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辽宁工程技术大学题目：专业动态期末考察 我国煤化工技术现状及其发展趋势学 院:矿业学院专 业:矿物加工工程学 号:1131040122学生姓名:王启年指导教师:丁春江日 期:二0一五年一月我国煤化工技术现状及其发展趋势王启年王启年 (1992-) 男，本科，123000 辽宁省朝阳市双塔区龙山街四段966号。(辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000)摘要 简要介绍了我国煤化工发展历史,依据中国煤气化及合成技术等生产现状,介绍了煤气化与液化技术和甲醇与甲醇后加工技术,分析了煤化工未来发展的要求与特点,提出了煤化工的发展方向以及应采取的措施。达到充分利用煤炭资源,环境良好和效益最大化的目的。关键词 煤化工;煤气化;煤液化;碳一化工;进展前沿 我国是以煤为主要能源的国家,也是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,而石油和天然气相对短缺。有关专家预测未来50年,煤炭作为我国主要能源的格局不会改变。大力发展煤化工行业是我国未来能源发展的主要趋势。煤化工涉及煤的焦化、气化、液化以及煤的化工制品等多个领域,以冶金焦生产、合成氨造气和城市燃气工程为主要行业特征。20世纪后半叶,随着我国经济的快速发展,煤化工也得到长足的发展。在煤的洁净化、高效燃烧、联合循环发电、干熄焦、炼焦过程自动化、煤炭气化以及环保型洁净能源为主的煤化工能源技术等都得到广泛的重视和应用。但是,煤化工生产的环境问题也日益突出,新技术和新设备的基础研究依然薄弱,煤化工产品结构与质量仍不尽合理,资源综合利用与开发也需引起重视。因此,发展新型煤化工对煤炭、冶金、城市建设和煤化工行业结构的调整及其综合发展具有重要的战略意义。1煤化工技术现状1.1国外发展现状国外煤化工主要是煤的焦化和气化。煤焦油产量逐年增加,煤焦油加工的产品已广泛应用于制取塑料、染料、香料、农药、医药、溶剂、防腐剂、橡胶等。特别是美、日、德、南非等国家采用德士古水煤浆加压气化技术合成气,再制造各种含氧化合物,如合成醋酐、醋酸、醋酸乙烯酯、甲酸甲酯及碳酸二甲醋等。该技术已具备煤种适用广、节约能源、无环境污染等特点,发展速度很快。目前象南非公司的煤化工工业以及美国公司已经形成了煤-石油化工、煤-含氧化合物、煤尿素基地等的规模化生产。(1.2国内发展现状1,2我国煤化工发展速度相对较慢,同世界先进水平相比,我国的煤焦油工业较落后,主要表现为设备加工能力小,工艺水平低,产品品种少,能耗高,环境污染严重等。造成这种现象的主要原因是煤焦油分散加工,形不成规模。目前上海正着手筹建国内一流的煤焦油蒸馏装置,必将大大提高技术水平和生产能力。代表煤化工技术水平的煤气化技术也落后于一些发达国家。我国是一个农业大国,合成氨产量居世界第一,无烟煤或焦碳合成氨的生产能力约占全国合成氨生产能力的65%左右,但生产工艺落后,能耗高,污染严重。我国甲醇的现有生产能力为300万/,其中规模最大的装置有上海太平洋集团公司以煤为原料的生产装置,年产20万甲醇;齐鲁石化公司第二化肥厂引进的10万/生产装置。其余的装置年生产能力为几千吨到几万吨不等,且技术落后、规模小、能耗高。另外,以煤为原料合成碳酸二甲酯、甲酸甲酯等可望实现工业化。1.3煤气化及其合成1.3.1煤炭气化技术煤炭气化是煤化工产业化发展最重要的单元技术。全世界现有商业化运行的大规模气化炉约400多台,额定产气量4461083/,以鲁奇、德士古、壳牌等炉型最常用,主要生产-合成油、燃料气或甲醇。我国以固定床气化炉为主,近年来引进了加压鲁奇炉、德士古水煤浆气化炉,用于生产合成氨、甲醇或城市煤气,总体水平与国外有相当大的距离。尽管煤炭气化的发展受到石油、天然气的影响和制约,从长远观点来看,煤的洁净、高效和方便利用离不开以煤为原料的能源工业。国内多年来一直重视气化方面的系统研究与开发,“九五”期间,兖矿集团完成了22/多喷嘴水煤浆气化炉中试装置,运行结果表明:有效气体成分83%,碳转化率大于98%,分别比相同条件下的德士古生产装置高1 5%20%、2%3%;比煤耗、比氧耗均低于德士古7%。该成果标志着我国自主开发的先进气化技术取得突破性进展。1.3.2合成氨以煤为原料,采用煤气化-合成氨技术是我国化肥生产的主要方式,目前我国有800多家中小型化肥厂采用水煤气工艺,共计约4 000台气化炉,每年消费原料煤(或焦炭)4 000多万,合成氨产量约占全国产量的60%。