煤化工知識(shí)

【專家解說】：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。 簡(jiǎn)介　　chemical processing of coal 　　經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)換為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后進(jìn)一步加工成化工、能源產(chǎn)品的工業(yè)。 　　包括焦化、電石化學(xué)、煤氣化等。隨著世界石油資源不斷減少，煤化工有著廣闊的前景。 　　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。 　　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，并且至今仍然是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。 　　煤的氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產(chǎn)各種氣體燃料，是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù)；煤氣化生產(chǎn)的合成氣是合成液體燃料等多種產(chǎn)品的原料。 　　煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產(chǎn)人造石油和化學(xué)產(chǎn)品。在石油短缺時(shí)，煤的液化產(chǎn)品將替代目前的天然石油。 編輯本段發(fā)展運(yùn)用　　煤化工開始于18世紀(jì)后半葉，19世紀(jì)形成了完整的煤化工體系。進(jìn)入20世紀(jì)，許多以農(nóng)林產(chǎn)品為原料的有機(jī)化學(xué)品多改為以煤為原料生產(chǎn)，煤化工成為化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工發(fā)展迅速，很多化學(xué)品的生產(chǎn)又從以煤為原料轉(zhuǎn)移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學(xué)工業(yè)中的地位。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，并帶有各種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。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重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣 ，也用于生產(chǎn)合成氣 ；煤低溫干餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產(chǎn)液體燃料。 編輯本段加工過程　　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 　　    加工過程互相連接，并帶有各種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)（見煤化學(xué)），通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品（見圖）。 在煤的各種化學(xué)加工過程中，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程主要生產(chǎn)液體燃料，在20世紀(jì)上半葉曾得到發(fā)展，第二次世界大戰(zhàn)以后，由于其產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)上無法與天然石油相競(jìng)爭(zhēng)而趨于停頓，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。 世界煤化工　　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％。 　　美國煤化工 　1984年美國用煤717.7Mt,其中用于煉焦的占5.5％,達(dá)39.5Mt。煉焦副產(chǎn)的苯占苯總產(chǎn)量的9％，以電石乙炔為原料生產(chǎn)的醋酸乙烯在其總產(chǎn)量中占 8％。1984年美國建成由褐煤氣化再甲烷化生產(chǎn)高熱值城市煤氣的工廠，日加工褐煤22kt，產(chǎn)氣3.89Mm。近年,又在煤氣化和液化方面，進(jìn)行了不少新工藝試驗(yàn)。 　　聯(lián)邦德國煤化工 　1984年聯(lián)邦德國用煤84.8Mt（不包括褐煤），煉焦用煤占32.6％，為27.6Mt，煤焦油年產(chǎn)量約 1.4Mt。