摘要：概述了煤化工中煤焦化、氣化、液化、煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電和多聯產技術系統國內外發(fā)展的現狀，分析了煤化工產業(yè)面臨的發(fā)展機遇。認為，通過煤化工技術，將煤轉化為新的潔凈高效的能源將成為今后研究開發(fā)的方向，規(guī)模大、技術先進將是煤化工產業(yè)發(fā)展的趨勢。

　　煤炭是我國最主要的能源資源，它不僅是重要的工業(yè)燃料還是重要的化工原料，并有“化工之母”之美稱。但除冶金工業(yè)和化肥工業(yè)中煤的焦化和用于合成氨的煤氣化之外，煤的其他深度化學轉化由于種種原因一直未實現商業(yè)運營。進入21世紀，環(huán)境保護受到前所未有的重視，潔凈能源安全穩(wěn)定的供應也成為一個國家經濟持續(xù)發(fā)展的重要條件，這些都為煤炭化學加工提供了難得的發(fā)展機遇，加快煤化工產業(yè)的發(fā)展已成為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。為讓廣大讀者較全面地了解我國煤化工產業(yè)的現狀，組織了這期“煤化工產業(yè)”的專題文章，旨在加快煤化工產業(yè)的發(fā)展，進一步延伸煤炭產業(yè)鏈，為國民經濟的快速健康發(fā)展奉獻潔凈、高效、可靠的能源。

　　煤化學加工包括煤的焦化、氣化和液化。主要用于冶金行業(yè)的煤炭焦化和用于制取合成氨的煤炭氣化是傳統的煤化工產業(yè)，隨著社會經濟的不斷發(fā)展，它們將進一步得到發(fā)展，同時以獲得潔凈能源為主要目的的煤炭液化、煤基代用液體燃料、煤氣化—發(fā)電等煤化工或煤化工能源技術也越來越引起關注，并將成為新型煤化工產業(yè)化發(fā)展的主要方向。發(fā)展新型煤化工產業(yè)對煤炭行業(yè)產業(yè)結構的調整及其綜合發(fā)展具有重要意義。

　　1 煤化工產業(yè)發(fā)展概況

　　1.1 煤炭焦化

　　焦化工業(yè)是發(fā)展最成熟，最具代表性的煤化工產業(yè)，也是冶金工業(yè)高爐煉鐵、機械工業(yè)鑄造最主要的輔助產業(yè)。目前，全世界的焦炭產量大約為3.2～3.4億t/a，直接消耗原料精煤約4.5億t/a 。受世界鋼鐵產量調整、高爐噴吹技術發(fā)展、環(huán)境保護以及生產成本增高等原因影響，工業(yè)發(fā)達國家的機械化煉焦能力處于收縮狀態(tài)，焦炭國際貿易目前為2500萬t/ a。

　　目前，我國焦炭產量約1.2億t/a，居世界第一，直接消耗原料煤占全國煤炭消費總量的 14%。

　　全國有各類機械化焦爐約750座以上，年設計煉焦能力約9000萬t/a，其中炭化室高度為4m～5.5m以上的大、中型焦爐產量約占80%。中國大容積焦爐（炭化室高≧6m）已實現國產化，煤氣凈化技術已達世界先進水平，干熄焦、地面煙塵處理站、污水處理等已進入實用化階段，焦炭質量顯著提高，其主要化工產品的精制技術已達到或接近世界先進水平。

　　焦炭成為我國的主要出口產品之一，出口量逐年上升，2000年達到1500t/a，已成為全球最大的焦炭出口國。

　　從20世紀80年代起，煤炭行業(yè)的煉焦生產得到逐步發(fā)展，其中有的建成向城市或礦區(qū)輸送人工煤氣為主要目的的工廠，有的以焦炭為主要產品。煤炭行業(yè)焦化生產普遍存在的問題是：焦爐爐型小、以中小型焦爐為主，受礦區(qū)產煤品種限制、焦炭質量調整提高難度較大，采用干法熄焦、煙塵集中處理等新技術少，大多數企業(yè)技術進步及現代化管理與其他行業(yè)同類工廠相比有較大差距。

