1 煤化工的发展及历史演变煤化工的发展始于 18 世纪后半叶, 19 世纪形成了完整的煤化学工业体系进入 20 世纪,许多有机化学品多以煤为原料生产,煤化学工业成为化学工业的重要组成部分18 世纪中叶,由于工业革命的进展,炼铁用焦炭的需要量大增,炼焦化学工业应运而生 19 世纪 70 年代建成有化学产品回收的炼焦化学厂 1925 年中国在石家庄建成了中国第一座炼焦化学厂18 世纪末,开始由煤生产民用煤气当时用烟煤干馏法,生产的干馏煤气首先用于欧洲城市的街道照明 1840 年由焦炭制发生炉煤气,用于炼铁 1875年使用增热水煤气作为城市煤气1920— 1930年间,煤的低温干馏发展较快,所得半焦可作为民用无烟燃料,低温干馏焦油进一步加氢生产液体燃料 1934 年在上海建成立式炉和增热水煤气炉的煤气厂,生产城市煤气二次世界大战前夕和战期, 煤化学工业取得了全面迅速发展 纳粹德国为了战争,开展了由煤制取液体燃料的研究和工业生产 1932 年发明由一氧化碳加氢合成液体燃料的费托 (Fischer-Tropsch) 合成法, 1933年实现工业生产, 1938年产量已达 59 万 t 1931 年, 柏吉斯 (Bergius) 成功地由煤直接液化制取液体燃料,获得了诺贝尔化学奖。
这种用煤高压加氢液化的方法制取液体燃料到 1939年产量已达到 110 万 t 在此期间,德国还建立了大型低温干馏工厂,所得半焦用于造气, 经费托合成制取液体燃料; 低温干馏焦油经简单处理后作为海军船用燃料, 或经高压加氢制取汽油或柴油 1944年底低温焦油年产量达到 94.5 万 t 第二次世界大战末期, 德国用加氢液化法由煤及焦油生产的液体燃料总量已达到每年 480 万 t 与此同时, 工业上还从煤焦油中提取各种芳烃及杂环有机化学晶,作为染料、炸药等的原料二次世界大战后, 由于大量廉价石油、 天然气的开采, 除了炼焦化学工业随钢铁工业的发展而不断发展外,工业上大规模由煤制取液体燃料的生产暂时中断代之兴起的是以石油和天然气为原料的石油化工,煤在世界能源构成中由65%一 70%降至 25%一 27%但南非却例外,由于其所处的特殊地理和政治环境以及资源条件,以煤为原料合成液体燃料的工业一直在发展 1955 年建成萨索尔一厂 (SASOL-I) 于 1982年又相继建成二厂和三厂, 这两个厂的人造石油年生产能力为 160 万 t 1973 年由于中东战争以及随之而来的石油大涨价,使得由煤生产液体燃料及化学晶的方法又受到重视, 欧美等国加强了煤化工的研究开发工作, 并取得了进展。
例如,成功地开发了多种新的直接液化方法;在间接液化方法中除 SASOL法已工业化外, 还成功地开发了由合成气制造甲醇, 再由甲醇转化成汽油的工业生产技术 现在石油价格猛涨, 居高不下, 目前煤液化工业生产在经济上已具有竞争力20 世纪 80 年代后期,煤化工有了新的突破,成功地由煤制成乙酐:煤气化制合成气, 再合成乙酸甲酯, 进一步进行羰化反应得乙酐 它是由煤制取化学晶的一个最成功的范例, 从化学和能量利用来看其效率都是很高的, 并有经济效[1]益由于石油储量少,用量大,不断涨价,煤在世界能源构成中将不断回升,必然要由煤生产气体燃料、 液体燃料和化学晶 中国煤化学工业在将来将有所发展2 煤化工的主要技术成就新型煤化工是以煤炭为基本原料(燃料) , C1 化工技术为基础,以国家经济发展和市场急需的产品为方向, 采用高技术, 优化工艺路线, 充分注重环境友好,有良好经济效益的新型产业它包括了煤炭液化(直接和间接) ,煤炭气化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃等技术,以及集煤转化、发电、冶金、建材等工艺为一体的煤化联产和洁净煤技术 其中煤炭焦化、 煤气化-合成氨-化[2]肥已经是我国主要的煤化工产业。
2.1 煤炭焦化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、机械铸造、铁合金等行业最主要的配套产业煤炭焦化是指原料煤在焦炉中隔绝空气条件下加热,生产焦炭、干馏煤气、煤焦油及其它多种化工产品的过程副产的干馏煤气和煤焦油可进一步深度加工转化,干馏煤气可生产甲醇、合成氨等化工产品,煤焦油可以生产若干种用途广泛的高附加值化工产[3]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,焦炭产量一直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提高弱粘结性甚至无粘结性煤配入比例的配煤炼焦新工艺,包括意在增加高变质煤和低变质煤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 4.3m 和 6.0m 的常规焦炉和炭化室高度为 4.3m 的捣固焦炉, 太钢和兖矿集团引进了炭化室高 7.63m 的大型焦炉今后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,近年来国内一些大中型焦炉装备了高压氨水喷射无烟装煤设施、 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等环保设施,大大减轻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, 采用干法熄焦技术 