化肥用气化炉的炉型以型和前苏联的型为主,直径由2.2至3.6不等,该类炉型老化、技术落后。加压鲁奇炉、德士古炉是近年来引进用于合成氨生产的主要炉型。国内由于行业分隔,煤制合成氨成本与质量的制约,企业生存受到严重的影响,多数小型企业已经列入破产或重组计划。1.3.3以甲醇为龙头的碳一化工产业3,4煤(石油,天然气)经气化生成合成气或加工成甲醇后再用来加工和生产各种化工产品,通常称为碳一化工。根据资源的条件,我国甲醇生产70%将走煤化工路线,因此开发甲醇深加工的研究对煤化工的基础产业有着至关重要的作用。甲醇是重要的基本有机化工原料。目前甲醇深加工的研究有了重大进展,甲醇更重要的应用是在化工领域,经过一系列反应,如羰基化、烷基化、氢化脱氢等过程可得到很多的有机化工基本原料。甲醇的羰基化是煤化工的一个重要课题(1) 甲醇技术发展趋势生产规模大型化。所谓大型甲醇装置,一般指日产1 000以上的甲醇装置(30万/),除个别设备有备用外,一般没有并联与备用的设备和机器。这是因为甲醇经济规模对投资与产品成本影响较大,一般来讲装置规模越大,产品成本越低。但当规模达到30万/以后,规模效益的优点不再显著。气体净化精细化。目前国内甲醇装置最突出的问题是催化剂使用寿命短。主要原因是硫中毒及催化剂操作温度过高所致,合成气中残硫即使为110-6(质量分数下同),催化剂也只能使用34个月,所以合成气中的硫必须脱至0.110-6以下。合成催化剂高效化。合成催化剂决定系统能否长周期运行、甲醇的质量及合成气的消耗。因此,必须开发活性高、选择性高、稳定性好的合成催化剂。(2) 发展清洁型代用燃料我国已开展了对100甲醇汽车燃料及发动机的联合试验研究及技术开发,将甲醇代用燃料的研究成果列入1997年度国家新能源示范项目,200多部甲醇燃料中型客车已顺利运营三年。实践证明,甲醇燃料是一种煤基环保型的优良绿色燃料,是符合我国国情的车用代用燃料。(3) 发展甲醇下游产品以甲醇为原料可衍生出上百种下游产品。在众多的甲醇下游产品中,笔者认为最具发展前景的产品有二甲醚、聚甲醛、碳酸二甲酯、甲醇蛋白。二甲醚是一种主要的化工产品,用途十分广泛,主要用作气雾制品喷射剂、致冷剂、溶剂萃取剂、醇醚燃料、民用燃料和车用燃料等。特别是在燃料领域,由于其自身含氧、碳链短、燃烧性能良好、燃烧过程无黑烟,燃烧尾气符合国家环保标准,是液化石油气及柴油的理想替代品,随着合成气一次合成二甲醚技术的日渐成熟,其能耗及成本将大幅下降,开发前景非常光明。聚甲醛是一种热塑性树脂,也是一种主要的工程塑料,具有很高的刚度与硬度、极好的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性与吸水性、较好的尺寸稳定性与化学稳定性,是工程塑料中机械性能最接近金属的材料品种。云天化万吨级聚甲醛装置的建设及该技术国产化的推广,将为聚甲醛发展提供很好的条件。碳酸二甲酯是一种重要的工业碳酸酯,也是一种用途广泛的有机合成中间体。碳酸二甲酯可用作甲基化剂、羰基化剂、食品添加剂、抗氧化剂、表面活性剂等。目前,我国尚无大规模工业化装置,基本依赖进口。由于其用途广,西南化工研究院、华东理工大学、成都有机化学所、五环化学工程公司等单位正在进行工业技术的研究,其中五环化学工程公司已建成4 000/甲醇羰基化法的工业性试验装置。甲醇制取甲醇蛋白,是细菌或酵母等单细胞微生物菌种,在甲醇等基体中生长,消耗甲醇,生成许多单细胞菌体,再从发酵液中分离出这些细胞菌体,使之成为单细胞蛋白。经过多年的试验,甲醇蛋白已既可作动物饲料,也可作人类食品添加剂。80年代,公司的饲料用单细胞蛋白正式被批准在英、法、德、荷、西、卢、瑞士等国销售。1983年美国公司有推出了甲醇生产单细胞蛋白的新工艺。但目前其成本还不足以与大豆蛋白匹敌。随着生产工艺的改进与简化,在21世纪甲醇蛋白将更具竞争力,我国应加快这一领域的研究或技术引进,以满足人们生活水平提高的需要。1.4煤炭液化-合成油随着我国国民经济的发展,对能源的需求越来越多,特别是对洁净高效液体燃料的需求不断增加。我国对油品的消费逐年增加,但由于受石油储量和加工能力的限制,实际上在1996年我国已成为石油及油品进口国。从我国石油化工的发展来看,原油进口已成为必然趋势,预计2000年进口原油约5000万,至2010年将大幅增加。虽然进口原油可以缓解供需矛盾,但依据我国的国情,充分利用充裕的煤炭资源,促进煤制合成油技术的推广和应用,可以作为未来液体燃料来源的一个必要补充。