　　1.2 煤氣化及其合成技術

　　煤氣化技術是煤化工產業(yè)化發(fā)展最重要的單元技術。全世界現有商業(yè)化運行的大規(guī)模氣化爐414臺，額定產氣量446×106Nm3/d，前10名的氣化廠使用魯奇、德士古、殼牌3種爐型，原料是煤、渣油、天然氣，產品是F-T合成油、電或甲醇等。

　　煤氣化技術在我國被廣泛應用于化工、冶金、機械、建材等工業(yè)行業(yè)和生產城市煤氣的企業(yè)，各種氣化爐大約有9000多臺，其中以固定床氣化爐為主。近20年來，我國引進的加壓魯奇爐、德士古水煤漿氣化爐，主要用于生產合成氨、甲醇或城市煤氣。

　　煤氣化技術的發(fā)展和作用引起國內煤炭行業(yè)的關注。“九五”期間，兗礦集團與國內高校、科研機構合作，開發(fā)完成了22t/d多噴嘴水煤漿氣化爐中試裝置，并進行了考核試驗。

　　結果表明：有效氣體成分達83%，碳轉化率>98%，分別比相同條件下的德士古生產裝置高1.5%～2 %、 2%～3%；比煤耗、比氧耗均低于德士古7%。該成果標志我國自主開發(fā)的先進氣化技術取得突破性進展。國內氣化技術引進概況見表1。

　　表1我國煤氣化技術引進概況（略）

　　1.2.2 煤氣化合成氨

　　以煤為原料、采用煤氣化—合成氨技術是我國化肥生產的主要方式，目前我國有800多家中小型化肥廠采用水煤氣工藝，共計約4000臺氣化爐，每年消費原料煤（或焦炭）4000多萬t ，合成氨產量約占全國產量的60%?；视脷饣癄t的爐型以UGI型和前蘇聯的Д型為主，直徑由 2.2m至3.6m不等，該類爐型老化、技術落后。加壓魯奇爐、德士古爐是近年來引進用于合成氨生產的主要爐型。

　　國外以煤為原料生產化肥的很少，一般都以石油或天然氣為原料；國內由于行業(yè)分隔的原因以及煤制合成氨近年來市場的起伏，僅有少數煤炭集團有煤氣化合成氨（化肥）企業(yè)（或生產線）。

　　

　　1.2.3 煤氣化合成液體燃料(間接液化)

　　20世紀50年代，南非SASOL公司開始建設煤氣化—合成燃料油的SASOLI工廠，70年代末、80 年代初相繼建成SASOLII、SASOLIII廠，形成目前世界上最大的煤氣化合成液體燃料企業(yè)。SASOL公司加工原料煤約4500萬t/a，獲合成產品約760萬t/a，其中60%為燃料油。

　　我國從20世紀50年代就進行了間接液化技術的開發(fā)研究。80年代開始，中國科學院山西煤化所系統地進行了鐵基催化劑費托合成生產汽油的技術開發(fā)，并完成了2000t/a規(guī)模的煤基合成汽油工業(yè)實驗；在鈷基催化劑合成工藝開發(fā)方面，于90年代開始進行了系統的研究與開發(fā)工作，并取得階段性結果，開發(fā)出3種型號合成柴油鈷基催化劑。針對新型漿態(tài)床合成工藝的催化劑、反應器等進行了小型試驗，“十五”期間已立項正在進行1000t/a級間接液化裝置的開發(fā)和試驗，并研制工業(yè)級煤基合成油工藝軟件包。

　　在技術開發(fā)的同時，國內煤炭企業(yè)對引進成熟技術、建設煤間接液化工廠做了大量工作。平頂山煤業(yè)集團、寧夏太西集團就建設間接液化商業(yè)化示范工廠進行了煤種評價試驗和建廠預可行性研究，并就引進技術、投融資、立項等做了大量前期工作，目前項目正在論證階段。