该技术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 M40提高3〜8个百分点,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 2006年底,全国累计建成投产干熄焦装置 43 套,总产能超过 4500 万 t/a , 焦炭实际产量超过 3300 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合理加工与利用问题,一批大型炼焦化工产品回收与煤焦油精深加工以及焦炉煤气生产甲醇项目相继建成投产2.2 煤炭液化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过程称为煤炭直接液化。
对煤炭直接液化得到的液态产物进一步加工,可以生产出汽油、柴油及航空煤油等各种燃料油品及化学品德国曾在二次世界大战期间建立了 12 座以煤为原料的直接液化生产厂, 油品总生产能力曾达到 423 万 t/a 煤的间接液化是将煤气化 ,生成H 2 C O的原料气,再在一定压力和温度下加催化剂,合生液体油 ,我国从上世纪 70 年代末开始进行煤炭直接液化技术研究开发 2008年,我国建成了世界上第一座年产 100吨的煤直接液化示范工厂,生产出合格的钉脑油和柴油等目标产品煤直接液化百万吨级示范工程首次试车完全达到预定目标,并实现按计划丰动停牟的要求这是世界首套百万吨级煤直接液化的工业化装置, 解决煤制油一系列世界性技术难题, 如工业化装置低浓度油煤浆、 不成型残渣溶液同炼、 回收溶剂油等方面, 摸索并掌握了关键操作参数, 为今后连续稳定运行积累了宝贵经验, 同时百万吨级煤直接液化的数百台关键装备也经受了工业化运行的考验, 这是我国装备制造业在煤化工领域产业聚集取得的重大进展, 是重大技术装备聚集的重大工程 我国在煤间接液化方面也取得了重大进展, 百万[4]吨的间接液化工程都在有序建设中2.3 煤炭气化煤炭气化是指煤炭经过适当处理后, 在一定的温度和压力条件下与气化剂(有效成分为氧气和水蒸气等)发生一系列化学反应,生成可燃气态产物的工艺过程。
对煤炭气化得到的气态产物进一步加工,可以生产出化肥、合成油、合成天然气、甲醇及其后续加工产物等若干种煤化工产品和替代能源产品2.3.1 煤炭气化技术我国已经自丰开发研制了一批具有自丰知识产权的新型洁净煤气化技术, 从实验室到工业示范装置, 目前己逐步推广应用到大型、 现代化的煤化工领域, 在技术指标和投资上都比国外同类技术有明显优势, 有的还开始走出国门, 参与国际市场竞争 例如华东理工大学的多喷嘴水煤浆气化技术在神华宁煤、 江苏索普、宁波万华和安徽华谊等项目中,与美国 GEK气化技术竞标,最后都中标获胜2.3.2 煤制甲醇和二甲醚技术随着世界能源紧缺的发展趋势, 以煤为原料甲醇装置的大型化、 国产化势在 必行 甲醇合成塔足甲醇合成的关键技术和核心设备, 性能好坏直接影响原料气和动力消耗以及设备能力的发挥 华东理工大学开发的绝热一管壳复合型甲醇合成反应器,建设了年产 20万吨绝热一管壳复合型甲醇合成装置,并成功运行2.3.3 煤制醋酸技术2008年,两安核设备有限公司为山东金沂蒙有限公司醋酸项目成功研制了首台醋酸反应器,打破了该设备长期依赖进口的局面醋酸关键设备的自主研制,将彻底打破国外公司在设备制作方面长期的垄断和封锁,促进国内醋酸行业的进一步发展,不仅可人人降低 j 二程造价成本,节省外汇支出,还可为原有醋酸装置的技术改造提供先进的设备制造技术,这将大大降低国内醋酸行业生产成本,使产品在国际市场上更具竞争力2.3.4 甲醇制烯姓:(MTG口MTP技术。
由中国科学院大连化学物理研究所、陕两新兴煤化工科技发展有限责任公司及中石化洛阳石油化工程公司三家单位共同开发的 MT豉术于2005年12月建成,年处理甲醇 1. 67万吨的工业化示范装置, 2006年2月20日一次投料试车成功DMTO业性试验完成了具有自主知识产权的 新斟专州催化剂工业放大、试验装置工程设计、工程技术开发、工业化条件试验等过程的技术开发通过试验,取得了专用分了筛合成及催化剂制备、工业化DMT(X艺包设计基础条件、工业化装置开停工和运行煤化工的工业的基本构架煤焦化发展现状:在煤炭化学转化技术中,焦化是发展最为成熟的煤炭化学加丁方法, 其主要目的 足制取冶金用焦炭,同时副产煤气和其它化学品等 近年来,由于缺乏监管和市 场引导.造成了焦化行业旨同扩张、无序竞争的态势,国家自2004年开始针对焦 化行业的发展出台了一系列产业政策和配套措施,产能旨日扩张得到有效遏制, 工艺技术装备水平不断提高,新技术、新丁艺得到快速推广应用,节能环保状况 明显改善,焦化副产品深加工及综合利用取得新突破, 一批大型焦化企业集团迅 速崛起2008年全国焦炭产量为32359万t占全球焦炭总量的60%左右,同时机焦占焦炭 产量的比例也逐步提高,达到97. 3%。
2010年,国内外市场对我国焦炭的需求 量达到3. 7亿t左右;至IJ 2015年我罔国内及出口市场对焦炭的需求量合计将达到 4 亿t存在的问题:土法炼焦和中小型焦炉工艺落后、污染严重,污染控制是当前煤焦化发展的 迫切问题大型焦炉炼焦的炉内的真实反应还不清楚 ,煤脱硫的成本较大,解决问题的设想:关掉小焦炉 , 建立大型焦炉;采用捣固炼焦技术;完善干法熄焦技术、煤气脱硫技术、 煤气综合利用技术、 焦化废水处理等清洁生产。