目前煤制取液体燃料有两种方法,即煤直接液化和煤间接液化。1.4.1煤直接液化这是根据煤和石油烃相比,组成中碳多氢少的特点,采用加氢的方法从煤直接制取液态烃。加氢反应通常在较高的压力和温度下,在有催化剂作用条件下进行。氢气则通常由煤或液化残煤的气化制取。各种液化方法的区别主要在加氢深度与供氢方法的不同。最有名的为德国开发的柏吉斯法。1.4.2煤间接液化2这是先将煤气化以获得一氧化碳和氢(即合成气),然后在催化剂作用下合成为烃类或醇类燃料,产品的构成主要取决于催化剂的选择性和相应的反应条件。最早工业化的方法是德国的费托合成法。南非公司采用以煤为原料制取液体燃料,每年产量达到500多万,其中油品约占67%。日本新能源与工业技术开发机构()研制的煤液化装置其生产稳定,煤的收率为89%,即1煤产油0.5603,其余是气体和残渣。我国从20世纪50年代就进行了间接液化技术的开发研究,我国在70年代末曾对27个煤种在0.1/装置上进行了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,完成了煤的液化、粗油加工生产合格汽油、柴油和航空煤油的试验。80年代开始研制煤基合成液体燃料,中科院山西一研究所已经完成了固定床两段法合成汽油模拟实验,取得了收率高、油品质量好的结果。中科院国家重点实验室在催化剂研制方面也取得了较好的结果。80年代中期,使用铁基催化剂已完成了2 000/规模的煤基合成汽油工业实验,随着技术的进步,预计我国很快会在以煤为原料合成油的工业化装置方面取得重要进展。“九五”期间又分别同德国、日本、美国合作完成了建设神华、黑龙江依兰、云南先锋煤直接液化厂的预可行性研究。90年代开发出3种类型的合成柴油钴基催化剂,并对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了半工业性试验;“十五”期间将进行1 000/级间接液化装置的开发和试验,并研制工业级煤基合成油工艺软件包。在技术开发的同时,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。煤通过气化合成甲醇也是重要的技术进展,甲醇是重要的化工原料或发动机代用燃料,世界甲醇,:我国煤化工现状及其发展趋势生产能力3 500万/。我国甲醇生产能力约为300万/,生产企业约140多家,其中50%以上为以煤为原料的工艺。但国内甲醇装置规模小,生产工艺落后,特别是以煤为原料的工艺较复杂、成本偏高,因此缺乏竞争能力。二甲醚作为另外一种代用液体燃料,其技术发展受到关注,有研究者认为二甲醚可以作为车用柴油替代燃料,也可以替代作为民用燃料。目前,神华集团煤直接液化一期250万/商业化示范厂建设已进入工程前期工作,预计2005年建成第一条生产线,年产油品80万。1.5联合循环发电()是以煤气化为龙头的联合循环发电系统,煤经过气化产生可燃气体,燃烧后先驱动燃气轮机发电,然后利用高温烟气余热在废热锅炉内产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。具有明显提高整个发电系统的效率,有利于节省能源,而且极大地减少煤发电污染物的排放,有利于环境保护。已经成为一种非常有效的洁净煤利用技术,受到各国的重视。该工艺包括煤料准备、空气制氧、煤的气化、煤气净化、燃气轮机发电、余热锅炉及蒸汽轮机发电等子系统组成。工业规模的示范机组运行表明,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1/21/3。目前美国正开发煤气化湿空气透平循环发电()技术,与的区别是以一个单轴燃气轮机取代系统的燃气轮和蒸汽轮机联合子系统,由蒸汽和燃气混合工质通过单一的燃气轮机输出全部有用功,有望成为新世纪新型煤发电技术。国内对的研究始于20世纪80年代初,90年代组织开展了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,山东烟台拟引进400级示范电站,上海焦化厂四联供也在进行引进的前期工作。1.6多联产技术系统多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成相结合的技术体系,目的是实现污染物低排放或无排放,实现资源综合利用和能源有效利用。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。