国内外煤化工的调查与研究

煤化工调研资料
一、煤化工现状
（一）、煤化工相关概述
煤炭是中国的主要化石能源，也是许多重要化工品的主要原料，随着社会经济持续、高速发展，近年来中国能源、化工品的需求也出现较高的增长速度，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。

近几年年煤化工产业在快速发展的同时，也出现了令人担忧的问题。

煤化工产业的发展对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高，一些地方不顾资源、生态、环境等方面的承载能力，出现了盲目规划、竞相建设煤化工项目的苗头。

这些问题对煤化工产业，对经济社会持续、稳定、健康发展均产生了不利的影响。

新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。

煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后20 年的重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。

1、煤化工的定义
常见的煤化工的定义两种，定义一:煤化工是指以煤为原料经化学加工转化为气体、液体、固体燃料以及化学产品的过程.它主要包括煤的气化、液化、焦化及焦油加工、电石乙炔化工和碳一化工。

定义二:煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程，生产出各种化工产品的工业。

煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。

煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。

新一代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术，与电热等联产可以实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目标。

2、煤化工产业的分类
煤化工是以煤炭为主要原料生产化工产品的行业，主要分为煤焦化(属传统煤化工)、煤气化(包括生成合成氨、制取醇醚和间接液化制油和烯烃等产业链，其中制取醇醚、煤制油和烯烃属新型煤化工)和煤炭液化(新型煤化工)，其中新型煤化工是煤化工产业的主要产业发展方向。

由此我们可以看出，煤化工产业主要包括焦炭、电石、煤制化肥等传统煤化工产品，以及煤制甲醇、二甲醚、烯烃、油品等现代煤化工产品。

目前我国以传统煤化工为主，现代煤化工产业刚刚起步。

2005 年我国焦炭、电石、煤制化肥产量分别为23282 万吨、895 万吨和2500 万吨，均位居世界首位。

用煤生产甲醇是煤化工的基础，甲醇替代汽油，我国已取得成功经验，甲醇又是四大基本有机化工原料之一，仅次于乙烯、丙烯和苯，市场发展前景广阔。

近年来，焦炭、电石行业的结构调整取得了初步成效，但仍存在较严重的产能过剩，尚需继续加大清理整顿力度，提高行业技术水平和集中度。

化肥行业通过近几年的原料和动力结构调整，行业竞争力有所提高，但结构调整任务仍然较重。

3、技术介绍
⑴焦化技术
目前，世界焦炭产量约3～4 亿t/a，日本、欧美等发达国家炼焦能力处于收缩状态。

但是，我国焦化生产受煤炭资源品种限制，焦炭质量调整难度较大，焦化生产自动化水平较低，环境污染严重，大多数企业技术进步及现代化管理与其他行业同类企业相比有一定差距。

⑵气化技术
煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4 等可燃气体和CO2、0N2 等非可燃气体的过程。

煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，
主要有:
①固定床气化:在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化;而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

②流化床气化:它是以粒度为0-10mm 的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

③气流床气化。

它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um 以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。

煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

④熔浴床气化。

它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。

目前此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

煤炭气化技术广泛应用于下列领域:
①作为工业燃气一般热值为1100-1350 大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。

主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

②作为民用煤气一般热值在3000-3500 大卡，要求CO 小于10%，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。

与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。

③作为化工合成和燃料油合成原料气早在二战时，德国等就采用费托工艺(Fischer-Tropsch)合成航空燃料油。

随着合成气化工和碳-化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。

④作为冶金还原气煤气中的CO 和H2 具有很强的还原作用。

在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁;在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。

因此，冶金还原气对煤气中的CO 含量有要求。

⑤作为联合循环发电燃气整体煤气化联合循环发电(简称IGCC)是指煤在加压下
气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。

用于IGCC 的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。

煤气化一般采用固定床加压气化(鲁奇炉)、气流床气化(德士古)、加压气流(Shell气化炉)广东省加压流化床气化工艺，煤气热值2200-2500大卡左右。

⑥作煤炭气化燃料电池燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料(化学能)通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。

目前主要由磷酸盐型(PAFC)、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。

它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC 和IG-SOFC，其发电效率可达53%。

⑦煤炭气化制氢氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。

而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO 和H2，然后通过变换反应将CO 转换成H2 和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。

⑧煤炭液化的气源不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。

煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi 气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。

⑵液化技术
煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。

煤炭液化技术中又可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。

煤的直接液化技术是将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降解和加氢从而转化为液体油类的工艺，又称加氢液化。

