煤化工技術的發展與新型煤化工技術

郝建文

(晉城乾泰安全技術有限公司，山西 晉城 048000)

煤炭資源存儲量在我國所有資源中比例最大，遠超石油和天然氣。據統計，在總能源消費比例中煤炭消費超過70%。煤炭資源用途廣泛，煤化工除生產煤化氣、焦油、液化及衍生品外，還能生產出煤制油等石油的替代品。隨著石油危機的出現，世界各強國爭奪石油控制權的斗爭愈發激烈。大批投資者將目光轉向煤化工技術。經過多年的發展，我國的煤化工行業已趨于成熟，不斷涌現的新型技術均已投入使用，但高能耗依然存在。發揮我國煤炭資源存量豐富的優勢，使煤炭資源的使用更加清潔、高效具有跨時代的意義。

1 煤化工的涵義和新型煤化工技術的發展現狀

煤化工是指以煤為原料，經化學加工轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學品的過程。煤化工技術包括煤的液化、氣化、干餾、焦油加工和電石乙炔化工等方面。煤化學加工過程將以芳香族為主的稠環由橋鍵互相連接，經熱加工和催化加工轉化為各種燃料和化工產品。煤化工在世界范圍內興起于18世紀后半葉，進入19世紀后逐漸發展完善。新型煤化工將生產潔凈能源和可替代石油化工產品為主要目標，如汽油、煤油、柴油等。長期以來，煤炭能源以其龐大的儲量在我國能源結構中占據主導地位[1]。新型煤化工技術的出現使我國對煤炭資源的利用更加高效安全，但能源結構還不夠合理，亟待引入先進的技術。

2 煤化工技術種類

我國目前的煤化工工業發展規模居世界第一位，在煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等方面均領先于其他發達國家。

2.1 煤干餾技術

煤干餾技術也叫做煤焦化技術，是讓煤炭隔絕空氣來進行加熱和分解。煤焦化是目前最為成熟的煤炭化學轉化方法，主要用于生產冶金用焦炭。煤化工過程包括一次化學加工、二次化學加工和深度加工三個階段。當前，我國擁有世界總量13%的煉焦煤資源，可采儲量占16%。我國煉焦煤生產主要集中于陜西省，現有焦化廠700多家。但由于資源分散，單廠產能較低，導致整體產能低下。從長期發展來看，應由分散生產向焦爐大型化轉變，采用搗固煉焦技術、干法熄焦技術、煤氣脫硫技術、焦化廢水處理技術等現代化方法[2]。在新技術的研發方面，主推大型半焦生產工藝。

2.2 煤氣化技術

煤氣化技術也叫氣化技術，是煤化工最核心的技術，指煤炭和化學藥劑在高溫環境下發生反應產生氣體或氣體混合物的液化過程。氣化劑可選用空氣、氧氣和二氧化碳等。煤炭內的碳分子遇到氣化劑會發生熱解，轉化為氣態的混合物，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，水分經高溫加熱后蒸發形成干餾帶和干燥帶。當氣化反應產生粗煤氣后還要進行深度加工和凈化，進而產生各類化學產品。

當前，較為常用的煤氣化技術有粉煤氣化技術、水煤漿加壓氣化技術、固定床加壓氣化技術等。我國在水煤漿加壓氣化技術使用方面，已積累較為豐富的經驗，多數設備可以實現自給自足。例如，華能西安熱工院自主研發的二段粉煤汽化爐已成功應用于滿洲里煤化工項目。由航天石化公司研發的HT-L氣化爐主要使用的就是干粉煤氣化技術，可年產甲醇15萬噸。

2.3 煤液化技術

煤液化技術在上世紀初產生于德國，最先使用的是直接液化技術。煤液化技術對煤種和反應條件都要求的極為苛刻，導致生產困難，成本居高不下。煤間液化技術是將原材料煤氣化制成合氣，再經催化反應轉化為醇類和烴類燃料。我國是世界上第一個也是唯一一個掌握百萬噸級煤炭直接液化技術的國家，生產出的柴油和石腦油全部達到世界標準[4]。我國在煤炭間接液化的研究方面也取得了一定成績，在山西煤化所的帶領下多項技術都已進入實驗階段。煤液化技術和煤間接液化技術都需要消耗大量的原水，其耗水量分別為7和12 t/m3。

3 新型煤化工技術分析

3.1 以煤為原材料的烴類合成產品

在傳統煤化工技術的基礎上，技術專家通過裂變分解反應將甲醇制成烯烴類產品并將轉化率提升至100%，烯烴的選擇性超過90%。該技術項目目仍前處在深度研究階段，雖然在中科院的帶領下取得了一定突破但還有一些技術問題沒有完全解決，需要在反復實驗中尋求突破。甲烷經氧化脫氫化反應生成乙烯是以煤為原材料的新的轉化工藝，目前轉化率穩定在25%～35%之間，C2的選擇性比例提升至70%～80%，是當前重點研發項目之一。

3.2 化工衍生產品生產

利用煤炭資源和天然氣資源存量豐富的天然優勢，在使用煤炭生產甲醇產品時提取出多種衍生化工產品，如草酸、甲酸等。在研發和二次加工的基礎上，這些化工產品還能夠衍生出更多品種，如新型甲酸甲酯產品、草酸產品等。新型煤化工技術的使用能不斷豐富化工產品種類，有效提升煤炭資源的使用效率，讓生產過程更加規模化，進而提高企業盈利空間，使化工行業呈現出多元化的發展趨勢。

3.3 煤氣化技術

煤氣化技術是指通過使用多組催化劑將煤原料經化學反應轉化為新型混合物和化合物，即異丁醇和甲醇(配比為40%和60%)，再經脫水加工轉化為異丁烯制成甲基叔丁基醚。我國在實際生產過程中，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。當前煤氣化技術正由固定床加壓技術、加壓粉煤氣化向規模化、工業化進軍，爭取在增產能降能耗的同時減免對環境的污染[5]。

筆者認為，新型煤化工技術的主要優勢在于提升了對煤炭資源的利用率，生產過程更為清潔環保。高度融合各項高新技術，形成煤炭與能源化工的一體化，有效降低了生產成本，實現經濟效益最大化[6]。當前，我國新型煤化工的發展前景一片光明，主要有兩方面原因：一是煤炭儲備豐富。能有效彌補天然氣和石油存量不足的劣勢，滿足新型煤化工產業發展的需要。二是運輸方便。交通共享是我國全面經濟發展的第一步，四通八達的運輸網絡能確保煤化工產品運輸的及時、安全、經濟，便于生產實現規模化、基地化。

4 結束語

綜上所述，我國石油產量相對不足，無法充分滿足生產生活需要。不斷創新新型煤化工技術提高煤炭資源的利用效率可以彌補石油產量不足問題。新型煤炭技術的使用能在保護青山綠水的同時生產出更多的衍生化工產品，為煤炭行業的長期發展和國家經濟的穩步提高貢獻力量。