　　1.2.4 煤氣化其他產品合成技術

　　煤通過氣化制得合成氣后，合成不同專用化學品取決于合成技術。國內外對該類技術都有較多研究、開發(fā)，有的已進入商業(yè)化運行。

　　甲醇是重要的化工原料，也可作為發(fā)動機代用燃料。世界甲醇生產能力3500萬t/a，產量約2900萬t/a。我國甲醇生產能力約為300萬 t/a，生產企業(yè)約140多家，其中50% 以上為以煤為原料的工藝?！糂P〗與國外相比，國內甲醇裝置規(guī)模小，生產工藝落后，特別是以煤為原料的工藝較復雜、成本偏高，因此缺乏競爭能力。山西晉中地區(qū)對甲醇汽車已做了多年的示范工作。〖BP〗

　　二甲醚作為另外一種代用液體燃料，其技術發(fā)展受到關注，有關研究者認為二甲醚可以作為車用柴油替代燃料，也可以替代LPG作為民用燃料。世界二甲醚產量約15萬t/a ，主要由甲醇脫水工藝制得。近期技術發(fā)展是將合成原料氣在一定條件下用一步法合成二甲醚。

　　1.3  煤炭直接液化

　　通過對煤加熱、加壓氫化直接獲得液體產品的工藝被稱為煤的直接液化。德國建立的以褐煤、煙煤為原料的直接液化工廠到二戰(zhàn)結束前生產能力達到420萬t/a。

　　自20世紀70年代起，德國、美國、日本等主要工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)煤直接液化新工藝，并相繼完成工業(yè)放大試驗，為工業(yè)化生產奠定了基礎，代表性技術有德國IGOR工藝，美國氫煤(H-Coal)工藝，日本NEDOL工藝，這3種工藝都曾進行了百t/d級試驗。

　　我國從70年代末開始煤炭直接液化技術研究。煤炭科學研究總院北京煤化所對27個煤種在0.1t/d裝置上進行了53次運轉試驗，開發(fā)了高活性的煤液化催化劑，進行了煤液化油的提質加工研究，完成了將煤的液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油的試驗?！熬盼濉?期間分別同德國、日本、美國有關部門和公司合作完成了神華、黑龍江依蘭、云南先鋒建設煤直接液化廠的預可行性研究。

　　目前，神華集團煤直接液化一期250萬t/a商業(yè)化示范廠建設已進入工程前期工作，預計2005 年建成第一條生產線，年產油品80萬t。國內煤炭直接液化研究試驗項目見表1。

　　表1國內煤炭直接液化研究試驗項目（圖略）

　　1.4 煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電（IGCC）

　　IGCC是以煤氣化為龍頭的聯合循環(huán)發(fā)電系統，該技術系統將先進煤氣化與發(fā)電技術嫁接，以實現煤電技術的高效、低污染和大型化。從20世紀70年代開始，一些工業(yè)發(fā)達國家開始有計劃地開展IGCC技術的開發(fā)研究。美國、荷蘭、西班牙等國相繼建設了工業(yè)規(guī)模的IGCC示范機組，發(fā)電凈效率可達43%～45%，污染物排放量和耗水量僅為常規(guī)燃煤電站的1/10和1/2～1/3。國外IGCC示范電站見表2。當前的發(fā)展趨勢是以項目大型化來進一步提高發(fā)電效率、降低初期投資、提高商業(yè)運轉的可靠性和利用率。國內對IGCC的研究始于上世紀80年代初，90年代組織開展了IGCC電站工程預可行性研究，對主要工藝進行了技術經濟分析評估。“九五”期間，進行了工藝、煤氣化、熱煤氣凈化等方面的關鍵技術研究。目前，在山東煙臺擬以引進方式建設400MW級IGCC示范電站的前期工作正在進行。

　　

