煤化工

　　簡介

　　chemical processing of coal

　　煤化工是指以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。

　　以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體產品或半產品，而后進一步加工成化工、能源產品的過程。

　　主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。隨著世界石油資源不斷減少，煤化工有著廣闊的前景。

　　在煤化工可利用的生產技術中，煉焦是應用最早的工藝，并且至今仍然是化學工業的重要組成部分。

　　煤的氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產各種氣體燃料，是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環境保護；煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料、化工原料等多種產品的原料。

　　煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時，煤的液化產品將替代天然石油。

　　發展運用

　　中國煤化工開始于18世紀后半葉，19世紀形成了完整的煤化工體系。進入20世紀，許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產，煤化工成為化學工業的重要組成部分。第二次世界大戰以后，石油化工發展迅速，很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。進入二十一世紀后，隨著全球石油市場的動蕩和石油價格的攀升，煤炭作為儲量巨大并且可能替代石油的資源重新受到越來越多的重視。煤中有機質的化學結構，是以芳香族為主的稠環為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種官能團的大分子結構，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。

　　煤化工項目相關

　　世界上生產的煤，主要用作電站和工業鍋爐燃料；用于煤化工的占一定比例，其中主要是煤的焦化和氣化。80年代世界焦炭年產量約340Mt,煤焦油年產量約 16Mt（從中提煉的萘約1Mt）。煤焦油加工的產品廣泛用于制取塑料、染料、香料、農藥、醫藥、溶劑、防腐劑、膠粘劑、橡膠、碳素制品等。1981年，世界合成氨總產量95.3Mt，主要來源于石油和天然氣。以煤為原料生產的氨只約占10%；自煤制合成甲醇的比例也很小，僅占甲醇總產量約1%。

　　美國煤化工　1984年美國用煤717.7Mt,其中用于煉焦的占5.5%,達39.5Mt。煉焦副產的苯占苯總產量的9%，以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中占 8%。1984年美國建成由褐煤氣化再甲烷化生產高熱值城市煤氣的工廠，日加工褐煤22kt，產氣3.89Mm。同時，又在煤氣化和液化方面，進行了不少新工藝試驗。

　　聯邦德國煤化工　1984年聯邦德國用煤84.8Mt（不包括褐煤），煉焦用煤占32.6%，為27.6Mt，煤焦油年產量約 1.4Mt。全國鋼鐵等企業的焦爐生產的煤焦油集中到五個焦油加工廠進行加工,生產的化學品達500多種。電石乙炔化工方面曾有很大發展，當前在技術上仍有改進。在煤的加壓氣化和直接液化研究方面也有一些新的進展。

　　日本煤化工　1984年日本共用煤106.9Mt,由于其鋼鐵工業很發達，煉鐵等冶金用焦炭需要量很大，因此煉焦用煤占66%，為 70.5Mt。每年的煤焦油產量達2.4Mt，提供了全部萘的工業來源。以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中占23%。

　　南非煤化工　南非是當前世界上仍擁有煤間接液化工廠的地區，有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液體燃料工廠，年加工煤共約33Mt，生產汽油、柴油、噴氣燃料等油品數百萬噸，副產氣態烴、乙醇、氨、硫等化學品數十萬噸。

　　技術進展

　　新型煤化工是指以潔凈能源和化學品為目標產品， 應用煤轉化高新技術，建成未來新興煤炭－能源化產業；結合煤炭資源開發和煤炭生產建設的發展，建成若干大型產業基地或基地群。新型煤化工是煤炭工業調整產業結構，走新型工業化道路的戰略方向。

　　新型煤化工與傳統煤化工的區別：新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等等。傳統煤化工涉及焦炭、電石、合成氨等領域。

　　新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工產品為主，如柴 油、汽油、航空煤油、液化石油氣。乙烯原料、聚丙烯原料、甲醇、二甲醚以及煤化工獨具優勢的特有化工產品，如芳香烴類產品。還有電力、熱力等。

　　新型煤化工的特點

　　(1）以清潔能源為主要產品。新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工產品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲隧〉、電力、熱力等，以及煤化工獨具優勢的特有化工產品，如芳香短類產品。

　　(2）煤炭一能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術發展的戰略方向，緊密依托于煤炭資源的開發，并與其它能源、化工技術結合，形成煤炭一能源化工一體化的新興產業。

　　(3）高新技術及優化集成。新型煤化工根據煤種、煤質特點及目標產品不同，采用不同煤轉化高新技術，并在能源梯級利用、產品結構方面對不同工藝優化集成，提高整體經濟效益，如煤焦化一煤直接液化聯產、煤焦化一化工合成聯產、煤氣化合成一電力聯產、煤層氣開發與化工利用、煤化工與礦物加工聯產等。同時，新型煤化工可以通過信息技術的廣泛利用，推動現代煤化工技術在高起點上迅速發展和產業化建設。

