煤化工產(chǎn)品工藝路線(xiàn)分析

李 斌

(山西焦煤西山煤電多種經(jīng)營(yíng)公司太原杰森實(shí)業(yè)公司管業(yè)公司，山西 太原 030053)

引 言

目前，由于國(guó)內(nèi)原油資源的消耗數(shù)量逐漸增多，使得我國(guó)原油進(jìn)口數(shù)量也呈現(xiàn)逐漸增多的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于原油進(jìn)口依賴(lài)性隨之增加，導(dǎo)致了我國(guó)的能源供應(yīng)所面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。若是國(guó)際市場(chǎng)之中原油價(jià)格發(fā)生變化，同樣會(huì)在很大程度上影響到我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。所以，進(jìn)一步的研發(fā)全新能源產(chǎn)品，降低我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于進(jìn)口原油依賴(lài)程度，這是目前亟待解決的重要問(wèn)題。在研發(fā)與利用新能源方面，我們不僅需要進(jìn)一步加大對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能以及各種可再生資源的利用程度，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提升對(duì)于煤炭資源利用程度。由于我國(guó)煤炭資源的儲(chǔ)量相對(duì)豐富，而過(guò)去對(duì)于煤炭資源的開(kāi)采一直屬于粗放開(kāi)采方式，尤其是在煤巖資源的深度利用方面存在很多不足。進(jìn)一步推動(dòng)煤化工行業(yè)發(fā)展是深化煤巖資源利用以及增加煤巖資源附加價(jià)值的有效方式[1]。

1 煤制甲醇產(chǎn)品工藝路線(xiàn)

我國(guó)在生產(chǎn)煤制甲醇方面所采用的工藝發(fā)展非常成熟，對(duì)于不同的工藝技術(shù)而言，存在的最大不同點(diǎn)便是在進(jìn)行造氣過(guò)程中有所差異?，F(xiàn)階段利用煤炭資源完成造氣操作的工藝主要包含有魯奇造氣工藝、德士古造氣工藝、道化學(xué)造氣工藝以及殼牌造氣工藝等等。其中魯奇造氣工藝在實(shí)踐之中所應(yīng)用時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，不過(guò)，因?yàn)樵诖朔N工藝技術(shù)條件之中所需的氣化溫度相對(duì)低，導(dǎo)致了的氣體之中所含有的甲烷氣體比例較大，在制備甲醇合成氣過(guò)程中不適宜采用。德士古造氣工藝目前基本上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，無(wú)論是相關(guān)材料或者是其中的部件等我們均可以自主生產(chǎn)，所以，從資金成本投入方面來(lái)看其所需資金相對(duì)少，不過(guò)，德士古造氣工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于所使用煤炭種類(lèi)灰分大小以及活性等均存在較高要求。殼牌造氣工藝所使用的原材料包含有純氧以及干煤粉料，在氣化的過(guò)程中溫度能夠超過(guò)1 400 ℃以上，并且利用廢鍋流程，確保了所得甲醇?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)更高。

2 煤制二甲醚產(chǎn)品工藝路線(xiàn)

在制備二甲醚產(chǎn)品的過(guò)程中，可以采用的工藝技術(shù)種類(lèi)非常多，其中在工業(yè)生產(chǎn)方面應(yīng)用最為廣泛的工藝為甲醇脫水工藝以及直接合成工藝。采用甲醇脫水工藝時(shí)首先利用合成氣制備得到甲醇產(chǎn)物，再將所制備得到的甲醇利用固體催化劑進(jìn)行脫水處理，便能夠得到二甲醚產(chǎn)品，在脫水法工藝之中又包含有氣相催化方法以及液相催化方法等。直接合成工藝則是利用合成氣作為生產(chǎn)的最初原料，并且在同一個(gè)反應(yīng)裝置之中完成甲醇的合成以及脫水反應(yīng)，在采用一步合成工藝情況下所應(yīng)用的催化劑材料一般都為雙功能催化材料[2]。

