摘要：我國“富煤少油缺氣”的資源賦存條件決定了煤炭作為主體消費能源的地位短期內(nèi)不會改變，煤炭的大量使用在為經(jīng)濟發(fā)展提供保障的同時，帶來的環(huán)境污染、資源枯竭等問題也越來越突出，發(fā)展現(xiàn)代煤化工對于促進煤炭清潔高效利用，拉動經(jīng)濟增長意義重大，本文簡要概述了煤化工技術(shù)現(xiàn)狀，進而對煤化工技術(shù)的發(fā)展前景進行了預(yù)測。

      關(guān)鍵詞：煤化工，清潔利用，技術(shù)現(xiàn)狀，發(fā)展前景

1  引言

      我國煤炭資源儲量十分豐富，是我國主要能源，占總能源的2/3，煤炭的大量使用在促進經(jīng)濟快速發(fā)展的同時極大地提高了人民的生活水平，為社會發(fā)展做出了巨大貢獻。但是煤炭在燃燒過程中排放的NO_x，SO_x、CO_x以及重金屬、二惡英等有害物質(zhì)，對環(huán)境造成了嚴重的污染和破壞。因此，通過采取有效的技術(shù)措施，實現(xiàn)黑色能源的高效、綠色轉(zhuǎn)化勢在必行，在這些技術(shù)措施中，煤化工是其中之一。

2  煤化工技術(shù)現(xiàn)狀

      煤化工是指通過化學加工處理將煤轉(zhuǎn)變成氣、液、固態(tài)燃料和化工產(chǎn)品的過程，傳統(tǒng)的煤化工技術(shù)包括煉焦、電石以及焦油加工等。

2.1  煉焦

      在煤化工可利用的生產(chǎn)技術(shù)中，煉焦是應(yīng)用最早的工藝，它是指煤在隔絕空氣的條件下，加熱升溫至900℃左右，通過熱分解和結(jié)焦生成焦炭，同時回收粗煤氣、焦油和其它副產(chǎn)品的工藝。煉焦過程分為備煤、煉焦、凈化煤氣三個階段，具體流程為進廠煤炭經(jīng)配煤、粉碎得到特定指標的入爐煤后，進入煤塔，采用搗固方式推入炭化室高溫煉焦，焦炭經(jīng)濕法熄焦、晾焦得到焦炭、焦爐煤氣，焦炭作為高爐煉鐵的主要原料廣泛用于鋼鐵行業(yè)，焦爐煤氣一部分作為高熱值燃料，一部分經(jīng)脫硫、脫氨、脫笨等工藝得到輕苯、硫銨、焦油、甲醇等化工產(chǎn)品，同時減少了污染物排放。在現(xiàn)有的煉焦工藝中，搗固煉焦是應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)，搗固焦爐以炭化室高度5m 以下為主，新型焦爐炭化室高度為6m及以上焦爐，根據(jù)我國煤炭質(zhì)量，炭化室高度6.7m 搗固焦爐正在普及。目前，煉焦技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相對比較成熟。

2.2  煤炭氣化

      煤炭氣化是以氧或氫作介質(zhì)，在一定溫度和壓力下將固體煤轉(zhuǎn)化為CO、H₂、CH₄ 等可燃氣體和CO₂、N₂ 等非可燃氣體的合成氣，再對合成氣進行深加工，制取其它產(chǎn)品。煤炭氣化一般分為地上和地下氣化兩種，具體氣化過程是煤首先經(jīng)氣化干燥后，繼續(xù)升溫至一定溫度，煤分子開始分解，生成焦油、干餾煤氣等揮發(fā)性物質(zhì)，同時煤變成半焦狀態(tài)；繼續(xù)升溫條件下，與氣化劑反應(yīng)生成粗煤氣（CO、CO₂、N₂、H₂S、CH₄等為主）。

      地上氣化技術(shù)相對比較成熟，正在向大型化長周期邁進，華東理工大學等單位聯(lián)合完成了日處理煤量3 000t 級超大型多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)已在全國推廣，為我國煤炭高效潔凈發(fā)展提供了有力保障；神華寧煤集團聯(lián)合中國五環(huán)工程公司等院所，自主開發(fā)日耗煤2 200t 加壓汽化爐應(yīng)用于年產(chǎn)400萬t 煤制油項目中，各項技術(shù)均優(yōu)于國V 和歐V 標準。

