煤化工分析技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用前景

胡景芳

摘 要：煤炭作為不可再生資源，與石油類似，其化工產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電力和國(guó)防等眾多領(lǐng)域。我國(guó)石油資源緊缺且日益減少，使得煤化工越來越受到國(guó)家重視，煤化工技術(shù)的發(fā)展也愈來愈引起廣泛關(guān)注。煤化工以煤炭為原料，是通過各種化工技術(shù)將固態(tài)煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)化工產(chǎn)品的化工過程，目前較成熟的工業(yè)化煤化工項(xiàng)目離不開煤氣化技術(shù)，煤氣化技術(shù)是指通過化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化并分離精制為一氧化碳和氫氣的過程，屬于C1化學(xué)的范疇，它利用固定床、流化床、氣流床等氣化爐裝置，在一定的條件下將碳元素由固態(tài)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。該類技術(shù)得到了學(xué)界和業(yè)界人士的廣泛認(rèn)可，煤氣化技術(shù)作為煤化工項(xiàng)目中的重要組成部分，是隨后的甲醇合成、二甲醚合成、烯烴合成與分離、油品合成、塑料合成等諸多工藝的基礎(chǔ)。整個(gè)煤化工生產(chǎn)過程需要精細(xì)操控，預(yù)判隱患，故而必須依靠煤化工分析檢測(cè)技術(shù)的緊密配合，才能實(shí)現(xiàn)煤化工項(xiàng)目的正常運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供戰(zhàn)略支持。

關(guān)鍵詞：煤化工;分析技術(shù);應(yīng)用

目前，煤炭在我國(guó)主要用作一次能源，生產(chǎn)量占一次能源的70%以上，消費(fèi)量接近一次能源消費(fèi)的65%，少部分煤炭用作化工原料。因工業(yè)用途不同，被劃分為動(dòng)力煤，煉焦煤，煤化工用煤。換句話說，煤炭資源不僅可以作為燃料，也可作為原材料制備焦炭、煤焦油、煤氣等一系列化工產(chǎn)品。我國(guó)多煤少油貧氣，發(fā)展煤化工勢(shì)在必行。隨著科學(xué)技術(shù)的積累與突破，煤炭資源的使用更多傾向于煤化工項(xiàng)目，以緩解油氣危機(jī)，為市場(chǎng)填補(bǔ)石油產(chǎn)品缺口，努力實(shí)現(xiàn)煤化工的經(jīng)濟(jì)化。因而提高煤炭的利用率至關(guān)重要，如何利用分析檢測(cè)技術(shù)為煤化工提供有效數(shù)據(jù)是煤化工項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、工業(yè)化、市場(chǎng)化的核心問題之一。

1 煤化工簡(jiǎn)介

煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料及化學(xué)品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干饋，以及焦油加工和電石藝訣化工等。煤化工開始于18世紀(jì)后半葉，19世紀(jì)形成了完整的煤化工體系。許多以農(nóng)林產(chǎn)品為原料的有機(jī)化學(xué)品多改為煤為原料生產(chǎn)，煤化工成為化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。隨著石油化工的異軍突起，諸多化學(xué)品的生產(chǎn)又轉(zhuǎn)移到以石油、天然氣等為原料，從而削弱了煤化工在化學(xué)工業(yè)中的地位。當(dāng)前，由于世界范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)性的油氣資源短缺，煤化工又有部分替代石油化工的趨勢(shì)，即改造成熟的石油化工工藝，以煤化工的低級(jí)化工產(chǎn)品為替代性原料，生產(chǎn)出現(xiàn)有的石油化工產(chǎn)品。這一過程的實(shí)現(xiàn)，離不開分析檢測(cè)技術(shù)的支持。原油與煤炭的化學(xué)組成不盡相同，煤中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是以芳香族和少量雜原子形成的稠環(huán)為結(jié)構(gòu)單元，由C-C鍵等共價(jià)鍵互相連接，并帶有多種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為多種燃料和化工產(chǎn)品。焦化是應(yīng)用最早且最持久的煤化工工藝，其主要目的是制取冶金用焦炭，同時(shí)副產(chǎn)煤氣和苯、甲苯、二甲苯、蔡等芳輕。煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣，也用于生產(chǎn)合成氣;煤低溫干溜、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產(chǎn)液體燃料。

