煤化工技术的发展与新型煤化工技术

郝建文

(晋城乾泰安全技术有限公司，山西 晋城 048000)

煤炭资源存储量在我国所有资源中比例最大，远超石油和天然气。据统计，在总能源消费比例中煤炭消费超过70%。煤炭资源用途广泛，煤化工除生产煤化气、焦油、液化及衍生品外，还能生产出煤制油等石油的替代品。随着石油危机的出现，世界各强国争夺石油控制权的斗争愈发激烈。大批投资者将目光转向煤化工技术。经过多年的发展，我国的煤化工行业已趋于成熟，不断涌现的新型技术均已投入使用，但高能耗依然存在。发挥我国煤炭资源存量丰富的优势，使煤炭资源的使用更加清洁、高效具有跨时代的意义。

1 煤化工的涵义和新型煤化工技术的发展现状

煤化工是指以煤为原料，经化学加工转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程。煤化工技术包括煤的液化、气化、干馏、焦油加工和电石乙炔化工等方面。煤化学加工过程将以芳香族为主的稠环由桥键互相连接，经热加工和催化加工转化为各种燃料和化工产品。煤化工在世界范围内兴起于18世纪后半叶，进入19世纪后逐渐发展完善。新型煤化工将生产洁净能源和可替代石油化工产品为主要目标，如汽油、煤油、柴油等。长期以来，煤炭能源以其庞大的储量在我国能源结构中占据主导地位[1]。新型煤化工技术的出现使我国对煤炭资源的利用更加高效安全，但能源结构还不够合理，亟待引入先进的技术。

2 煤化工技术种类

我国目前的煤化工工业发展规模居世界第一位，在煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等方面均领先于其他发达国家。

2.1 煤干馏技术

煤干馏技术也叫做煤焦化技术，是让煤炭隔绝空气来进行加热和分解。煤焦化是目前最为成熟的煤炭化学转化方法，主要用于生产冶金用焦炭。煤化工过程包括一次化学加工、二次化学加工和深度加工三个阶段。当前，我国拥有世界总量13%的炼焦煤资源，可采储量占16%。我国炼焦煤生产主要集中于陕西省，现有焦化厂700多家。但由于资源分散，单厂产能较低，导致整体产能低下。从长期发展来看，应由分散生产向焦炉大型化转变，采用捣固炼焦技术、干法熄焦技术、煤气脱硫技术、焦化废水处理技术等现代化方法[2]。在新技术的研发方面，主推大型半焦生产工艺。

2.2 煤气化技术

煤气化技术也叫气化技术，是煤化工最核心的技术，指煤炭和化学药剂在高温环境下发生反应产生气体或气体混合物的液化过程。气化剂可选用空气、氧气和二氧化碳等。煤炭内的碳分子遇到气化剂会发生热解，转化为气态的混合物，我们熟知的水蒸气和二氧化碳就是这一原理。不同质量的煤在不同的条件下生成的气化物成分也不尽相同。按照汽化炉中产生气体的多少，可将煤层由下至上分为灰层、干馏层和氢化层[3]。在干馏层和氢化层中，水分经高温加热后蒸发形成干馏带和干燥带。当气化反应产生粗煤气后还要进行深度加工和净化，进而产生各类化学产品。

当前，较为常用的煤气化技术有粉煤气化技术、水煤浆加压气化技术、固定床加压气化技术等。我国在水煤浆加压气化技术使用方面，已积累较为丰富的经验，多数设备可以实现自给自足。例如，华能西安热工院自主研发的二段粉煤汽化炉已成功应用于满洲里煤化工项目。由航天石化公司研发的HT-L气化炉主要使用的就是干粉煤气化技术，可年产甲醇15万吨。

2.3 煤液化技术

煤液化技术在上世纪初产生于德国，最先使用的是直接液化技术。煤液化技术对煤种和反应条件都要求的极为苛刻，导致生产困难，成本居高不下。煤间液化技术是将原材料煤气化制成合气，再经催化反应转化为醇类和烃类燃料。我国是世界上第一个也是唯一一个掌握百万吨级煤炭直接液化技术的国家，生产出的柴油和石脑油全部达到世界标准[4]。我国在煤炭间接液化的研究方面也取得了一定成绩，在山西煤化所的带领下多项技术都已进入实验阶段。煤液化技术和煤间接液化技术都需要消耗大量的原水，其耗水量分别为7和12 t/m3。

3 新型煤化工技术分析

3.1 以煤为原材料的烃类合成产品

在传统煤化工技术的基础上，技术专家通过裂变分解反应将甲醇制成烯烃类产品并将转化率提升至100%，烯烃的选择性超过90%。该技术项目目仍前处在深度研究阶段，虽然在中科院的带领下取得了一定突破但还有一些技术问题没有完全解决，需要在反复实验中寻求突破。甲烷经氧化脱氢化反应生成乙烯是以煤为原材料的新的转化工艺，目前转化率稳定在25%～35%之间，C2的选择性比例提升至70%～80%，是当前重点研发项目之一。

3.2 化工衍生产品生产

利用煤炭资源和天然气资源存量丰富的天然优势，在使用煤炭生产甲醇产品时提取出多种衍生化工产品，如草酸、甲酸等。在研发和二次加工的基础上，这些化工产品还能够衍生出更多品种，如新型甲酸甲酯产品、草酸产品等。新型煤化工技术的使用能不断丰富化工产品种类，有效提升煤炭资源的使用效率，让生产过程更加规模化，进而提高企业盈利空间，使化工行业呈现出多元化的发展趋势。

3.3 煤气化技术

煤气化技术是指通过使用多组催化剂将煤原料经化学反应转化为新型混合物和化合物，即异丁醇和甲醇(配比为40%和60%)，再经脱水加工转化为异丁烯制成甲基叔丁基醚。我国在实际生产过程中，主要使用壳牌、德士古牌等炉型，以天然气和煤炭为原料制取高辛烷值的添加剂。当前煤气化技术正由固定床加压技术、加压粉煤气化向规模化、工业化进军，争取在增产能降能耗的同时减免对环境的污染[5]。

笔者认为，新型煤化工技术的主要优势在于提升了对煤炭资源的利用率，生产过程更为清洁环保。高度融合各项高新技术，形成煤炭与能源化工的一体化，有效降低了生产成本，实现经济效益最大化[6]。当前，我国新型煤化工的发展前景一片光明，主要有两方面原因：一是煤炭储备丰富。能有效弥补天然气和石油存量不足的劣势，满足新型煤化工产业发展的需要。二是运输方便。交通共享是我国全面经济发展的第一步，四通八达的运输网络能确保煤化工产品运输的及时、安全、经济，便于生产实现规模化、基地化。

4 结束语

综上所述，我国石油产量相对不足，无法充分满足生产生活需要。不断创新新型煤化工技术提高煤炭资源的利用效率可以弥补石油产量不足问题。新型煤炭技术的使用能在保护青山绿水的同时生产出更多的衍生化工产品，为煤炭行业的长期发展和国家经济的稳步提高贡献力量。