煤化工的應(yīng)用及現(xiàn)狀

煤化工及其應(yīng)用

一、煤化工的概念

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、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程。主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。二、煤化工技術(shù)核心—煤氣化煤氣化生產(chǎn)合成氣是煤化工的核心。煤氣化技術(shù)始于20世紀(jì)30年代。氣化的方法達(dá)70~80種，目前各國(guó)還在不斷研發(fā)新的煤氣化技術(shù)。按時(shí)代劃分，包括第一代和第二代煤氣化技術(shù)第一代煤氣化技術(shù)以魯奇爐、溫克勒爐和KT爐為代表，以魯奇爐應(yīng)用范圍最廣，但由于第一代氣化爐技術(shù)缺陷，70年代第二代煤氣化技術(shù)逐漸取代了第一代煤氣化技術(shù)第二代煤氣化技術(shù)是六十年代末至70年代初開發(fā)的。其代表爐型為德士古水煤漿氣化爐、殼牌粉煤氣化爐、GSP氣化爐、魯奇MARK--IV型氣化爐。U-GAS氣化爐、PRENFLO爐等。第二代氣化爐在各種煤的適應(yīng)性、熱效率的提高、單臺(tái)爐能力的增加、環(huán)境污染的減少等方面均有很大的進(jìn)展國(guó)內(nèi)的水煤漿多噴嘴對(duì)置氣化爐已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。氣化煤氣凈氣合成氣氨合成合成氨甲醇合成甲醇甲醇（產(chǎn)品）毛比爾法（間接液化）汽油費(fèi)托合成（間接液化）醋酐合成液體燃料、化學(xué)品醋酐、醋酸甲酯直接液化油品加工液體燃料、化學(xué)品煉焦焦?fàn)t煤氣煤焦油焦炭分離粗苯煤氣城市煤氣苯、甲苯、二甲苯加工萘、蒽、吡啶、酚冶金焦瀝青、炭素制品低溫干餾石灰石電石爐電石乙炔化學(xué)品煤氣燃料氣低溫煤焦油加工液體燃料、酚半焦無(wú)煙燃料、還原劑、氣化原料其它加工褐煤蠟、活性炭分子篩煤烯烴、醋酸、甲醛液化反應(yīng)器

煤化工工藝路線圖

三、加工處理方式

煤中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種功能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過(guò)熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。在煤的各種化學(xué)加工過(guò)程中，焦化是應(yīng)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，同時(shí)副產(chǎn)煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴；煤氣化在煤化工中也占有很重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣（廣泛用于機(jī)械、建材等工業(yè)），也用于生產(chǎn)合成氣（作為合成氨、合成甲醇等的原料）；煤低溫干餾、煤直接液化及煤間接液化等過(guò)程主要生產(chǎn)液體燃料，當(dāng)前只有在南非仍有煤的間接液化工廠；煤的其他直接化學(xué)加工，則生產(chǎn)褐煤蠟、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小規(guī)模的應(yīng)用。

煤氣化是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)程。以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。煤的氣化類型可歸納為五種基本類型：自熱式的水蒸氣氣化、外熱式的水蒸氣氣化、煤的加氫氣化、煤的水蒸氣氣化和加氫氣化結(jié)合制造代用天然氣、煤的水蒸氣氣化和甲烷化結(jié)合制造代用天然氣。煤氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)。國(guó)內(nèi)大型先進(jìn)煤氣化技術(shù)與國(guó)外相比雖有一定差距，但近年來(lái)加快了開發(fā)速度。目前亟待研究開發(fā)適合灰熔點(diǎn)高、中強(qiáng)粘結(jié)性煤種的氣化技術(shù)。煤氣化間接液化煤間接液化是將煤氣化并制得合成氣（CO、H2），然后通過(guò)F－T合成，得到發(fā)動(dòng)機(jī)燃料油和其它化工產(chǎn)品的過(guò)程。間接液化中的Fischer-Tropsch合成和MTG的Mobil工藝都已經(jīng)工業(yè)化。反應(yīng)器類型：固定床反應(yīng)器、氣流床反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器。南非于20世紀(jì)50年代開始建設(shè)商業(yè)化工廠，目前已形成年產(chǎn)700萬(wàn)t產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。國(guó)內(nèi)對(duì)間接液化技術(shù)的開發(fā)已有20年的歷史，目前正在開發(fā)漿態(tài)床低溫合成工藝及專用催化劑；另外進(jìn)行了引進(jìn)國(guó)外技術(shù)建設(shè)工業(yè)示范廠的前期研究。煤液化直接液化煤直接液化是煤化工領(lǐng)域的高新技術(shù)。該技術(shù)將煤制成油煤漿，于450℃左右和10~30MPa壓力下催化加氫，獲得液化油，并進(jìn)一步加工成汽油、柴油及其它化工產(chǎn)品。該技術(shù)開發(fā)始于20世紀(jì)20年代，30~40年代曾在德國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；70年代國(guó)外又進(jìn)行新工藝、新技術(shù)開發(fā)，2000年后開發(fā)工作基本結(jié)束，但沒(méi)有大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用實(shí)例。