2 煤化工分析檢測(cè)技術(shù)

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種在有機(jī)化學(xué)中對(duì)易于揮發(fā)而不發(fā)生分解的化合物進(jìn)行分離與分析的色譜技術(shù)，是一種應(yīng)用非常廣泛的分析方法。氣相色譜法在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要用到熱導(dǎo)檢測(cè)器和火焰檢測(cè)器，利用了惰性氣體的流動(dòng)，將樣品帶入檢測(cè)器中，分析樣品的成分。氣相色譜法所測(cè)數(shù)據(jù)的精確度非常的高，比普通的化學(xué)分析法要好。在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，可以直接得出檢測(cè)，但是氣相色譜法對(duì)人的要求比較高。在煤化工生產(chǎn)過程中，煤氣是煤化工生產(chǎn)過程中的產(chǎn)物，主要成份是氧氣、甲烷、氮?dú)?、二氧化碳等一些氣體，在利用氣相色譜法時(shí)，需要選擇的是13X或者5A的色譜柱子，它們的分析時(shí)間不同，l3 X柱子的分析時(shí)間大約為8min，出峰時(shí)間較短，峰與峰之間的距離近，容易發(fā)生粘連。而5A柱子的分析時(shí)間約l8min，分析時(shí)間長(zhǎng)，但峰與峰之間的距離遠(yuǎn)，不易發(fā)生粘連。

2.2 離子選擇性電極

離子選擇性電極是一類利用膜電勢(shì)測(cè)定溶液中離子的活度或濃度的電化學(xué)傳感器，當(dāng)它與含待測(cè)離子的溶液接觸時(shí)，在它的敏感膜和溶液的相界面上產(chǎn)生與該離子活度直接有關(guān)的膜電勢(shì)，經(jīng)常用于實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。離子選擇性電極基本上都是膜電極，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)。首先，它應(yīng)用廣泛，可以用于環(huán)境的監(jiān)測(cè)、化工、醫(yī)藥等方面。基本上能夠?qū)Ω鞣N離子的選擇性電極進(jìn)行制取，對(duì)于一些比較難檢測(cè)的離子也有一些特殊的效應(yīng)，可以替代大多數(shù)容量分析法。其次，它的響應(yīng)性很快，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)的時(shí)間短，不需要對(duì)溶液進(jìn)行非常麻煩的操作。第三，它還有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，而且各種形狀的都有，甚至可以做成針尖狀，在血管中使用。不僅僅可以作為檢測(cè)的工具，還可以做控制盒的元件。第四，同時(shí)它還可以與其他設(shè)備一塊使用，非常方便。離子選擇性電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在與其他設(shè)備聯(lián)合的時(shí)候，檢測(cè)范圍更大。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，化工分析作為煤化工生產(chǎn)過程中重要的組成部分，分析技術(shù)也要不斷的進(jìn)步，只有這樣才能保證煤化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行及減少生產(chǎn)中的浪費(fèi)和污染。在煤化工分析過程中，必須按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。而隨著這些年國(guó)家對(duì)于環(huán)保方面的要求越來越高，為了響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，煤化工生產(chǎn)中的分析技術(shù)更要不斷的提高和完善。煤化工產(chǎn)業(yè)的關(guān)注度越來越高，對(duì)煤化工分析技術(shù)的要求也就越來越高?；し治龅膽?yīng)用是非常廣泛的，隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，煤化工分析技術(shù)的應(yīng)用前景將更加的廣闊。