2.1 甲醇脫水工藝制備二甲醚產(chǎn)品

首先利用合成氣制備得到甲醇產(chǎn)品，再利用催化劑對(duì)所得到的甲醇產(chǎn)品進(jìn)行脫水處理，最終制備得到二甲醚產(chǎn)品。在脫水處理的過(guò)程中，可以采用氣相脫水法，也可以采用液相脫水法。相對(duì)而言，氣相脫水工藝的應(yīng)用較為廣泛，此種工藝之中所應(yīng)用到的催化劑材料是ZSM材料，有些情況也會(huì)應(yīng)用γ-Al2O3材料。脫水反應(yīng)所需的壓力為0.5 MPa～1.5 MPa之間，所需的溫度值在230 ℃～400 ℃之間。在甲醇?xì)怏w通過(guò)汽化之后，再經(jīng)過(guò)換熱工序便被輸送至反應(yīng)裝置之中完成脫水反應(yīng)，而反應(yīng)產(chǎn)物在經(jīng)過(guò)換熱處理之后，進(jìn)一步的進(jìn)行冷凝便能夠得到二甲醚產(chǎn)品。在采用液相脫水工藝方法時(shí)，所利用的催化劑材料為H2SO4等材料，采用此種工藝技術(shù)所需的溫度值為130 ℃～180 ℃之間，所得到的反應(yīng)物再進(jìn)行汽化處理，最后進(jìn)行冷凝便能夠得到二甲醚產(chǎn)品。

2.2 一步法制備二甲醚產(chǎn)品

現(xiàn)階段，在制備二甲醚產(chǎn)品的過(guò)程中，應(yīng)用較為廣泛的方法是美國(guó)所發(fā)明的漿態(tài)床合成氣一步法工藝，同時(shí)，我國(guó)大連化學(xué)物理研究所同樣也研發(fā)的相關(guān)制備工藝，為固相合成工藝，此種工藝目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也較為廣泛。

漿態(tài)床合成氣一步法工藝是將合成氣以及循環(huán)氣等進(jìn)行混合處理，然后將其一并的輸送至漿相之中完成相應(yīng)的反應(yīng)，并且向其中添加適宜水，通過(guò)水氣變換反應(yīng)對(duì)反應(yīng)平衡進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)。在進(jìn)行氣體混合之前，先要應(yīng)用反應(yīng)所得產(chǎn)物對(duì)氣體進(jìn)行預(yù)熱處理，在經(jīng)過(guò)換熱之后，將所得產(chǎn)物輸送至集油罐之中進(jìn)行脫油以及脫催化劑處理。最后把所得氣體經(jīng)過(guò)冷凝分離，便能夠獲得二甲醚產(chǎn)品以及副產(chǎn)物。

固定床一步法工藝其是首先將合成氣進(jìn)行壓縮處理，然后將其和循環(huán)氣體進(jìn)一步進(jìn)行混合，并和反應(yīng)所得產(chǎn)物對(duì)氣體進(jìn)行預(yù)熱處理，在經(jīng)過(guò)換熱之后，將溫度升高之后混合氣體輸送至反應(yīng)裝置之中，在反應(yīng)裝置之中發(fā)生反應(yīng)，其壓力要求為2.5 MPa～4.0 MPa之間，具體的反應(yīng)溫度值為230 ℃～300 ℃之間，所使用的催化劑材料為沸石材料，在經(jīng)過(guò)反應(yīng)之后得到二甲醚、甲醇等物質(zhì)，最后通過(guò)萃取處理以及提濃處理能夠獲得二甲醚產(chǎn)品。

3 煤制油工藝路線(xiàn)

從元素組成的角度來(lái)看，煤炭產(chǎn)品以及石油產(chǎn)品之中主要元素均為碳元素、氫元素、氮元素、氧元素以及硫元素等，不過(guò)，兩者之間的具體分子構(gòu)成存在一定差異。從化學(xué)組成的角度來(lái)看，石油產(chǎn)品之中H/C的比例值要較煤炭產(chǎn)品高，因此，如果想把煤炭產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)槭彤a(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)給定相應(yīng)的反應(yīng)條件，確保分子能夠?qū)崿F(xiàn)加氫反應(yīng)?，F(xiàn)階段，所采用的煤制油工藝基本上有兩種，分別是直接液化工藝以及間接液化工藝。

