煤化工

　　简介

　　chemical processing of coal

　　煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。

　　以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后进一步加工成化工、能源产品的过程。

　　主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。随着世界石油资源不断减少，煤化工有着广阔的前景。

　　在煤化工可利用的生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是化学工业的重要组成部分。

　　煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料、化工原料等多种产品的原料。

　　煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代天然石油。

　　发展运用

　　中国煤化工开始于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化工体系。进入20世纪，许多以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油、天然气为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。进入二十一世纪后，随着全球石油市场的动荡和石油价格的攀升，煤炭作为储量巨大并且可能替代石油的资源重新受到越来越多的重视。煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能团的大分子结构，通过热加工和催化加工，可以使煤转化为各种燃料和化工产品。

　　煤化工项目相关

　　世界上生产的煤，主要用作电站和工业锅炉燃料；用于煤化工的占一定比例，其中主要是煤的焦化和气化。80年代世界焦炭年产量约340Mt,煤焦油年产量约 16Mt（从中提炼的萘约1Mt）。煤焦油加工的产品广泛用于制取塑料、染料、香料、农药、医药、溶剂、防腐剂、胶粘剂、橡胶、碳素制品等。1981年，世界合成氨总产量95.3Mt，主要来源于石油和天然气。以煤为原料生产的氨只约占10%；自煤制合成甲醇的比例也很小，仅占甲醇总产量约1%。

　　美国煤化工　1984年美国用煤717.7Mt,其中用于炼焦的占5.5%,达39.5Mt。炼焦副产的苯占苯总产量的9%，以电石乙炔为原料生产的醋酸乙烯在其总产量中占 8%。1984年美国建成由褐煤气化再甲烷化生产高热值城市煤气的工厂，日加工褐煤22kt，产气3.89Mm。同时，又在煤气化和液化方面，进行了不少新工艺试验。

　　联邦德国煤化工　1984年联邦德国用煤84.8Mt（不包括褐煤），炼焦用煤占32.6%，为27.6Mt，煤焦油年产量约 1.4Mt。全国钢铁等企业的焦炉生产的煤焦油集中到五个焦油加工厂进行加工,生产的化学品达500多种。电石乙炔化工方面曾有很大发展，当前在技术上仍有改进。在煤的加压气化和直接液化研究方面也有一些新的进展。

　　日本煤化工　1984年日本共用煤106.9Mt,由于其钢铁工业很发达，炼铁等冶金用焦炭需要量很大，因此炼焦用煤占66%，为 70.5Mt。每年的煤焦油产量达2.4Mt，提供了全部萘的工业来源。以电石乙炔为原料生产的醋酸乙烯在其总产量中占23%。

　　南非煤化工　南非是当前世界上仍拥有煤间接液化工厂的地区，有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液体燃料工厂，年加工煤共约33Mt，生产汽油、柴油、喷气燃料等油品数百万吨，副产气态烃、乙醇、氨、硫等化学品数十万吨。

　　技术进展

　　新型煤化工是指以洁净能源和化学品为目标产品， 应用煤转化高新技术，建成未来新兴煤炭－能源化产业；结合煤炭资源开发和煤炭生产建设的发展，建成若干大型产业基地或基地群。新型煤化工是煤炭工业调整产业结构，走新型工业化道路的战略方向。

　　新型煤化工与传统煤化工的区别：新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制乙二醇等等。传统煤化工涉及焦炭、电石、合成氨等领域。

　　新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主，如柴 油、汽油、航空煤油、液化石油气。乙烯原料、聚丙烯原料、甲醇、二甲醚以及煤化工独具优势的特有化工产品，如芳香烃类产品。还有电力、热力等。

　　新型煤化工的特点

　　(1）以清洁能源为主要产品。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲隧〉、电力、热力等，以及煤化工独具优势的特有化工产品，如芳香短类产品。

　　(2）煤炭一能源化工一体化。新型煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向，紧密依托于煤炭资源的开发，并与其它能源、化工技术结合，形成煤炭一能源化工一体化的新兴产业。

　　(3）高新技术及优化集成。新型煤化工根据煤种、煤质特点及目标产品不同，采用不同煤转化高新技术，并在能源梯级利用、产品结构方面对不同工艺优化集成，提高整体经济效益，如煤焦化一煤直接液化联产、煤焦化一化工合成联产、煤气化合成一电力联产、煤层气开发与化工利用、煤化工与矿物加工联产等。同时，新型煤化工可以通过信息技术的广泛利用，推动现代煤化工技术在高起点上迅速发展和产业化建设。

