煤化工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與新型煤化工技術(shù)分析

儲 佼

（靈谷化工集團(tuán)有限公司，江蘇宜興 214203）

1 煤化工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煤干餾技術(shù)

煤干餾技術(shù)是在高溫與隔離空氣條件下，將煤作為原料加熱至特定溫度進(jìn)行熱分解反應(yīng)來生成一次、二次熱分解產(chǎn)物的一項煤轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)，在高溫干餾生產(chǎn)過程中獲取煤氣、焦炭、煤焦油等產(chǎn)物，將其作為化工生產(chǎn)原料。煤干餾技術(shù)的生產(chǎn)過程為：在隔離空氣的環(huán)境中將煤料加熱升溫，在煤料溫度提升至200℃以上的過程中有效蒸發(fā)所含水分與結(jié)晶水；隨后將煤料溫度提升至350℃以上，煤料出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，在煤料溫度提高至400～500℃時，將產(chǎn)生煤氣與焦油等一次熱分解產(chǎn)物；在煤料溫度提升至550℃以上后析出揮發(fā)物，出現(xiàn)收縮現(xiàn)象；溫度超過800℃時，產(chǎn)出焦?fàn)t煤氣等二次熱分解產(chǎn)物。

在我國煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展期間，煤干餾技術(shù)是應(yīng)用最為常見的一項煤炭化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，在生產(chǎn)期間不會出現(xiàn)煤料氧化問題，煤料在焦化后可以產(chǎn)出焦炭、煤焦油、煤氣、二甲苯等產(chǎn)品。然而，煤干餾技術(shù)的工藝流程較為煩瑣，生產(chǎn)質(zhì)量與效率受到多方面因素影響，如所使用煉焦用煤的黏接性與結(jié)焦性、煉焦洗選效果、煉焦過程的膨脹壓力等。例如，在所選用煉焦用煤的黏結(jié)性過強(qiáng)時，煤料軟化形成的膠質(zhì)體黏度過大，易產(chǎn)生高膨脹壓力。針對這一問題，多數(shù)企業(yè)紛紛加大對煤干餾技術(shù)的研發(fā)力度，不斷對煤干餾技術(shù)體系進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并陸續(xù)推出多項配套煤化工技術(shù)，如焦化廢水綜合治理技術(shù)、半焦生產(chǎn)工藝等。

1.2 煤氣化技術(shù)

煤氣化是將煤料或是半焦在高溫常壓或是加壓環(huán)境中與氣化劑進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物的一項工藝技術(shù)。在氣化過程中，逐漸將固態(tài)的煤料轉(zhuǎn)換形成氣態(tài)合成氣，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生少量的焦油與灰渣等殘渣。

近年來，隨著生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，陸續(xù)推出多種煤氣化技術(shù)，不同氣化技術(shù)的適用范圍、工藝特點與優(yōu)缺點存在明顯差異，具體如下：①固定床氣化技術(shù)。將純氧以及水蒸氣作為煤料的氣化劑，主要被用于氣化加工粒度在6～50mm的低氣化變質(zhì)程度煤種，如泥煤與褐煤，經(jīng)過氣化加工來獲取焦油和輕質(zhì)油等化工產(chǎn)品。與其他技術(shù)相比，固定床氣化技術(shù)有著原料適用范圍廣、氧耗量低、可獲取副產(chǎn)品種類多的優(yōu)勢，但所產(chǎn)出煤氣中含有較高濃度的甲烷與二氧化碳，且平均蒸汽分解率僅為40%。②氣流床氣化技術(shù)。該項技術(shù)是將純氧為氣化劑，將煤料置于高溫高壓環(huán)境中進(jìn)行氣化反應(yīng)，在氣化過程中并不會產(chǎn)生焦油與酚水等物質(zhì)，且粗煤氣中的有效氣體濃度極高，是推動我國煤炭能源綠色健康發(fā)展的一項重要技術(shù)。③流化床氣化技術(shù)。將粒度在0～6mm的煤料作為原材料，氣化劑作為流化介質(zhì)，這項技術(shù)具有工藝流程簡單和爐內(nèi)氣化溫度均勻的優(yōu)勢，但在這一階段會出現(xiàn)較多的帶出物，煤氣中的有效成分較少。針對于此，可選擇應(yīng)用新型的循環(huán)流化床工期或是U-Gas加壓流化床氣化工藝。