      與地上氣化不同，地下氣化是在未經(jīng)開采的煤層中進行，是目前較為先進的技術(shù)，是實現(xiàn)煤炭清潔利用，減少大氣污染的一種有效途徑。與目前廣泛應(yīng)用的采煤工藝路線不同，它是在地下采用先進的技術(shù)和設(shè)備使煤炭發(fā)生化學反應(yīng)，該過程安全、可控。產(chǎn)生的可燃氣體，可以作為燃料、化工原料、城市煤氣、坑口電廠發(fā)電，尤其適用于難開采或者開采成本較高的煤層，具有安全性好、投資少、效益高、污染少的特點。該技術(shù)率先在俄羅斯實現(xiàn)了商業(yè)化，目前美國、德國等均已掌握了地下氣化的核心技術(shù)。我國的地下氣化項目也已在內(nèi)蒙古等地建成，但單從技術(shù)角度看，目前我國的煤氣化技術(shù)與先進國家相比差距較大。近年來，國內(nèi)外專家普遍認為：煤氣化技術(shù)未來將集中轉(zhuǎn)向綠色、高效發(fā)展。

2.3 煤炭液化

      煤液化是制取石油替代品的一種技術(shù)手段，是當前煤化工的一個發(fā)展熱點，它有兩種不同的路線，一種是直接液化，另一種是間接液化。

      直接液化是把煤炭磨成煤粉與溶劑配成油煤漿，在400℃、150kPa 條件下催化加氫液化，生產(chǎn)含芳烴較高的粗油品，再經(jīng)進一步加氫得到可使用油品。這種路線回收率較高，但操作條件苛刻。目前引領(lǐng)煤液化發(fā)展方向的技術(shù)包括工藝簡單、產(chǎn)物雜原子含量低的德國IGOR 工藝、以生產(chǎn)重質(zhì)燃油為目的的美國SRC 工藝、解決了催化劑鉬的回收的俄羅斯低壓加氫液化技術(shù)等。這些新液化技術(shù)由于生產(chǎn)成本較廉價石油高，目前尚未工業(yè)化生產(chǎn)。從國內(nèi)進展來看，具有代表性的有神華集團研究開發(fā)的煤直接液化生產(chǎn)軍用柴油、高密度航空煤油等特種油品技術(shù)，該技術(shù)已完成戰(zhàn)機試飛和火箭發(fā)動機實驗；中科合成油技術(shù)有限公司為了解決傳統(tǒng)液化技術(shù)存在的煤質(zhì)要求高，反應(yīng)條件苛刻等問題，提出了分級液化工藝，目前該技術(shù)已通過萬噸級中試驗證。

      煤間接液化與煤種關(guān)系不大，它是指高溫條件下，煤炭與氧和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)分解，制成合成氣（CO+H₂），然后在催化劑作用下，通過費托合成將合成氣進一步轉(zhuǎn)化成液體油品和石化產(chǎn)品。典型的間接液化工藝有費托合成法、中質(zhì)餾分合成（SMDS）工藝、漿態(tài)床合成技術(shù)等，目前我國的間接液化技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化，兗礦集團采用低溫漿態(tài)床費托合成技術(shù)在榆林建成投產(chǎn)百萬噸煤間接制油示范項目，神華寧煤寧東400 萬t/a 項目采用中溫漿態(tài)床費托合成技術(shù)示范項目已經(jīng)于2017 年建成投產(chǎn)，并于當年實現(xiàn)了滿負荷運行。

2.4 新型煤化工技術(shù)

      新型煤化工是以生產(chǎn)潔凈能源和石油化工替代產(chǎn)品（天然氣、二甲醚、烯烴、精細化學品等）為目的的技術(shù)路線，是未來煤炭清潔利用的重點發(fā)展方向，有利于減輕環(huán)保壓力，緩解對進口石油的依賴。近年來我國煤制甲醇、煤直接和間接制油、煤制烯烴、煤制乙二醇等技術(shù)和裝備自主化率達到85%以上，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)能已初具規(guī)模。

