新型煤化工產業現狀及發展方向

劉 新

（山西潞安化工集團煤基清潔能源公司，山西 長治 046000）

0 引言

我國是全球排名靠前的工業生產國，但我國礦產資源具有富煤、貧油、少氣的特點，對進口石油、天然氣的依賴性較大[1]，對外依存度分別為63.16%、34.44%。近年來為減少石油、天然氣等的對外依存度，對煤化工產業多元化發展提出了更高要求。

新型的煤化工是用我國豐富的煤炭資源生產得到潔凈的新能源[2]，如柴油、汽油、甲醇等，將煤炭的物質特性與化工技術緊密結合，實現煤炭與化工的一體化，進而緩解我國對于石油的依賴。新型煤化工是可以替代石化產業原料的新路徑，因此發展新型煤化工具有重要的意義。

1 新型煤化工發展現狀

新型煤化工是以煤為原料經過一系列化學反應獲得經濟性更高的產物，進而實現煤炭的清潔利用，同時獲得更高的經濟效益。目前，新型煤化工已在煤制油、煤制天然氣、煤制芳烴、煤制烯烴、煤制乙二醇等領域有所成就。

1.1 煤制油

煤制油[3]是煤在高溫高壓下發生一系列物化反應得到烴類燃料和石油化工產品，主要是通過直接液化和間接液化的方式實現。

直接液化分為溶劑法、熱裂解法和催化加氫法。其中催化加氫工藝是指煤在催化劑作用下通過加氫裂化轉變為液體燃料，具體分為三部分，即煤漿制備單元、高溫高壓加氫液化反應單元、產品分離單元。間接液化主要有合成氣法和甲醇法。合成氣法的具體工藝為原料煤進行氣化生成以H2和CO 為主要組分的原料氣，經酸性氣體凈化處理后，進行催化加氫生成產品。

相比直接液化，間接液化對煤炭質量要求不嚴，且反應條件溫和，間接液化的壓力也比直接液化低很多。但從經濟角度上看，直接液化節約了原料和成本，經濟效益更優[4]。目前，伊泰、潞安、神華等單位的煤炭間接液化裝置已在試運行。中科院山西煤化所和兗礦集團在山西、陜西等煤制油項目中實現了煤間接液化的工業化應用。

1.2 煤制天然氣

煤制天然氣工藝[5]包括煤氣化單元、變換單元、凈化單元和甲烷化單元。煤氣化單元即煤經氣化爐轉化為CO、H2等氣體，為更好滿足甲烷化工藝的要求[φ（H2）∶φ（CO）=3∶1]，通過變換單元提高原料氣中的氫碳比，通過凈化單元除去變換氣中的硫化物和CO2，最后經甲烷化單元生成天然氣CH4。

煤氣化單元及甲烷化單元是工藝關鍵部分，現階段該技術已基本成熟。煤氣化技術有固定床煤氣化、氣流床煤氣化、流化床煤氣化，其中固定床氣化爐更節能、同時操作簡單、適用范圍更廣。甲烷化單元技術目前有魯奇甲烷化、托普索甲烷化和Dvay 甲烷化，由于該反應是強放熱反應，對反應器、催化劑有較高的要求。

目前，華福聯合體的無循環甲烷化技術的能耗相對傳統的甲烷化技術更節能，但在裝置放大、技術產業升級、轉化率等還需要更大的升級和創新。

1.3 煤制芳烴

苯、甲苯、二甲苯（簡稱BTX）是重要的化工原料，應用于農藥、日化、材料、家電等眾多領域。

目前主要的技術是中國科學院山西煤炭化學研究所的固定床甲醇制芳烴技術（MTA）、清華大學的循環流化床甲醇制芳烴技術（FMTA）、河南煤化集團研究院與北京化工大學開發的煤基甲醇制芳烴技術以及甲苯甲醇烷基化制芳烴技術[6]。

近年來，煤基甲醇制芳烴技術是主流發展方向，具體工藝為煤經氣化、變換等工藝先合成甲醇，再經過催化脫氫、環化反應得到芳烴，最后分離得到苯、甲苯、二甲苯產物。

甲醇制芳烴是強放熱反應，對所采用的催化劑有較高要求，同時催化劑成本較高，導致經濟性較弱，實現工業化面臨著較大，因此未來在催化劑開發、反應器設計和放大等問題上需要進一步優化。

1.4 煤制烯烴（乙烯、丙烯）

煤制烯烴主要有兩大類。煤基甲醇制烯烴的工藝為煤先通過合成氣得到甲醇，再由甲醇合成進一步得到烯烴。煤基費托合成烯烴是煤經氣化得到合成氣，直接在催化劑作用下合成烯烴[7]。

目前，我國已有7 套煤制烯烴示范工程。在新型煤化工中，煤制甲醇占比很大，目前甲醇產能過剩，且烯烴的價格每噸近萬元，其價值遠遠高于煤或甲醇，因此將甲醇進一步轉化成為烯烴，則大大提高了其價值。

1.5 煤制乙二醇

煤制乙二醇的方法主要有直接合成法和間接合成法[8]。直接合成法是通過煤經合成氣直接得到乙二醇。間接合成法主要是合成氣先得到甲醇、甲醛等中間反應物，再進一步轉化得到乙二醇。間接工藝有甲醛法、CO 氧化偶聯法兩種工藝。與甲醛法相比，CO 氧化偶聯法原料主要是NO、CO、H2、醇類等，反應條件相對溫和。

目前國內的煤制乙二醇工藝主要包括福建物構所-丹化技術、宇部興產-高化學-東華科技技術等近10 個技術聯合體開發了成套技術。但煤制乙二醇示范技術結果表明，在降低能耗、提供產品質量、降低污染物排放等角度需進一步優化。

2 新型煤化工存在的問題

相比傳統煤化工，新型煤化工更加清潔高效，但仍存在一些不足，具體表現為：一、價格競爭力弱。當前石油價格仍處于低位，新型煤化工較石油化工競爭力較弱。二、水資源匱乏。我國煤炭資源主要集中在北方，水資源則集中在南方，而新型煤化工生產需大量的水資源，二者的逆向分布對發展新型煤化工有一定的制約。三、生產條件苛刻。大多數新型煤化工的反應條件為高溫高壓，且涉及易燃易爆化學品，對生產安全性有很高的要求。四、污染問題嚴重[9]。新型煤化工在生產中會產生大量的固體廢棄物、SO2及CO2等廢氣、高濃度含鹽廢水，目前CO2、廢水仍較難處理，會帶來新的環境污染問題。

3 新型煤化工未來發展方向

1）新型煤化工暫未實現大范圍工業化，發展競爭力較弱，可利用Aspen 軟件結合實際生產，從整體工藝出發優化操作條件，合理利用能量，降低能耗，提高其經濟效益；新型煤化工仍處于發展初期，國家也應從政策角度給予支持。

2）新型煤化工反應條件苛刻，需高溫高壓，因此需對采用的催化劑進行改性，加快反應速率的同時減緩其在高溫高壓下失活速率，提高使用壽命。

3）在“雙碳”背景下，新型煤化工產生的CO2可采用CO2捕集和封存技術（CCS）對其進行收集、運輸和封存，減少環境問題。但該技術仍在研究階段，所需成本較高，因此需采取有效措施推動CCS 技術的實施。