我国煤化工的技术现状与发展对策

我国煤化工的技术现状与发展对策

闫刚刚

(陇东学院，化学化工学院，甘肃 庆阳 745000)

摘要:概述了我国煤化工的技术现状,分析了煤化工产业化发展的政策环境,展望了我国谋化工技术及产业化的发展前景,提出了我国煤化 工技术及产业化发展的对策措施。为了缓解石油供需矛盾、保障石油安全供应并应对国际油价异常波动带来的挑战,依靠我国相对丰富的煤炭资源来生产一定数量石油替代品和化工产品,无疑具有重要的现实意义和深远的战略意义。而且我国煤炭储量丰富、煤种齐全分布较广、煤炭生产技术水平较高,生产能力很大,为发展煤化工提供了可靠的原料保障。

关键词:煤化工;产业化;技术现状;发展对策

Technology status and Development Countermeasures of coal

chemical industry in China

YAN Gang-gang

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Longdong University,

Qingyang 745000, Gansu)

Abstract:It states the present situation of China's coal chemical industry technology, analyzes the policy environment for the development in the coal chemical industry, the prospect of our country to seek the prospects for the development of chemical technology and industrialization, China's coal industry and technology and industrialization development countermeasures are proposed.In order to alleviate the contradiction between oil supply and demand, ensure oil security of supply and to deal with the international oil price abnormal fluctuations in the challenge, rely on our

country relatively abundant coal resources to produce a number of alternatives to oil and chemical products, undoubtedly have important practical significance and far-reaching strategic significance. And our country has abundant coal reserves, a wide range of coal distribution, a higher level of coal production technology, a great production capacity for the development of coal chemical industry to provide a reliable guarantee of raw materials.

Key words: Coal chemical industry; industrialization; technology status; development strategy

1、引言

我国是以煤为主要能源资源的国家,煤炭在化石能源的剩余可采储量中占有绝对优势地位在目前的一次能源消费构成中,煤炭占2/3左右。自2 0 0 3年成为世界第二大能源消费国以来,我国对能源度增加,连创新高。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,以及环保要求的日趋严格,对清洁能源的需求越来越迫切。由于我国石油资源相对短缺,石油进口量逐年增加,2006年石油进口量高达

1.4亿上。

据专家预测,到2020年,我国石油缺口将超过消费总量的50%。

2、煤化工技术现状

2.1煤炭焦化技术向大型化、低污染、节能降耗方向发展

煤炭焦化是目前技术上相对比较成熟的传统煤化工产业,也是冶金工业高炉炼铁、最主要的配套产业。煤炭焦化是指炼焦煤在焦炉中隔绝空气条件下加热,生产焦炭、于馏煤气、煤焦油及其他多种化工产品的过程干馏煤气和煤焦油可进一步深度加工转化,干馏煤气可生甲醇、

合成氨等化工产品,煤焦油进一步加工可以生产若干种用途广泛的高附加值化工产品。

我国是世界焦炭生产大国,焦炭生产能力已经超过3亿t/a,焦炭产 量已经占到世界总产量的50 %以上。近年来,焦炭产量在逐年增加。焦炭产量的提高必然引起炼焦煤供应的紧张,为此研究开发了许多扩大弱豁结性甚至无豁结性煤配人比例的炼焦新工艺,包括增加高变质煤和低变质配比的优化配煤方案研究,开发了捣固炼焦技术、配型煤炼焦技术、煤调湿技术、选择性粉碎等新工艺。另外,面对炼焦洗精煤供应过程中混配煤秩序混乱的实际情况,开发了炼焦煤性能检测 和焦炭质量预测及调控新技术。近年来新建的焦炉基本上都是炭化室 高度为4.3 m和6m的顶装焦炉和炭化室高度为4.3 m的捣固焦炉,

太钢和充矿集团引进了炭化室高7.36m的大型焦炉。12世纪室式焦炉炼焦技术将向特大容积、完全自动化、严格控制环境污染、扩大炼焦用煤资源、提高焦炭质量和炼焦生产效益等方向发展。针对焦化行业的污染问题,近年来中国的大中型焦炉大多装备了高压氨水喷射无烟装煤设施,装备了装煤除尘地面站和装煤除尘车、推焦除尘地面站和推焦除尘热浮力罩,较大缓解了炼焦生产过程中的粉尘