　　(4）建设大型企业和产业基地。新型煤化工发展将以建设大型企业为主，包括采用大型反应器和建设大型现代化单元工厂，如百万吨级以上的煤直接液化、煤间接液化工厂以及大型联产系统等。

　　在建设大型企业的基础上，形成新型煤化工产业基地及基地群，制砂设备。每个产业基地包括若干不同的大型工厂，相近的几个基地组成基地群，成为国内新的重要能源产业。

　　(5）有效利用煤炭资源。新型煤化工注重煤的洁净、高效利用，如高硫煤或高活性低变质煤作化工原料煤，在一个工厂用不同的技术加工不同煤种并使各种技术得到集成和互补，使各种煤炭达到物尽其用，充分发挥煤种、煤质特点，实现不同质量煤炭资源的合理、有效利用。新型煤化工强化对副产煤气、合成尾气、煤气化及燃烧灰渣等废物和余能的利用。

　　(6）经济效益最大化。通过建设大型工厂，应用高新技术，发挥资源与价格优势，资源优化配置，技术优化集成，资源、能源的高效合理利用等措施，减少工程建设的资金投入，降低生产成本，提高综合经济效益，选矿设备。

　　(7）环境友好。通过资源的充分利用及污染的集中治理，达到减少污染物排放，实现环境友好。

　　(8）人力资源得到发挥。通过新型煤化工产业建设，带动煤炭开采业及其加工业、运输业、建筑业、装备制造业、服务业等发展，扩大就业，充分发挥我国人力资源丰富的优势。

　　甲醇生产化学品

　　以煤基生产化学品，主要是将煤先制成甲醇，再将甲醇制成其它化学产品。

　　a）甲醇制烯烃

　　甲醇制烯烃(Methanol To Olefin，MTO)是煤制烯烃工艺路线的核心技术，是将甲醇转化为乙烯、丙烯的工艺。MTO工艺开辟了由煤炭或天然气生产基本有机化工原料的新工艺路线，是最有希望取代传统的以石油为原料制取烯烃的路线，也是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径。

　　其中烯烃分离技术是整套工艺流程的核心技术，目前国内比较成熟的烯烃分离技术有——惠生MTO烯烃分离技术。该技术采用用一个非清晰切割的预切割塔把碳一及更轻组分与大部分碳二分开，预切割塔的塔顶出口气体进入油吸收塔，用吸收剂（碳三、碳四或碳五）吸收碳二及更重组分达到碳一与碳二的完全分离。吸收塔底部出口的吸收剂送到预切割塔顶部进行再生。

　　惠生MTO烯烃分离技术特点是

　　1、流程简单，无深冷分离单元，无乙烯制冷压缩机，设备投资少，能耗低；

　　2、采用切实有效的方法脱除氮气、氧气、CO和DME等含氧轻质气体， 流程简单、可靠，对原料中这些组分的变化适应能力强；

　　3、采用先进技术和合理的设计，在低能耗的情况下保证乙烯、丙烯的高收率；

　　4、采取有效措施防止系统内结焦和结垢以及安全措施，确保装置长周期安全稳定运行；

　　5、整体流程由常规单元集成优化而成，各单元均有成功的生产运行经验，技术安全可靠，无工业化风险。

　　b）煤制乙二醇

　　乙二醇是重要的化工原料和战略物资，用于制造聚酯(可进一步生产涤纶、饮料瓶、薄膜）、炸药、乙二醛，并可作防冻剂、增塑剂、水力流体和溶剂等。合成气制乙二醇是煤制乙二醇工艺路线的核心技术，是将合成气经草酸酯加氢合成乙二醇的工艺。

　　技术流程

　　煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种功能团的大分子结构（见煤化学），通过热加工和催化加工，可以使煤转化为各种燃料和化工产品。 　在煤的各种化学加工过程中，焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭，同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃；煤气化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气（广泛用于机械、建材等工业），也用于生产合成气（作为合成氨、合成甲醇等的原料）；煤低温干馏、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料，在20世纪上半叶曾得到发展，第二次世界大战以后，由于其产品在经济上无法与天然石油相竞争而趋于停顿，当前只有在南非仍有煤的间接液化工厂；煤的其他直接化学加工，则生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小规模的应用。

