煤化工工藝技術(shù)評述與展望

鮑玉貴　李寒旭

摘 要：文章結(jié)合煤化工的現(xiàn)有層次，對煤氣化技術(shù)、核查合成氣制乙烯和二甲醚的走向進(jìn)行研究，剖析了甲醇實現(xiàn)國產(chǎn)化、大型化及合成化的工業(yè)途徑。站在工業(yè)化角度綜合分析煤化工工藝技術(shù)，對其發(fā)展趨勢及產(chǎn)業(yè)化走向進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：煤化工；工藝技術(shù)；展望

中圖分類號：TP53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

人類社會的生存和發(fā)展離不開能源，我國能源的開采利用之中，煤能源占據(jù)主導(dǎo)地位。通過對煤炭資源的合理利用，可以將其高效、潔凈、經(jīng)濟等諸多優(yōu)點予以發(fā)揮，對于煤化工技術(shù)來說是前所未有的進(jìn)步。煤化工產(chǎn)業(yè)涉及到的范圍較廣，對大多數(shù)石油化工產(chǎn)品都可以生產(chǎn)出來?，F(xiàn)階段，我國油資源儲量較少，開采不足，油資源愈發(fā)緊張，這就意味著煤化要肩負(fù)更多的使命，煤化工未來的走向?qū)ξ覈?jīng)濟的發(fā)展以及能源戰(zhàn)略起到關(guān)鍵作用。文章站在國產(chǎn)化、工程化的角度進(jìn)行考慮，生動闡述了煤化工工藝技術(shù)發(fā)展、合成乙烯甲醇的工業(yè)化、大型化的制備途徑。煤化工工藝技術(shù)對于煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的，同時對于煤化工技術(shù)的未來走向、開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行重點探討。

1 煤化工的三個工業(yè)化層次

在煤炭工業(yè)漫長的發(fā)展過程中，其主要研究對象是煤氣化、化工原料以及燃料的合成。煤氣化技術(shù)不斷的發(fā)展進(jìn)步，化工原料合成工藝水平也不斷地提高，在現(xiàn)有的條件下，將煤制成氣，生產(chǎn)出一種新的原料用以生產(chǎn)多種類型的化工產(chǎn)品、合成燃料已經(jīng)成為一種現(xiàn)實，這是煤化工工業(yè)的重要進(jìn)展與突破。

煤化工工藝的三個主要步驟主要是：煤制合成氣、合成氣的加工以及深度加工。其中第一個步驟中氣的合成是通過水煤漿或者干煤粉的部分氧化形成的。而合成氣加工的工藝路線主要是通過醇類、烴類或者其他碳氧化合物的合成所構(gòu)成的。其可以作為單獨的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行使用，同時亦可扮演加工中間品的角色。另外甲醇的下游產(chǎn)品中含有較大比例的碳酸二甲酯、醋酸等，烴類的下游產(chǎn)品則具有較多的聚乙烯、聚丙烯等，這對于化工行業(yè)起到支柱作用。

2 煤氣化的方法和技術(shù)

2.1 煤氣化的方法

近幾年煤氣化技術(shù)穩(wěn)步向前推進(jìn)，氣化方法也存在較大區(qū)別，其中最常見的四種方法為：流化床氣化、移動床氣化、熔融床氣化以及氣流床氣化。當(dāng)中的熔融床氣化方法還處于初級階段，另外三種已經(jīng)投入到了應(yīng)用，實現(xiàn)了工業(yè)化。

第一、流化床氣化方法。這種方法的原料通常采用粒徑小于8厘米的煤顆粒，所使用的硫化介質(zhì)為氣化劑，借助流化床的氣體分布板從床沿通過。流化床內(nèi)部氣固具有很好的返混接觸能力，具有很高的傳質(zhì)、傳熱效率，因此，流化床具有比較均衡的溫度和組成。

第二、移動床氣化方法。固定床氣化是另一種叫法，逆向操作是這一方法的指導(dǎo)原則，常壓和加壓是最為常見的方法，常壓法相對簡單，但離不開塊煤，低熔點的煤不予以使用。加壓法是在常壓法的基礎(chǔ)之上改進(jìn)發(fā)展而來的，所使用的氣化劑是氧氣和氣化劑，煤的適應(yīng)能力得到了較大程度的提高。Lurgi 加壓氣化法非常適合此方法，最終生產(chǎn)的煤氣中存在高比例的甲烷。

