新型煤化工技術(shù)的研究進(jìn)展

賈薇(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

0 引言

化石能源屬于不可再生資源，因此，如何對(duì)化石能源進(jìn)行高效利用，歷來是一個(gè)受到廣泛關(guān)注的問題，而煤化工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用將是解決這一問題的有效途徑。當(dāng)前，雖然我國(guó)煤化工技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但能耗較高等問題仍然存在，因此，有必要研究和應(yīng)用一系列的新型煤化工技術(shù)，以提高煤炭資源的利用率，確保煤化工的環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展。

1 傳統(tǒng)煤化工技術(shù)

通過對(duì)煤進(jìn)行一系列化學(xué)加工，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤資源的綜合利用，這種技術(shù)稱之為煤化工技術(shù)，這種工業(yè)也就稱之為煤化工。應(yīng)用煤化工技術(shù)，可以制備出各種固體、液體和氣體形態(tài)的化學(xué)產(chǎn)品，這些化學(xué)產(chǎn)品再做進(jìn)一步加工處理，就可以生產(chǎn)出更多的不同產(chǎn)品，具體來看，現(xiàn)階段我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)仍以傳統(tǒng)煤化工技術(shù)為主。

1.1 煤焦化技術(shù)

煤焦化技術(shù)又稱為煤干餾，這種技術(shù)主要是利用高溫和隔絕空氣的條件使煤分解，由于煤當(dāng)中除了碳之外還含有一定量的氫、氧、氮等元素，因此，只要通過變更加熱溫度和加熱時(shí)間，就可以得到不同的焦化產(chǎn)品，如煤焦炭、煤焦油、焦?fàn)t氣和精氨水等，這些產(chǎn)品在化工、制藥、染料等多個(gè)行業(yè)都有著不可替代的作用。如煤焦化制得的焦?fàn)t氣在煉鐵方面發(fā)揮著重要作用，煤焦化制得的乙烯，作為常用的催熟劑，在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用也極為廣泛。

1.2 煤氣化技術(shù)

煤氣化技術(shù)是指在高溫條件下，利用空氣、水蒸氣、二氧化碳作為氣化劑，通過一系列的化學(xué)作用，將煤中的碳元素轉(zhuǎn)為可燃混合氣體的這一加熱過程。一般來說，常見的煤氣化工藝技術(shù)分為固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)和氣流床氣化技術(shù)三種，這三種技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)。固定床氣化技術(shù)應(yīng)用較廣，對(duì)于任何質(zhì)量的煤能夠進(jìn)行氣化，但蒸汽分解率相對(duì)較低，導(dǎo)致廢水處理難度加大，使得成本居高不下；流化床氣化技術(shù)通過維持均衡的爐內(nèi)溫度，使得煤的氣化率很高，但這種技術(shù)對(duì)于煤的質(zhì)量要求非?？量蹋绻旱馁|(zhì)量較差，那么其工作效率將大幅降低；氣流床氣化技術(shù)相對(duì)較為先進(jìn)，其氣化劑并不使用空氣，而是使用純氧，因此氣化純度較高，并且污染較低[1]。

1.3 煤液化技術(shù)

將煤中含有的有機(jī)物加工為液體形態(tài)的技術(shù)稱之為煤液化技術(shù)，由于液體密度較大，因此有著更多的應(yīng)用途徑，一部分汽車就以液化氣作為燃料，液化氣燃燒相對(duì)較為充分，產(chǎn)生的空氣污染物較少，對(duì)環(huán)境相對(duì)較為友好。

具體來看，煤液化分為直接液化和間接液化兩種，直接液化又可稱為加氫液化法，通過氫氣和催化劑，將煤裂化為液體燃料；間接液化相對(duì)較為復(fù)雜，需要將煤、氧氣和水蒸氣在高溫下全部氣化，再利用催化劑將這些混合的氣化物合成為液體燃料，這種間接液化技術(shù)，通常被用來合成各種燃油和潤(rùn)滑油產(chǎn)品。

2 新型煤化工技術(shù)

相較于傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)，新型煤化工技術(shù)有了更多改進(jìn)，也涉及到了更多的方面和領(lǐng)域，能夠制備出更多的化學(xué)產(chǎn)品，也能夠充分響應(yīng)我國(guó)綠色發(fā)展和節(jié)能發(fā)展的理念，因此得到了國(guó)家的大力支持。具體來看，新型煤化工技術(shù)普遍具有產(chǎn)品綠色節(jié)能、產(chǎn)業(yè)銜接度高、新舊技術(shù)結(jié)合、能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模企業(yè)之間的合作和對(duì)煤炭資源高效利用等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 甲醇生產(chǎn)技術(shù)

