煤化工技術(shù)的發(fā)展與新型煤化工技術(shù)

郝建文

(晉城乾泰安全技術(shù)有限公司，山西 晉城 048000)

煤炭資源存儲(chǔ)量在我國(guó)所有資源中比例最大，遠(yuǎn)超石油和天然氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在總能源消費(fèi)比例中煤炭消費(fèi)超過(guò)70%。煤炭資源用途廣泛，煤化工除生產(chǎn)煤化氣、焦油、液化及衍生品外，還能生產(chǎn)出煤制油等石油的替代品。隨著石油危機(jī)的出現(xiàn)，世界各強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)奪石油控制權(quán)的斗爭(zhēng)愈發(fā)激烈。大批投資者將目光轉(zhuǎn)向煤化工技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)的煤化工行業(yè)已趨于成熟，不斷涌現(xiàn)的新型技術(shù)均已投入使用，但高能耗依然存在。發(fā)揮我國(guó)煤炭資源存量豐富的優(yōu)勢(shì)，使煤炭資源的使用更加清潔、高效具有跨時(shí)代的意義。

1 煤化工的涵義和新型煤化工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程。煤化工技術(shù)包括煤的液化、氣化、干餾、焦油加工和電石乙炔化工等方面。煤化學(xué)加工過(guò)程將以芳香族為主的稠環(huán)由橋鍵互相連接，經(jīng)熱加工和催化加工轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。煤化工在世界范圍內(nèi)興起于18世紀(jì)后半葉，進(jìn)入19世紀(jì)后逐漸發(fā)展完善。新型煤化工將生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主要目標(biāo)，如汽油、煤油、柴油等。長(zhǎng)期以來(lái)，煤炭能源以其龐大的儲(chǔ)量在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。新型煤化工技術(shù)的出現(xiàn)使我國(guó)對(duì)煤炭資源的利用更加高效安全，但能源結(jié)構(gòu)還不夠合理，亟待引入先進(jìn)的技術(shù)。

2 煤化工技術(shù)種類

我國(guó)目前的煤化工工業(yè)發(fā)展規(guī)模居世界第一位，在煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等方面均領(lǐng)先于其他發(fā)達(dá)國(guó)家。

2.1 煤干餾技術(shù)

煤干餾技術(shù)也叫做煤焦化技術(shù)，是讓煤炭隔絕空氣來(lái)進(jìn)行加熱和分解。煤焦化是目前最為成熟的煤炭化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，主要用于生產(chǎn)冶金用焦炭。煤化工過(guò)程包括一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度加工三個(gè)階段。當(dāng)前，我國(guó)擁有世界總量13%的煉焦煤資源，可采儲(chǔ)量占16%。我國(guó)煉焦煤生產(chǎn)主要集中于陜西省，現(xiàn)有焦化廠700多家。但由于資源分散，單廠產(chǎn)能較低，導(dǎo)致整體產(chǎn)能低下。從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，應(yīng)由分散生產(chǎn)向焦?fàn)t大型化轉(zhuǎn)變，采用搗固煉焦技術(shù)、干法熄焦技術(shù)、煤氣脫硫技術(shù)、焦化廢水處理技術(shù)等現(xiàn)代化方法[2]。在新技術(shù)的研發(fā)方面，主推大型半焦生產(chǎn)工藝。

2.2 煤氣化技術(shù)

煤氣化技術(shù)也叫氣化技術(shù)，是煤化工最核心的技術(shù)，指煤炭和化學(xué)藥劑在高溫環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體或氣體混合物的液化過(guò)程。氣化劑可選用空氣、氧氣和二氧化碳等。煤炭?jī)?nèi)的碳分子遇到氣化劑會(huì)發(fā)生熱解，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的混合物，我們熟知的水蒸氣和二氧化碳就是這一原理。不同質(zhì)量的煤在不同的條件下生成的氣化物成分也不盡相同。按照汽化爐中產(chǎn)生氣體的多少，可將煤層由下至上分為灰層、干餾層和氫化層[3]。在干餾層和氫化層中，水分經(jīng)高溫加熱后蒸發(fā)形成干餾帶和干燥帶。當(dāng)氣化反應(yīng)產(chǎn)生粗煤氣后還要進(jìn)行深度加工和凈化，進(jìn)而產(chǎn)生各類化學(xué)產(chǎn)品。

當(dāng)前，較為常用的煤氣化技術(shù)有粉煤氣化技術(shù)、水煤漿加壓氣化技術(shù)、固定床加壓氣化技術(shù)等。我國(guó)在水煤漿加壓氣化技術(shù)使用方面，已積累較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自給自足。例如，華能西安熱工院自主研發(fā)的二段粉煤汽化爐已成功應(yīng)用于滿洲里煤化工項(xiàng)目。由航天石化公司研發(fā)的HT-L氣化爐主要使用的就是干粉煤氣化技術(shù)，可年產(chǎn)甲醇15萬(wàn)噸。