　　(4）建設大型企業和產業基地。新型煤化工發展將以建設大型企業為主，包括采用大型反應器和建設大型現代化單元工廠，如百萬噸級以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯產系統等。

　　在建設大型企業的基礎上，形成新型煤化工產業基地及基地群，制砂設備。每個產業基地包括若干不同的大型工廠，相近的幾個基地組成基地群，成為國內新的重要能源產業。

　　(5）有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利用，如高硫煤或高活性低變質煤作化工原料煤，在一個工廠用不同的技術加工不同煤種并使各種技術得到集成和互補，使各種煤炭達到物盡其用，充分發揮煤種、煤質特點，實現不同質量煤炭資源的合理、有效利用。新型煤化工強化對副產煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。

　　(6）經濟效益最大化。通過建設大型工廠，應用高新技術，發揮資源與價格優勢，資源優化配置，技術優化集成，資源、能源的高效合理利用等措施，減少工程建設的資金投入，降低生產成本，提高綜合經濟效益，選礦設備。

　　(7）環境友好。通過資源的充分利用及污染的集中治理，達到減少污染物排放，實現環境友好。

　　(8）人力資源得到發揮。通過新型煤化工產業建設，帶動煤炭開采業及其加工業、運輸業、建筑業、裝備制造業、服務業等發展，擴大就業，充分發揮我國人力資源豐富的優勢。

　　甲醇生產化學品

　　以煤基生產化學品，主要是將煤先制成甲醇，再將甲醇制成其它化學產品。

　　a）甲醇制烯烴

　　甲醇制烯烴(Methanol To Olefin，MTO)是煤制烯烴工藝路線的核心技術，是將甲醇轉化為乙烯、丙烯的工藝。MTO工藝開辟了由煤炭或天然氣生產基本有機化工原料的新工藝路線，是最有希望取代傳統的以石油為原料制取烯烴的路線，也是實現煤化工向石油化工延伸發展的有效途徑。

　　其中烯烴分離技術是整套工藝流程的核心技術，目前國內比較成熟的烯烴分離技術有——惠生MTO烯烴分離技術。該技術采用用一個非清晰切割的預切割塔把碳一及更輕組分與大部分碳二分開，預切割塔的塔頂出口氣體進入油吸收塔，用吸收劑（碳三、碳四或碳五）吸收碳二及更重組分達到碳一與碳二的完全分離。吸收塔底部出口的吸收劑送到預切割塔頂部進行再生。

　　惠生MTO烯烴分離技術特點是

　　1、流程簡單，無深冷分離單元，無乙烯制冷壓縮機，設備投資少，能耗低；

　　2、采用切實有效的方法脫除氮氣、氧氣、CO和DME等含氧輕質氣體， 流程簡單、可靠，對原料中這些組分的變化適應能力強；

　　3、采用先進技術和合理的設計，在低能耗的情況下保證乙烯、丙烯的高收率；

　　4、采取有效措施防止系統內結焦和結垢以及安全措施，確保裝置長周期安全穩定運行；

　　5、整體流程由常規單元集成優化而成，各單元均有成功的生產運行經驗，技術安全可靠，無工業化風險。

　　b）煤制乙二醇

　　乙二醇是重要的化工原料和戰略物資，用于制造聚酯(可進一步生產滌綸、飲料瓶、薄膜）、炸藥、乙二醛，并可作防凍劑、增塑劑、水力流體和溶劑等。合成氣制乙二醇是煤制乙二醇工藝路線的核心技術，是將合成氣經草酸酯加氫合成乙二醇的工藝。

　　技術流程

　　煤中有機質的化學結構，是以芳香族為主的稠環為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種功能團的大分子結構（見煤化學），通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。 　在煤的各種化學加工過程中，焦化是應用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴；煤氣化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生產城市煤氣及各種燃料氣（廣泛用于機械、建材等工業），也用于生產合成氣（作為合成氨、合成甲醇等的原料）；煤低溫干餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料，在20世紀上半葉曾得到發展，第二次世界大戰以后，由于其產品在經濟上無法與天然石油相競爭而趨于停頓，當前只有在南非仍有煤的間接液化工廠；煤的其他直接化學加工，則生產褐煤蠟、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小規模的應用。

　　相關裝備

　　煤化工裝備種類較多，主要分為動、靜兩大類。其中，加氫反應器、氣化爐、還原爐、換熱器、盛運容器等壓力容器和管道、閥門等屬于靜裝備，泵、風機、壓縮機、空分裝備等屬于動裝備。氣化爐是煤化工最為關鍵的裝備，大部分煤化工項目都需要經歷煤炭經氣化爐轉換為合成氣這一環節?？辗盅b備也是煤化工的關鍵裝備之一，煤氣化及煤液化均需使用大量的高純度氧氣，均具有較高的技術壁壘。