一直以來，國(guó)內(nèi)的大部分化工廠都以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，但從我國(guó)各種不可再生資源的存儲(chǔ)量來看，煤炭資源遠(yuǎn)多于天然氣資源，利用煤炭資源生產(chǎn)甲醇顯然是更為合理的，因此，煤炭甲醇生產(chǎn)技術(shù)理應(yīng)得到開發(fā)和應(yīng)用。作為一種常見的化工原料，對(duì)甲醇進(jìn)行羰基化處理后，即可得到甲酸、草酸等一系列常見的化學(xué)品，在草酸的制備環(huán)節(jié)中，只需要利用鈀作為催化劑，甲醇就可以直接和亞硝酸反應(yīng)生成草酸，這個(gè)反應(yīng)過程具有高效和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，非常適合在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。而借助二胺和乙烷的催化，利用甲醇和一氧化碳反應(yīng)，就可以制備甲酸甲酯，而且該反應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)化率[2]。

2.2 新型煤氣化技術(shù)

新型煤氣化技術(shù)主要通過使用不同的催化劑對(duì)煤炭進(jìn)行處理，利用多種化學(xué)反應(yīng)，得到更多種類的化合物，一般來說，利用新型煤氣化技術(shù)，主要可制得異丁醇和甲醇，對(duì)異丁醇脫水處理后，即可得到異丁烯，再經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，即可得到甲基叔丁基醚，這種物質(zhì)混合在燃油中，能夠有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)效率。不僅如此，甲基叔丁基醚作為一種重要的醫(yī)藥中間體，在制藥行業(yè)也發(fā)揮著重要作用。整體來看，新型煤氣化技術(shù)的本質(zhì)就是對(duì)煤炭進(jìn)行處理以得到高辛烷值產(chǎn)品的過程，目前，煤氣化技術(shù)正在朝著加壓粉煤氣化的方向發(fā)展。

2.3 煤合成烯烴新型技術(shù)

煤化工中的甲醇可以通過一系列化學(xué)反應(yīng)制備烯烴類產(chǎn)品，對(duì)此，國(guó)內(nèi)研究人員近年來進(jìn)行了大量研究，通過對(duì)反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新，有效提高了甲醇制備烯烴的轉(zhuǎn)化率[3]。同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了另一種新型技術(shù)，這種技術(shù)可以利用煤炭為原料來大量生產(chǎn)甲烷，而后利用甲烷來反應(yīng)生成乙烯，應(yīng)用這種技術(shù)，不僅具有較高的轉(zhuǎn)化率，而且具有較好的反應(yīng)選擇性，使得制得的乙烯產(chǎn)品具有較高的純度。

2.4 新型合成氨技術(shù)

與傳統(tǒng)的合成氨技術(shù)不同，新型氨合成技術(shù)可利用高溫高壓和催化劑作用將煤原料直接轉(zhuǎn)化成氨，當(dāng)前，隨著我國(guó)各項(xiàng)科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，合成氨的技術(shù)也隨之不斷發(fā)展進(jìn)步，為確保合成氨的效果，研究人員也對(duì)煤化工領(lǐng)域的合成氨技術(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，重點(diǎn)是對(duì)提升效率方面進(jìn)行了研究，這對(duì)于提高煤炭資源利用率和合成氨技術(shù)豐富化都非常有效。

2.5 水煤漿技術(shù)的研發(fā)

水煤漿屬于一種新型的燃料，具有更好的穩(wěn)定性，因此，其運(yùn)輸和儲(chǔ)存都非常便捷，與其他燃料相比，其燃燒時(shí)可以釋放很高的能量，并且不會(huì)釋放過多的有害氣體，具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。除了水煤漿之外，現(xiàn)階段還有油煤漿和油水煤等，也都有著類似的優(yōu)點(diǎn)。

2.6 煤化工聯(lián)產(chǎn)技術(shù)及其優(yōu)化

新型煤化工技術(shù)中的各個(gè)應(yīng)用方向并非各自獨(dú)立，而是互相之間有著一定的聯(lián)系，因此，將各種煤化工技術(shù)進(jìn)行融合以形成聯(lián)產(chǎn)，將有效提升生產(chǎn)效率，并使得煤資源得到更有效的利用，特別是對(duì)于一些開采難度大或是煤炭質(zhì)量較差的煤礦，聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用更是能有效提升煤炭生產(chǎn)效果，并有效降低成本，保護(hù)環(huán)境。

