煤化工技术研究概况

煤化工技术研究概况陈加辉，玉彩艳（广西大学化学化工学院，广西南宁530004）摘要：煤炭作为我国能源主体的格局将在很长一段时间内不会改变。

随着我国出现越来越严重能源安全问题，煤化工已成为社会关注的热点，并因此得到快速发展。

文章综述了煤化工技术研究进展，展望了现代煤化工新技术发展方向。

关键词：煤炭；煤化工；煤气化；煤液化；热解A Summary of Research and Development of Coal Chemical TechnologyCHEN Jia －hui ，YU Cai －yan（College of Chemistry and Chemical Enginering ，Guangxi University ，Guangxi Nanning 530004，China ）Abstract ：Coal as the main body of Chinese energy structure would not change for a long time．As more and more at-tention paid to the energy security ，coal －chemical industry became a focus of the whole society and got rapid develop-ment．The development of coal chemical technology was expounded ，and further several studies for the new －type tech-niques of chemical processing of coal were suggested．Key words ：coal ；coal chemical industry ；coal gasification ；coal liquefaction ；pyrolysis作者简介：陈加辉（1984－），男，广西大学硕士，研究方向为煤化工技术应用和环境污染生化处理。

煤是地球上含量最为丰富的化石燃料［1－2］，我国煤炭资源不仅储量丰富、产量大［3－4］，而且煤种比较齐全。

在我国能源结构中，过去和现在都是以煤为主，预测表明［5］，至少在今后20年内，一次能源以煤为主的格局在很长时期内难以改变。

而传统煤化工是以低技术含量和低附加值产品为主导的“三高一低”行业［6］，因此，发展新一代煤化工技术势在必行。

煤化工主要是指以煤为原料，经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程，包括煤高温与低温干馏、煤气化、煤液化、煤制化学品及其他煤加工制品［1］。

其中，煤焦化、煤制乙炔、煤气化合成氨属于传统煤化工技术，而煤直接液化、煤间接液化、煤气化制醇燃料、煤制氢、煤制烯烃等技术属于现代新型煤化工领域［6］。

1传统煤化工技术煤化工始于18世纪后半叶，19世纪形成完整工业体系。

二战后，由于石油化工发展迅猛，很多化学品生产从以煤为原料转移到以石油和天然气为原料，传统煤化工受到严重冲击。

直到20世纪70年代，由于中东战争以及随之而来的石油大涨价，使得以煤生产液体燃料及化学品的方法重新受到重视，煤化工又开始以较快速度向前发展［1］。

1．1煤焦化煤焦化简称炼焦，指煤在隔绝空气条件下，加热至950 1050ħ，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩、成形等阶段，最终制得焦炭［6］。

炼焦始于16世纪，经过许多年发展，已取得很大进步。

蓄热式焦炉、捣固焦炉、湿法熄焦、半湿法熄焦、干法熄焦等较早开发的工艺技术在生产实践中逐渐完善［1］；巨型焦反应器、无回收焦炉、立式连续层状炼焦工艺等技术的开发运用加快了工业化进程［7］。

我国也开发了捣固炼焦技术、配型煤炼焦技术、煤调湿技术等工艺［8－9］。

1．2煤制乙炔传统煤制乙炔方法是水解电石法，存在着工艺流程长、能耗高以及环境污染严重等问题。

因此，目前国内外研究重点是煤等离子热解直接生产乙炔法，它可以解决“三废”环境污染问题，同时能有效降低能耗［10－11］。

吕永康［12］研究了等离子体热解煤制乙炔及热力学和动力学研究，同时全面总结了国内外等离子体快速裂解制乙炔的研究进展；杨巨生［13］对煤等离子体热解制乙炔装置进行优化，建立等离子体反应器热流场计算流体力学模型，为其产业化打下基础；程易［14］指出下行床用于煤等离子氢气热解制乙炔的工业应用。

1．3煤气化合成氨煤气化是煤转化技术最主要方面，它历史非常悠久，甚至早于发电，但煤气化技术迅猛发展期却始于20世纪70年代。

目前，煤气化合成氨技术已十分成熟，并且能耗低。

目前这项技术研究热点是寻求煤气化合成氨装置产量最大化。

迄今为止，许多国家成功开发出高效率煤气化合成氨技术，并已投入实际生产［14－16］：美国KRB 公司、德国Lurgi 公司、丹麦Topsoe 公司均推出日产2000t 合成氨技术；德国Uhde 公司推出日产3300t 合成氨技术。

与此同时，Texaco 水煤浆气化、Shell 煤气化、GSP 煤气化、Lurgi 煤气化、恩德粉煤气化等煤气化技术已在改造和新建中得到广泛应用［17］。

传统煤化工虽然具有高能耗、工艺流程复杂、环境污染严重等缺点，但由于历史悠久，加上各个国家（尤其落后国家）在短时间内更新技术、直接转变为新型煤化工还不现实，因此，传统煤化工技术将在很长一段时间占据重要位置，在国民经济发挥重·51·2011年39卷第21期广州化工要作用［18］。

