中國(guó)煤化工技術(shù)的發(fā)展與新型煤化工技術(shù)研究

姚建偉

摘要：煤化工技術(shù)主要包括三個(gè)方面，分別是煤氣化、煤干餾和煤液化，這些都是傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)。主要對(duì)新型煤化工技術(shù)進(jìn)行分析，包括煤氣化技術(shù)、烴類化學(xué)品的合成和水煤漿技術(shù)，這三種技術(shù)是煤化工未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煤化工技術(shù);新型煤化工技術(shù);煤氣化;水煤漿

引言

“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦決定我國(guó)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭的主導(dǎo)地位不會(huì)改變，而發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)保障我國(guó)能源安全具有不可替代作用。介紹煤焦油加工、煤制油、煤制甲醇、煤制天然氣和煤制烯烴生產(chǎn)工藝和發(fā)展情況，認(rèn)為我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)代煤化工技術(shù)與傳統(tǒng)煤化工技術(shù)缺乏耦合、核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備有待提高、廢水未能實(shí)現(xiàn)零排放，并對(duì)提出今后應(yīng)在全新煤化工技術(shù)體系構(gòu)建、核心技術(shù)研發(fā)、新型環(huán)保技術(shù)開(kāi)發(fā)方面加強(qiáng)攻堅(jiān)。

1煤化工技術(shù)的發(fā)展

1.1煤氣化

煤氣化是指使用化學(xué)原料進(jìn)行碳化學(xué)處理，需要經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境，是其轉(zhuǎn)化為氣體混合物。在對(duì)碳使用化學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化氣態(tài)過(guò)程中，主要使用的氣劑為二氧化碳和空氣?；瘜W(xué)分解的同時(shí)，煤原料在熱分解過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)物，氣態(tài)物也會(huì)和熱碳發(fā)生均相反應(yīng)。

1.2煤干餾

煤干餾在工業(yè)生產(chǎn)中有一個(gè)別名叫煤焦化，對(duì)這種煤進(jìn)行的技術(shù)主要是使煤和空氣進(jìn)行隔絕然后采用強(qiáng)熱分解。焦化的產(chǎn)品非常多，而且在使用中有著很多產(chǎn)品無(wú)法代替的特征。煤化工產(chǎn)品中主要包括氣化產(chǎn)品、液化產(chǎn)品、焦化產(chǎn)品、合成氣化產(chǎn)品等，這些煤化工產(chǎn)品在很多行業(yè)都有著廣泛的使用，包括農(nóng)業(yè)行業(yè)的使用、工業(yè)行業(yè)的使用、醫(yī)藥行業(yè)的使用等。

1.3煤液化

煤液化主要是指將煤原料中包含的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行流質(zhì)液體的轉(zhuǎn)換，并且把這樣的煤液化在轉(zhuǎn)換中使用。使煤液化的前景非常大，研究的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也非常高。如果在高等院校的煤化工專業(yè)中對(duì)這方面研究，并且能夠使煤液化獲得提升，這個(gè)方面的發(fā)展將是煤化工未來(lái)發(fā)展的方向。

2我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)面臨的壓力

2.1現(xiàn)代煤化工技術(shù)與傳統(tǒng)煤化工技術(shù)缺乏耦合

現(xiàn)代煤化工與傳統(tǒng)煤化工的本質(zhì)相同，均是煤的熱解。焦?fàn)t煤氣可以作為碳一化工的原料獲得氣化的各種產(chǎn)品，從煤焦油出發(fā)可以得到煤炭液化的各類產(chǎn)品。將煤炭液化、氣化及碳一化工領(lǐng)域的技術(shù)成果改進(jìn)并援引到焦?fàn)t煤氣及焦油加工中，必然能提升傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)的資源與能源利用水平。但我國(guó)在煤化工產(chǎn)業(yè)實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，忽略了現(xiàn)代煤化工技術(shù)與傳統(tǒng)煤化工技術(shù)物質(zhì)、能量耦合，導(dǎo)致其孤立發(fā)展。

