现代化工技术1

现代煤化工技术煤是自然界蕴藏很丰富的资源，到目前为止世界上已探测的煤矿资源与石油相比要丰富得多，煤储存量要比石油储存量大十几倍，煤除了含有由C、H、O、N、S这五种主要元素组成以外，还含有许多无机物质，如，钾、镁、钠和钛，有时还包括磷、钡、锶、硼、砷、氯、锗一般都归入煤的矿物质。

它们或以明显的矿物形式存在，或以有机化合物或整体物形式存在，按C、H、O、N、S在煤含量的不同可以分为三类：常量元素（>05%,包括铝，硅，钙和铁）；少量元素（0.02~0.5%），和微量元素，硫是煤中的有害元素，不同的地方的煤的硫含量差别很大的，从0.1%到10%，煤中所含硫有四种主要形式，这就是硫酸盐，有机硫，硫铁矿和元素硫，其中硫铁矿多以结核状或团块状形式在于煤中，故一般可用洗煤法洗脱，含硫高的煤在储存堆放时会自燃，燃烧时会放出二氧化硫引起腐蚀和污染，气化时生成硫化氢引起腐蚀和催化剂中毒，焦化时约有一半的硫会进入焦炭使得炼铁质量下降。

中国是最早发现和开采煤炭的国家，西汉时期人们已开始地下采煤，并用于炼铁。

到13世纪初期，煤在中国已普遍使用，但是煤作为化学工业的利用只有200余年的历史，煤化工技术在20世纪初就已得到了全面，并且曾经是有机化工的主要原料。

其中，德国在煤的化工利用方面走在世界前面，但到了20世纪40年代末期，由于石油化工得到迅速发展。

液态石油的开采与后续的化学利用均比固态煤的开采与化学利用容易，故以石油为原料所得到的绝大多数产品比以煤为原料的产品不仅成本底，而且品种多，这样促使化工原料从煤转向石油，使煤有机化工原料的比重逐年下降，尤其是50年代到60年代，重大石油化工技术不断取得成功，石油化工产品与规模空前发展，使得煤化工显得更萧条，但70年代后的石油大幅度涨价，使得人们又将能源与化工转到煤，从而使得煤化工技术的开发研究又有长促的进展，但新的煤化工不同于50年代的加工方法利用，现代的煤化工技术强调环境友好，综合利用，而且利用现代技术使得煤转化为液体燃料和气体，并能代替石油资源生产出有竞争力的化工产品。

我国的煤化工工业从总量上来看，2006年在建煤化工项目有30项，总投资达800多亿元，新增产能为甲醇850万吨，二甲醚90万吨，烯烃100万吨，煤制油124万吨。

而已备案的甲醇项目产能3400万吨，烯烃300万吨，煤制油300万吨。

2006年，国家发改委出台了政策并利用各种渠道广泛征求意见，以期规范和扶持煤化工产业的发展。

2006年中国自主知识产权的煤化工技术也取得了很大的进展，开始从实验室走向生产。

2007年是中国煤化工产业稳步推进的一年，在国际油价一度冲击百元大关、全球对替代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下，中国的煤化工行业以其领先的产业化进度成为中国能源结构的重要组成部分。

煤化工行业的投资机遇仍然受到国际国内投资者的高度关注，煤化工技术的工业放大不断取得突破、大型煤制油和煤制烯烃装置的建设进展顺利、二甲醚等相关的产品标准相继出台。

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。

可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。

煤的高效、洁净利用是21世纪我国能源和化工领域中的重大课题。

发展C1化学化工以解决未来石油化工原料替代以及车用燃料问题是新一代煤化工的重要发展方向。

依据科学研究经验首先讨论了中国发展现代煤化工的必要性,指出发展现代煤化工要走可持续的发展之路;实现煤炭资源的高效洁净利用,只有发展循环经济型煤化工,提高技术含量,才能体现现代煤化工的战略意义传统的从煤中获取基本有机化学工业原料的基本方法有：（1）煤的干馏：煤的干馏是指在隔绝空气的条件下加热煤，是其分解成焦炭，煤焦油，粗苯和焦炉气的过程，按加热的终点温度不同，可分为三种：900~1100℃为高温干馏，700~900℃为高温干馏。

