煤化工

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煤化工是指以煤為原料,經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化液化、乾餾,以及焦油加工和電石乙炔化工等。

簡介

煤化工

  chemical processing of coal

煤化工

  過程將煤炭轉換為氣體、液體和固體產品或半產品,而後進一步加工成化工、能源產品的工業。   包括焦化、電石化學、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,經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。   主要包括煤的氣化、液化、乾餾,以及焦油加工和電石乙炔化工等。   在煤化工可利用的生產技術中,煉焦是應用最早的工藝,並且至今仍然是化學工業的重要組成部分。   煤的氣化在煤化工中佔有重要地位,用於生產各種氣體燃料,是潔凈的能源,有利於提高人民生活水平和環境保護;煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料等多種產品的原料。   煤直接液化,即煤高壓加氫液化,可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時,煤的液化產品將替代目前的天然石油。

發展運用

  煤化工開始於18世紀後半葉,19世紀形成了完整的煤化工體系。XX20世紀,許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產,煤化工成為化學工業的重要組成部分。第二次世界大戰以後,石油化工發展迅速,很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料,從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。煤中有機質的化學結構,是以芳香族為主的稠環為單元核心,由橋鍵互相連接,並帶有各種官能團的大分子結構,通過熱加工和催化加工,可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。焦化是應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,同時副產煤氣和苯、甲苯二甲苯、萘等芳烴。煤氣化在煤化工中也佔有重要的地位,用於生產城市煤氣及各種燃料氣,也用於生產合成氣;煤低溫乾餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料。

加工過程

  煤中有機質的化學結構,是以芳香族為主的稠環為單元核心,由橋鍵

加工過程

  互相連接,並帶有各種功能團的大分子結構(見煤化學),通過熱加工和催化加工,可以使煤轉化為各種燃料和化工產品(見圖)。 在煤的各種化學加工過程中,焦化是應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,同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴;煤氣化在煤化工中也佔有很重要的地位,用於生產城市煤氣及各種燃料氣(廣泛用於機械、建材等工業),也用於生產合成氣(作為合成氨、合成甲醇等的原料);煤低溫乾餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料,在20世紀上半葉曾得到發展,第二次世界大戰以後,由於其產品在經濟上無法與天然石油相競爭而趨於停頓,當前只有在南非仍有煤的間接液化工廠;煤的其他直接化學加工,則生產褐煤蠟、磺化煤、腐植酸活性炭等,仍有小規模的應用。

煤化工裝備

  煤化工裝備種類較多,主要分為動、靜兩大類。其中,加氫反應器、氣化爐、還原爐、換熱器、盛運容器等壓力容器和管道、閥門等屬於靜裝備,泵、風機、壓縮機、空分裝備等屬於動裝備。氣化爐是煤化工最為關鍵的裝備,大部分煤化工項目都需要經歷煤炭經氣化爐轉換為合成氣這一環節。空分裝備也是煤化工的關鍵裝備之一,煤氣化及煤液化均需使用大量的高純度氧氣,均具有較高的技術壁壘。

世界煤化工

  世界上生產的煤,主要用作電站和工業鍋爐燃料;用於煤化工的占一定比例,其中主要是煤的焦化和氣化。80年代世界焦炭年產量約340Mt,煤焦油年產量約 16Mt(從中提煉的萘約1Mt)。煤焦油加工的產品廣泛用於制取塑料、染料香料農藥、醫藥、溶劑防腐劑、膠粘劑、橡膠、碳素製品等。1981年,世界合成氨總產量95.3Mt,主要來源於石油和天然氣。以煤為原料生產的氨只約占10%;自煤制合成甲醇的比例也很小,僅占甲醇總產量約1%。   美國煤化工  1984年美國用煤717.7Mt,其中用於煉焦的占5.5%,達39.5Mt。煉焦副產的苯占苯總產量的9%,以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中占 8%。1984年美國建成由褐煤氣化再甲烷化生產高熱值城市煤氣的工廠,日加工褐煤22kt,產氣3.89Mm。近年,又在煤氣化和液化方面,進行了不少新工藝試驗。   聯邦德國煤化工  1984年聯邦德國用煤84.8Mt(不包括褐煤),煉焦用煤占32.6%,為27.6Mt,煤焦油年產量約 1.4Mt。全國鋼鐵等企業的焦爐生產的煤焦油集中到五個焦油加工廠進行加工,生產的化學品達500多種。電石乙炔化工方面曾有很大發展,當前在技術上仍有改進。在煤的加壓氣化和直接液化研究方面也有一些新的進展。   日本煤化工  1984年日本共用煤106.9Mt,由於其鋼鐵工業很發達,煉鐵等冶金用焦炭需要量很大,因此煉焦用煤占66%,為 70.5Mt。每年的煤焦油產量達2.4Mt,提供了全部萘的工業來源。以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中占23%。   南非煤化工  南非是當前世界上仍擁有煤間接液化工廠的地區,有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液體燃料工廠,年加工煤共約33Mt,生產汽油、柴油、噴氣燃料等油品數百萬噸,副產氣態烴、乙醇、氨、硫等化學品數十萬噸。