2.4.1 煤制烯烴

      煤制烯烴是先將煤制成中間物甲醇，再通過甲醇制取乙烯、丙烯等產(chǎn)品的技術(shù)，該路線由煤氣化、合成氣凈化、CH₃OH 合成、CH₃OH制烯烴四部分組成。目前該路線相對成熟，且基本實現(xiàn)商業(yè)化。截至2017 年，我國已投產(chǎn)的煤制烯烴產(chǎn)能達960 萬t/a，預(yù)計2020 年產(chǎn)能將達2300 萬t/a，在我國聚烯烴產(chǎn)能占比將達到38%以上。2017 年煤制烯烴催化劑方面實現(xiàn)了多項突破，中科院大化所包信和院士團隊在無氧條件下，通過硅化物晶格限域的單鐵中心催化劑的使用，實現(xiàn)了合成氣選擇轉(zhuǎn)化低碳烯烴和其它化學品；中科院上海高等研究院在煤經(jīng)合成氣直接制烯烴漿態(tài)床技術(shù)研發(fā)方面，完成了實驗室層面低甲烷高烯烴選擇性的FTO催化劑的驗證，總烯烴選擇性高達80%以上，目前正在中試驗證。

2.4.2 煤制天然氣

      煤制天然氣指用褐煤等低品質(zhì)煤種經(jīng)過氣化、變換、凈化、甲烷化等步驟制取天然氣。由于我國煤制天然氣行業(yè)真正起步時間較晚，甲烷化催化劑制備作為煤制天然氣的關(guān)鍵技術(shù)，被國外的巴斯夫、魯奇等公司率先掌控。最近幾年，我國煤制天然氣技術(shù)開始迅速發(fā)展，甲烷化催化劑研制正在趕超國外，相關(guān)技術(shù)、設(shè)備基本可以實現(xiàn)自主生產(chǎn)。我國已經(jīng)投產(chǎn)的天然氣項目包括：神華集團內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤制天然氣項、大唐國際內(nèi)蒙克什克騰旗、大唐國際遼寧阜新、新汶礦業(yè)新疆伊犁煤制天然氣項目等。煤制天然氣不僅拓寬了低品質(zhì)褐煤的利用途徑，實現(xiàn)了產(chǎn)品增值，而且由于該路線耗水少，轉(zhuǎn)化率高且環(huán)保，對于“富煤缺水”的西部地區(qū)意義重大。

2.4.3 煤制乙二醇

      新型煤化工工藝中最經(jīng)濟合理也最具前景的當屬煤制乙二醇，該工藝流程短，成本低，在國內(nèi)受到較高的關(guān)注。煤制乙二醇一般是指煤經(jīng)氣化、變換、凈化及分離提純后先得到合成氣，其中的CO 經(jīng)催化合成草酸酯，再與H₂ 進行反應(yīng)后獲得聚酯級乙二醇的過程。該路線以煤代替石油乙烯生產(chǎn)乙二醇，是一項首創(chuàng)技術(shù)，符合我國煤炭多、缺油少氣的實情。截止2017 年6 月，我國已投產(chǎn)的煤制乙二醇項目合計產(chǎn)能285 萬t/a，單套裝置規(guī)模最大的是鄂爾多斯新杭能源，產(chǎn)能30 萬t/a，其他多數(shù)規(guī)模為20 萬t/a，在建的煤制乙二醇項目12 個，合計產(chǎn)能305 萬t/a，擬在建項目呈上升態(tài)勢，近期還有幾個乙二醇項目提上日程，單個項目規(guī)模高達100～200 萬t/a。如果這些項目都按計劃實施，未來3-5a，我國乙二醇產(chǎn)能將大幅增長，國內(nèi)乙二醇的市場供需格局將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。