污染,而且还建成投产了一大批脱硫装置和生物脱氮装置,加上干法熄焦和副产煤气的综合利用,焦化行业的环境污染情况得到了有效控制和明显改善。针对焦化行业的高耗能问题,干法熄焦是近年来发展较块的一项先进炼焦技术,与传统的湿法熄焦技术相比,干熄焦可回收80%的红焦显热,并能减少对环境的污染,改善焦炭质量,可使焦炭机械强度M40提高3-8个百分点,机械强度M10。改善0.3-0.8个百分点。高炉采用干熄焦生产的焦炭可使焦比降低2%,生产能力提高1%。到2 0 0 6年底,全国累计建成投产干熄焦装置34套,总产能超过4500万t/a,焦炭实际产量超过3030万t/a。多种炼焦新工艺的推广应用,对炼焦生产节能降耗、焦炭质量提高和环境污染控制起到了积极作用。针对煤炭焦化行业的煤焦油和干馏煤气的深度加工与合理利用问题,一批大型炼化工产品回收与精深加工以及焦炉煤气生产甲醇项目建成投产

2.2煤炭气化技术正向大型化、高效化、国产化方向发展煤。

煤炭气化技术是煤炭深度转化的先导技术,更是煤化工产业化发展的重要单元技术。全世界现有商业化运行的大型气化炉400台以上,定产气总量超过4亿m , / d,产气量排在前10名的煤气化生产厂均采用鲁奇(Lurg i)、德士古(Texaeo)、壳牌(Sehl) 3种炉型,绝大多数以煤为气化原料,产品主要是费托(F-T)合成油、甲醇或煤气化和蒸汽联合循环(IGC)C发电等。

已经实现商业化运行的气化炉型有常压固定床气化炉,加压固定床气化炉(以鲁奇炉为主)、液态排渣的德士古加压气流床水煤浆气化炉、液态排渣的壳牌加常压流化床气化炉和恩德(Edne)常压流化床气化炉等多种气化炉型。几乎各种煤气化工艺在我国都有应用,目前大约有800台各种类型的气化炉在运行,但绝大部分仍是技术已经落后、环保设施简陋的常压固定床气化炉,大型先进煤气化技术的应用所占比例不高。煤质与气化炉的适应性是选择煤气化工艺的关键,也是决定煤化工经济性好坏甚至项目成败的重要因素。

国家和有关企业非常重视大型煤气化技术的引进消化吸收和自主研究开发,国家“十五”和“十一五”836计划安排了多个自主研发项目。经过多年的努力,我国已开发了一些具有自主知识产权的煤气新工艺及关键设备,引进大型气化炉的国产化水平也在日益提高。今后一段时间内,煤气化技术将继续朝着大型化、高温高压、原料煤适应性更宽、环保特性更好、经济性更佳等方向发展。

2.3煤炭直接液化技术正在进行商业化示范

对煤炭在一定的温度和压力条件下催化氢化直接获得液态产物的工艺称为煤炭直接液化。德国曾在二次世界大战期间建立了21家以褐煤、烟煤为原料的直接液化工厂,油品总生产能力已达到432万t/a中国从20世纪70年代末开始煤炭直接液化技术研究。“六五”至“七五”(19 80一19 9 0年)期间,在当时的原煤炭部和煤炭科学研究总院北京煤化学研究所的共同努力下,在原国家科学技术委员会的大力支持下,争取到了联合国开发计划署(U N D)P的资助。一方面开展了中 日、中德政府间的科技合作,煤炭直接液化技术研究”列为国家重点 项目。在此期间,煤炭科学研究总院北京煤化学研究所先后建立了具有国际先进水平的投煤 量0.1 t/d日本工艺煤炭直接液化、投煤量0.1 t/d美国工艺液化油品提质加工及投煤量0.12t/ d德国工艺煤炭直 接液化与液化油品提质加工小型连续试验装置各一套,以及多套间歇式高压釜煤炭直接液化试验装置和液化油品分析检验试验室。从1908年起,首先用高压釜对华北、东北、华东、西北、西南的十几个省、自治区的气煤、长焰煤、不勃煤、弱私煤和褐煤共10多个煤种进行了大量的直接液化能评价与测试。在投煤量为0.1t/d的小型连续直接液化试验装置上进行了72个重点煤种的35次液化性能评价和工艺条件优选试验,从中选出包括甘肃天祝、云南先锋、山东北宿、龙口、滕县、辽宁沈北、抚顺、阜新、吉林梅河口、陕西神府、内蒙胜利、海拉尔、赤峰、黑龙江依兰、双鸭山共巧种特别适宜直接液化的原料煤,其干燥无灰基原料煤的液化油产品收率均超过50%。对北宿、江依兰、双鸭山共巧种特别适宜直接液化的原料煤,其干燥无灰基原料煤的液化油产品收率均超过50%。

