我國煤化工技術(shù)發(fā)展趨勢研究

□周慧娟

一、我國煤化工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，一些污染嚴(yán)重、能耗量大的企業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的挑戰(zhàn)。一般來講，公眾都習(xí)慣將煤化工企業(yè)打上“高污染，高能耗”的標(biāo)簽，所以這就意味著傳統(tǒng)煤化工技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展的時(shí)代需要。雖然我國煤化工領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展很多年，但與國外一些發(fā)達(dá)國家相比，我國的煤化工技術(shù)仍然存在較大的差距。從整體上來講，煤化工技術(shù)主要是以煤炭資源為原料，經(jīng)過一系列化學(xué)加工處理而使其轉(zhuǎn)換為氣體、液體或者固體產(chǎn)品或者半產(chǎn)品，之后再進(jìn)一步進(jìn)行處理使這些半產(chǎn)品最終成為化工、能源產(chǎn)品等?，F(xiàn)有的煤化工技術(shù)主要是對煤進(jìn)行氣化、液化以及干餾等，在這個(gè)過程中，必然還涉及到對焦油的加工和電石乙炔的加工等。從目前的情況來看，我國當(dāng)前應(yīng)用比較普遍的煤化工技術(shù)主要有以下幾種。

(一)固定床氣化技術(shù)。所謂的固定床氣化技術(shù)其實(shí)就是人們常說的移動(dòng)床氣化技術(shù)，用通俗易懂的話來講，這種技術(shù)就是以塊煤或者焦煤做原料，然后將這些原料從氣化爐頂部加入到爐膛內(nèi)，在這個(gè)過程中，這些原料要依次經(jīng)過干燥層、干餾層、還原層、氧化層。經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，這些煤或者焦炭最終會(huì)形成灰渣而排出爐外。相應(yīng)的，氣化劑將從爐膛底部向上流動(dòng)，經(jīng)過灰渣層加熱以后經(jīng)過氧化層和還原層。當(dāng)然，移動(dòng)床氣化技術(shù)，或者說固定床氣化技術(shù)也存在非常明顯的不足。這是因?yàn)?，由于氣化劑自下而上的運(yùn)動(dòng)對床層均勻性以及透氣性有很高的要求。如果透氣性不佳，那么氣化劑就很難發(fā)揮出應(yīng)有的作用，甚至?xí)蟠罂s短設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響到化學(xué)反應(yīng)的效率。因此，一般來講，裝入爐內(nèi)的塊煤或者焦煤有嚴(yán)格的尺寸要求，常見的尺寸范圍主要是6～60毫米。不僅如此，塊煤、焦煤的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、粘結(jié)性、殘余水量、結(jié)渣性等性能指標(biāo)或多或少都會(huì)影響到原料的透氣性。所以，這就意味著固定床氣化爐對加入到爐內(nèi)的原料有較多的限制。一般而言，固定床氣化技術(shù)主要包含Lurgi氣化技術(shù)、BGL氣化技術(shù)以及YM氣化技術(shù)等。壓強(qiáng)對氣體流動(dòng)性有很大的影響，如果爐內(nèi)有一定的壓力，那么就可以降低對原材料透氣性的標(biāo)準(zhǔn)。加壓固定氣化技術(shù)就是在這種思想下產(chǎn)生的。與常壓下使用的固定床氣化爐不同，加壓固定床氣化爐能夠解決常壓固定床氣化爐技術(shù)中氣化強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率低等問題，其中最典型的加壓固定床氣化爐技術(shù)就是Lurgi加壓固定床氣化爐技術(shù)。而BGL加壓固定床氣化爐技術(shù)是在原有的Lurgi加壓固定床氣化爐技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而發(fā)展起來的。這種技術(shù)的最大特點(diǎn)就是能大幅度降低蒸汽和氧氣的體積比，從而顯著提高了反應(yīng)的溫度，達(dá)到熔融態(tài)進(jìn)行排渣的需求。采用這種技術(shù)還能提高生產(chǎn)效率，并降低對原料的質(zhì)量要求，使那些熔點(diǎn)低和活性低的塊煤也可以得到利用。

