環(huán)保。

Dow 氣化技術(shù)：這種工藝技術(shù)非常的優(yōu)良，化工方面可以將其應(yīng)用推廣。其所使用的氣化爐有兩個(gè)部分，它具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：與上述工藝技術(shù)相比，它具有低耗能的優(yōu)勢(shì)，氣化條件比較的平和，穩(wěn)定可靠，可以將一些材質(zhì)普通的耐火磚應(yīng)用到二段爐中，投資成本較為低廉，材料應(yīng)用廣泛。將此中工藝方法作為甲醇和合成氨制備方法，前景不可估量，具有很強(qiáng)的可行性。

Shell 粉煤制氣工藝：這種煤氣化工技術(shù)相對(duì)比較潔凈，適應(yīng)性強(qiáng)，這種方法可以應(yīng)用到發(fā)電方面，同時(shí)可以將其合成氣用于化工原料。所選用的進(jìn)料可使用干粉煤，因此在選料方面非常的寬泛，成本低廉，同時(shí)煤種的消耗相對(duì)較低。

水煤漿化工的現(xiàn)狀和技術(shù)開(kāi)發(fā)：如何提高水煤漿的煤濃度，使得漿體處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，這是采用水煤漿原料最難以解決的問(wèn)題。在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，水煤漿距離氣化爐距離較近，儲(chǔ)槽容積也不大，存時(shí)間最多也只能在幾天之內(nèi)。若想對(duì)漿體中的煤濃度予以提高，可以從添加劑性能改善方面或者添加另一種含碳固體的方法。最近幾年來(lái)，一些水煤漿氣化設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始引進(jìn)并投入生產(chǎn)和使用，其操作流程比較簡(jiǎn)單，但也具有一些缺點(diǎn)。干粉煤氣的使用還處于初級(jí)階段，在其他國(guó)家中通常用于發(fā)電。

3 對(duì)煤氣化未來(lái)的設(shè)想

總體來(lái)說(shuō)，煤化工工藝還存在一系列的問(wèn)題，例如運(yùn)輸問(wèn)題、成本高、污染問(wèn)題等。這需要我們不斷的探索和研究，可以嘗試將一些大型煤氣化裝置設(shè)置在煤礦的坑口，同時(shí)在其附近建立煤化工企業(yè)，提高煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)變得更為環(huán)保，方便于民，造福于民，希望在不久的將來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)。

[1]曹征彥.中國(guó)潔凈煤技術(shù)[M].北京：中國(guó)物資出版社，2008.

[2]沙興中，楊南星.煤的氣化與利用[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2006：444.