2.4.4 煤制芳烴

      煤制芳烴是煤先生成甲醇，再在催化劑作用下，將甲醇脫氫、環(huán)化生成芳烴。目前煤制甲醇、芳烴分離技術(shù)已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)在甲醇制芳烴。我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇制芳烴技術(shù)主要有中科院山西煤炭化學研究所與賽鼎工程有限公司合作的的固定床甲醇制芳烴技術(shù)（MTA）、清華大學的循環(huán)流化床甲醇制芳烴技術(shù)（FMTA）和中石化技術(shù)以及河南煤化集團研究院與北京化工大學合作開展的煤基甲醇制芳烴技術(shù)等，這些技術(shù)多數(shù)處于實驗室及中試階段，只有少數(shù)進入工業(yè)化生產(chǎn)，未來甲醇制芳烴反應(yīng)器設(shè)計和放大、反應(yīng)熱平衡和工程優(yōu)化、PX 催化劑工業(yè)化應(yīng)用等問題需要重點解決?？傮w來看，煤制芳烴項目生產(chǎn)成本受煤炭和石油價格的影響，成本較高，但作為石油芳烴的重要補充，發(fā)展煤制芳烴能夠減少我國PX 進口量，具有良好的市場前景。

3  煤化工技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

      我國傳統(tǒng)煤化工發(fā)展較早，但受到環(huán)保政策限制，加之盲目發(fā)展且下游市場低迷，未來需要走優(yōu)勢資源整合、淘汰落后產(chǎn)能、集約發(fā)展的道路。而新型煤化工產(chǎn)品作為清潔能源和石油化工替代品，需求空間相對較大，發(fā)展前景廣闊。鑒于前期發(fā)展過程中出現(xiàn)的盲目發(fā)展、污染嚴重、資源浪費等問題，煤化工在未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，應(yīng)重點圍繞以下方面。

      一是優(yōu)化示范工程技術(shù)，創(chuàng)新發(fā)展。當前，我國的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，大部分關(guān)鍵技術(shù)剛剛工業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)路線和工藝需要進一步調(diào)整，未來應(yīng)重點從加強產(chǎn)業(yè)體系化、通過減少資源消耗增加成本優(yōu)勢、改進工藝路線提高能效、減少污染排放等方面創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)首創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

      二是實現(xiàn)煤炭與能源化工大型化、一體化生產(chǎn)，延長產(chǎn)業(yè)鏈。目前我國新型煤化工產(chǎn)業(yè)鏈相對較短，終產(chǎn)物品類少，且產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，未來應(yīng)合理結(jié)合煤炭資源狀況和化工技術(shù)知識，破除產(chǎn)業(yè)格局，跨行業(yè)、跨地區(qū)配置資源，形成煤炭-能源-化工一體化產(chǎn)業(yè)鏈，提高煤化工技術(shù)的利用效果，加速革新?lián)Q代，降低開發(fā)及加工成本，加強相關(guān)企業(yè)之間的聯(lián)合，形成新型產(chǎn)業(yè)。

      三是推進煤化工與關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展。目前，傳統(tǒng)煤化工和新型煤化工均存在資源利用率低的問題，未來發(fā)展將朝向多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，采取煤化電熱一體化，推動煤化工與石油化工等產(chǎn)業(yè)融合，充分利用資源，提高綜合能效。例如，與石油化工融合，將液化的中間產(chǎn)物作為原料應(yīng)用到煉油廠，通過相互優(yōu)化調(diào)和，不僅可以提高石油化工產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以減少機動車尾氣中污染物（CO₂、NOx 等）的排放；煤制天然氣與煤制甲醇、煤制烯烴等產(chǎn)業(yè)融合，可以充分發(fā)揮各產(chǎn)品的優(yōu)勢，取長補短，提高整體的經(jīng)濟效益和抗風險能力。

4  結(jié)語

      總體來說，煤化工技術(shù)在我國起步較晚，但發(fā)展較快，目前已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)，它的發(fā)展符合我國“富煤少油缺氣”的現(xiàn)狀，在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中起著十分重要的作用。發(fā)展新型煤化工在我國得到了政策上的大力支持，具有很大的優(yōu)勢，決定了煤化工項目具有廣闊的發(fā)展前景，但是新型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給我國帶來機遇的同時也帶來了挑戰(zhàn)，金融動蕩、石油價格、環(huán)境污染等限制了它的發(fā)展，我國必須要加大煤化工技術(shù)的開發(fā)力度，努力提高技術(shù)水平，形成規(guī)模效應(yīng)，大力推動下游產(chǎn)品鏈結(jié)構(gòu)的發(fā)展，降低資源成本，提高在煤化工市場上的競爭力。

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