21世纪的煤化工现状及展望
摘要：简要介绍了国内煤化工行业的现状，煤化工发展的主要方向，洁净煤的气化技术、煤的直接液化和间接液化技术等等。认为发展洁净技术、高效利用资源才是煤化工行业的长久之路。
关键字：煤化工现状；煤炭利用；洁净煤气化；煤液化；化工多联产集合；IGCC
一、我国煤化工行业的现状
1、我国能源利用现状
我国是世界能源生产和消费大国，煤炭资源丰富，其储量居世界前列，作为三大化石燃料之一，煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。在石油资源的紧缺和全球能源危机进一步深化的今天，煤炭资源的综合利用及煤化工行业的发展管理，再一次成为能源界的热点话题。
目前，我国化石类能源已探明可采储量中,煤炭占92.7%、石油占5.9%、天然气占1.4%,即“富煤少油缺气”。在一次能源消费结构中,煤炭占73.4%,水电占22.2%,石油和天然气共占4.4%。无论是从储量还是消费量来看,我国都是以煤炭为主要能源的国家,理应重视煤化工行业的发展。
2、我国煤化工发展简介
我国煤化工的发展始于20世纪40年代，起初是以煤为原料生产合成氮、化肥、焦炭、苯、萘、沥青、炸药等产品。50年代由于煤化工技术的发展和先进技术的引进，煤化工业的产品逐渐演变为合成氨、甲醇、化肥、电石、石灰氮、染料、酒精、合成橡胶等。建国后的60年代，伴随着一大批以煤为原料的中型氮肥厂的出现，使得企业在生产化肥的同时还生产其他很多种化工产品，从而为我国煤化工产业的最终形成奠定了坚实的基础。70年代，在石油化工产业异军突起的背景下，煤化工曾一度遭到冷落。石油对于工业发展作用不容估计，但是考虑到我国的实际国情，丰富的煤炭资源的对于解决我国的能源危机作用显现，所以到了20世纪80年代以后，我国又开始在上海、山西、陕西建设部分大型的煤化工基地。
3、煤炭利用途径的简述
煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体以及各种
化工产品的工业。它包括煤的焦化、煤的气化、煤的液化、电石、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制合成氨、洁净煤气化技术和多联产系统。
煤炭的利用主要有以下五个方面：首先，煤炭是常用的燃料，是工业和民用都不可缺少的能源物质；第二：煤的焦化。炼焦即煤的高温干馏，其过程是将煤隔绝空气加强热。炼焦得到的主要产品有焦炭、煤焦油，焦炉气，粗氨水，粗苯等。其中焦炭主要用于冶金行业；第三：煤的气化，即为常说的煤变气，是把煤中有机物转化为可燃气体的过程，主要是生产工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气；第四：煤的液化，即为煤变油，是把煤转化成液体燃料的过程，在高温高压下是煤和氢气作用生成液体燃料，其产物进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主；最后是煤的低温干馏，低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。
4、煤化工发展现状
煤的焦化：炼焦是煤化工应用最早的工艺，并且至今仍然是我国煤化工最重要的组成部分，其主要目的是为冶金工业制取焦炭，同时得到焦化副产品煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃。但是，我国的焦炭行业的集中度很低，虽然在产业数量上占优势，但是核心竞争力较低。
煤的气化：煤的气化在煤化工中占有重要地位，主要方法是在缺氧条件下，对煤进行不完全的燃烧，从而生产一氧化碳、氢气等多种气体化工原料，煤气化技术的发展有利于提高人民生活水平和环境保护，对于实现社会的可持续发展和环境的保护有巨大意义。在我国，煤气化技术发展主要集中在合成氨产业、甲醚、甲醇、醋酸、甲醛等的制备上，并且它们的发展潜力相差很大。
煤的液化：煤的液化就是以煤为主要原料，在极其复杂的条件下，经过反应制备液体燃料的技术。按照其技术路线的不同，可以分为两类：煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。
煤直接液化：即通过溶剂抽提或在高温高压有催化剂的作用下，给煤浆加氢使煤中复杂的有机化合物分子结构发生变化，改变煤中的碳氢原子比，使煤直接转化为液体燃料，从而可以生产人造石油和化学产品。在石油资源短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油，对于国民经济的稳定有重要意义。但是煤直接液
化技术在我国的发展仍不成熟，需要国家加大自主研发的力度，同时积极吸纳德国、日本等发达国家已有的成熟经验，以求最终实现大规模工业化生产。
煤炭间接液化技术是先将煤炭加氧和水蒸气进行气化，制成一氧化碳和氢气合成气，在一定的温度和压力下，合成气定向催化合成为液体燃料。自20世纪50年代建厂以来，南非的萨索尔公司逐步发展成为目前世界上最大的煤间接液化企业，实现了煤合成液体燃料的大型工业化生产。煤炭间接液化技术在我国的研究源于20世纪50年代，在国家大力支持下，至今获得了很大的发展。目前我国在建或已经建成的煤炭间接液化项目有内蒙古伊泰间接液化煤制油项目、山西潞安间接液化煤制油项目、神华鄂尔多斯间接液化煤制油项目等，在短时间内，这些项目可能将承担一定的风险，但是从长远来看，它们将对我国的煤间接液化的发展积累宝贵经验，为未来发展注入强劲动力。
