煤化工工藝技術評述與展望

阮 祝

內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責任公司，內(nèi)蒙古伊泰 010300

人類要生存，社會要發(fā)展就必須依靠能源，而煤能源在世界礦物能源儲量中位居首位。我國的能源主要依靠煤能源，煤炭在能源結(jié)構中所占的比例為75%，它合理利用煤炭能源，充分體現(xiàn)了高效、潔凈、經(jīng)濟的優(yōu)點，這對煤化工的利用是一個重大突破。煤化工所牽涉到的范圍很廣，可以生產(chǎn)絕大部分的石油化工產(chǎn)品。在當前階段，我國的油儲存量開采不足和油品緊張的矛盾日益突出，在未來煤化工的發(fā)展也直接關系到我國經(jīng)濟的發(fā)展和能源戰(zhàn)略的安全。本文在此從國產(chǎn)化和工程化的方面出發(fā)，對煤氣化工藝技術的發(fā)展和合成氣制乙烯以及甲醇、二甲醚等一些工業(yè)化和大型化途徑進行了闡述。煤氣化工藝技術是煤化工的重要技術，在此重點論述了煤氣化技術的未來發(fā)展和應用開發(fā)等問題。

1 煤化工的三個工業(yè)化層次

在煤炭工業(yè)發(fā)展中，煤氣化、化工原料和燃料的合成已經(jīng)成了主要研究對象。在煤氣化新技術的不斷發(fā)展中，化工原料合成工藝也日趨成熟，當前階段，將煤制合成氣作為重要原料來生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品和合成燃料已經(jīng)形成，這也是煤化工工業(yè)的重大改革。

煤化工工藝根據(jù)它的步驟來劃分，可以分為煤制合成氣、合成氣的加工和深度加工三個主要步驟。其中，煤化工的第一個層次是水煤漿或者干煤粉通過部分的氧化法生成了合成氣。而醇類、烴類以及其他碳氧化合物的合成構成了合成氣加工的工藝路線。它們不僅可以成為單獨的工業(yè)產(chǎn)品，也可以作為加工的中間品。那么，甲醇下游產(chǎn)品如碳酸二甲酯、醋酸等，和烯烴的下游產(chǎn)品如聚乙烯、聚丙烯等所占的比例最多，它是化工行業(yè)的重要支柱。

2 煤氣化的方法和技術

2.1 煤氣化的方法

在煤轉(zhuǎn)化發(fā)展過程中，煤氣化是最主要的一種技術。近年來煤氣化技術的不斷發(fā)展，所形成的氣化方法也不盡相同，可以分成流化床氣化、移動床氣化、熔融床氣化以及氣流床氣化這四種方法。其中，熔融床氣化方法還在試用時期，而其他三種方法都已經(jīng)工業(yè)化。

2.1.1 流化床氣化方法

這種方法是采用了不大于八厘米的顆粒煤作為原料，同時把氣化劑作為流化介質(zhì)，然后通過流化床的氣體分布板從下由上通過床巖。流化床內(nèi)氣和固直接的返混和接觸良好，它的傳質(zhì)和傳熱速率都很高，所以流化床的組成和溫度都比較均衡。

2.1.2 移動床氣化方法

這種方法又叫固定床氣化，這種方法需要逆向操作。一般可以分為常壓和加壓兩種方法，常壓法操作簡單，但必須用塊煤，不可以采用低灰熔點的煤。而加壓法是在常壓法的基礎上進行改進和提高的，一般采用氧氣和水蒸氣作為氣化劑，很大提高了煤種的適應能力。這種方法一般采用Lurgi加壓氣化法，所生產(chǎn)出來的煤氣中的甲烷含量比較高。

2.1.3 氣流床氣化方法

氣流床是固體在燃料氣化時，氣化劑把煤粉帶進氣化爐進行并流氣化。它的特點主要是氣流隔開了各自的煤粒，燃料的粘結(jié)性不對氣化過程產(chǎn)生影響。燃料在氣流床氣化爐的反應區(qū)做短時停留，燃料和氣化劑快速反應。采用氧氣和少許水作為氣化劑，可以保持較高的反應溫度。在氣流床氣化方法中，K-T爐法是最早被使用的。它一般在常溫狀態(tài)下操作，但出現(xiàn)了一些問題，后來又研究出了加壓氣化工藝-Shell和Prenflo方法。