直接液化和間接液化的對(duì)比：直接液化熱效率高，對(duì)原料的要求高，較適合于生產(chǎn)汽油和芳烴；間接液化允許液化采用高灰分的劣質(zhì)煤，較適合于生產(chǎn)菜油含氧的有機(jī)化工原料和烯烴等。煤焦化主要生產(chǎn)煉鋼用焦炭，同時(shí)生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣、苯、萘、蒽、瀝青以及碳素材料等產(chǎn)品。煤在焦?fàn)t內(nèi)隔絕空氣加熱到1000℃左右，可獲得焦炭化學(xué)產(chǎn)品和煤氣。此過(guò)程成為高溫干餾或高溫?zé)捊?。煤低溫干餾生產(chǎn)低溫焦油，經(jīng)過(guò)加氫生產(chǎn)液體燃料，低溫焦油分離后可得有用的化學(xué)產(chǎn)品。低溫干餾的半焦(蘭碳)可用作無(wú)煙燃料，或用作氣化原料發(fā)電燃料以及碳質(zhì)還原劑等。低溫干餾煤氣可做燃料氣。煤固化石油化工、煤炭化工產(chǎn)品方案對(duì)比（生產(chǎn)烯烴）1000萬(wàn)噸原油300萬(wàn)噸石腦油100萬(wàn)噸乙烯50萬(wàn)噸丙烯石油裂解蒸餾分離1000萬(wàn)噸煤炭600萬(wàn)噸甲醇100萬(wàn)噸乙烯100萬(wàn)噸丙烯MTP、MTO氣化合成聚烯烴聚烯烴四、煤化工行業(yè)現(xiàn)狀分析1234國(guó)外煤化工情況國(guó)內(nèi)煤化工現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)煤化工需求情況重大煤化工進(jìn)展情況世界上生產(chǎn)的煤，主要用作電站和工業(yè)鍋爐燃料；用于煤化工的占一定比例，其中主要是煤的焦化和氣化。80年代世界焦炭年產(chǎn)量約340Mt,煤焦油年產(chǎn)量約16Mt（從中提煉的萘約1Mt）。煤焦油的加工的產(chǎn)品廣泛用于制取塑料、染料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、溶劑、防腐劑、膠粘劑、橡膠、碳素制品等。1981年，世界合成氨總產(chǎn)量95.3Mt，主要來(lái)源于石油和天然氣。以煤為原料生產(chǎn)的氨只約占10％；自煤制合成甲醇的比例也很小，僅占甲醇總產(chǎn)量約1％。

3.1國(guó)外煤化工現(xiàn)狀3.2國(guó)內(nèi)煤化工行業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)是世界上最大的煤化工生產(chǎn)國(guó)，煤化工產(chǎn)品多、生產(chǎn)規(guī)模較大，是世界上最大的煤制合成氨、煤制甲醇和電石生產(chǎn)國(guó)，也是唯一大規(guī)模采用電石法路線生產(chǎn)聚氯乙烯的國(guó)家。目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的碳一化工產(chǎn)品市場(chǎng)己進(jìn)入成熟期，以石油替代為目標(biāo)的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)剛剛起步。煤化工現(xiàn)狀（單位：萬(wàn)噸）產(chǎn)品名稱企業(yè)個(gè)數(shù)能力產(chǎn)量平均規(guī)模焦炭1300320002805424電石400170011774.2化肥（氮肥）571400038697其中煤制化肥500280027005甲醇1311000762.37.6其中煤制甲醇10070050053.3國(guó)內(nèi)煤化工需求情況焦炭需求主要取決于鋼鐵工業(yè)發(fā)展，按國(guó)內(nèi)鋼鐵產(chǎn)量最大值4億噸，2015年右焦炭需求逐漸下降。2010年前后煤制烯烴實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，乙烯氧氯化聚氯乙烯將逐漸替代電石法聚氯乙烯，電石需求呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)施肥的推廣，化肥需求雖總量增加，但增幅逐漸下降。根據(jù)國(guó)家煉油乙烯工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，2020年我國(guó)原油自給率僅40%左右，烯烴自給率只有60%左右，民用液化石油氣自給率約2/3左右。預(yù)計(jì)煤制甲醇、二甲醚、烯烴和油品等石油替代產(chǎn)品需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。煤化工產(chǎn)品需求情況2005年消費(fèi)2010年需求2015年需求2020年需求焦炭23282320003300033000電石895140017001000化肥（氮肥）3534400042004400甲醇666162037407300商品甲醇666100014001600民用液化氣2223300039004500二甲醚20170022003000烯烴2950430058007000成品油16860220002600030000五、煤化工前景

縱觀近百年化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷史，其間每次原料結(jié)構(gòu)的變化總伴隨著化學(xué)工業(yè)的巨大變革。1984年世界化石燃料探明的可采儲(chǔ)量，煤約占74％，而石油約12％、天然氣約10％，從資源角度看，煤將是潛在的化工主要原料。未來(lái)煤化工將在哪些領(lǐng)域，以什么速度發(fā)展，將取決于煤化工本身技術(shù)的進(jìn)展以及石油供求狀況和價(jià)格的變化。

從近期來(lái)看，鋼鐵等冶金工業(yè)所用的焦炭仍將依賴于煤的焦化，而煉焦化學(xué)品如萘、蒽等多環(huán)化合物仍是石油化工所較難替代的有機(jī)化工原料；煤的氣化隨著氣化新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，仍將是煤化工的