3.1 直接液化工藝

此種工藝技術(shù)是在和空氣隔絕條件之下，把煤炭產(chǎn)品加熱升溫至430 ℃～460 ℃之間，確保煤產(chǎn)品能夠發(fā)生熱裂解反應(yīng)，在發(fā)生裂解的同時(shí)向其中添加氫氣以及催化劑物質(zhì)，再將反應(yīng)條件的壓力值增加至17 MPa～30 MPa之間，從而便能夠制備得到不同的液化油產(chǎn)品。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程中的具體條件，我們能夠獲得各種類(lèi)型油產(chǎn)品。從理論上來(lái)看，3 t煤經(jīng)過(guò)液化加工處理之后能夠得到1 t左右的液體產(chǎn)品，擁有相對(duì)高的效益，不過(guò)，這一工藝對(duì)于煤炭質(zhì)量的要求相對(duì)較高。

3.2 間接液化工藝

此種工藝技術(shù)是首先把煤氣化處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺?，再利用催化劑物質(zhì)所擁有的催化功能，在特定壓力環(huán)境之中反應(yīng)得到油產(chǎn)品以及其他一些化學(xué)產(chǎn)品。此種技術(shù)手段和直接液化技術(shù)對(duì)比而言更加的成熟，采用此項(xiàng)工藝技術(shù)時(shí)，5 t煤經(jīng)過(guò)液化加工處理之后能夠得到1 t左右的液體產(chǎn)品，相對(duì)于直接液化工藝而言，其擁有的效益相對(duì)較低，不過(guò)，此種工藝對(duì)于煤炭質(zhì)量的要求相對(duì)較低，而且所得到的產(chǎn)品種類(lèi)也相對(duì)多[3]。

4 煤制天然氣產(chǎn)品工藝路線(xiàn)

在煤制天然氣產(chǎn)品工藝中，依照具體的流程差異同樣能夠劃分為直接甲烷化工藝以及間接甲烷化工藝。

4.1 直接甲烷化工藝路線(xiàn)

在相應(yīng)的溫度條件以及壓力條件之下，通過(guò)煤炭直接將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦患淄闅怏w。第一步，應(yīng)當(dāng)先把煤炭破碎成特定的尺寸，在借助于循環(huán)載體流把破碎好的煤炭顆粒輸送至反應(yīng)裝置里，使用的催化劑材料為耐硫堿金屬材料，在CO氣體環(huán)境中，或者是在為CO2氣體和氫氣氣體混合環(huán)境中，發(fā)生反應(yīng)得到CH4、CO以及H2的混合氣體。

4.2 間接甲烷化工藝路線(xiàn)

將煤炭首先進(jìn)行氣化處理得到合成氣，之后將合成氣輸送至反應(yīng)裝置之中，向其中加入相應(yīng)的催化劑在特定條件下制備得到甲烷氣體。目前，技術(shù)水平相對(duì)先進(jìn)的應(yīng)當(dāng)為T(mén)OPSOE工藝，其是將三個(gè)具有相同功能的反應(yīng)裝置串聯(lián)在一起，而且不同裝置之中的實(shí)際反應(yīng)條件也基本保持一致，反應(yīng)的壓力條件都是在3 MPa～6 MPa之間，而且反應(yīng)的溫度也均是在250 ℃～700 ℃之間，所采用的催化劑材料均為鎳基材料，此種材料的催化效率相對(duì)優(yōu)良，能夠確保CO氣體的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，CO2氣體的轉(zhuǎn)化率也能夠達(dá)到99%。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于發(fā)展階段，煤化工產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力同樣也逐漸得以提升，而在這一過(guò)程中煤化工工藝路線(xiàn)也定會(huì)越來(lái)越完善，其工業(yè)化前景也定會(huì)越來(lái)越廣闊。