一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。

煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。

该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的液化重油(循环溶剂)配成煤浆，在高温(450℃)和高压(20～30MPa)下直接加氢，将煤转化成汽油、柴油等石油产品，1t 无水无灰煤可产500～600kg 油，加上制氢用煤，约3～4t 原煤产1t 成品油。

煤的间接液化技术是先将煤气化，然后合成燃料油和化工原料和产品。

煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气(氢气和一氧化碳)，然后再在催化剂存在下合成为汽油。

约5～7t 煤产1t 油。

⑶MTO技术
MTO 是指以煤基或天然气基合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装臵的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工工艺技术。

MTP
⑷MTP技术
德国鲁奇公司甲醇制丙烯技术(MTP)。

MTP 工艺利用传统的固定床工艺，采用改性ZSM—5 系列催化剂反应—再生过程轮流切换操作。

洁净煤技术
⑸洁净煤技术
洁净煤技术(CleanCoalTechnology，简称CCT)的含义是:旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。

当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。

由于中国煤炭开采和利用的特点决定，中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同，含盖从煤炭开采到利用全过程，是煤
炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。

⑹煤基醇醚燃料技术
由煤(包括原煤、煤层气、焦炉煤气)通过气化合成低碳含氧燃料——甲醇、二甲醚(简称醇醚燃料)等车用清洁替代汽油、柴油的燃料。

甲醇作为燃料始于上世纪七十年代的两次石油危机之后，其特点首先是完全的可替代性。

甲醇燃料是理化性能接近汽柴油的液体燃料，使用方便，辛烷值高，相当于112 号汽油，蒸气潜热大;二甲醚的燃油性能和机械能更好，爆发力大。

二者均能满足并提高发动机的热效率和功率。

煤基醇醚燃料的另一个优点是清洁环保。

甲醇燃烧后主要形成水和二氧化碳，排放的氮气化合物远远低于汽柴油，尾气中常规排放的一氧化碳、碳化氢均比汽柴油低30%以上，是典型的“清洁替代燃料”。

二甲醚燃料尾气排放中的一氧化碳、碳化氢比汽油分别低55%和86%，是国际公认的“超清洁替代燃料”。

一般情况下，1.5 吨-1.6 吨煤可制一吨甲醇，比起直接液化制油吨用煤3.5 吨和间接液化制油吨用煤4.5 吨具有明显的成本优势，充分利用廉价的高硫煤或炼焦时排放的煤气制甲醇，能充分体现资源综合利用和改善大气质量的循环经济的特征，生产成本更加低廉，不到粮基乙醇燃料的1/3。

⑺煤层气简介及其开发利用的意义
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成份为高纯度甲烷，是近二十年在世界上崛起的新型能源，其资源总量与常规天然气相当。

煤炭开采中排出的大量煤层气作为一种新型能源，具有独特的优势，是优化一次能源结构的重要组成部分，是优质的能源和基础化工原料。

同时由于煤层气作为一种有害的危险气体，排放到大气中具有很强的温室效应，既破坏大气层、污染环境，又因其易燃易爆性严重危及着广大煤矿职工的生命财产安全。

煤层气资源的开发利用将会为社会创造巨额财富。

我国具有丰富的煤层气资源，其开发潜力巨大。

按照目前我国石油天然气资源发现率计算(10%)，31.46 万亿立方米的煤层气资源可获得3 万亿立方米的天然气，参照目前天然气的中等价格，即每立方米天然气约1.0元(城市门站价)计算，将会为社会创造3 万亿元的财富。

事实上，随着科学技术的飞速发展，资源发现率将会大幅度上升，经济价值将不可估量。

开发煤层气，形成煤层气产业将对国民经济发展起到巨大的推动作用。

开发煤层气是一项庞大的系统工程，建设一个煤层气生产基地将带动道路、管道、钢铁、水泥、化工、电力、生活服务等相关产业的发展，增加就业机会，促进当地经济的发展。

特别是对于我市这样一个能源重化工基地，发展煤层气产业对于保护资源、实现煤炭产业深加工及可持续发展、减少温室气体排放、改善大气环境质量，调整产业结构、加快煤化工产业规模化发展、培育新的经济增长点，都具有十分重要的现实意义和深远的战略意义。

4、有关煤化工产业链的列表介绍
煤化工产业链见图1
煤气化、液化产品链图见2
煤焦化产品链图见3
图1煤化工产业链
图2: 煤气化、液化产品链图
图3煤焦化产品链
5、煤化工产业发展概况
⑴、煤炭焦化
目前，我国焦炭产量约1.2亿t/a，居世界第一，直接消耗原料煤占全国煤炭消费总量的14%。

