探討煤化工重要性

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摘要：煤化工是以煤為原料，經過化學加工，使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學品，并生產出各種化工產品的工業。煤化工包括煤的一次化學加工、二次化學加工和深度化學加工，煤的焦化、氣化、液化，煤的合成氣化工、焦油化工和電石乙炔化工等等。

前言：在國際油價高位震蕩的背景下，世界已進入能源和化工原料多元化的時代，不同國家或者地區應根據資源和經濟發展的需求選擇現實、優質的原料和技術。煤炭資源已成為我國能源的重要保障和支撐；煤化工的發展更是受到了煤資源國和有關科研機構的高度關注。煤炭煤炭是世界上儲量最豐富的化石能源。在當前世界石油價格居高不下和倡導保護環境的情況下，發展煤化工特別是新型煤化工，調整我國的能源化工結構，就顯得日益重要。

1.煤焦化

將煤隔絕空氣加強熱使其分解的過程，也稱做煤的干餾。煤焦化產品主要有焦炭、煤焦油(苯、甲苯等)、焦爐氣(氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳等)精氨水等。這些產品已廣泛應用于化工、醫藥、染料、農藥和炭素等行業。有些甚至是石油化學工業無法替代的，如吡啶喹啉類化合物和許多稠環化合物等。

2.煤氣化

煤在高溫條件下借助氣化劑的化學作用將固體碳轉化為可燃氣體(氣體混合物)的熱化過程。用空氣、水蒸氣、二氧化碳作為氣化劑。它們與煤中的碳發生非均相反應。此外，煤熱分解出的氣態產物如CO2、H2O及烴類等也能與赤熱的碳發生均相反應。依氣化法、氣化條件及煤的性質不同，氣化氣的組成也不同。根據煤氣發生爐內所進行的氣體過程特點，可以將煤層自上而下地分為干燥帶、干餾帶、還原帶、氫化帶和灰層，在干燥帶和干餾帶中，煤受到高溫爐氣的加熱而放出水分并揮發。剩下的焦炭在還原帶和氧化帶中進行氧化反應。煤經過氣化后得到的是粗煤氣，再經過凈化和加工后，可以得到各種化學品。常用于煤氣化的方式有:固定床常壓氣化氣，魯奇加壓氣化氣、考伯斯一托茨氣流床氣化氣(K-T)、德士古流床氣化氣(Texaco)、改良型溫克勒流化床氣化氣等。

3.煤液化

所謂煤液化，是將煤中有機質轉化為流質產物，其目的就是獲得和利用液態的碳氫化合物來替代石油及其制品，包括直接液化技術和間接液化技術兩部分，產品市場潛力巨大，工藝、工程技術集中度高，是中國新型煤化工技術和產業發展的重要方向。

4.煤的直接液化

煤的直接液化首先是德國科學家F.Bergius于1913年發明的。其原理是煤炭在溶劑作用和高溫高壓條件下，直接與氣態氫發生反應，使煤的氫含量增加，最后轉變為液體的過程。1927年德國燃料公司Pier等人開發了硫化鎢和硫化銅催化劑，將液化過程分為糊相加氫和氣相加氫兩階段進行，解決了工程化問題，建成了世界第一座工業化規模生產的煤直接液化企業，并陸續建設了20套煤直接液化裝置。

5.煤的間接液化

煤的間接液化是德國皇家煤炭研究所的F.Ficher和H.Tropsch兩個化學家于1923年首先提出的，所以又稱為F.Ficher-H.Tropsch(簡稱為F-T)合成或者費托合成。其原理是以煤為原料先經氣化制合成氣(CO+H2)，再以合成氣為原料，在催化劑的作用下合成(F-T合成)液態烴類產品。受兩次世界石油危機的影響，美國、德國、英國、日本和前蘇聯等國家重新重視煤炭直接液化的新技術開發工作，紛紛組織了一批科研開發機構及企業開展了大量的研究開發工作，相繼開發了多種工藝。

6.煤間接液化的深加工

南非SASOL公司于20世紀50年代開始商業化生產，根據SASOBURY礦區煤為高揮發分、高灰分劣質煤，更適合于間接液化的實際，與魯奇、魯爾化學和凱洛克三家公司進行合作，不斷取得煤氣化(魯奇爐)，煤氣凈化(低溫甲醇工藝)和合成(魯爾化學固定床和凱洛克氣流床)技術而陸續分別建成了三家煤間接液化工廠，成為世界上規模最大的以煤為原料生產合成油和化工產品的化工廠。隨著C1化工的發展，間接液化后的產品范疇也在不斷擴大，出現了由合成氣—甲醇—汽油MTG技術、由合成氣直接合成二甲醚和低碳烴燃料技術等煤化工發展新趨勢。煤的間接液化通常分為三步:一是制取合成氣。將經過適當處理的煤送入反應器，在一定溫度下通過氣化劑(空氣或氧氣+蒸氣)，使煤不完全燃燒，這樣就能以一定的流動方式將煤轉化為由一氧化碳和氫氣混合的合成氣，將形成殘渣排出;二是進行催化反應，將合成氣經過凈化處理，在特定的催化劑作用下，讓合成氣發生化合反應，合成烴類或液態的烴類的類似石油和其他化工產品，三是對產物進行進一步的提質加工。由于經過催化反應出來的油品可能有很多指標不符合要求，如十六烷值含量、硫含量、水分以及黏度、酸度等，因此還要將產品進行進一步處理以使其達到合格標準，滿足市場需要