1.3 煤液化技術(shù)

早期煤液化技術(shù)采取直接液化法，使用催化劑以及氫氣，煤料進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料，由于煤種要求過于嚴(yán)格，導(dǎo)致煤液化生產(chǎn)成本極高，逐漸被間接液化技術(shù)所取代。近年來，國內(nèi)外諸多企業(yè)紛紛加大對煤直接液化技術(shù)的研發(fā)力度，推出多項全新工藝。以氫煤法為例：首先，基于高溫與催化劑作用，在氫壓作用下將煤料裂解形成小分子烴類液體燃料。其次，煤間接液化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，將煤料置于高溫有氧環(huán)境下與水蒸氣進(jìn)行反應(yīng)，將氣化煤炭經(jīng)過脫硫、脫碳等一系列處理后形成潔凈合成氣，再將合成氣進(jìn)行萃化反應(yīng)來形成烴類液體燃料作為原料生產(chǎn)汽油等產(chǎn)品。

2 新型煤化工技術(shù)分析

2.1 甲醇生產(chǎn)技術(shù)

在早期甲醇生產(chǎn)工藝中，出于成本因素考慮，普遍選擇將天然氣作為生產(chǎn)原料，但是，隨著天然氣存儲量的變化，以及天然氣開采難度的提升，如果仍舊采取傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，使得甲醇生產(chǎn)成本過于高昂。在這一時代背景下，甲醇生產(chǎn)原料逐漸由天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾?，提出煤制甲醇技術(shù)。在甲醇生產(chǎn)過程中依次經(jīng)過煤料氣化、水煤氣變換、合成氣凈化、甲醇合成與甲醇精餾等階段。與傳統(tǒng)的天然氣制甲醇技術(shù)相比，煤制甲醇技術(shù)具有清潔無污染、反應(yīng)轉(zhuǎn)換率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。

2.2 新型煤氣化技術(shù)

在傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)體系中，固定床氣化、流化床氣化與氣流床氣化等技術(shù)都存在著應(yīng)用局限性，如在應(yīng)用流化床氣化技術(shù)時，所產(chǎn)生煤氣中往往含有大量的帶出物，帶出物中的碳含量較高，碳轉(zhuǎn)化率偏低。因此，在新研發(fā)的煤氣化技術(shù)中，選擇使用不同批次催化劑對煤料進(jìn)行均相與非均相化學(xué)處理，從而獲取多種化學(xué)物與混合物，如異丁醇和甲醇所占比重為6∶4的混合物。同時，為避免在煤氣化生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)冷卻器與飛灰過濾器故障問題，惠生與殼牌公司聯(lián)合開發(fā)一項Hybrid混合煤氣化技術(shù)，在原有的SCGP廢鍋技術(shù)流程基礎(chǔ)上，綜合采取膜式水冷壁、粉煤加壓氣化輸送、間歇性排渣等工藝，以此來替換合成氣冷卻器以及飛灰過濾器等裝置，有效結(jié)合了SCGP廢鍋流程優(yōu)勢與激冷技術(shù)優(yōu)勢。

2.3 新型氨合成技術(shù)

