由“傳統(tǒng)”逐漸步入“現(xiàn)代”的煤化工行業(yè)

讓國慶 西安科技大學(xué) 710054

[引言]：社會(huì)實(shí)踐背景

煤炭能源作為我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成，對(duì)于確保我國能源供應(yīng)安全具有至關(guān)重要的作用。而煤化工產(chǎn)業(yè)作為實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效利用的有力手段，直接關(guān)系到國家的能源戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。為深入了解煤化工行業(yè)由“傳統(tǒng)”逐漸步入“現(xiàn)代”的情況，西安科技大學(xué)組織暑期大學(xué)生赴陜北、神東礦區(qū)調(diào)研暨紅色研學(xué)實(shí)踐團(tuán)利用暑期走訪陜北地區(qū)多所煤化工企業(yè)，進(jìn)行實(shí)地考察。

一.背景

我國能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：我國能源資源的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“富煤、貧油、少氣”，基于這個(gè)現(xiàn)狀，在未來相當(dāng)長時(shí)間里，煤炭仍將占據(jù)我國能源的基礎(chǔ)及主導(dǎo)地位且長期不會(huì)改變。

1.煤化工

煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。煤化工主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。

2.煤化工行業(yè)現(xiàn)狀

我國通過技術(shù)研發(fā)和工程實(shí)踐，在多項(xiàng)新型煤化工技術(shù)領(lǐng)域取得了突破。如擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤直接液化、煤間接液化、煤氣化、煤制烯烴、甲醇制烯烴、合成氣制乙二醇、煤制芳烴、煤制乙醇等，都整體達(dá)到了世界領(lǐng)先或先進(jìn)水平。

3.煤化工產(chǎn)業(yè)的分類

煤化工產(chǎn)業(yè)分為傳統(tǒng)煤化工和現(xiàn)代煤化工兩大類。煤化工的產(chǎn)物通常包括：焦炭、合成氨（氮肥等）、電石、煤制甲醇、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制油、煤制天然氣等。焦炭、合成氨、電石屬于傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品，同時(shí)也是現(xiàn)階段我國煤化工行業(yè)是最主要的產(chǎn)品。煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制油、煤制天然氣則屬于現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品，目前在我國屬于高速發(fā)展階段。

二.傳統(tǒng)煤化工

1. 定義

傳統(tǒng)煤化工主要指“煤-電石-PVC”、“煤-焦炭”、“煤-合成氨-尿素”三條產(chǎn)業(yè)路線，涉及焦炭、電石、合成氨等領(lǐng)域，為農(nóng)業(yè)、鋼鐵等行業(yè)提供原材料，如今我國是世界上最大的傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)國。

2.傳統(tǒng)煤化工 2.1 合成氨

中國合成氨主要用于化肥工業(yè),合成氨下游產(chǎn)品主要有尿素、碳酸氫氨、硝酸按等氮肥。經(jīng)過50多年的發(fā)展,氮肥工業(yè)已形成品種齊全、布局基本合理、配套相對(duì)完善、具有相當(dāng)生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的工業(yè)部門。從氮肥產(chǎn)量來看,國產(chǎn)氮肥完全可以滿足國內(nèi)需要,在國際價(jià)格合適的時(shí)候還有部分出口。從發(fā)展趨勢(shì)來看,合成氨產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長的幅度已經(jīng)不大【1】。

2.2 甲醇

經(jīng)過40多年的發(fā)展,目前,中國自主開發(fā)的甲醇合成反應(yīng)器單套生產(chǎn)能力已達(dá)30萬噸/年的規(guī)模,并具備了建設(shè)180萬噸啤超大型甲醇生產(chǎn)裝置的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來,甲醇產(chǎn)量及消費(fèi)量快速增長。甲醇燃料是利用工業(yè)甲醇或燃料甲醇,加變性醇添加劑,與現(xiàn)有國標(biāo)汽柴油（或組分油）,按一定體積（或重量比）經(jīng)嚴(yán)格科學(xué)工藝調(diào)配制成的一種新型清潔燃料,可替代汽柴油,用于各種機(jī)動(dòng)車、鍋灶爐使用。近年來,國際油價(jià)高漲推動(dòng)了中國甲醇投資快速發(fā)展,據(jù)了解,目前在建的甲醇項(xiàng)目產(chǎn)能在100萬噸/年以上。國內(nèi)相關(guān)部門正在組織對(duì)甲醇燃料的應(yīng)用做進(jìn)一步研究,相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在加緊編制當(dāng)中,隨著配套政策措施的不斷完善甲醇燃料對(duì)石油及液化天然氣的替代優(yōu)勢(shì)將愈加顯現(xiàn)。

傳統(tǒng)煤化工早在上個(gè)世紀(jì)40年代，我國開始擁有傳統(tǒng)的煤化工產(chǎn)業(yè)，但規(guī)模較小、產(chǎn)品品種也很局限，主要生產(chǎn)合成氨焦炭甲醇電石等。21世紀(jì)以來，中國地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，資源豐富地區(qū)不斷崛起，帶動(dòng)了傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)能的飛速增長，目前已出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。三.現(xiàn)代新型煤化工