2.4煤炭间接液化国外已商业化运行多年,国内已进入商业化示范

先通过煤气化生产合成气,然后在一定温度和压力条件,通过合适的催化剂把合成气转化为各种液态产品的过程称为煤炭间接液20世纪50年代,南非SA sO L公司开始建设煤气化合成燃料油的SASlO工厂,20世纪70年代末、80年代建成SASOLⅡ和SASoLⅢ煤间接液化生产厂,形成目前世界上最大的煤气化合成液体燃料生产企业。年用煤总量约为4500万t,年获合成产品约为760万t,其中60 %为燃料品。

我国从2 0世纪50年代开始,也进行了煤炭间接液化技术的开发研究。目前,

山西潞安矿业集团和内蒙古伊泰集团正在分别建设油品产 能均为61万t/a的煤炭间接液化商业化示范工程;山东充矿集团 也在陕西偷林区建设油品产能为100万t/a的煤炭间接液化商业化示范置 在加快进行自主技术开发的同时,国内有关煤炭企业也在引进国外成熟技术建设煤间接液化工程项目方面做了大量前期工作。神华集团 正与南非SASOL公司就引进技术,投融资等问题进行商务谈判和技术准备工作。

2.5煤制甲醇技术基本成熟,正向大型化和高效率方向

煤制甲醇是指首先通过煤气化得到以CO和H2为主的合成气,然后在一定的温度、压力及催化剂的作用下合成甲醇。目前生产甲醇的原料有煤、天然气、焦炭、石油、液态烃及含有H2+CO的工业尾气等。国外基本上多是采用天然气为原料来制取甲醇,中国生产甲醇的原料路线则煤为主。目前,甲醇合成技术基本成熟,正向大型化和高效率等方向发展。1979年国外单系列最大的甲醇生产装置规模为83万t/a,1999年甲醇制造厂商Mtehanex公司在智利建成79.5万t/a装置,并在卡塔尔同时建3套01 0万t/a装置,分别于2002,2004及2006年投产。T itanMethanol公司兴建的175万t/a装置已于2030年1试车,成为世界上已建成的最大装置。我国单套生产30万t/a的甲醇合成装置已经实现商业化应用,60万t/a的大型生产装置正在开发过程 中,引进的单套生产18 0万t/a的甲醇合成装置正在建设中。2006年,1万t,出口甲醇量为91万t,甲醇净进口量为94万t。

2.6 甲醚二步法技术基本成熟,一步法仍在开发过程中

制备二甲醚的主要原料有:天然气、煤、石油炼制中的渣油、石油焦、生物质或其他碳氢化合物等主要途径。二甲醚的生产工艺目前主要有甲醇脱水工艺(二步法)和合成气直接合成工艺(一步法) 2种。二步法二甲醚合成技术是首先由合成气生产甲醇,然后在催化剂作用下,甲醇脱水生成二甲醇脱水工艺在02世纪08年代已经实现工业化应用,按反应相的不同又可分为液相甲醇法和气相甲醇法。一步法合成二甲醚是指合成气(CO,H2,CO2等)在一定的温度、压力及双功能催化剂的作用下,直接合成甲醇脱水生成二甲醚,即合成 甲醇和2个反应在一个反应器内完成。一步法工艺又分为气一固相法(固定床气相合成和三相床法(浆态床液相合成)2种。与甲醇脱水法 (即二步法)相比,一步法工艺具有流程短、投资省、能耗低等优点,而获得较高的合成气单程转化率。据报道,一步法合成二甲醚的生产成本 比甲醇脱水法低52%左右。一步法工艺是未来二甲醚生产技术的发