在此主要以煤的高压干馏为例，将煤粉制成球状在炼焦炉内隔绝空气于900~1100℃进行干馏过程，煤发生焦化分解生成气体产物焦。

气体产物经洗涤，冷却等处理后分别得到煤焦油、氨、粗苯和焦炉煤气。

各产物的产率分别为：70%~80% 、15%~19% 、3%~4.5%、 0.8%~1.4%、0.25%~0.35%。

（2）煤的气化：煤的气化在化工产业占重要地位。

煤气化是指在高温常压下使煤与气化剂反应，转化为一氧化碳等气体的过程。

其中分为二个过程：①碳与水蒸气反应：C+H2O→ CO+ H2C+2H2O→ CO2+ H2②碳与二氧化碳CO2+C → 2CO上述为气化的主要反应，且都是吸热反应。

除了上述主反应外，还有副反应：CO2+ C→ 2CO ，CO+H2O→ CO2+H2上述方法制的煤气称为水煤气，其代表性组成：H248.4%,CO38.5%,CO2 6.0%,CH40.4%,O2 0.2%,其中所含的CO2可通过高压水吸收等方法除去，剩下的主要组分H2和CO合称合成气。

煤气化生成的H2和CO是合成氨、合成甲醇以及C化工的基本原料，还可以用来合成甲烷，可作为城市煤气上述是传统的煤化工技术而现代则是通过煤液化、煤制氢气、煤多联产而实现煤的化工，通过这几种方法可以改善传统煤化工的不足，例如，使煤的利用率有所提高；使煤中有害元素减少从而减少环境的污染煤液化是指煤经过化学加工转化为液体燃烧的过程。

煤液化可分为直接液化和间接液化二大类过程。

煤液化一般用于指用煤生产液体燃料或烃类产品。

开发现有的和新的技术来把煤转化成液体燃料，其动机主要是由于受到近年来油价上涨和对原油供应的担忧的推动。

把煤转化成液体燃料，这提供了一种抑制油价上涨的手段。

煤液化技术不仅对于美国是一个吸引人的方案，而且对于具有丰富煤炭而短缺原油的亚洲地区（特别是中国）同样如此。

在过去，间接煤液化和直接煤液化这两种主要的煤液化方法都已曾经被不同程度地加以应用。

人们对这两种类型的液化方法都有所担忧。

而且人们对煤液化的环保方面的问题也存在质疑。

而现代的煤液化从各个方面使其问题有了很大的改善。

（1）直接液化煤的直接液化是采用加气方法使煤转化为液态烃，所以又称为煤的加氢液化。

液化产物亦称为人造石油，可进一步加工成各种液体燃料，加氢液化反应通常在高压（10~20Mp）高温（425~470℃）下，经催化剂作用而进行。

氢气通常用煤与水蒸气化制取。

煤在重油的悬浮液中液化，这样有60%~70%的煤转化变成重质油，然后再把这些重油，放入加氢裂解装置中通入氢气，在高压下裂解反应成汽油，煤直接液化的转化率高于间接液化。

中东石最初，DCL（煤的直接液化）技术由Friedrich Bergius在德国开发出来。

在二次世界大战之前，七个DCL工厂在运行，在二战期间又增加了另外五个工厂，每年的产量超过三百万吨。

后来在二十世纪五十年代初，当低成本的油开始供应时，通过DCL生产液体燃料基本就被废弃了。

由于较高品位的煤炭的反应性较低，而且价格较高，根据从低品位煤（褐煤）到高挥发性的烟煤都已开发出不同工艺。

自二十世纪五十年代以来，DCL未曾以商业化规模应用过，这主要是由于其投资和运行成本较高。

事实上，由于在中试装置上考核新技术的成本较高，直到最近该领域的研究还一直很有限。

过去曾对DCL的可行性进行过一些研究。

但是近年来开始的研究集中在直接煤液化方面的规划项目上。

（3）间接液化先将煤气化，生成H2和CO合成气，再由合成气合成甲醇①CO+2H2→CH2OH甲醇既可以作为内燃机汽车的调和燃料以改善其污染，也可作为燃料电池电动车的燃料，它又是重要的中间产物，可通过进一步的合成反应，转化成烃类燃料，含氧化合物燃料，如将甲醇脱水后可获得DEM，制成待用柴油。