新型氨合成技術(shù)的工藝流程與生產(chǎn)原理為：首先，準(zhǔn)備煤料支撐含有氨氮元素的粗原料氣，或是直接在固體原料基礎(chǔ)上制取合成氣；隨后，對粗原料氣進(jìn)行凈化處理，依次進(jìn)行一氧化碳變換、脫硫脫碳與氣體精制步驟，將生產(chǎn)過程中獲取的氫氮混合氣壓縮至高壓狀態(tài)，使用催化劑獲取合成氨，將所獲取的氨作為石油煉制、橡膠工業(yè)加工、化肥生產(chǎn)的原材料；此外，在應(yīng)用新型氨合成技術(shù)時，重點考慮三廢處理與安全問題。其中，三廢問題指在氨合成生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生排放氣與廢渣的回收處理問題，如將廢渣用水清洗來獲取炭黑污水，采取重油萃取法，提取污水中的重油炭黑漿作為鍋爐燃料。而安全問題則是對所產(chǎn)生合成氨中的一氧化碳、氨、硫化氫濃度的控制，并采取隔離保護(hù)措施，避免出現(xiàn)安全事故。例如，在我國現(xiàn)行的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中明確規(guī)定：生產(chǎn)車間內(nèi)的硫化氫與一氧化碳最高容許濃度分別為10mg/m3與30mg/m3。

2.4 烴化產(chǎn)物的合成

當(dāng)前，社會對煤化工的技術(shù)研發(fā)廣泛關(guān)注。烯烴產(chǎn)物在煤化工技術(shù)領(lǐng)域中有著非常重要的分量，在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展中對低碳烯烴的需求度越來越高，但供求關(guān)系的矛盾卻越來越大。許多研究人員投入了大量的時間和資金進(jìn)行煤化工新技術(shù)研究工作，對轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研發(fā)，成功研發(fā)了甲醇制乙烯和丙烯（Methanol to Olefins，MTO）技術(shù)以及甲醇制丙烯（Methanol to Propylene，MTP）技術(shù)。MTO及MTG的反應(yīng)歷程主反應(yīng)為：

該工藝以甲醇為原料，首先甲醇脫水生成二甲醚（DME），形成甲醇、二甲醚和水的混合物，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，甲醇可由煤為原料輕易制成，可以大量避免原料浪費情況，提高轉(zhuǎn)化率，是非石油制乙烯和丙烯等產(chǎn)品的核心技術(shù)。不過此技術(shù)仍存在較多問題，諸多環(huán)節(jié)存在改進(jìn)和優(yōu)化空間。如果在我國煤炭資源豐富的區(qū)域，加快煤基MTO工藝的工業(yè)研究和發(fā)展，實現(xiàn)以乙烯、丙烯為代表的低碳烯烴生產(chǎn)原料多元化，可以解決我國石油資源緊張程度，促進(jìn)我國低碳烯烴工業(yè)快速發(fā)展，也有利于我國內(nèi)地產(chǎn)煤大省實現(xiàn)煤炭資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化。另外，還有一種煤化工技術(shù)是以煤為基本原料，在高溫高壓下使甲烷發(fā)生脫氫反應(yīng)，生成乙烯，此過程轉(zhuǎn)化率較高，產(chǎn)品的純度也較好，產(chǎn)物的選擇性大于70%，這也可成為煤化工技術(shù)未來研究方向。

2.5 煤化工技術(shù)設(shè)備不斷優(yōu)化

由于煤化工生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展以及我國當(dāng)前自動化控制、智能化技術(shù)的不斷更新，煤化工技術(shù)設(shè)備的科技性也會越來越高。同時，因為煤化工的生產(chǎn)過程中存在一定的污染物，當(dāng)代社會的安全環(huán)保要求尤為嚴(yán)格，所以在將來煤化工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展中，為提升競爭力和持續(xù)生產(chǎn)，企業(yè)會著力投入大量資金研究開發(fā)具有環(huán)保價值的煤化工生產(chǎn)設(shè)備和水處理零排放設(shè)備，降低生產(chǎn)過程的能耗，進(jìn)而降低成本，提升煤化工生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。同時為了保證煤化工新型設(shè)備的應(yīng)用與回收效果，要形成一套完整的設(shè)備開發(fā)與回收體系，為能夠使用新型技術(shù)設(shè)備的煤化工企業(yè)提供更大的便利，推動煤化工行業(yè)整體的技術(shù)進(jìn)步。