展方向,但目前国内外均仍处于技术开发和放大实验阶段,尚不能满足商业化应用的工程化要求。

2.7煤制烯烃技术正在建设商业化示范工程

煤制烯烃是指煤气化合成甲醇,再用甲醇转化生产乙烯和丙烯,最后通过聚合得到聚乙烯和聚丙烯产品(也可主要得到聚丙烯产品)。与其煤化工技术相比,煤制烯烃技术具有三大优势:一是主要目标产品是固态,便于储运;二是约10t煤生产It目标产品,运输量大幅度减少;三是It产品的价格约为10t煤价格的10倍左右,附加值大幅度提高。目前,采用引进技术的产能为52万t/a的聚丙烯商业化示范工程正在建设中。具有自主知识产权的20万t/a和60万t/a聚乙烯/聚丙烯商业化示范工程也已经开工建设。

2.8煤制合成氨技术正配套采用大型高效煤气化技术

自从1990年哈伯等人成功研究了合成氨生产工艺,世界合成氨工业已走过了近1个世纪的历程。2 0 0 6年,我国的合成氨产量已经达500万t左右。12世纪合成氨一尿素工业将朝着设备大型化、生产规模化、能耗更低、环境更友好的方向发展,以进一步降低生产成本,提高经济竞争力。占据我国合成氨产量半数以上的中小合成氨生产企业,绝大多数以无烟块煤或焦炭为原料,且主要采用传统的常压固定床煤气化工艺。存在的问题主要是:一方面需要以无烟块煤或焦炭为原料,原料供应紧张、价格昂贵;另一方面常压固定床气化工艺气化效率低能耗高、污染环境。专家普遍认为,壳牌、德士古、GSP等煤气化工艺技术先进成熟、适用煤种范围较宽、气化压力较高、能耗较低、操作安全可靠、三废处理比较简单。我国的化肥行业已经引进了10多套壳牌和德士古气化炉,具有 自主知识产权的一批大型 先进煤气化技术也开始在化肥行业推广应用。这些先进气化技术的引进消化吸收与国产化,解决了传统煤气化生产合成氨原料气存在的一些问题,使我国 的煤制合成氨工艺提高到新的技术水平。

3、煤化工产业化发展的政策环境

3.1有关政策要点

(1)国务院《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》要求,要大力推进洁净煤技术产业化发展。其中包括积极开展煤炭液化、煤炭气化等用原料煤 的资源评价,稳步实施煤炭液化、煤炭气化商业化示范工程。

(2) 国家发改委《能源发展“十一五”规划》把石油替代工程作为五大能源重点建设工程之一。要求加快发展煤基、生物质基液体燃料和煤

化工技术,统筹规划,有序建设重点示范工程,为“十二五”及更长时期内石油替代产业发展奠定基础。把“煤基液体燃料和化工等技术”列为“十一五”重点发展的先进适用技术。

(3)国家发改委《关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知》(以下简称“通知”)明确肯定了煤化工产业发展在国民经济快速

发展中的重要支撑与保障作用,但要求统筹规划、合理布局、科学引导和规范煤化工产业的发展。

3.2政策环境分析

纵观一系列煤化工产业化发展的政策性文件,可以看出,政府部门在煤化工产业发展方面的政策取向主要是肯定、鼓励、审慎、规范、高起点、严要求、防范风险。这对煤化工产业的健康有序发展具有很好的指导和规范作用。因为煤化工是技术、资金密集型产业,涉及多技术领域,工程建设系统复杂,项目实施难度大;煤化工产业又是新兴产业,产业发展中还存在诸多 确定因素和各类风险,所以正确引导和规范煤化工产业的发展是非常必要的,也是非常及时的。

从目前情况看,制约我国大规模发展煤化工的主要瓶颈是技术、装备、人才、水资源及产品运输条件等。从技术上看,技术的研发、中试和工程化示范以及商业化应用需要一定的时间,也需要很大的人力与物力投人,而且由煤化工项目的技术集成度很高,技术环节很多,要实现系统工艺流程的打通和长期稳定运行,需要有足够的时间和耐心。我国在煤炭直接液化方面已经有投煤量6t/d的中试装置,并且已经打通 了工艺流程,而且已经多次实现较长时间的连续稳定运行,油品生产能力100万 t/a的商业化示范装置建成在即。煤炭间接液化方面已完成2种技术的中间试验,正在分别建设油品生产能力16万t/a和 100万 t/a的商业化示范装置。生产能力180万t/a的甲醇和60万t/a的烯烃生产商业化示范项目均已开工建设。目前，大型煤化工项目的关键设备大多需要进口，而国外的设备生产能力很有限,供货周期较长,能够在国内制造的自主知识产权设备较少,如果在短时间内建设大量的煤化工项目,装备的生产和供应将无法保证。煤化工产业是一个知识密集型产业,对相关人才的素质要求较高,现阶段煤化工人才还相当匾乏。我国