1.定義

新型煤化工包括煤制甲醇、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇和煤制油等。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。并且新型煤化工可以低端褐煤為原材料，大大提升了煤炭的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因而新型煤化工得到國家的大力支持。目前國內(nèi)傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)能過剩，而新型煤化工則有很大的發(fā)展空間【2】。

現(xiàn)代新型煤化工應(yīng)用煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)，建成未來新興煤炭－能源化產(chǎn)業(yè) 結(jié)合煤炭資源開發(fā)和煤炭生產(chǎn)建設(shè)的發(fā)展，建成若干大型產(chǎn)業(yè)基地或基地群。新型煤化工是煤炭工業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，走新型工業(yè)化道路的戰(zhàn)略方向。

2.新型煤化工

2.1 煤氣化

煤氣化技術(shù)是指把經(jīng)過適當(dāng)處理的煤送入反應(yīng)器如氣化爐內(nèi),在一定的溫度和壓力下,通過氧化劑（空氣或氧氣和蒸氣）以一定的流動(dòng)方式（移動(dòng)床、流化床或攜帶床）轉(zhuǎn)化成氣體，得到粗制水煤汽，通過后續(xù)脫硫脫碳等工藝可以得到精制一氧化碳?xì)狻?/p>

目前，已經(jīng)工業(yè)化的煤氣化技術(shù)有3個(gè)，分別是以德國魯奇爐為代表的固定床氣化技術(shù)，以灰熔聚、U-Gas為代表的流化床氣化技術(shù)，以及德士古、殼牌氣化爐為代表的氣流床氣化技術(shù)【3】。我國在煤氣化技術(shù)方面可以引進(jìn)相關(guān)的技術(shù)，學(xué)習(xí)借鑒，在此基礎(chǔ)上，我國應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，以促進(jìn)我國煤氣化的長遠(yuǎn)發(fā)展與進(jìn)步，只單純的引進(jìn)技術(shù)，是不能創(chuàng)造我國在能源利用上的優(yōu)勢(shì)，也不一定適合中國的能源結(jié)構(gòu)。

2.2 煤液化

煤的液化方法主要分為煤的直接液化和煤的間接液化兩大類。

（1）煤直接液化煤在氫氣和催化劑作用下，通過加氫裂化轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程稱為直接液化。裂化是一種使烴類分子分裂為幾個(gè)較小分子的反應(yīng)過程。因煤直接液化過程主要采用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。

（2）煤間接液化間接液化是以煤為原料，先氣化制成合成氣，然后，通過催化劑作用將合成氣轉(zhuǎn)化成烴類燃料、醇類燃料和化學(xué)品的過程。

對(duì)于以煤炭為主要能源資源的我國來說，煤液化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)資源有效利用的途徑之一，煤液化技術(shù)的革新與發(fā)展對(duì)于我國能源資源的開發(fā)與利用是至關(guān)重要的。近年來，我國煤直接、間接制油產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目試車相繼成功，產(chǎn)出高品質(zhì)柴油、石腦油等產(chǎn)品，顯示出煤制油技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快。

由于煤制油技術(shù)工藝相對(duì)復(fù)雜，我國煤制油工業(yè)化生產(chǎn)還處于起步階段，對(duì)設(shè)備的研制與開發(fā)還需繼續(xù)探索，同時(shí)必須減少水資源的消耗，解決CO2的排放問題。但是，我們應(yīng)該肯定煤制油技術(shù)的進(jìn)步，并且有信心能提高煤液化的技術(shù)研發(fā)與利用，提高我國煤制油技術(shù)的水平。因此，煤制油項(xiàng)目發(fā)展過程中必須選擇廉價(jià)的適宜煤種，降低生產(chǎn)成本，并推行多聯(lián)產(chǎn)方案，相信在國家做好煤制油工業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃下，必能使煤制油工業(yè)得到迅速、經(jīng)濟(jì)、和諧的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 煤制烯烴

煤制烯烴是煤炭利用方面的又一進(jìn)步。煤制烯烴主要由煤氣化、合成氣制甲醇和甲醇制烯烴3個(gè)階段完成，其中煤炭氣化技術(shù)、甲醇合成技術(shù)都已成熟，關(guān)鍵是甲醇制烯烴技術(shù)。

煤制烯烴即煤基甲醇制烯烴，是指以煤為原料合成甲醇后再通過甲醇制取乙烯、丙烯等烯烴的技術(shù)。中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，“十二五”和“十三五”期間中國 乙烯產(chǎn)能的增速將分別達(dá)到 4.9%和 5.6%，盡管如此，乙烯仍然無法滿足下游市場(chǎng)的需求，2010年和 2020 年的自給率只有56.4%和 62.1%。 以“煤”代“油”生產(chǎn)低碳烯烴，是實(shí)現(xiàn)中國以“煤代油”能源戰(zhàn)略，保證國家能源安全的重要途徑之一。