2.3 煤液化技術(shù)

煤液化技術(shù)在上世紀(jì)初產(chǎn)生于德國(guó)，最先使用的是直接液化技術(shù)。煤液化技術(shù)對(duì)煤種和反應(yīng)條件都要求的極為苛刻，導(dǎo)致生產(chǎn)困難，成本居高不下。煤間液化技術(shù)是將原材料煤氣化制成合氣，再經(jīng)催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為醇類和烴類燃料。我國(guó)是世界上第一個(gè)也是唯一一個(gè)掌握百萬(wàn)噸級(jí)煤炭直接液化技術(shù)的國(guó)家，生產(chǎn)出的柴油和石腦油全部達(dá)到世界標(biāo)準(zhǔn)[4]。我國(guó)在煤炭間接液化的研究方面也取得了一定成績(jī)，在山西煤化所的帶領(lǐng)下多項(xiàng)技術(shù)都已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。煤液化技術(shù)和煤間接液化技術(shù)都需要消耗大量的原水，其耗水量分別為7和12 t/m3。

3 新型煤化工技術(shù)分析

3.1 以煤為原材料的烴類合成產(chǎn)品

在傳統(tǒng)煤化工技術(shù)的基礎(chǔ)上，技術(shù)專家通過(guò)裂變分解反應(yīng)將甲醇制成烯烴類產(chǎn)品并將轉(zhuǎn)化率提升至100%，烯烴的選擇性超過(guò)90%。該技術(shù)項(xiàng)目目仍前處在深度研究階段，雖然在中科院的帶領(lǐng)下取得了一定突破但還有一些技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有完全解決，需要在反復(fù)實(shí)驗(yàn)中尋求突破。甲烷經(jīng)氧化脫氫化反應(yīng)生成乙烯是以煤為原材料的新的轉(zhuǎn)化工藝，目前轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在25%～35%之間，C2的選擇性比例提升至70%～80%，是當(dāng)前重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目之一。

3.2 化工衍生產(chǎn)品生產(chǎn)

利用煤炭資源和天然氣資源存量豐富的天然優(yōu)勢(shì)，在使用煤炭生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品時(shí)提取出多種衍生化工產(chǎn)品，如草酸、甲酸等。在研發(fā)和二次加工的基礎(chǔ)上，這些化工產(chǎn)品還能夠衍生出更多品種，如新型甲酸甲酯產(chǎn)品、草酸產(chǎn)品等。新型煤化工技術(shù)的使用能不斷豐富化工產(chǎn)品種類，有效提升煤炭資源的使用效率，讓生產(chǎn)過(guò)程更加規(guī)模化，進(jìn)而提高企業(yè)盈利空間，使化工行業(yè)呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 煤氣化技術(shù)

煤氣化技術(shù)是指通過(guò)使用多組催化劑將煤原料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為新型混合物和化合物，即異丁醇和甲醇(配比為40%和60%)，再經(jīng)脫水加工轉(zhuǎn)化為異丁烯制成甲基叔丁基醚。我國(guó)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，主要使用殼牌、德士古牌等爐型，以天然氣和煤炭為原料制取高辛烷值的添加劑。當(dāng)前煤氣化技術(shù)正由固定床加壓技術(shù)、加壓粉煤氣化向規(guī)?；?、工業(yè)化進(jìn)軍，爭(zhēng)取在增產(chǎn)能降能耗的同時(shí)減免對(duì)環(huán)境的污染[5]。

筆者認(rèn)為，新型煤化工技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于提升了對(duì)煤炭資源的利用率，生產(chǎn)過(guò)程更為清潔環(huán)保。高度融合各項(xiàng)高新技術(shù)，形成煤炭與能源化工的一體化，有效降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化[6]。當(dāng)前，我國(guó)新型煤化工的發(fā)展前景一片光明，主要有兩方面原因：一是煤炭?jī)?chǔ)備豐富。能有效彌補(bǔ)天然氣和石油存量不足的劣勢(shì)，滿足新型煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。二是運(yùn)輸方便。交通共享是我國(guó)全面經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一步，四通八達(dá)的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)能確保煤化工產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)募皶r(shí)、安全、經(jīng)濟(jì)，便于生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、基地化。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)石油產(chǎn)量相對(duì)不足，無(wú)法充分滿足生產(chǎn)生活需要。不斷創(chuàng)新新型煤化工技術(shù)提高煤炭資源的利用效率可以彌補(bǔ)石油產(chǎn)量不足問(wèn)題。新型煤炭技術(shù)的使用能在保護(hù)青山綠水的同時(shí)生產(chǎn)出更多的衍生化工產(chǎn)品，為煤炭行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提高貢獻(xiàn)力量。