全國鋼鐵等企業(yè)的焦?fàn)t生產(chǎn)的煤焦油集中到五個(gè)焦油加工廠進(jìn)行加工,生產(chǎn)的化學(xué)品達(dá)500多種。電石乙炔化工方面曾有很大發(fā)展，當(dāng)前在技術(shù)上仍有改進(jìn)。在煤的加壓氣化和直接液化研究方面也有一些新的進(jìn)展。 　　日本煤化工 　1984年日本共用煤106.9Mt,由于其鋼鐵工業(yè)很發(fā)達(dá)，煉鐵等冶金用焦炭需要量很大，因此煉焦用煤占66％，為 70.5Mt。每年的煤焦油產(chǎn)量達(dá)2.4Mt，提供了全部萘的工業(yè)來源。以電石乙炔為原料生產(chǎn)的醋酸乙烯在其總產(chǎn)量中占23％。 　　南非煤化工 　南非是當(dāng)前世界上仍擁有煤間接液化工廠的地區(qū)，有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液體燃料工廠，年加工煤共約33Mt，生產(chǎn)汽油、柴油、噴氣燃料等油品數(shù)百萬噸，副產(chǎn)氣態(tài)烴、乙醇、氨、硫等化學(xué)品數(shù)十萬噸。 編輯本段中國煤化工　　從總量上來看，2006年在建煤化工項(xiàng)目有30項(xiàng)，總投資達(dá)800多億元，新增產(chǎn)能為甲醇850萬噸，二甲醚90萬噸，烯烴100萬噸，煤制油124萬噸。而已備案的甲醇項(xiàng)目產(chǎn)能3400萬噸，烯烴300萬噸，煤制油300萬噸。2006年，國家發(fā)改委出臺(tái)了政策并利用各種渠道廣泛征求意見，以期規(guī)范和扶持煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2006年中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤化工技術(shù)也取得了很大的進(jìn)展，開始從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)。 　　2007年是中國煤化工產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)的一年，在國際油價(jià)一度沖擊百元大關(guān)、全球?qū)μ娲ぴ虾吞娲茉吹男枨笤桨l(fā)迫切的背景下，中國的煤化工行業(yè)以其領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度成為中國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。煤化工行業(yè)的投資機(jī)遇仍然受到國際國內(nèi)投資者的高度關(guān)注，煤化工技術(shù)的工業(yè)放大不斷取得突破、大型煤制油和煤制烯烴裝置的建設(shè)進(jìn)展順利、二甲醚等相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)。 　　新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)將在中國能源的可持續(xù)利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要發(fā)展方向，這對(duì)于中國減輕燃煤造成的環(huán)境污染、降低中國對(duì)進(jìn)口石油的依賴均有著重大意義。可以說，煤化工行業(yè)在中國面臨著新的市場(chǎng)需求和發(fā)展機(jī)遇。 編輯本段煤化工前景　　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，仍將是煤化工的一個(gè)主要方面；將煤氣化制成合成氣，然后通過碳一化學(xué)合成一系列有機(jī)化工產(chǎn)品的開發(fā)研究，是近年來進(jìn)展較快，且引起關(guān)注的領(lǐng)域；從煤制取液體燃料，無論是采用低溫干餾、直接液化或間接液化，都不得不取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)。 編輯本段發(fā)展條件豐富、廉價(jià)的煤炭資源　　一是煤炭資源豐富；二是煤炭廉價(jià)。有很多地方，煤炭資源豐而不富，如資源分布廣而散，小礦多，大礦少，雞窩礦多。這會(huì)導(dǎo)致煤炭供應(yīng)數(shù)量的不穩(wěn)定；成分上不 穩(wěn)定。化工生產(chǎn)是要長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的，原料數(shù)量和質(zhì)量不穩(wěn)定，化工生產(chǎn)就無法正 常操作。一般地講，一個(gè)像樣的煤化工項(xiàng)目，一年要消耗幾百萬噸煤炭，要保持煤化 工企業(yè)運(yùn)行幾十年，考慮到開采率等問題，沒有幾十億噸的儲(chǔ)量是難以滿足煤化工企 業(yè)的要求的。