　　相关装备

　　煤化工装备种类较多，主要分为动、静两大类。其中，加氢反应器、气化炉、还原炉、换热器、盛运容器等压力容器和管道、阀门等属于静装备，泵、风机、压缩机、空分装备等属于动装备。气化炉是煤化工最为关键的装备，大部分煤化工项目都需要经历煤炭经气化炉转换为合成气这一环节。空分装备也是煤化工的关键装备之一，煤气化及煤液化均需使用大量的高纯度氧气，均具有较高的技术壁垒。

　　技术要求

　　资源优势

　　一是我国的能源禀赋特点是“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”；二是煤炭价格相对低廉。有很多地方，煤炭资源丰而不富，如资源分布广而散，小矿多，大矿少，鸡窝矿多。这会导致煤炭供应数量的不稳定；成分上不 稳定。化工生产是要长周期稳定运行的，原料数量和质量不稳定，化工生产就无法正 常操作。一般地讲，一个像样的煤化工项目，一年要消耗几百万吨煤炭，要保持煤化 工企业运行几十年，考虑到开采率等问题，没有几十亿吨的储量是难以满足煤化工企 业的要求的。如果当地煤炭资源储量不大，成分不稳定，或者灰粉太高，热值不高， 那么，就不必要硬去搞煤化工，还是把这些煤用作燃料为好。

　　煤炭价格是发展煤化工的另一个重要因素。煤价过高，就使得煤化工企业没有竞 争力。相对于石油化工和天然气化工而言，煤化工单位产品投资大，财务费用高。煤 价过高，单位产品成本就必然高，体现不出煤化工的优势。2004 年美国一家煤化工公 司的到厂煤价为 20 美元/bbl。在工作中遇到很多煤化工项目，有的原料煤价格很便 宜，在 100 元/t 以下，项目效益很好，如陕北、内蒙古等地；而有的地方虽然有煤 炭资源，但煤价很高，有的烟煤甚至达到 400 元/t 以上，有些山西无烟块煤到厂价 达到 700 多元/t 甚至还要高，项目竞争力很弱。

　　充足水源

　　耗水量大是煤化工的一大特点。很多地方煤资源丰富，水资源却短缺。中国北方和沿海大部分地区都属于这种情况。有许多煤化工企业受缺水的困扰，常常出现煤化工企业与农业或其他工业争水现象。要保持煤化工企业正常运行，起码要保证每小时 上千吨新鲜水的供应。真正上规模的煤化工企业，2000-3000t/h 的用水量也是必要的。

　　同时，煤化工企业对水价也比较敏感。全国各地水价相差很大，一般南方靠近江 河的地方水价便宜，新鲜水价格 0.2-0.3 元/t，水资源费0.02-0.03 元/t，大部分地区 水价格在 0.4-0.5 元/t。然而，有的地方要从很远地方调水，有些工业园区水价很高， 达到 1.5 元/t，企业难以承受。个别沿海缺水地区，选用海水淡化，水价至少达到 5 元/t，若煤化工企业用就承受不起。

　　交通便利

　　煤化工企业产品和原料运输量大，交通运输显得十分重要，最好是靠近铁路或水运方便的地方。铁路、水运和汽运比较起来，一是铁路和水运在数量上可以很方便地满足要求，数量大了，汽运组织起来很麻烦；二是铁路和水运价格大大低于汽车运输 价格。铁路运价一般为 0.15 元/（t·km）（指国铁），水运价格为 0.10 元/（t·km）， 而汽运价格为 0.32 元/（t·km），相差甚大；三是汽车运输损耗大。当然，煤化工企 业坐在煤田上，靠皮带运输，可以大大减少原料煤的运输量。但产品还要运出去，还是有铁路好。国外的经验也是这样的。目前国内也有很多小型煤化工企业不靠铁路运输，发展受到限制。

　　环境容量

　　中国煤炭资源丰富，但总体上说，煤含硫高，开发利用的环保要求高。2003 年中国 SO2 排放和 CO2 排放分别占世界第一和第二，其中 90%的 SO2 的排放来自煤的使用。

　　煤化工企业排污是不可避免的，即使经处理达到排放标准，总还是有三废要排放 的。这是不可回避的问题。中国南方煤质含硫量高，很多地方环境容量已经饱和或已 超标，尤其是山区较多的地区，废气扩散困难，很多地方酸雨严重，再发展煤化工已 没有余量，项目很难通过环保部门的审批。

　　煤化工替代燃料产品可分为三类：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（煤制油）、气体燃料（甲烷气/合成气/氢气）。其中含氧燃料技术成熟，是应予推广应用的重点；合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容，但其技术尚待完善，将在2020年发挥重要作用；气体燃料车优点很多，我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等方面逐一突破。