②2CH2OH→ CH2-O-CH3+H2O甲醇，低碳醇的抗爆性能优势是优良的柴油代替品，今年来还开发了甲醇转化为辛烷值汽油的技术，促进了煤间接液化的进展。

这种碳氢基可以接成一种长链的碳氢化物，如六烷和七烷等标准汽油的成分，而构成不同品牌的汽油。

这种工艺是美国的莫比尔石油公司开发的，它比德国的菲斯尔.托各西煤化工艺要好得多，所得到的产品的分子量发布很广，从最重的石蜡到很轻的轻质油都有，很难得到所需的特定成分的汽油，而用这种工艺可以得到分子量差不多的特定产品。

目前，煤的液化已经是一种成熟的工艺技术，世界上现有的最大的煤液化工是南非的SASOL厂。

此外，煤制氢是当今工业制氢的主要工艺之一，而煤制氢是解决运输燃料供应问题的另外一个重要方向。

煤制氢技术首先是将气化生成合成气，再通过水蒸气转移反应，将合成气中的CO转化为H2和CO2，最后通过分离工艺，将氢气从混合气体分离出来，氢气可以供给电动汽车的燃料电池原料作用。

以燃料电池作为电力的电动车，其排放的尾气不含有任何对环境有害的污染排放物，这样可以根本改变城市的交通污染问题。

现代的煤化工技术不仅实现了煤的液化和煤制氢气的工艺而且在别的工艺方面也不亚于前二者，例如，实现煤的多联产技术：(1)合成气合成液体燃料的工艺与煤制气的多联产：将合成气合成液体燃料的工艺与煤制气联合循环发电工艺相结合，可以提高合成液体燃料的产率和经济性，这由于用于合成预提燃料的组分有一定的要求，合成甲醇的CO和H2的物质的量之比为1：2，但是煤制气工艺生成的合成气中CO和H2的物质的量之比为1:0.8，因此需要增加其他的流程，才能满足合成气中CO和H2的合适比例。

如果将合成液体燃料的工艺和煤制气联合循环发电技术相结合，煤制合成气先用于合成液体燃料，满足其工艺所需的CO和H2组分，剩余未反应的合成气中CO居多，在进入气体联合循环机组燃烧发电。

这样就可以提高合成液体燃料的产率。

(2) 电力和液体燃料的多联产：比传统的、独立的发电和生产化工品具有更低的成本，电力和化工产品的多联产，指具有适当的氢气/一氧化碳比的合成气可以通过费托反应转化成低硫柴油燃料，或者由合成气生成的甲醇转化成二甲醚。

例如，甲醇制二甲醚和甲醇制汽油。

煤气化技术已经把煤转化的效率提高到远远高于最原始的煤燃烧的转化效率，可以确保煤在石化工业和燃料工业中的应用，在经济和环保方面都具有可行性。

更令人兴奋的进展之一是一种一体化方案——煤的多联产，即把煤同时转化成电力和合成气，而合成气可转化成化工产品和/或液体燃料。

一体化方案提供了一种能够确实地把煤的价值最大化的策略。

在煤的多联产中，煤的气化产生合成气，部分的合成气用于在传统的整体燃气/蒸汽汽轮机联合循环（IGCC）系统中进行发电，部分的合成气用于通用化工产品（甲醇、氨及其衍生物例如甲醇制烯烃、甲醇制醋酸和氨制化肥）或液体燃料（甲醇、柴油、二甲醚和汽油）的联合生产。