隨著化工技術(shù)的發(fā)展，煤化工聯(lián)產(chǎn)技術(shù)必然得到更為廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際的聯(lián)產(chǎn)當(dāng)中，各種生產(chǎn)技術(shù)的共同應(yīng)用，可以有效發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并有效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中的各種復(fù)雜情況。隨著信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，煤化工聯(lián)產(chǎn)技術(shù)也將逐漸實(shí)現(xiàn)智能化，從而有效降低操作人員的工作強(qiáng)度、優(yōu)化煤化工生產(chǎn)中各種技術(shù)問題的解決效率和效果、防止煤化工生產(chǎn)中發(fā)生安全事故，從而確保煤化工生產(chǎn)領(lǐng)域能夠取得長(zhǎng)期較快發(fā)展。

2.7 煤化工技術(shù)設(shè)備科技水平不斷提升

隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的不斷提升，煤化工技術(shù)設(shè)備的科技水平也隨之提升，煤化工生產(chǎn)已經(jīng)初具集成化。由于煤化工生產(chǎn)中的污染情況仍然存在，因此，煤化工技術(shù)與設(shè)備將朝著環(huán)保的方向發(fā)展，同時(shí)，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，就必須形成一套完整的設(shè)備開發(fā)與回收的運(yùn)行體系，以推進(jìn)煤化工行業(yè)的技術(shù)水平不斷取得進(jìn)步。

3 新型煤化工技術(shù)的未來發(fā)展

3.1 新型煤化工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

雖然煤化工的生產(chǎn)材料一直都是煤炭，但煤化工技術(shù)的工藝必定是不斷發(fā)展變化的，與傳統(tǒng)煤化工技術(shù)不同，新型煤化工技術(shù)將更為科學(xué)和先進(jìn)，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響更小。預(yù)計(jì)，該領(lǐng)域?qū)⒁砸粋€(gè)新興產(chǎn)業(yè)的模式出現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，并加快推動(dòng)國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的改革，傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)將逐步被新型煤化工技術(shù)取代。未來，新型煤化工技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，將具備以下六個(gè)優(yōu)勢(shì)：

(1)新型煤化工技術(shù)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品，大都是清潔能源，能夠有效替代現(xiàn)階段常用的各種化石能源，從而有效降低環(huán)境污染；

(2)新型煤化工技術(shù)的推廣應(yīng)用將會(huì)直接促成新型環(huán)保能源結(jié)構(gòu)體系，成為國(guó)家新能源發(fā)展中不可或缺的一部分；

(3)在新型煤化工技術(shù)的發(fā)展中，各種先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)生產(chǎn)工藝的融合，將有效促進(jìn)新型煤化工技術(shù)的不斷改革與創(chuàng)新，使得新型煤化工技術(shù)能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活調(diào)整；

(4)新型煤化工技術(shù)的發(fā)展直接帶動(dòng)了傳統(tǒng)煤炭化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，不僅能夠降低環(huán)境污染，而且能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，給企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益；

(5)新型煤化工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程中廢棄物的集中化處理，對(duì)于減少污染有著積極意義；

(6)新型煤化工技術(shù)的發(fā)展有望帶動(dòng)與之相關(guān)的一系列新興行業(yè)的崛起，為技術(shù)人員的發(fā)展和提升增添渠道。

3.2 新型煤化工技術(shù)的發(fā)展方向

未來，新型煤化工技術(shù)的研發(fā)方向主要分為以下三個(gè)方向：

(1)通過利用各種新型煤化工技術(shù)分解煤炭，以制備各種烴類產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可供相關(guān)單位進(jìn)行研發(fā)工作；

(2)新型煤化工技術(shù)可采用羥基化的方式，對(duì)常見的煤化工產(chǎn)品做進(jìn)一步的加工提?。?/p>

(3)新型煤化工技術(shù)的應(yīng)用可將原材料作為低碳烴類產(chǎn)品。

目前，在國(guó)際部分領(lǐng)域，已經(jīng)開始了對(duì)這幾個(gè)方向的大量研究，已經(jīng)制得了一系列衍生產(chǎn)品，這些衍生產(chǎn)品通常是經(jīng)過PD催化技術(shù)而制備，該項(xiàng)技術(shù)及其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝都具有很高應(yīng)用價(jià)值，不但可以生產(chǎn)出大量的清潔能源，還可利用煤化工聯(lián)產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行二次能源的生產(chǎn)。

4 結(jié)語

總之，隨著我國(guó)工業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)，煤化工技術(shù)也必然朝著科技型強(qiáng)和安全性高的方向發(fā)展，各種新型煤化工技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠降低煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境的不利影響，提高煤化工生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，幫助企業(yè)取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于煤化工技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)當(dāng)積極借鑒國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，從而為我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。