的大型煤矿区大多分布在缺水地区,而大型煤化工项目需水量又相当大,所以应该统筹规划、科学规范、合理布局,以避免由于 水资源问题而产生的项目风险。因此,煤化工在现阶段还是要把主要精力集中在科学规划、工程化示范、相关基础研究、关键技术与装备的研发、人才培养等方面,踏踏实实地做好各方面的准备工作,以成熟 的条件和坚实的基础迎接我国煤化工产业大发展的到来。

4、煤化工发展的对策措施

在国家层面上,应建立完整的政策和标准体系,包括制定煤化工用煤技术条件标准,规范煤化工用煤的质量要求,明确限制和鼓励使用的煤源,以充分合理地利用煤炭资源,保护优质和稀缺煤炭资源;制定煤化工产品技术条件标准,统一规范产品质量;规定各类煤化工项目的能耗指标和消耗定额,限制使用高消耗特别是高耗能的煤化工工艺和装备;制订保障煤化工清洁生产、实现循环经济的相关规定和标准等。科学合理地制订煤化工产业发展规划,包括区域分布、主要工艺路线、产品种类及生产规模、产品运输条件、用水量等。提出某一阶段煤化工基础研究、中试、工 程示范、装备试装备试制、人材培养等的阶段性目标。推进示范工程建设、制订有关优惠政策等。

在企业层面上,积极开展煤炭气化、液化、焦化等用煤的资源评价,尤其是开展利用高硫煤资源发展煤化工的原料煤性能评价,选好煤源,做好用煤规划,做到充分利用煤炭资源;在煤质评价的基础上,做好煤化工基地规划,确定煤化工项目的技术路线、产品定位以及生产规模,根据企业的实际情况开展有关调查研和项目准备工作。可能的话,在做深做细前期工作的情况下,先建设示范工程,取得足够经验后再进行大规模项目建设。前期工作要充分考虑煤炭资源的可靠性和煤炭性质的适应性、煤化工技术的先进性和合理性、厂经济规模和劳动生产率、产品国际和 国内市场需求及产品质量与特色、产品价格的竞争优势以及环境和社会效益等。在科研层面上,在继续开展基础研究和工程化开发的同时, 国外煤化工技术和工程化的发展,选择急需的科研项目,发挥各自的特点,开展联合攻关。今后一段时间内,应在自主知识产权的煤化工技术与装备研发、多联产工艺系统集成、注重循环经济和水节能减排等方面多投人人力与物力,争取尽早在科技创新上取得突破性进展,为我国煤化工产业的快速发展提供强有力的技术支撑。

5、结论

煤化工是以煤为原料,经过化学加工将煤转化为多种产品的过程。煤炭转化途径主要包括炼焦、气化、直接液化等。至于煤化工产品链延深内容十分广泛,产品品种众多。大力发展煤化工已经成为不可逆转的今后一段时间内我国能源发展的战略选择。目前,我国规划的煤 化工项目已有相当数量,多数以甲醇为主,其中大部分甲醇是拟用来转制烯烃的。煤变油的规划项目也较多,油品生产能力较大。规划的煤化工项目主要集中在内蒙古西部和东部、陕北、宁夏、新疆、山西、贵州、云南等地区。而有的地区水资源还是很有限的,大规模地发展煤化工产业的可能性与可行性值得认真研究。

6、谢辞

本文从题目的确定到框架的构建，直至正文的写作，自始至终都得到了韩明虎老师的悉心指导和帮助。张老师博大精深的学识，精益求精的风格以及甘为“科学铺路石”的精神给我留下了深刻的印象。韩老师在承担了繁重的管理、教学和科研工作情况下，对我论文的完成倾注了大量的时间和心血，没有韩老师的帮助，本论文是难以完成的，在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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