　　技術要求

　　資源優勢

　　一是我國的能源稟賦特點是“缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”；二是煤炭價格相對低廉。有很多地方，煤炭資源豐而不富，如資源分布廣而散，小礦多，大礦少，雞窩礦多。這會導致煤炭供應數量的不穩定；成分上不 穩定?；どa是要長周期穩定運行的，原料數量和質量不穩定，化工生產就無法正 常操作。一般地講，一個像樣的煤化工項目，一年要消耗幾百萬噸煤炭，要保持煤化 工企業運行幾十年，考慮到開采率等問題，沒有幾十億噸的儲量是難以滿足煤化工企 業的要求的。如果當地煤炭資源儲量不大，成分不穩定，或者灰粉太高，熱值不高， 那么，就不必要硬去搞煤化工，還是把這些煤用作燃料為好。

　　煤炭價格是發展煤化工的另一個重要因素。煤價過高，就使得煤化工企業沒有競 爭力。相對于石油化工和天然氣化工而言，煤化工單位產品投資大，財務費用高。煤 價過高，單位產品成本就必然高，體現不出煤化工的優勢。2004 年美國一家煤化工公 司的到廠煤價為 20 美元/bbl。在工作中遇到很多煤化工項目，有的原料煤價格很便 宜，在 100 元/t 以下，項目效益很好，如陜北、內蒙古等地；而有的地方雖然有煤 炭資源，但煤價很高，有的煙煤甚至達到 400 元/t 以上，有些山西無煙塊煤到廠價 達到 700 多元/t 甚至還要高，項目競爭力很弱。

　　充足水源

　　耗水量大是煤化工的一大特點。很多地方煤資源豐富，水資源卻短缺。中國北方和沿海大部分地區都屬于這種情況。有許多煤化工企業受缺水的困擾，常常出現煤化工企業與農業或其他工業爭水現象。要保持煤化工企業正常運行，起碼要保證每小時 上千噸新鮮水的供應。真正上規模的煤化工企業，2000-3000t/h 的用水量也是必要的。

　　同時，煤化工企業對水價也比較敏感。全國各地水價相差很大，一般南方靠近江 河的地方水價便宜，新鮮水價格 0.2-0.3 元/t，水資源費0.02-0.03 元/t，大部分地區 水價格在 0.4-0.5 元/t。然而，有的地方要從很遠地方調水，有些工業園區水價很高， 達到 1.5 元/t，企業難以承受。個別沿海缺水地區，選用海水淡化，水價至少達到 5 元/t，若煤化工企業用就承受不起。

　　交通便利

　　煤化工企業產品和原料運輸量大，交通運輸顯得十分重要，最好是靠近鐵路或水運方便的地方。鐵路、水運和汽運比較起來，一是鐵路和水運在數量上可以很方便地滿足要求，數量大了，汽運組織起來很麻煩；二是鐵路和水運價格大大低于汽車運輸 價格。鐵路運價一般為 0.15 元/（t·km）（指國鐵），水運價格為 0.10 元/（t·km）， 而汽運價格為 0.32 元/（t·km），相差甚大；三是汽車運輸損耗大。當然，煤化工企 業坐在煤田上，靠皮帶運輸，可以大大減少原料煤的運輸量。但產品還要運出去，還是有鐵路好。國外的經驗也是這樣的。目前國內也有很多小型煤化工企業不靠鐵路運輸，發展受到限制。

　　環境容量

　　中國煤炭資源豐富，但總體上說，煤含硫高，開發利用的環保要求高。2003 年中國 SO2 排放和 CO2 排放分別占世界第一和第二，其中 90%的 SO2 的排放來自煤的使用。

　　煤化工企業排污是不可避免的，即使經處理達到排放標準，總還是有三廢要排放 的。這是不可回避的問題。中國南方煤質含硫量高，很多地方環境容量已經飽和或已 超標，尤其是山區較多的地區，廢氣擴散困難，很多地方酸雨嚴重，再發展煤化工已 沒有余量，項目很難通過環保部門的審批。

　　煤化工替代燃料產品可分為三類：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（煤制油）、氣體燃料（甲烷氣/合成氣/氫氣）。其中含氧燃料技術成熟，是應予推廣應用的重點；合成油與現有車輛技術體系和基礎設施完全兼容，但其技術尚待完善，將在2020年發揮重要作用；氣體燃料車優點很多，我國將從基礎科學研究、前沿技術創新、工程應用開發等方面逐一突破。