2.2 煤氣化的技術

如今已工業(yè)化的煤氣化工藝有以下幾種：Texaco水煤漿加壓氣化、Lurgi固定床加壓氣化、Dow水煤漿加壓氣化以及Shell粉煤氣化。

2.2.1 Texaco水煤漿加壓氣化技術

Texaco水煤漿加壓氣化技術是將水煤漿作為原料，和工藝氧氣在氣化爐中進行部分的氧化反應，在氣化壓力和高溫下，最后獲得合成氣CO和H2。這種工藝碳轉(zhuǎn)化率和有效氣成分很高，它安全性高，對煤種的適用范圍廣，有比較大的操作彈性，三廢處理比較簡單，有利于保護環(huán)境。

2.2.2 Lurgi固定床加壓氣化技術

這種氣化法對煤質(zhì)有比較高的要求，只能用塊煤，粗煤氣中甲烷的含量比較高，比較適合生產(chǎn)城市煤氣，而且三廢不容易處理。

2.2.3 Dow氣化技術

這種氣化技術工藝優(yōu)良，有可能被用在化工生產(chǎn)方面。Dow氣化爐可以分成兩段，它具有以下一些優(yōu)點：和Texaco互相比較，它的氧耗、煤耗以及噸氨能耗都比較低，氣化條件比較溫和，在二段爐可以采用一般的耐火磚，而且成本低，材料適應性廣。運用這種水煤漿氣化來生產(chǎn)甲醇和合成氨，或許是一種可行的方法。

2.2.4 Shell粉煤制氣工藝

它是一種潔凈的煤氣化工藝技術，原料適應性強，這種工藝不僅適合聯(lián)合發(fā)電，還可以將制取的合成氣作為化工原料。它直接采用干粉煤進料，對于原料選擇更廣泛，成本低，煤種的轉(zhuǎn)化和煤的消耗低。

2.2.5 水煤漿化工的現(xiàn)狀和技術開發(fā)

在煤化工中，采用水煤漿為原料，最難解決的問題就是怎樣才能提高水煤漿的煤濃度，讓漿體保持穩(wěn)定狀態(tài)。在工業(yè)配置中，水煤漿離氣化爐比較短，中間貯槽的容積比較小，儲存時間可以在幾個小時到幾天之內(nèi)。提高漿體中的煤濃度可以采用對添加劑性能進行改善和增加第二種含碳固體的方法。這幾年來，國家引進的水煤漿氣化設備已經(jīng)慢慢投產(chǎn)，雖然操作流程簡便，但也存在一些缺點。干粉煤氣化在我國的經(jīng)驗還不成熟，在國外主要是用來發(fā)電。

3 對煤氣化未來的設想

總的來說，煤化工工藝還有一些缺點：例如運輸困難、成本高、污染環(huán)境等。運輸渠道都是通過輪船和鐵路，運輸量很大，成本很高，而且在生產(chǎn)過程中排出的廢渣、廢氣等毒害物質(zhì)，給水源、空氣和土地帶來了污染。化工裝置在配置煤氣化技術的時候，都是獨立設置的。這種氣化設置比較分散，根本無法解決運輸量大，污染環(huán)境等問題，在21世紀的化學工業(yè)發(fā)展中已經(jīng)不能適應形勢的發(fā)展。在未來的煤氣化發(fā)展中，可以考慮在煤礦的坑口，設置很多大型化的煤氣化裝置。另外，還可以在坑口旁邊建立大型的煤化工綜合性企業(yè)，從而提高煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，讓運輸緊張狀況得到緩解，也讓城市周圍工業(yè)區(qū)的環(huán)境污染得到改善，希望在不久將來這種設想能成為現(xiàn)實，成為將來煤化工發(fā)展的方向。

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