2.2核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備有待提高

煤化工產(chǎn)業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集型、資金密集型的產(chǎn)業(yè)，其設(shè)備投資占項(xiàng)目總投資50%以上，雖然經(jīng)過(guò)經(jīng)10年的示范，我國(guó)在煤化工工藝流程、技術(shù)集成、全流程設(shè)備選擇方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，自主核心技術(shù)有所突破，如空分、煤氣化、低溫甲醇洗、甲醇低壓合成等單元已有國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)。但仍有部分核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備仍然掌握在國(guó)外個(gè)別公司手中，專利使用費(fèi)用高，關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)成本高。同時(shí)我國(guó)現(xiàn)有的煤化工產(chǎn)業(yè)企業(yè)大部分采用國(guó)外設(shè)備與國(guó)產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合，全系統(tǒng)集成不優(yōu)，能源轉(zhuǎn)化效率不高。

2.3離真正廢水零排放仍有差距

雖然我國(guó)煤化工項(xiàng)目紛紛提出廢水零排放方案，但實(shí)際操作工程中存在著一些問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)，如煤化工廢水在非正常工況廢水水質(zhì)波動(dòng)大、中水平衡調(diào)度困難、能耗指標(biāo)高、潛在二次污染轉(zhuǎn)移等。同時(shí)，現(xiàn)常用的煤化工廢水零排放工藝中如采用一級(jí)反滲透，其濃水產(chǎn)生量大，實(shí)際水質(zhì)特征無(wú)人知曉;如采用二級(jí)反滲透來(lái)減少濃水產(chǎn)生量，將導(dǎo)致反滲透膜嚴(yán)重，脫膠困難;并且對(duì)濃鹽水的處理常采用自然蒸發(fā)，而自然蒸發(fā)存在揮發(fā)性有機(jī)物外逸、滲漏問(wèn)題嚴(yán)重、自然蒸發(fā)塘占地面積大，并非真正意義上的廢水零排放。

3新型煤化工技術(shù)

3.1煤氣化技術(shù)

煤氣化中使用的設(shè)備主要是爐，在目前市場(chǎng)主要是兩種，分別是魯奇爐型和殼牌爐型。煤氣化技術(shù)中主要采用多組分催化劑，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)以后生成異丁醇混合物和甲醇混合物，而且還需要對(duì)這樣的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行控制，要控制在異丁醇的比例為60%左右，甲醇的比例在40%左右。隨后對(duì)異丁醇進(jìn)行脫水處理并合成異丁烯制成甲基叔丁基醚，最終對(duì)高辛烷值的添加劑進(jìn)行提取。

3.2烴類化學(xué)品的合成

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，甲醇裂解提取烯烴的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)烯烴的轉(zhuǎn)換可達(dá)到100%，正因?yàn)檗D(zhuǎn)化率高，才使我國(guó)的此項(xiàng)技術(shù)走進(jìn)世界先進(jìn)行列。然而這項(xiàng)技術(shù)還有很多的改進(jìn)優(yōu)化空間，比如在純度、產(chǎn)量方面均有提升空間。還有就是對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化率方面進(jìn)行研究，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，目前甲烷的轉(zhuǎn)換率在25%～30%，可以提升的空間非常巨大。

3.3水煤漿技術(shù)

水煤漿作為一種新型代油燃料，具有良好的穩(wěn)定性和流變性，應(yīng)用時(shí)便于輸送、儲(chǔ)存、裝卸及直接霧化燃燒。煤漿的種類主要有：油煤漿、水煤漿、油水煤漿及甲醇煤漿。

4我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

4.1構(gòu)建全新煤化工技術(shù)體系

按照“能源與資源的高效轉(zhuǎn)化與綜合利用、清潔生產(chǎn)和資源的循環(huán)利用”發(fā)展原則，加大煤化工技術(shù)之間耦合，將焦?fàn)t煤氣加工利用產(chǎn)業(yè)延伸到碳一化工領(lǐng)域，煤焦油加工利用產(chǎn)業(yè)延伸到煤液化和精細(xì)化工生產(chǎn)領(lǐng)域;并利用IGCC發(fā)電技術(shù)是碳一化工領(lǐng)域與煤液化和精細(xì)化工生產(chǎn)領(lǐng)域之間耦合，共同構(gòu)建具有時(shí)代特征的煤化工體系。