二、煤化工行业未来的发展方向
显然，当今世界范围内的石油价格飞涨，使能源危机愈演愈烈。各种化学原料短缺,严重地制约了化学工业的发展。这时,人们开始思考这种制约化学工业发展的能源危机为什么会产生?答案是十分清楚的:地球上能源贮量结构与人类能量消费结构出现了失调。人们开始认识到:只有使能量消费结构适应能源贮量结构,只有采取能源和化工原料多元化战略,才能使化学工业源远流长,健康发展。出现以煤逐步取代部分石油的战略趋势,已成为21世纪的必然。
1、继续开发煤炭洁净气化技术,为煤化工发展提供基础原料
毫无疑问,煤的气化是现代煤化工的核心。通过气化,可以得到合成气(CO和H2),再进一步生产各种基本有机化工产品和精细化学品,谓之“碳一化工”。碳一化工的产品链十分庞大,包括甲醇、甲醛、甲酸、醋酸、氢氰酸等。
洁净煤气化技术目前典型技术有二。一是已投入工业生产20余年的德士古水煤浆汽化技术;二是晚些时候投产但运行良好的英荷Shell干粉煤气化技术。它们的特点是高压熔渣气化、单炉生产能力大,分别吃煤2000t/d、2400t/d以上。而且转化率高,能够实现连续运行。煤炭洁净气化技术的开发一是朝着更大型化方向走,二是改进设备结构,提高脱硫、除尘、净化效率,实现清洁生产工艺。
2、对能源安全和环境保护最具影响的马达燃料成为煤化工产业化重点 所谓马达燃料,就是各类机动车发动机使用的燃料。马达,机动车发动机量大
面广,遍布全球,对世界能源安全及温室效应等环境要素影响极大。新世纪煤化工的一个明显的趋势就是把煤变成马达燃料,实现产业化。煤制油即煤的液化法，有直接法和间接法俩种方法。直接法的是反应条件温和、成本有所降低、有些还采取了石油渣共处理技术。但由于经济及某些技术因素,目前国外煤炭直接液化的实验装置已经全部停运或拆除,部分相对成熟的技术处于封存和储备状态。至今,没有一个国家实现煤直接液化技术生产石油的工业化生产。间接法煤制油技术的开发晚于“直接法”。上世纪后半叶,南非Sasol公司陆续建起了几套合成油装置,成为全球最大的煤化工企业,年耗原煤近5000万吨。和直接法煤制油不同,间接法煤制油技术已经实现了工业化,不难看出,21世纪,由于间接法煤制油技术已十分成熟,将成为大规模产业化的主流;而具有工艺流程简单、设备台数少、投资相对较低优势的直接法技术还要不断进行工业化试验,突破产业化技术难关,完全能够与“间接法”并驾齐驱,甚至取而代之。
3、煤化工将朝着以碳—化学为产业链的化工多联产集合的方向发展 所谓煤化工,首先要煤气化。通过气化,有了CO,有了H2,这就是合成气。以碳
一化学为产业链的化工产品多联产集合,是煤化工企业的必然选择。在新的世纪里,甲醇合成技术的走势是解决单程转化率低、脱硫设备庞大的问题,开发高效催化剂、开发新合成甲醇反应器。例如美国公司开发了10万t/a浆态床合成甲醇装置。甲醇制烯烃是非石油化工路线生产乙烯和丙烯的技术,对平衡全球能源结构,意义重大。目前虽然尚未实现工业化,但前景很是乐观。下一步的趋势是研发寿命于1年、选择性、耐磨性高的合成低碳烯烃催化剂。预计甲醇制丙烯催化剂及技术的工业化要晚于甲醇制低碳烯烃(乙烯+丙烯)。羰基合成制醋酸采用甲醇与一氧化碳合成法,早已应用多年。但采用煤化工生产碳-化学品醋酸、醋酐的大型装置在全球只有一家美国伊斯曼公司。可以予见,本世纪将有更多的类似装置出现。毫无疑问,所谓“化工产品多联产集合”,决不是仅此而已。除上述外,还有含氮化合物如氢氰酸、二甲基甲酰胺、异氰酸酯等等。煤化工企业将会在自己的市场环境中,做出更广泛的选择。
4、煤电化三位一体是本世纪煤化工的新趋势
本世纪煤化工明显成为趋势的模式是在原煤、化两位一体的基础上,将发电列入,实现煤电化三位一体的发展模式,即IGCC模式。它由煤炭气化和净化及燃气
—蒸汽联合循环发电两部分组成。煤气化后,经过净化,除去煤气中的硫化氢和粉尘,将固体燃料转化成清洁的气体燃料,供燃气轮机燃用。其排气经余热锅炉产生的高压蒸汽可再驱动再热式汽轮机。大大地提高了燃料中能量的转换效率。IGCC和煤化工结合成多联产系统,能同时生产电、热、燃料气和化工产品,便于与生产甲醇、醋酸、氨、尿素等化工过程结合,使煤得以充分利用,大大地降低了生产成本。目前,欧美各相继建成了多座300MW的一体化电站。美国已建成气化煤能力900t/d、联合循环发电系统由发电机组、余热锅炉组成,出力可达100MW。本世纪IGCC发电的煤气化技术的首要问题仍然是煤的气化技术。煤的气化泛指煤与载氧的气化剂(空气、O2、H2O、CO2)之间也很有限,这为以后研究的广度和深度提供了
广阔的发展空间。
三、结束语
我国煤资源丰富而石油资源匾乏,发展以煤为原料的化工产业不但原料供应充足,而且技术较成熟,发展煤化工符合资源结构的实际情况。但是，针对该行业的污染高、技术落后等问题，需要严格的管理和正确的引导，否则可能会出现产业结构不合理、污染严重等一系列问题。所以无论从哪个方面考虑，发展洁净煤技术，高效地利用煤炭资源，才是煤化工行业的长久之路。
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