(二)流化床氣化技術(shù)。與固定床氣化技術(shù)相對的就是流化床氣化技術(shù)，與固定床氣化技術(shù)不同的是這種煤化工技術(shù)主要是利用粒度小于6毫米的塊煤或者焦煤進(jìn)行生產(chǎn)。正如前面所闡述的那樣，固定床氣化技術(shù)對塊煤、焦煤的粒度有一定的要求(6～60mm)，所以這就意味著小于6毫米的原料將不能有效應(yīng)用，所以這就意味著煤化工企業(yè)的生產(chǎn)成本將大大提升而原料利用率卻受到很大的限制。氣化劑是從爐膛底部向上噴吹，所以如果氣體流量達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，就可以使那些粒度小于6毫米的塊煤、焦煤在爐膛內(nèi)流動(dòng)，對原料透氣性的負(fù)面影響將明顯降低。也就是說，氣化劑對于這些細(xì)小顆粒的煤炭或者焦煤就是運(yùn)動(dòng)的載體，使這些細(xì)小原料能夠與伴隨氣化劑在爐膛底部錐形部分并流運(yùn)動(dòng)，而在爐膛中部位置做并流和逆流運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)固體排渣。實(shí)際上，并逆流氣化對原料的化學(xué)反應(yīng)活性要求較高，而且如果爐內(nèi)溫度低、原料在爐內(nèi)停留時(shí)間不夠的話就很容易產(chǎn)生碳轉(zhuǎn)化效率低、灰分含量高、灰渣分離困難等一系列潛在問題。因此，從這些方面來講，我國的流化床氣化技術(shù)雖然有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，但卻仍然存在非常明顯的局限性，所以還存在很大的優(yōu)化、提升空間。

(三)氣流床氣化技術(shù)。與固定床氣化技術(shù)和流化床氣化技術(shù)不同，氣流床氣化技術(shù)所使用的原料粒度更細(xì)小。當(dāng)然，與流化床氣化技術(shù)相同的是，都需要?dú)饣瘎┏洚?dāng)原料運(yùn)動(dòng)的載體。從目前的情況來看，氣流床氣化技術(shù)以粉煤、煤漿為化學(xué)反應(yīng)原料，并在氣化劑的帶動(dòng)下，兩者并流接觸，使這些原料能夠在一定的溫度下與氣化劑進(jìn)行反應(yīng)，并得到人們想要的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。當(dāng)然，在這個(gè)過程中會(huì)面臨一個(gè)問題，那就是兩者在爐內(nèi)的停留時(shí)間很短，所以這就很容易造成原料與氣化劑反應(yīng)不充分。為了降低這種現(xiàn)象所帶來的后果，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件合理選擇加入到爐膛內(nèi)原料的粒度，一般來講，采用氣流床氣化技術(shù)時(shí)所選用的原料粒度要小于0.1毫米，從而增大氣固反應(yīng)面積，增加反應(yīng)效率，保證灰渣能夠在液態(tài)狀態(tài)下從氣化爐中排出。與固定床氣化技術(shù)和流化床氣化技術(shù)不同的是，氣流床氣化技術(shù)的優(yōu)勢在于氣化溫度高、反應(yīng)強(qiáng)度大、反應(yīng)效率高等。但與此同時(shí)，由于這種反應(yīng)需要在高溫下實(shí)現(xiàn)，所以如果操作不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)排出氣化爐氣體顯熱高、冷煤氣效率低、原料消耗量大等問題。但不可否認(rèn)的是，煤炭屬于不可再生能源，而粒度較大的塊煤、焦炭價(jià)格高、生產(chǎn)量小，所以氣流床氣化技術(shù)更代表了當(dāng)前煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。其中，像GE水煤漿氣化技術(shù)、康菲E-Gas技術(shù)以及清華達(dá)立科分級氣化技術(shù)等，都是目前應(yīng)用范圍比較廣的氣流床氣化技術(shù)。

二、我國煤化工技術(shù)發(fā)展趨勢

在過去，很多企業(yè)為了追求經(jīng)濟(jì)效益而忽視了環(huán)保問題，所以在當(dāng)時(shí)的年代，企業(yè)在開發(fā)新技術(shù)、研發(fā)新工藝和新設(shè)備時(shí)往往更注重這些新工藝、新設(shè)備的生產(chǎn)能力，而大大忽視其環(huán)保能力。但在新時(shí)代背景下，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，如何才能在保證生產(chǎn)效率、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，做到綠色生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展是每個(gè)企業(yè)都應(yīng)該認(rèn)真思考的問題。傳統(tǒng)的煤化工企業(yè)都是排污大戶，所以即使這些企業(yè)能夠在當(dāng)?shù)貏?chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)讓人們怨聲載道，成為人人嫌棄的對象。因此，無論是為了積極響應(yīng)國家“既要金山銀山，又要綠水千山”的號召，還是為了能夠順利完成經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的目標(biāo)，并提高自身未來發(fā)展競爭力，煤化工企業(yè)都要轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，以綠色生產(chǎn)、低能耗、零污染為發(fā)展目標(biāo)，重點(diǎn)研發(fā)綠色化工技術(shù)，這樣才能更好地承擔(dān)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任和義務(wù)。