2.4 煤制天然氣

煤制天然氣技術(shù)的發(fā)展是有目共睹的，煤制天然氣技術(shù)是否能利用非石油生產(chǎn)線上取代石油，解決我國天然氣的供求，對(duì)于解決我國能源供求方面的矛盾起著重要的作用。煤制天然氣是指煤氣化生成的合成氣通過CO變換和凈化后，經(jīng)甲烷化反應(yīng)生成天然氣的過程 也可將煤氣化和甲烷化合并為一個(gè)單元直接由煤生產(chǎn)富甲烷氣體。煤制天然氣是煤炭利用的最有效的途徑，產(chǎn)生的能量達(dá)到的效益最高，在所有的煤制能源中最優(yōu)的產(chǎn)品之一。

2012年8月，太原賽鼎工程公司開發(fā)設(shè)計(jì)的國內(nèi)第一套煤制天然氣示范項(xiàng)目?jī)?nèi)蒙古大唐國際克什克騰40億立方米/年煤制天然氣一期甲烷化裝置已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。這一舉動(dòng)實(shí)現(xiàn)了我國在煤制天然氣技術(shù)在企業(yè)中的運(yùn)用，為我國天然氣的使用提供了保障。

煤制天然氣可以生產(chǎn)替代石油產(chǎn)品，同時(shí)解決我國天然氣供求矛盾，對(duì)于能源的利用、企業(yè)的發(fā)展和人民生活的便利有著重要的意義。煤制天然氣的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式，也是煤制能源產(chǎn)品的最優(yōu)方式，發(fā)展前景看好【4】。

四.新型煤化工發(fā)展的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

（1）以清潔能源為主要產(chǎn)品。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主，如柴 油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）、電力、熱力等，以及煤化工獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的特有化工產(chǎn)品，如芳香烴類產(chǎn)品。

（2） 煤炭—能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，緊密依托于煤炭資源的開發(fā)，并與其它能源、化工技術(shù)結(jié)合，形成煤炭—能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。

（3）高新技術(shù)及優(yōu)化集成。新型煤化工根據(jù)煤種、煤質(zhì)特點(diǎn)及目標(biāo)產(chǎn)品不同，采用不同煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)，并在能源梯級(jí)利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對(duì)不同工藝優(yōu)化集成，提高整體經(jīng)濟(jì)效益，如煤焦化—煤直接液化聯(lián)產(chǎn)、煤焦化—化工合成聯(lián)產(chǎn)、煤氣化合成—電力聯(lián)產(chǎn)、煤層氣開 發(fā)與化工利用、煤化工與礦物加工聯(lián)產(chǎn)等。同時(shí)，新型煤化工可以通過信息技術(shù)的廣泛利用，推動(dòng)現(xiàn)代煤化工技術(shù)在高起點(diǎn)上迅速發(fā)展 和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。

（4）建設(shè)大型企業(yè)和產(chǎn)業(yè)基地。新型煤化工發(fā)展將以建設(shè)大型企業(yè)為主，包括采用大型反應(yīng)器和建設(shè)大型現(xiàn)代化單元工廠，如百萬噸級(jí)以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。 在建設(shè)大型企業(yè)的基礎(chǔ)上，形成新型煤化工產(chǎn)業(yè)基地及基地群,制砂設(shè)備。每個(gè)產(chǎn)業(yè)基地包括若干不同的大型工廠，相近的幾個(gè)基地組成基地群，成為國內(nèi)新的重要能能源產(chǎn)業(yè)。

（5）有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利用，新型煤化工強(qiáng)化對(duì)副產(chǎn)煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。

（6）經(jīng)濟(jì)效益最大化。通過建設(shè)大型工廠，應(yīng)用高新技術(shù)，發(fā)揮資源與價(jià)格優(yōu)勢(shì)，資源優(yōu)化配置，技術(shù)優(yōu)化集成，資源、能源的高效合理利用等措施，減少工程建設(shè)的資金投入，降低生產(chǎn)成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益,選礦設(shè)備。

（7）環(huán)境友好。通過資源的充分利用及污染的集中治理，達(dá)到減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好。

（8）人力資源得到發(fā)揮。通過新型煤化工產(chǎn)業(yè)建設(shè)，帶動(dòng)煤炭開采業(yè)及其加工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)、裝備制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等發(fā)展，擴(kuò)大就業(yè)，充分發(fā)揮我國人力資源豐富的優(yōu)勢(shì)。

五.結(jié)語

通過此次暑期實(shí)踐對(duì)陜北地區(qū)化工企業(yè)的深入考察學(xué)習(xí)，在實(shí)地觀察中了解煤化工行業(yè)由“傳統(tǒng)”逐漸向“現(xiàn)代”步入，在與傳統(tǒng)煤化工的對(duì)比學(xué)習(xí)中，更加認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代新型煤化工的八大優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及其發(fā)展的趨勢(shì)性與必然性。