如果當(dāng)?shù)孛禾抠Y源儲(chǔ)量不大，成分不穩(wěn)定，或者灰粉太高，熱值不高， 那么，就不必要硬去搞煤化工，還是把這些煤用作燃料為好。 　　煤炭?jī)r(jià)格是發(fā)展煤化工的另一個(gè)重要因素。煤價(jià)過高，就使得煤化工企業(yè)沒有競(jìng) 爭(zhēng)力。相對(duì)于石油化工和天然氣化工而言，煤化工單位產(chǎn)品投資大，財(cái)務(wù)費(fèi)用高。煤 價(jià)過高，單位產(chǎn)品成本就必然高，體現(xiàn)不出煤化工的優(yōu)勢(shì)。2004 年美國一家煤化工公 司的到廠煤價(jià)為 20 美元／bbl。在工作中遇到很多煤化工項(xiàng)目，有的原料煤價(jià)格很便 宜，在 100 元／t 以下，項(xiàng)目效益很好，如陜北、內(nèi)蒙古等地；而有的地方雖然有煤 炭資源，但煤價(jià)很高，有的煙煤甚至達(dá)到 400 元／t 以上，有些山西無煙塊煤到廠價(jià) 達(dá)到 700 多元／t 甚至還要高，項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力很弱。 充足的水源　　耗水量大是煤化工的一大特點(diǎn)。很多地方煤資源豐富，水資源卻短缺。中國北方和沿海大部分地區(qū)都屬于這種情況。有許多煤化工企業(yè)受缺水的困擾，常常出現(xiàn)煤化工企業(yè)與農(nóng)業(yè)或其他工業(yè)爭(zhēng)水現(xiàn)象。要保持煤化工企業(yè)正常運(yùn)行，起碼要保證每小時(shí) 上千噸新鮮水的供應(yīng)。真正上規(guī)模的煤化工企業(yè)，2000-3000t／h 的用水量也是必要的。 　　同時(shí)，煤化工企業(yè)對(duì)水價(jià)也比較敏感。全國各地水價(jià)相差很大，一般南方靠近江 河的地方水價(jià)便宜，新鮮水價(jià)格 0.2-0.3 元／t，水資源費(fèi) 0.02-0.03 元／t，大部分地區(qū) 水價(jià)格在 0.4-0.5 元／t。然而，有的地方要從很遠(yuǎn)地方調(diào)水，有些工業(yè)園區(qū)水價(jià)很高， 達(dá)到 1.5 元／t，企業(yè)難以承受。個(gè)別沿海缺水地區(qū)，選用海水淡化，水價(jià)至少達(dá)到 5 元／t，若煤化工企業(yè)用就承受不起。 交通便利　　煤化工企業(yè)產(chǎn)品和原料運(yùn)輸量大，交通運(yùn)輸顯得十分重要，最好是靠近鐵路或水運(yùn)方便的地方。鐵路、水運(yùn)和汽運(yùn)比較起來，一是鐵路和水運(yùn)在數(shù)量上可以很方便地滿足要求，數(shù)量大了，汽運(yùn)組織起來很麻煩；二是鐵路和水運(yùn)價(jià)格大大低于汽車運(yùn)輸 價(jià)格。目前鐵路運(yùn)價(jià)一般為 0.15 元／（t?km）（指國鐵），水運(yùn)價(jià)格為 0.10 元／（t?km）， 而汽運(yùn)價(jià)格為 0.32 元／（t?km），相差甚大。三是汽車運(yùn)輸損耗大。當(dāng)然，煤化工企 業(yè)坐在煤田上，靠皮帶運(yùn)輸，可以大大減少原料煤的運(yùn)輸量。但產(chǎn)品還要運(yùn)出去，還是有鐵路好。國外的經(jīng)驗(yàn)也是這樣的。目前國內(nèi)也有很多小型煤化工企業(yè)不靠鐵路運(yùn) 　　輸，發(fā)展受到限制。 有一定的環(huán)境容量　　中國煤炭資源豐富，但總體上說，煤含硫高，開發(fā)利用的環(huán)保要求高。2003 年中國 SO2 排放和 CO2 排放分別占世界第一和第二，其中 90％的 SO2 的排放來自煤的使用。 　　煤化工企業(yè)排污是不可避免的，即使經(jīng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，總還是有三廢要排放 的。這是不可回避的問題。中國南方煤質(zhì)含硫量高，很多地方環(huán)境容量已經(jīng)飽和或已 超標(biāo)，尤其是山區(qū)較多的地區(qū)，廢氣擴(kuò)散困難，很多地方酸雨嚴(yán)重，再發(fā)展煤化工已 沒有余量，項(xiàng)目很難通過環(huán)保部門的審批。 　　煤化工替代燃料產(chǎn)品可分為三類：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（煤制油）、氣體燃料（甲烷氣/合成氣/氫氣）。其中含氧燃料技術(shù)成熟，是近期應(yīng)予推廣應(yīng)用的重點(diǎn)；合成油與現(xiàn)有車輛技術(shù)體系和基礎(chǔ)設(shè)施完全兼容，但其技術(shù)尚待完善，將在2020年發(fā)揮重要作用；氣體燃料車優(yōu)點(diǎn)很多，我國將從基礎(chǔ)科學(xué)研究、前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用開發(fā)等方面逐一突破。