(一)低成本、低能耗。對于化工企業(yè)而言，其主要生產(chǎn)原料就是煤炭、焦炭、石油等不可再生能源，所以這就意味著企業(yè)在生產(chǎn)其它產(chǎn)品的過程中，這些不可再生能源將會(huì)越來越少，那么其購買價(jià)格自然而然也會(huì)逐漸上升。雖然為了降低原料成本上升帶來的問題，化工企業(yè)可以選擇將產(chǎn)品價(jià)格提上去，但產(chǎn)品價(jià)格提上去必然會(huì)導(dǎo)致自己的產(chǎn)品市場競爭力下降。相反，如果保持原價(jià)不變，那么企業(yè)盈利將大大減少，這對于化工企業(yè)未來發(fā)展而言將非常不利。這就造成化工企業(yè)陷入了“兩難”的境地。因此，為了提高企業(yè)未來發(fā)展競爭力，化工企業(yè)必須要想方設(shè)法去降低生產(chǎn)成本和能耗，以此來保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過分析可以看出，與固定床氣化技術(shù)、流動(dòng)床氣化技術(shù)相比，氣化床氣化技術(shù)具有大型化、潔凈化、高效化、煤種適應(yīng)性范圍廣等優(yōu)勢和特點(diǎn)，所以化工企業(yè)可以將企業(yè)現(xiàn)有的固定床氣化設(shè)備、流化床氣化設(shè)備逐漸用氣化床氣化設(shè)備替換，從而降低購買原料的成本，并降低能耗。只有當(dāng)化工企業(yè)真正打破傳統(tǒng)的發(fā)展模式，并融入綠色化工技術(shù)，化工企業(yè)才能更加從容地應(yīng)對經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的挑戰(zhàn)，才能在未來發(fā)展過程中迎接更加艱難的挑戰(zhàn)。

(二)開發(fā)更高效的煤氣化污水問題?；て髽I(yè)往往是水資源消耗大戶，所以每年需要處理的煤氣化污水量也非常多。與一般的生活污水不同，由于煤化工污水往往有毒有害，而且其中還伴有各種各樣的難以降解的工業(yè)有機(jī)物質(zhì)，所以很難重復(fù)利用。除此以外，由于不同化工企業(yè)所采用的煤化工技術(shù)、化學(xué)工程與工藝不同，所以不同企業(yè)排出的煤化工污水中的雜質(zhì)也千差萬別，這就極大地增加了煤化工污水處理難度。相對而言，采用氣流床氣化技術(shù)生產(chǎn)出的污水量比較小，而且污水中的成分也比較固定，污染程度相對降低；而固定床氣化技術(shù)排出的污水量卻非常大，而且污染程度也比較高，那些含酚類有機(jī)物質(zhì)的廢水更是難以進(jìn)行有效處理，處理成本非常高。在這種情況下，煤化工企業(yè)要想降低運(yùn)營成本，就應(yīng)該找到更經(jīng)濟(jì)有效的污水處理方法。為此，應(yīng)該做到具體問題具體分析，針對不同的廢物采取不同的處理方法。優(yōu)先選擇排污水量較小的氣化技術(shù)，并選擇那些新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和綠色材料，這才是能從根本上解決煤氣化污水處理問題的必然選擇。現(xiàn)有的新型煤化工污水處理方法比較多，包括有生物法、高濃度有機(jī)廢水與煤公氣化法等。但總的來講，這些技術(shù)并不成熟，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究，所以這也是煤化工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

三、結(jié)語

綜上所述，煤炭作為我國最重要的礦產(chǎn)資源，對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的建設(shè)與發(fā)展具有重要的價(jià)值作用。隨著工業(yè)化經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，當(dāng)前社會(huì)對能源的需求量與日俱增，煤化工企業(yè)在我國開始蓬勃發(fā)展起來。從當(dāng)前我國煤化工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，我國當(dāng)前應(yīng)用比較普遍的煤化工技術(shù)主要有以下幾種：固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)。為了提高煤化工企業(yè)自身發(fā)展競爭力，煤化工企業(yè)要轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，研發(fā)綠色化工技術(shù)，這樣才能更好地承擔(dān)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任和義務(wù)。