3 新型煤化工技術(shù)發(fā)展的必要性和發(fā)展要點

隨著我國發(fā)展步伐的加快，國民經(jīng)濟(jì)水平的提升，導(dǎo)致我國對石油的需求量日益增加，進(jìn)而大幅提升我國石油的進(jìn)口量。過分依賴進(jìn)口石油的情況將會制約我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展速度。因此，我國有必要大力發(fā)展和研究新型煤化工技術(shù)，重視煤化工新型技術(shù)在國家發(fā)展中的積極作用，努力提升煤化工技術(shù)水平，為我國能源的安全性和可靠性提供有效保障。另外，在目前嚴(yán)峻的環(huán)保要求和政策下，國家和人民越來越重視對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。新型的煤化工技術(shù)相比傳統(tǒng)的煤化工工藝，具有十分明顯的優(yōu)勢，比如：原料由干法處理向濕法處理的轉(zhuǎn)變，使得粉塵污染減小同時易于處理；普通鍋爐向航天爐或者華東理工的多噴嘴水煤漿汽化爐的轉(zhuǎn)變，使碳轉(zhuǎn)化率升高，有毒氣體排放減少，得到的產(chǎn)品氣更為清潔，發(fā)氣量更大，廢渣處理更為簡便。我國煤化工的相關(guān)產(chǎn)業(yè)如何合理應(yīng)用并改進(jìn)新型煤化工技術(shù)不僅可以提升煤炭轉(zhuǎn)化質(zhì)量和效率，同時對產(chǎn)品生產(chǎn)價值和附加值的提升均有一定的優(yōu)化，能夠最大程度降低生產(chǎn)過程中污染物的排放量，有益于煤炭行業(yè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，使我國煤炭企業(yè)在激烈的國際市場中更有生命力和競爭力。

新型煤化工技術(shù)的發(fā)展要點需要注意以下幾個方面：一是由于我國天然氣與石油儲量較低，而煤炭的利用率優(yōu)于前者，再者甲醇是重要的化學(xué)產(chǎn)品基本原料，所以需要開發(fā)高質(zhì)量的甲醇工藝，這樣可提高化工產(chǎn)品質(zhì)量和效率，同時甲酸、草酸等元素是用甲醇萃取，使用范圍廣泛。二是研發(fā)多種技術(shù)結(jié)合，優(yōu)化化工聯(lián)產(chǎn)技術(shù)方式，煤化工生產(chǎn)過程并不單一，將各種煤化工技術(shù)融合在一起進(jìn)行研究，進(jìn)行技術(shù)聯(lián)產(chǎn)可有效提高煤炭的使用價值和生產(chǎn)效果，減少生產(chǎn)能耗，降低生產(chǎn)成本。在實際生產(chǎn)中集成多元技術(shù)的煤化工聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)在遇到故障和突發(fā)事件時可以有更多的應(yīng)急方式，更有效的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，可以將損失減到最低，同時聯(lián)產(chǎn)技術(shù)下可高效生產(chǎn)多樣化產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值，滿足市場需求。三是研發(fā)水煤漿技術(shù)。水煤漿是新型含油燃料，有更好的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)燃料在運輸工藝上較為困難也會造成更多粉塵污染，同時燃燒過程中碳轉(zhuǎn)化率不高，能量產(chǎn)出較小，釋放的有害氣體較多，對環(huán)境有一定的污染。而水煤漿的輸送和儲存就比較便捷，燃燒釋放的能量也大，碳轉(zhuǎn)化率高，無有害氣體釋放，符合綠色環(huán)保的要求?，F(xiàn)今使用的水煤漿、油煤漿、油水煤等，均具有研發(fā)價值。

4 結(jié)語

為克服傳統(tǒng)煤化工技術(shù)體系中的工藝局限性與技術(shù)難題，全面提高煤化工產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，企業(yè)必須進(jìn)一步提高對新技術(shù)的研究與開發(fā)，通過借鑒國內(nèi)外重要的關(guān)鍵手段，集成融合多種煤炭資源轉(zhuǎn)換方法的技術(shù)優(yōu)勢，從根本上加快我國現(xiàn)代化技術(shù)水平提升，促進(jìn)綠色環(huán)保新型產(chǎn)業(yè)體系的完善發(fā)展。