7.新型煤化工

新型煤化工是以煤炭為基本原料(燃料)，C1化工技術為基礎，以國家經濟發展和市場急需的產品為方向，采用高技術，優化工藝路線，充分注重環境友好，有良好經濟效益的新型產業。它包括了煤炭液化(直接和間接)，煤炭氣化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烴等技術，以及集煤轉化、發電、冶金、建材等工藝為一體的煤化聯產和潔凈煤技術。其中煤炭焦化、煤氣化-合成氨-化肥已經是我國主要的煤化工產業，隨著科學技術的快速發展和市場的巨大需求，煤炭焦化、煤氣化-甲醇、煤制油、烯烴及下游化工產品也得到了快速發展。新型煤化工實際上是建立在傳統煤化工基礎上的，與傳統煤化工密不可分。其特點如下。

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

(2)煤炭-能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術發展的戰略方向，緊密依托于煤炭資源的開發，并與其它能源、化工技術結合，形成煤炭-能源化工一體化的新興產業。

(3)高新技術及優化集成。新型煤化工根據煤種、煤質特點及目標產品不同，采用不同煤轉化高新技術，并在能源梯級利用、產品結構方面對工藝優化集成，提高整體經濟效益，如煤焦化-煤直接液化聯產、煤焦化-煤氣化合成聯產、煤氣化合成-電力聯產、煤層氣開發與化工利用、煤化工與礦物加工聯產等。同時，新型煤化工可以通過信息技術的廣泛利用，推動現代煤化工技術在高起點上迅速發展和產業化建設。

(4)建設大型企業和產業基地。新型煤化工發展將以建設大型企業為主，包括采用大型反應器和建設大型現代化單元工廠，如百萬噸級以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯產系統等。在建設大型企業的基礎上，形成新型煤化工產業基地及基地群。每個產業基地包括若干不同的大型工廠，相近的幾個基地組成基地群，成為國內新的重要能源產業。

(5)有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利用，如高硫煤或高活性低變質煤作化工原料煤，在一個工廠用不同的技術加工不同煤種并使各種技術得到集成和互補，使各種煤炭達到物__盡其用，充分發揮煤種、煤質特點，實現不同質量煤炭資源的合理、有效利用。新型煤化工強化對副產煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。

(6)經濟效益最大化。通過建設大型工廠，應用高新技術，發揮資源與價格優勢，資源優化配置，技術優化集成，資源、能源的高效合理利用等措施，減少工程建設的資金投入，降低生產成本，提高綜合經濟效益。

(7)環境友好。通過資源的充分利用及污染的集中治理，達到減少污染物排放，實現環境友好。

(8)人力資源得到發揮。通過新型煤化工產業建設，帶動煤炭開采業及其加工業、運輸業、建筑業、裝備制造業、服務業等發展，擴大就業，充分發揮我國人力資源豐富的優勢。

8.當前新型煤化工技術開發有以下幾個熱點：

(1)煤氣化制甲基叔丁基醚:采用多組分催化劑，可從合成氣制含60%異丁醇和40%甲醇的混合物，異丁醇脫水成異丁烯，從而可完成由合成氣直接制取甲基叔丁基醚，這是一條很值得重視的由天然氣和煤為原料制取高辛烷值添加劑的技術路線。

(2)以煤為原料生產甲醇及多種化工產品。甲醇作為一種重要的基礎化工原料，通過羰基化可進一步制取醋酸、醋酸酐、甲酸甲酯、甲酸、草酸等重要的化工產品。另外還可以用于甲醇汽油(摻燒或者全燒)，甲醇轉化為甲醚替代液化石油氣和柴油或制造燃料電池等等。因此，作為可替代石油化工產品的甲醇下游產品是未來大規模發展甲醇生產提高市場競爭力的重要方向。

(3)以煤為原料合成低碳烴類。甲醇裂解制烯烴(MTO)技術由DOP和NOSRKHYDRO公司聯合開發。魯奇公司(LURGI)研制的甲醇制丙烯(MTP)技術，已經在工業化設計中，準備進行商業化生產。

(4)煤炭氣化多聯產技術。多聯產是新型煤化工的一種發展趨勢。所謂多聯產系統就是指多種煤炭轉化技術通過優化耦合集成在一起，以同時獲得多種高附加值的化工產品(包括脂肪烴和芳香烴)和多種潔凈的二次能源(氣體燃料、液體燃料、電等)為目的的生產系統。多聯產與單產相比，實現了煤炭資源價值的梯級利用，達到了煤炭資源價值利用效率和經濟效益的最大化，滿足了煤炭資源利用的環境最友好。

綜上所述，大力發展新型煤化工能源技術，是在我國技術經濟高度發展進程中必須采取的符合全球經濟一體化和可持續發展總體戰略部署的重要措施，它既符合我國的資源條件，又能保證我國的安全和環境保護，從而促進社會的發展和進步。因此，未來煤化工的發展方向是在傳統煤化工穩定發展的同時，加大力度發展可替代石油的潔凈能源與化工品的新型煤化工技術，并建成技術先進、大規模、多種工藝集成的新型煤化工企業或產業基地。