中國煤化工

  從總量上來看,2006年在建煤化工項目有30項,總投資達800多億元,新增產能為甲醇850萬噸,二甲醚90萬噸,烯烴100萬噸,煤制油124萬噸。而已備案的甲醇項目產能3400萬噸,烯烴300萬噸,煤制油300萬噸。2006年,國家發改委出台了政策並利用各種渠道廣泛徵求意見,以期規範和扶持煤化工產業的發展。2006年中國自主知識產權的煤化工技術也取得了很大的進展,開始從實驗室走向生產。   2007年是中國煤化工產業穩步推進的一年,在國際油價一度衝擊百元大關、全球對替代化工原料和替代能源的需求越發迫切的背景下,中國的煤化工行業以其領先的產業化進度成為中國能源結構的重要組成部分。煤化工行業的投資機遇仍然受到國際國內投資者的高度關注,煤化工技術的工業放大不斷取得突破、大型煤制油和煤制烯烴裝置的建設進展順利、二甲醚等相關的產品標準相繼出台。   新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主,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、化工技術結合,可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業。煤炭能源化工產業將在中國能源的可持續利用中扮演重要的角色,是今後20年的重要發展方向,這對於中國減輕燃煤造成的環境污染、降低中國對進口石油的依賴均有著重大意義。可以說,煤化工行業在中國面臨著新的市場需求和發展機遇。

煤化工前景

  縱觀近百年化學工業的發展歷史,其間每次原料結構的變化總伴隨著化學工業的巨大變革。1984年世界化石燃料探明的可采儲量,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域,以什麼速度發展,將取決於煤化工本身技術的進展以及石油供求狀況和價格的變化。從近期來看,鋼鐵等冶金工業所用的焦炭仍將依賴於煤的焦化,而煉焦化學品如萘、蒽等多環化合物仍是石油化工所較難替代的有機化工原料;煤的氣化隨著氣化新技術的開發應用,仍將是煤化工的一個主要方面;將煤氣化製成合成氣,然後通過碳一化學合成一系列有機化工產品的開發研究,是近年來進展較快,且引起關注的領域;從煤制取液體燃料,無論是採用低溫乾餾、直接液化或間接液化,都不得不取決於技術經濟的評價。

發展條件

豐富、廉價的煤炭資源

  一是我國的能源稟賦特點是「缺油、少氣、煤炭資源相對豐富」;二是煤炭價格相對低廉。有很多地方,煤炭資源豐而不富,如資源分佈廣而散,小礦多,大礦少,雞窩礦多。這會導致煤炭供應數量的不穩定成分上不 穩定。化工生產是要長周期穩定運行的,原料數量和質量不穩定,化工生產就無法正 常操作。一般地講,一個像樣的煤化工項目,一年要消耗幾百萬噸煤炭,要保持煤化 工企業運行幾十年,考慮到開採率等問題,沒有幾十億噸的儲量是難以滿足煤化工企 業的要求的。如果當地煤炭資源儲量不大,成分不穩定,或者灰粉太高,熱值不高, 那麼,就不必要硬去搞煤化工,還是把這些煤用作燃料為好。   煤炭價格是發展煤化工的另一個重要因素。煤價過高,就使得煤化工企業沒有競 爭力。相對於石油化工和天然氣化工而言,煤化工單位產品投資大,財務費用高。煤 價過高,單位產品成本就必然高,體現不出煤化工的優勢。2004 年美國一家煤化工公 司的到廠煤價為 20 美元/bbl。在工作中遇到很多煤化工項目,有的原料煤價格很便 宜,在 100 元/t 以下,項目效益很好,如陝北、內蒙古等地;而有的地方雖然有煤 炭資源,但煤價很高,有的煙煤甚至達到 400 元/t 以上,有些山西無煙塊煤到廠價 達到 700 多元/t 甚至還要高,項目競爭力很弱。

充足的水源

  耗水量大是煤化工的一大特點。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都屬於這種情況。有許多煤化工企業受缺水的困擾,常常出現煤化工企業與農業或其他工業爭水現象。要保持煤化工企業正常運行,起碼要保證每小時 上千噸新鮮水的供應。真正上規模的煤化工企業,2000-3000t/h 的用水量也是必要的。   同時,煤化工企業對水價也比較敏感。全國各地水價相差很大,一般南方靠近江 河的地方水價便宜,新鮮水價格 0.2-0.3 元/t,水資源費0.02-0.03 元/t,大部分地區 水價格在 0.4-0.5 元/t。然而,有的地方要從很遠地方調水,有些工業園區水價很高, 達到 1.5 元/t,企業難以承受。個別沿海缺水地區,選用海水淡化,水價至少達到 5 元/t,若煤化工企業用就承受不起。

交通便利

  煤化工企業產品和原料運輸量大,交通運輸顯得十分重要,最好是靠近鐵路或水運方便的地方。鐵路、水運和汽運比較起來,一是鐵路和水運在數量上可以很方便地滿足要求,數量大了,汽運組織起來很麻煩;二是鐵路和水運價格大大低於汽車運輸 價格。目前鐵路運價一般為 0.15 元/(t·km)(指國鐵),水運價格為 0.10 元/(t·km), 而汽運價格為 0.32 元/(t·km),相差甚大;三是汽車運輸損耗大。當然,煤化工企 業坐在煤田上,靠皮帶運輸,可以大大減少原料煤的運輸量。但產品還要運出去,還是有鐵路好。國外的經驗也是這樣的。目前國內也有很多小型煤化工企業不靠鐵路運輸,發展受到限制

有一定的環境容量

  中國煤炭資源豐富,但總體上說,煤含硫高,開發利用的環保要求高。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。   煤化工企業排污是不可避免的,即使經處理達到排放標準,總還是有三廢要排放 的。這是不可迴避的問題。中國南方煤質含硫量高,很多地方環境容量已經飽和或已 超標,尤其是山區較多的地區,廢氣擴散困難,很多地方酸雨嚴重,再發展煤化工已 沒有餘量,項目很難通過環保部門的審批。   煤化工替代燃料產品可分為三類: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)。其中含氧燃料技術成熟,是近期應予推廣應用的重點;合成油與現有車輛技術體系和基礎設施完全兼容,但其技術尚待完善,將在2020年發揮重要作用;氣體燃料車優點很多,我國將從基礎科學研究、前沿技術創新、工程應用開發等方面逐一突破。