新型煤化工产业现状及发展方向

刘 新

（山西潞安化工集团煤基清洁能源公司，山西 长治 046000）

0 引言

我国是全球排名靠前的工业生产国，但我国矿产资源具有富煤、贫油、少气的特点，对进口石油、天然气的依赖性较大[1]，对外依存度分别为63.16%、34.44%。近年来为减少石油、天然气等的对外依存度，对煤化工产业多元化发展提出了更高要求。

新型的煤化工是用我国丰富的煤炭资源生产得到洁净的新能源[2]，如柴油、汽油、甲醇等，将煤炭的物质特性与化工技术紧密结合，实现煤炭与化工的一体化，进而缓解我国对于石油的依赖。新型煤化工是可以替代石化产业原料的新路径，因此发展新型煤化工具有重要的意义。

1 新型煤化工发展现状

新型煤化工是以煤为原料经过一系列化学反应获得经济性更高的产物，进而实现煤炭的清洁利用，同时获得更高的经济效益。目前，新型煤化工已在煤制油、煤制天然气、煤制芳烃、煤制烯烃、煤制乙二醇等领域有所成就。

1.1 煤制油

煤制油[3]是煤在高温高压下发生一系列物化反应得到烃类燃料和石油化工产品，主要是通过直接液化和间接液化的方式实现。

直接液化分为溶剂法、热裂解法和催化加氢法。其中催化加氢工艺是指煤在催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料，具体分为三部分，即煤浆制备单元、高温高压加氢液化反应单元、产品分离单元。间接液化主要有合成气法和甲醇法。合成气法的具体工艺为原料煤进行气化生成以H2和CO 为主要组分的原料气，经酸性气体净化处理后，进行催化加氢生成产品。

相比直接液化，间接液化对煤炭质量要求不严，且反应条件温和，间接液化的压力也比直接液化低很多。但从经济角度上看，直接液化节约了原料和成本，经济效益更优[4]。目前，伊泰、潞安、神华等单位的煤炭间接液化装置已在试运行。中科院山西煤化所和兖矿集团在山西、陕西等煤制油项目中实现了煤间接液化的工业化应用。

1.2 煤制天然气

煤制天然气工艺[5]包括煤气化单元、变换单元、净化单元和甲烷化单元。煤气化单元即煤经气化炉转化为CO、H2等气体，为更好满足甲烷化工艺的要求[φ（H2）∶φ（CO）=3∶1]，通过变换单元提高原料气中的氢碳比，通过净化单元除去变换气中的硫化物和CO2，最后经甲烷化单元生成天然气CH4。

煤气化单元及甲烷化单元是工艺关键部分，现阶段该技术已基本成熟。煤气化技术有固定床煤气化、气流床煤气化、流化床煤气化，其中固定床气化炉更节能、同时操作简单、适用范围更广。甲烷化单元技术目前有鲁奇甲烷化、托普索甲烷化和Dvay 甲烷化，由于该反应是强放热反应，对反应器、催化剂有较高的要求。

目前，华福联合体的无循环甲烷化技术的能耗相对传统的甲烷化技术更节能，但在装置放大、技术产业升级、转化率等还需要更大的升级和创新。

1.3 煤制芳烃

苯、甲苯、二甲苯（简称BTX）是重要的化工原料，应用于农药、日化、材料、家电等众多领域。

目前主要的技术是中国科学院山西煤炭化学研究所的固定床甲醇制芳烃技术（MTA）、清华大学的循环流化床甲醇制芳烃技术（FMTA）、河南煤化集团研究院与北京化工大学开发的煤基甲醇制芳烃技术以及甲苯甲醇烷基化制芳烃技术[6]。

近年来，煤基甲醇制芳烃技术是主流发展方向，具体工艺为煤经气化、变换等工艺先合成甲醇，再经过催化脱氢、环化反应得到芳烃，最后分离得到苯、甲苯、二甲苯产物。

甲醇制芳烃是强放热反应，对所采用的催化剂有较高要求，同时催化剂成本较高，导致经济性较弱，实现工业化面临着较大，因此未来在催化剂开发、反应器设计和放大等问题上需要进一步优化。

1.4 煤制烯烃（乙烯、丙烯）

煤制烯烃主要有两大类。煤基甲醇制烯烃的工艺为煤先通过合成气得到甲醇，再由甲醇合成进一步得到烯烃。煤基费托合成烯烃是煤经气化得到合成气，直接在催化剂作用下合成烯烃[7]。

目前，我国已有7 套煤制烯烃示范工程。在新型煤化工中，煤制甲醇占比很大，目前甲醇产能过剩，且烯烃的价格每吨近万元，其价值远远高于煤或甲醇，因此将甲醇进一步转化成为烯烃，则大大提高了其价值。

1.5 煤制乙二醇

煤制乙二醇的方法主要有直接合成法和间接合成法[8]。直接合成法是通过煤经合成气直接得到乙二醇。间接合成法主要是合成气先得到甲醇、甲醛等中间反应物，再进一步转化得到乙二醇。间接工艺有甲醛法、CO 氧化偶联法两种工艺。与甲醛法相比，CO 氧化偶联法原料主要是NO、CO、H2、醇类等，反应条件相对温和。

目前国内的煤制乙二醇工艺主要包括福建物构所-丹化技术、宇部兴产-高化学-东华科技技术等近10 个技术联合体开发了成套技术。但煤制乙二醇示范技术结果表明，在降低能耗、提供产品质量、降低污染物排放等角度需进一步优化。

2 新型煤化工存在的问题

相比传统煤化工，新型煤化工更加清洁高效，但仍存在一些不足，具体表现为：一、价格竞争力弱。当前石油价格仍处于低位，新型煤化工较石油化工竞争力较弱。二、水资源匮乏。我国煤炭资源主要集中在北方，水资源则集中在南方，而新型煤化工生产需大量的水资源，二者的逆向分布对发展新型煤化工有一定的制约。三、生产条件苛刻。大多数新型煤化工的反应条件为高温高压，且涉及易燃易爆化学品，对生产安全性有很高的要求。四、污染问题严重[9]。新型煤化工在生产中会产生大量的固体废弃物、SO2及CO2等废气、高浓度含盐废水，目前CO2、废水仍较难处理，会带来新的环境污染问题。

3 新型煤化工未来发展方向

1）新型煤化工暂未实现大范围工业化，发展竞争力较弱，可利用Aspen 软件结合实际生产，从整体工艺出发优化操作条件，合理利用能量，降低能耗，提高其经济效益；新型煤化工仍处于发展初期，国家也应从政策角度给予支持。

2）新型煤化工反应条件苛刻，需高温高压，因此需对采用的催化剂进行改性，加快反应速率的同时减缓其在高温高压下失活速率，提高使用寿命。

3）在“双碳”背景下，新型煤化工产生的CO2可采用CO2捕集和封存技术（CCS）对其进行收集、运输和封存，减少环境问题。但该技术仍在研究阶段，所需成本较高，因此需采取有效措施推动CCS 技术的实施。