　　1.5 多聯產技術系統

　　多聯產是近年來提出的能源轉化與化工產品合成相結合的技術體系，目的是實現污染物低排放或無排放，實現資源綜合利用和能源有效利用。

　　美國能源部提出的Vision21能源系統綜合了發(fā)展趨勢的需求，以煤氣化為龍頭，煤氣用于制氫、氫用于高溫燃料電池發(fā)電、電池余熱供熱、CO2或其它污染物在原料（燃料）制備階段得到分離和治理。殼牌公司提出的合成氣園的概念就是以煤氣化為核心，將生產化學品與聯合循環(huán)發(fā)電相結合，同時還生產民用煤氣和供熱。更廣義的多聯產概念還將煤化工、合成工藝、冶金還原冶煉等組合成整體，或在煤礦區(qū)將能源轉化成化工產品的生產，并使電力或熱力輸送形成一個綜合整體。

　　在多聯產系統中，原來單獨生產的系統在重新組合中可能被簡化，對原料的要求降低，通過不同工藝的互補而提高總體效率，最終使產品成本降低。

　　我國國內科技界、產業(yè)界關注多聯產技術的發(fā)展，并進行了系統研究和相關單項技術的研究開發(fā)。

　　表2國外IGCC示范電站概況（圖）

　　2 煤化工產業(yè)發(fā)展的需求及特點

　　眾多的研究者認為：世界已進入能源和化工原料多元化的時代，不同國家或地區(qū)應根據資源和經濟發(fā)展的需求選擇現實、優(yōu)質的原料和技術。以煤炭為原料生產化學品和通過轉化生成高效潔凈能源（電力、燃料油等）的技術將與石油和天然氣化工形成并列競爭的趨勢，煤化工在各成熟單項技術的支撐下，面臨新的發(fā)展機遇。

　　    我國煤化工產業(yè)的發(fā)展將以發(fā)揮資源優(yōu)勢為基礎，以優(yōu)化能源結構、特別是以優(yōu)化終端能源結構為方向，通過潔凈、高效的途徑，為國民經濟發(fā)展和社會進步提供優(yōu)質能源保障，其未來發(fā)展具有以下主要特點。

　?。?）除發(fā)展傳統的產品型煤化工（煉焦、合成氨）以外，將以市場為導向，發(fā)展以能源轉化型為主的煤化工產業(yè)，建設能源轉化型和產品聯產型的綜合煤化工廠，如煤炭液化、煤氣化—合成燃料與化工產品或電力、熱力聯產等。

　?。?）規(guī)模大型化，采用先進技術。以全球經濟一體化為背景，培育世界級煤化工大型企業(yè)，建立具有國際競爭能力的大型工廠，如百萬t級產品的大型煤化工廠。采用國內外先進技術和現代裝備，清潔生產和提供清潔產品，如現代液化工程、先進的合成反應工程等。

　?。?）在新的煤化工產業(yè)發(fā)展中，企業(yè)將成為新技術發(fā)展的主體。企業(yè)投資開發(fā)先進技術用于技術更新和技術進步，同時注重新技術在國內外市場上的商品化。

　?。?）有利于煤炭工業(yè)的產業(yè)結構調整，促進相關行業(yè)的技術聯合，從而可拉動內需，為就業(yè)提供條件，具備先進技術的煤化工產業(yè)將獲優(yōu)先發(fā)展。

　　

　　3 發(fā)展煤化工產業(yè)的機遇及其發(fā)展趨勢

　　隨著市場經濟的發(fā)展和全球經濟的一體化，我國煤炭行業(yè)、特別是大型煤炭企業(yè)正不斷調整產業(yè)結構和產品結構，發(fā)展煤化工產業(yè)是其中最為重要的途徑。

　　

　　3.1 煤炭液化將成為新型煤化工產業(yè)的重要方向

　　石油資源匱乏和國內石油供應不足已成為我國能源發(fā)展的一個嚴峻現實，依據煤質和其他綜合條件，發(fā)展煤直接液化和間接液化，已成為國內煤炭企業(yè)和產煤地區(qū)關注的熱點。