3 現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目煤氣化技術(shù)的應(yīng)用

目前，現(xiàn)代煤化工程項(xiàng)目越來越多，超過一半投入商業(yè)運(yùn)作。由于環(huán)境、資源、生態(tài)、環(huán)保的壓力，使用煤氣化技術(shù)必須考慮綠色工藝，降低污染物的排放，降低對(duì)生態(tài)的壓力，這種種要求就是現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，形成集約型和新型煤化工技術(shù)是業(yè)界發(fā)展的主流方向。其中，高壓、大容量的氣流床氣化技術(shù)相對(duì)可靠，推廣使用有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它是潔凈煤技術(shù)的關(guān)鍵，也是當(dāng)前能實(shí)現(xiàn)最清潔的煤利用技術(shù)之一。

3.1 提高煤種適應(yīng)性問題及對(duì)策

從煤氣化技術(shù)的發(fā)展歷史看，它的運(yùn)行軌跡無外乎兩個(gè)重點(diǎn)，一是提高煤炭的利用率，以應(yīng)對(duì)各類煤種，二是保證煤氣化技術(shù)的科學(xué)環(huán)保性。所以提高煤種的適應(yīng)性顯得格外重要，首先準(zhǔn)確分析原料化學(xué)組成，據(jù)此采用合理的配煤技術(shù)，讓煤料能順利穩(wěn)定的進(jìn)入氣化爐;其次，推廣劣質(zhì)煤預(yù)處理技術(shù)，精確分析預(yù)處理后成分，確保進(jìn)料合格，讓氣流床技術(shù)的開發(fā)有合適的氣化原料;第三，使用復(fù)合煤降低成本，全流程實(shí)時(shí)在線檢測(cè)分析，通過程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化即時(shí)調(diào)控，提高使用效率。

3.2 煤氣化技術(shù)的大型化及對(duì)策

氣化爐朝著大型化、單系列發(fā)展彰顯一個(gè)國(guó)家煤化工技術(shù)的進(jìn)步程度，為了促進(jìn)煤氣化技術(shù)的大型化可以根據(jù)進(jìn)料特點(diǎn)，結(jié)合水煤漿進(jìn)料，然后通過合理的噴嘴數(shù)量及爐內(nèi)設(shè)置，將混合過程加以強(qiáng)化。而對(duì)于粉煤進(jìn)料則可以采用多路煤粉輸送共用一個(gè)噴嘴實(shí)現(xiàn)氣化爐的大型化。大型化后氣化爐內(nèi)不同位置的取樣分析將成為分析檢測(cè)的重點(diǎn)考慮方向。

3.3 煤氣化過程的能量高效轉(zhuǎn)化與合理回收

合理回收煤氣化過程的能量是發(fā)展煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵，一方面回收合成氣能降低煤炭燃燒給環(huán)境帶來的破壞，是響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)自然的舉措，另一方面合理回收煤氣是本著可持續(xù)發(fā)展的思想進(jìn)行的。通?；厥蘸铣善黠@熱技術(shù)，分別是激冷工藝和廢熱鍋爐工藝，前者投資較少，設(shè)備簡(jiǎn)單，回收效率一般;后者回收效率良好，但耗資巨大。這些年科學(xué)家們嘗試用二次噴煤的方式解決高溫合成器顯熱的問題，但是一直還在探究中。新的更有針對(duì)性的分析檢測(cè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)用將極大推動(dòng)技術(shù)攻堅(jiān)進(jìn)度。

隨著全球性溫室效應(yīng)的到來和節(jié)能減排活動(dòng)的開展，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也為了提高煤炭資源的循環(huán)利用，高效、潔凈的煤氣化技術(shù)是當(dāng)今煤化工工藝發(fā)展的突破點(diǎn)，而這其中以氣流床技術(shù)為主，每位工作人員要以負(fù)責(zé)的心態(tài)，積極的面貌應(yīng)對(duì)煤化工分析檢測(cè)工作，盡管當(dāng)前煤氣化技術(shù)尚存在很多碎片化的問題，借助分析檢測(cè)技術(shù)的支持與配合，未來我們的煤氣化技術(shù)會(huì)有更高層次的跨越，推動(dòng)煤化工整體的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]藺華林，李克健，趙利軍.煤制天然氣高溫甲烷化催化劑研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2017，30（8）：3.