全国有各类机械化焦炉约750座以上，年设计炼焦能力约9000万t/a，其中炭化室高度为4m～5.5m以上的大、中型焦炉产量约占80%。

中国大容积焦炉（炭化室高≧6m）已实现国产化，煤气净化技术已达世界先进水平，干熄焦、地面烟尘处理站、污水处理等已进入实用化阶段，焦炭质量显著提高，其主要化工产品的精制技术已达到或接近世界先进水平。

焦炭成为我国的主要出口产品之一，出口量逐年上升，2000年达到1500t/a，已成为全球最大的焦炭出口国。

从20世纪80年代起，煤炭行业的炼焦生产得到逐步发展，其中有的建成向城市或矿区输送人工煤气为主要目的的工厂，有的以焦炭为主要产品。

煤炭行业焦化生产普遍存在的问题是：焦炉炉型小、以中小型焦炉为主，受矿区产煤品种限制、焦炭质量调整提高难度较大，采用干法熄焦、烟尘集中处理等新技术少，大多数企业技术进步及现代化管理与其他行业同类工厂相比有较大差距。

⑵、煤气化及其合成技术
a 、煤气化
煤气化技术在我国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产
城市煤气的企业，各种气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。

近20年来，我国引进的加压鲁奇炉、德士古水煤浆气化炉，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。

b、煤气化合成液体燃料(间接液化)
我国从20世纪50年代就进行了间接液化技术的开发研究。

80年代开始，中国科学院山西煤化所系统地进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的技术开发，并完成了2000t/a规模的煤基合成汽油工业实验；在钴基催化剂合成工艺开发方面，于90年代开始进行了系统的研究与开发工作，并取得阶段性结果，开发出3种型号合成柴油钴基催化剂。

针对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了小型试验，“十五”期间已立项正在进行1000t/a级间接液化装臵的开发和试验，并研制工业级煤基合成油工艺软件包。

在技术开发的同时，国内煤炭企业对引进成熟技术、建设煤间接液化工厂做了大量工作。

平顶山煤业集团、宁夏太西集团就建设间接液化商业化示范工厂进行了煤种评价试验和建厂预可行性研究，并就引进技术、投融资、立项等做了大量前期工作，目前项目正在论证阶段。

c、煤炭直接液化
我国从70年代末开始煤炭直接液化技术研究。

煤炭科学研究总院北京煤化所对27个煤种在0.1t/d装臵上进行了53次运转试验，开发了高活性的煤液化催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，完成了将煤的液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油的试验。

“九五”期间分别同德国、日本、美国有关部门和公司合作完成了神华、黑龙江依兰、云南先锋建设煤直接液化厂的预可行性研究。

目前，神华集团煤直接液化一期250万t/a商业化示范厂，已经建成第一条年产油品80万t的生产线在09年6月开始生产。

⑷、煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC是以煤气化为龙头的联合循环发电系统，从20世纪70年代开始，一些工业发达国家开始有计划地开展IGCC技术的开发研究。

美国、荷兰、西班牙等国相继建设了工业规模的IGCC示范机组，发电净效率可达43%～45%，污染物排放量和耗水量仅为常规燃煤电站的1/10和1/2～1/3。

当前的发展趋势是以项目大型化来进一步提高发电效率、降低初期投资、提高商业运转的可靠性和利用率。

国内对IGCC的研究始于上世纪80年代初，90年代组织开展了IGCC电站工程预可行性研究，对主要工艺进行了技术经济分析评估。

“九五”期间，进行了工艺、煤气化、热煤气净化等方面的关键技术研究。

目前，在山东烟台拟以引进方式建设400MW级IGCC示范电站的前期工作正在进行。

清华大学在这方面有研究，并准备建设基地，已经和我公司经行多次交流。

⑸、多联产技术系统
以煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料电池发电、电池余热供热、CO、H2或其它污染物在原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。

壳牌公司提出的合成气园的概念就是以煤气化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，同时还生产民用煤气和供热。

更广义的多联产概念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。

在多联产系统中，原来单独生产的系统在重新组合中可能被简化，对原料的
要求降低，通过不同工艺的互补而提高总体效率，最终使产品成本降低。

我国国内科技界、产业界关注多联产技术的发展，我省太原理工大学的谢克昌教授在这方面多有研究，并进行了系统研究和相关单项技术的研究开发。

6、我国煤化工产业发展的需求及特点
我国煤化工产业的发展将以发挥资源优势为基础，以优化能源结构、特别是以优化终端能源结构为方向，通过洁净、高效的途径，为国民经济发展和社会进步提供优质能源保障，其未来发展具有以下主要特点。