2新型煤化工技术新型煤化工技术是指在煤炭开发和利用过程中，尽可能少污染、高效率进行煤炭加工、燃烧、转化等一些列新技术总称［7］。

2．1煤气化目前国际上先进煤气化技术包括美国Texaco气化炉（气流床气化）［19］、美国和南非Lurgi炉（加压固定床气化）［20］和壳牌公司干粉煤加料Shell技术，我国煤气化技术研究热点主要集中在四嘴喷水煤浆气化技术、两段炉干煤粉气化技术、灰熔聚流化床气化技术、非熔渣－熔渣分级气水煤浆化技术、干煤粉气流床气化技术、多元料浆气化技术［21］。

今后一段时间内，新型煤气化技术将继续朝少污染、高效率方向发展［13］，而煤地下气化技术具有安全、高效、环保等优点，已成为新型煤化工技术发展方向，被誉为第二代采煤方法［22］。

此外，煤与天然气在固定化气炉中共气化耦合技术［23］，煤与生活垃圾、废弃塑料、木头等废弃生物质在流化床实现共气化，生产后续液体燃料的环保技术［24］，均是煤气化技术研究热点方向。

2．2煤液化煤炭液化工艺指将煤中有机物转化为液态产物过程。

1913年，德国人F．Bergius发现在400 500ħ，20MPa下，可以将高分子物质转化为低分子的液体燃料，之后世界各国逐渐发明了各种煤液化技术［18］。

目前煤液化有两种技术路线：直接液化和间接液化，区别在于煤直接液化是煤在高温高压下热解和加氢裂解直接转化为液体，是从固体直接转变为液体的过程；而煤间接液化是先把煤气化转变成合成气，然后在催化剂作用下将合成气合成液体，经历了固－气－液两个转变过程。

目前，煤直接液化工艺最具代表性的主要有：德国IGOR工艺；美国SRC工艺、EDS工艺、CTSL工艺；俄罗斯加氢液体工艺、HTI工艺；日本NEDOL工艺、煤共处理工艺、煤液化工艺［25］。

这些工艺具有各自优缺点，因此，目前煤直接液化研究热点是相互间取长补短。

煤间接液化主要有以下几种方法［18］：南非Sasol系列工艺（Sasol－Ⅰ、Saso－Ⅱ、Saso－Ⅲ）；荷兰壳牌公司开发的SMDS法；丹麦托普索公司开发的TIGAS法。

国内外已完成由合成气直接合成液体二甲基丁烷法的中试，准备投入大型化生产。

2．3煤制甲醇1923年德国BASF公司首次用合成气（CO与H2）在高温高压、锌铬催化剂下实现甲醇合成工业化，开启了煤制甲醇的工业化先河，此后煤制甲醇工艺不断完善［26］。

目前，煤制甲醇工艺基本成熟，正向大型化、高效化、无污染化等方向发展，尤其在低温低压催化剂（金属盐乙酸镍、乙酸钯、乙酸钴、钌、铼等）方面，已成为合成甲醇研究热点。

2．4煤制氢煤制氢过程可分为煤直接制氢和间接制氢两种，其中直接制氢主要包括煤焦化制氢以及煤气化制氢两种，间接制氢是指煤经过甲醇重整制氢。

国外煤制氢技术主要以煤气化制氢为主［27］，我国煤气化制氢技术还比较落后。

目前，煤制氢研究热点主要集中在：进一步改良气化工艺、甲醇重整工艺、更好地实现碳吸收和氢气分离、较少环境影响、提高氢气质量等领域［28］。

2．5煤制烯烃煤制烯烃技术路线主要包括：MTO/MTP、DTO以及DMTO［29］。

其中最早开发的技术是MTO，始于20世纪80年代，随后逐渐发展出DTO与DMTO技术。

国际上，美孚石油公司、环球石油公司、艾克森石油公司、巴斯夫公司、海德鲁公司等世界石化企业均投入大量人力、财力、物力研发MTO/MTP技术，并且已初步建成大型工业化装置［30］。

我国中科院大连物化所、中石化等单位也加大开发煤制氢工艺力度，在工艺技术和催化剂方面已取得具有国际竞争力成果。

此外，新型煤化工研究热点还体现在一步法合成甲醚技术、煤化工制取醋酸、甲醛、碳酸二甲酯、乙醇技术等方面［9］，尤其在煤化工联产系统和以煤气化为核心的多联产系统等领域，因其具有灵活多样的系统组合方式，已有很多科研单位和石油化工企业投入大量资源进行研究［31］。

新型煤化工发展虽然还不完善，但因为它能更有效地利用煤炭资源、更友好地对待环境，已成为当今乃至今后很长一段时间内煤炭化工研究与开发的热点问题［24］。

3展望世界煤化工发展历时近350年，已形成一整套较理想的煤化工工艺与技术体系［1］，并且世界各国都还在加大力度，不断完善煤化工体系。

但是，煤炭不同于石油和天然气等优质资源，其化学加工难度较大，集中表现在工艺流程长、投资大、资源利用率低、二次利用困难、污染严重等方面，严重限制煤化工发展［32］。

因此，世界各国及时进行经验交流、取长补短，尽可能组建大型煤化工企业以形成规模效益，创建多联产系统以利用不同行业间的互补机制、延伸传统煤产业链，实施可持续发展战略，是当今新型煤化工发展的重要方向。

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