第三、氣流床氣化方法。這一方法是在固體氣化的過程中，通過氣化劑將煤粒帶入氣化爐I并進(jìn)行氣化。煤顆粒為氣流所隔開，氣化過程不受燃料粘結(jié)性的影響，這時期最主要的特點。在氣流床氣化爐之中，燃料進(jìn)行短暫，燃料和氣化劑之間迅速發(fā)生作用。氣化劑中可以使用氧氣以及水，可以使得反應(yīng)溫度維持在一個較高水平。K-T爐法是最早的氣流床氣化方法。常溫狀態(tài)下容易出現(xiàn)一些問題，所以后期加壓氣化工藝Shell和Prenflo 方法橫空出世。

2.2 煤氣化的技術(shù)

煤氣化工藝經(jīng)歷長期的發(fā)展主要有以下幾種形式：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。

Texaco 水煤漿加壓氣化技術(shù)：這種煤氣化工藝所使用的原料是水煤漿，在氣化爐中加入工藝氧氣，在里面進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，在氣化壓力以及高溫的條件下，最終獲得一氧化碳和氧氣的合成氣。這種工藝的優(yōu)點在于具有很高的工藝碳轉(zhuǎn)化率以及有效成分，安全可靠，適用于大多數(shù)煤種，操作的彈性比較大，對于產(chǎn)生的三廢也比較容易處理，對于環(huán)保是極為有利的。

Lurgi 固定床加壓氣化技術(shù)：這種方法只用于高品質(zhì)的煤種，且只能用塊狀煤，甲烷在其中占有的比例較多，城市煤氣比較適合此種方法，所產(chǎn)生的三廢難以處理，不利于環(huán)保。

Dow 氣化技術(shù)：這種工藝技術(shù)非常的優(yōu)良，化工方面可以將其應(yīng)用推廣。其所使用的氣化爐有兩個部分，它具有自己獨特的優(yōu)點：與上述工藝技術(shù)相比，它具有低耗能的優(yōu)勢，氣化條件比較的平和，穩(wěn)定可靠，可以將一些材質(zhì)普通的耐火磚應(yīng)用到二段爐中，投資成本較為低廉，材料應(yīng)用廣泛。將此中工藝方法作為甲醇和合成氨制備方法，前景不可估量，具有很強的可行性。

Shell 粉煤制氣工藝：這種煤氣化工技術(shù)相對比較潔凈，適應(yīng)性強，這種方法可以應(yīng)用到發(fā)電方面，同時可以將其合成氣用于化工原料。所選用的進(jìn)料可使用干粉煤，因此在選料方面非常的寬泛，成本低廉，同時煤種的消耗相對較低。

水煤漿化工的現(xiàn)狀和技術(shù)開發(fā)：如何提高水煤漿的煤濃度，使得漿體處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，這是采用水煤漿原料最難以解決的問題。在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，水煤漿距離氣化爐距離較近，儲槽容積也不大，存時間最多也只能在幾天之內(nèi)。若想對漿體中的煤濃度予以提高，可以從添加劑性能改善方面或者添加另一種含碳固體的方法。最近幾年來，一些水煤漿氣化設(shè)備已經(jīng)開始引進(jìn)并投入生產(chǎn)和使用，其操作流程比較簡單，但也具有一些缺點。干粉煤氣的使用還處于初級階段，在其他國家中通常用于發(fā)電。

3 對煤氣化未來的設(shè)想

總體來說，煤化工工藝還存在一系列的問題，例如運輸問題、成本高、污染問題等。這需要我們不斷的探索和研究，可以嘗試將一些大型煤氣化裝置設(shè)置在煤礦的坑口，同時在其附近建立煤化工企業(yè)，提高煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，同時變得更為環(huán)保，方便于民，造福于民，希望在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹征彥.中國潔凈煤技術(shù)[M].北京：中國物資出版社，2008.

[2]沙興中，楊南星.煤的氣化與利用[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2006：444.endprint