（1）除发展传统的产品型煤化工（炼焦、合成氨）以外，将以市场为导向，发展以能源转化型为主的煤化工产业，建设能源转化型和产品联产型的综合煤化工厂。

（2）规模大型化，采用先进技术。

以全球经济一体化为背景，培育世界级煤化工大型企业，建立具有国际竞争能力的大型工厂。

（3）在新的煤化工产业发展中，企业将成为新技术发展的主体。

企业投资开发先进技术用于技术更新和技术进步，同时注重新技术在国内外市场上的商品化。

（4）有利于煤炭工业的产业结构调整，促进相关行业的技术联合，从而可拉动内需，为就业提供条件，具备先进技术的煤化工产业将获优先发展。

7、发展煤化工产业的机遇及其发展趋势
我国煤炭行业、特别是大型煤炭企业正不断调整产业结构和产品结构，发展煤化工产业是其中最为重要的途径。

（1）煤炭液化将成为新型煤化工产业的重要方向
石油资源匮乏和国内石油供应不足已成为我国能源发展的一个严峻现实，依据煤质和其他综合条件，发展煤直接液化和间接液化，已成为国内煤炭企业和产煤地区关注的热点。

（2）煤炭气化在煤化工产业中占有重要地位
开发先进煤气化技术对煤炭行业发展煤化工有重要意义。

目前，国家有关部门正在开发具有自主知识产权的煤气化技术，如多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化等，国内引进技术的项目也在进行。

煤炭企业发展煤气化技术需要在总结国内外先进技术的基础上，结合煤种、煤质特点，通过技术、经济研究，开发或采用适宜的工艺和炉型。

（3）煤炭焦化
发达国家炼焦工业的收缩以及中国国内取消土焦、淘汰小型落后炼焦工艺都为发展先进、大型焦化工业提供了新的机会。

（4）有计划发展其他煤化工技术
目前，国内发展煤气化合成化工产品或替代液体燃料的势头很旺，如合成甲醇或进一步加工下游产品（醋酸、醋酐等），合成二甲醚（一步法合成二甲醚技术正在开发中）。

煤炭企业发展煤气化合成具有原料煤价格较低、有实施大规模工业化的实力等优势，但同时也需要充分注重国内外市场需求容量、产品应用的社会投入、单元技术的工业化成熟度以及与石油、天然气化工的竞争能力等因素，应把产品目标尽量立足于国内市场短缺、替代进口上。

（二）煤制油产业发展情况分析
1、煤制油技术发展情况
所谓煤制油，就是以煤炭为原料，通过化学加工过程，生产油品和石油化工产品。

目前为止，煤制油技术主要有直接液化法和间接液化法两种。

（1）直接液化技术
煤直接液化是煤液化方法之一。

将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。

因过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。

煤直接液化技术早在19世纪已开始研究。

1869年，M.贝特洛用碘化氢在温度270℃下与煤作用，得到烃类油和沥青状物质。

二战后，由于石油价格下降，煤液化产品经济上无法与天然石油竞争，遂相继倒闭，甚至实验装臵也都停止试验。

至60年代初，特别是1973年石油大幅度提价后，煤直接液化工作又受到重视，并开发了一批新的加工过程，如美国的溶剂精炼煤法、埃克森供氢溶剂法、氢煤法等。

图1煤直接液化工艺过程
（2）间接液化技术
煤的间接液化是先将煤气化，生产出原料气，经净化后再进行合成反应，生成油的过程。

它是德国化学家于1923年首先提出的，可以分为三大步。

一是制取合成气。

把经过适当处理的煤送入反应器，在一定温度和压力下通过气化剂（空气或氧气＋蒸汽），使煤不完全燃烧，这样就能以一定的流动方式将煤转化成一氧化碳和氢气混合的合成气，灰分形成残渣排出。

二是进行催化反应。

把这些合成气净化，在催化剂作用下，让合成气发生化合反应，合成烃类或液态的烃类的类似石油和其他化工产品。

这个过程催化剂起着关键的作用。

三是需要对产物进行进一步的提质加工。

因为经过催化反应出来的油可能有很多指标不合格，如十六烷值含量、硫含量、水分，以及黏度、酸度等，所以还需要把产物进行处理，使其达到合格标准，满足市场需要。

图2煤间接液化工艺过程。