　　煤炭液化作為煤炭化學轉化的高技術，其產業(yè)化將經歷一個較長時期的發(fā)展，需要推動解決的問題有：①結合資源、經濟等條件，研究煤炭液化的技術發(fā)展規(guī)劃和未來產業(yè)格局；②結合引進先進技術，配套、完善、提高工業(yè)化整體成套技術和裝備，在近期完成工程示范，同時開發(fā)具有自主知識產權的工藝和關鍵裝備；③完善商業(yè)化工廠建設的投融資機制，拓寬國內外投融資渠道；④研究、制定發(fā)展煤炭液化的政策體制；⑤由國家、企業(yè)、科研等共同出資，建立國家級煤炭液化科研和工程技術開發(fā)基地，培育專業(yè)隊伍。

　　我國煤炭液化產業(yè)化發(fā)展有望在2005年完成以引進技術為主的1～2個商業(yè)化示范，2010年基本完成自主開發(fā)技術工程化應用示范，2010年后逐步形成煤炭高技術轉化新型產業(yè)。

　　

　　3.2  煤炭氣化在煤化工產業(yè)中占有重要地位

　　開發(fā)先進煤氣化技術對煤炭行業(yè)發(fā)展煤化工有重要意義。目前，國家有關部門正在開發(fā)具有自主知識產權的煤氣化技術，如多噴嘴水煤漿氣化、干煤粉氣流床氣化等，國內引進技術的項目也在進行。煤炭企業(yè)發(fā)展煤氣化技術需要在總結國內外先進技術的基礎上，結合煤種、煤質特點，通過技術、經濟研究，開發(fā)或采用適宜的工藝和爐型，如加壓固定床氣化和液態(tài)排渣氣化等。

　　以往煤炭氣化技術的發(fā)展以化工行業(yè)為主，煤炭行業(yè)在研究開發(fā)、工程實施、人員等方面都較薄弱，需要加快綜合力量的提高。

　　3.3  煤炭焦化

　　發(fā)達國家煉焦工業(yè)的收縮以及中國國內取消土焦、淘汰小型落后煉焦工藝都為發(fā)展先進、大型焦化工業(yè)提供了新的機會，預計到2005年我國機焦產量缺口為2000萬t/a，低灰、低硫優(yōu)質焦炭在國內外市場均有很大的發(fā)展空間。煤炭行業(yè)具有原料、運輸等優(yōu)勢，特別是擁有優(yōu)質煉焦煤資源的企業(yè)或產煤地區(qū)，如山西、黑龍江七臺河等地區(qū)，具有發(fā)展較大規(guī)模、生產優(yōu)質或特色冶金焦、鑄造焦的條件，可以抓住當前機遇，高起點、高水平地推動焦化工業(yè)的發(fā)展。

　　

　　3. 4 有計劃發(fā)展其他煤化工技術

　　目前，國內發(fā)展煤氣化合成化工產品或替代液體燃料的勢頭很旺，如合成甲醇或進一步加工下游產品（醋酸、醋酐等），合成二甲醚（一步法合成二甲醚技術正在開發(fā)中）。煤炭企業(yè)發(fā)展煤氣化合成具有原料煤價格較低、有實施大規(guī)模工業(yè)化的實力等優(yōu)勢，但同時也需要充分注重國內外市場需求容量、產品應用的社會投入、單元技術的工業(yè)化成熟度以及與石油、天然氣化工的競爭能力等因素，應把產品目標盡量立足于國內市場短缺、替代進口上。

　　多聯產是一項集多種能源產品和化工產品生產、多個單元工程組合、技術經濟環(huán)境優(yōu)化的煤化工－能源系統，具有靈活多樣的系統組合方式，作為一種關系未來發(fā)展的概念系統，需要作許多基礎研究和單元技術開發(fā)工作。

　　 煤炭行業(yè)發(fā)展多聯產系統，原料方面可考慮將煤、煤層氣、伴生礦物加工相結合，工藝方面將煤化工、發(fā)電、建材、冶金等相結合，產品方面應形成化學品、液體燃料、電力、熱力、煤氣、建筑材料和金屬材料等關聯生產，達到資源、能源的充分利用和循環(huán)生產以及環(huán)境最優(yōu)化、經濟效益最大化的目的。

擴展閱讀

版權聲明：