4.2加大技術(shù)研發(fā)力度

技術(shù)創(chuàng)新是提高產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)的中心環(huán)節(jié)，建議站在國(guó)家能源安全戰(zhàn)略高度上大力扶持具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的開(kāi)發(fā)、推廣，積極推廣關(guān)鍵裝備和技術(shù)的自主化進(jìn)程;支持建立健全現(xiàn)代煤化工技術(shù)和裝備創(chuàng)新體系，進(jìn)行跨地區(qū)、跨行業(yè)的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。煤化工企業(yè)應(yīng)該吸收、消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)其自主創(chuàng)新能力，新增產(chǎn)能應(yīng)該以提高高端產(chǎn)品自給率、建設(shè)高水平的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)。

4.3加大新型環(huán)保技術(shù)研發(fā)

對(duì)目前煤化工項(xiàng)目中常用廢水零排放工藝核心技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，開(kāi)發(fā)高效同步脫鈣、鎂、硅一級(jí)反滲透工藝，優(yōu)化現(xiàn)有二級(jí)反滲透工藝，建立高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的煤化工高鹽廢水回用工藝;研發(fā)以高級(jí)氧化技術(shù)為主的廢水凈化技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，控制反滲透濃水機(jī)械蒸發(fā)過(guò)程中的揮發(fā)性氣體污染;研發(fā)新型、節(jié)能、高效濃鹽水機(jī)械蒸發(fā)設(shè)備+蒸發(fā)塘聯(lián)用技術(shù)，真正做到廢水零排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)齊頭并進(jìn)。

5煤化工技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)傳統(tǒng)煤化工發(fā)展較早，但受到環(huán)保政策限制，加之盲目發(fā)展且下游市場(chǎng)低迷，未來(lái)需要走優(yōu)勢(shì)資源整合、淘汰落后產(chǎn)能、集約發(fā)展的道路。而新型煤化工產(chǎn)品作為清潔能源和石油化工替代品，需求空間相對(duì)較大，發(fā)展前景廣闊。煤化工在未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，應(yīng)重點(diǎn)圍繞以下方面。一是優(yōu)化示范工程技術(shù)，創(chuàng)新發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，大部分關(guān)鍵技術(shù)剛剛工業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)路線和工藝需要進(jìn)一步調(diào)整，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)從加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)體系化、通過(guò)減少資源消耗增加成本優(yōu)勢(shì)、改進(jìn)工藝路線提高能效、減少污染排放等方面創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)首創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。二是實(shí)現(xiàn)煤炭與能源化工大型化、一體化生產(chǎn)，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。目前我國(guó)新型煤化工產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較短，終產(chǎn)物品類少，且產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，未來(lái)應(yīng)合理結(jié)合煤炭資源狀況和化工技術(shù)知識(shí)，破除產(chǎn)業(yè)格局，跨行業(yè)、跨地區(qū)配置資源，形成煤炭-能源-化工一體化產(chǎn)業(yè)鏈，提高煤化工技術(shù)的利用效果，加速革新?lián)Q代，降低開(kāi)發(fā)及加工成本，加強(qiáng)相關(guān)企業(yè)之間的聯(lián)合，形成新型產(chǎn)業(yè)。

結(jié)束語(yǔ)

新型的煤化工技術(shù)中，主要包括了煤氣化技術(shù)、烴類化學(xué)品的合成和水煤漿技術(shù)等。使用好這三個(gè)技術(shù)，就能夠提高煤的利用價(jià)值，保證我國(guó)的能源安全，對(duì)環(huán)境方面有一定保護(hù)作用，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：建滔（河北）焦化有限公司）