国内科技界、产业界关注多联产技术的发展,并进行了系统研究和相关单项技术的研究开发。2我国煤化工行业的发展趋势世界已进入能源和化工原料多元化的时代,不同国家或地区都根据资源和经济发展的需求选择现实、可行的煤加工技术。煤的洁净化已经成为21世纪解决环境问题的主导技术,是煤化工发展的主要趋势,它是以煤炭洗选为源头,以煤炭气化为先导,以煤炭高效、洁净燃烧与发电为核心,以煤炭转化和污染控制为重要内容的技术体系。其基本框架:煤炭加工(选煤、型煤、水煤浆等);煤炭燃烧(流态化燃烧、高效低污染粉煤燃烧、燃煤联合循环发电等);煤炭转化(气化、液化、燃料电池等);污染排放控制与废弃物管理(烟气净化、粉煤灰综合利用、煤矿区污染控制(煤矸石、煤层气、矿井水和煤泥水的治理)。实质是在煤加工的各个环境减少污染和提高效率。在上述大的环境背景下,考虑到与石油和天然气化工的激烈竞争,煤化工在各成熟单项技术的支撑下,必须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。2.1传统煤化工仍占有主导地位全世界钢材耗量预计将从2000年的7 225亿增加到2005年的7 955亿。而西方工业发达国家铁水产量将有所降低,焦炭将大量依赖进口。例如,西欧12国铁水产量1974年12 700万,1996年降低到9 200万,预计2005年铁水产量仍将维持9 000万的水平。美国、加拿大和墨西哥等北美3国90年代中期,铁水产量约6 800万,预计到2010年,铁水总产量将下降10%左右,预计焦炭缺口在200500万/。因此,受国际钢铁发展趋势的影响,我国传统的焦化产业仍将得到快速发展。2.2煤化工产业链初步形成 随着我国与世界经济一体化进程的发展,煤焦化、煤气化合成等正向规模大型化、技术综合化、产品多元化过渡,100万规模以上的焦化企业快速增长,具有国际竞争力的大集团不断组建。预计能源转化型和产品联产型的综合煤加工也将成为现实。煤化工产业将逐步形成科研生产推广一体化格局。2.3引进先进技术,努力发展煤炭液化石油资源匮乏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。认真研究煤炭液化的技术发展规划和未来产业格局,积极引进先进技术,配套、完善、提高产业化整体技术和装备,开发具有自主知识产权的工艺和关键装备;完善商业化工厂建设的投融资机制,拓宽国内外投融资渠道;建立国家级煤炭液化科研和工程技术开发基地,大力培育专业队伍等都是今后一段时间需要解决的问题。我国煤炭液化产业化发展有望在2005年完成以引进技术为主的12个商业化示范,2010年基本完成自主开发技术工程化应用示范,2010年后逐步形成煤炭高技术转化新型产业。2.4以新技术为依托加快煤化工行业发展以全球经济一体化为背景,大量引进和消化国外先进技术和现代装备,实现清洁生产和提供清洁产品。企业已经成为新技术发展的主体,改革开放以后,尤其是近10年间,国内钢铁领域整体水平已经提升到国际20世纪末的水平,同时注重新技术在国内外市场上的商品化。除了传统的焦化、气化以外,在煤的燃烧、发电、合成、液化、煤化学加工等等综合技术与相关产业的联合趋势已经呈现,从而综合利用煤炭资源、发挥区域优势,提高综合竞争能力。3对我国煤化工行业发展的几点建议我国在今后相当长一段时间内,能源仍是发展的重点,煤炭综合加工与利用仍然占有重要的地位。冶金、电力、化工、城市建设的结构调整也将取决于煤化工的发展。因此,煤化工的发展机遇与面临的挑战同样摆在我们面前。3.1发挥地域资源优势发展煤化工行业我国拥有河南、山西、黑龙江、内蒙古等大型煤炭基地,在这些资源丰富的地区应就地建设大型的煤制甲醇装置,这对缓解我国石油资源不足造成的能源紧张,大力发展碳一工业,以及化工原料短缺的状况必将起到重要作用。3.2加强洁净煤技术的研发力度,发展洁净煤技术据统计,2煤的能源相当于1重油的能源。采用洁净煤技术以煤代油已成为我国能源战略的一个重要趋势。1986年美国率先推出“洁净煤技术示范计划()”6,1994年已经完成13项商业性示范项目;接着,欧共体推出“未来能源计划”;日本开始“新阳光计划”,都把发展洁净煤技术作为主要的内容。我国政府和有关部门也积极研究对策,制定出了中国发展洁净煤技术的关键,并作为攻关项目在一些国家级的重点实验室进行。我国有80%的煤是直接燃烧,2000年因燃烧煤产生的二氧化硫的排放量已达1860万,化学反应产生的大量臭氧、烟雾、酸雨和温室气体造成了严重的环境污染。国家经贸委规划在“十五”期间要通过各种途径减少燃料油消费发展洁净煤技术将成为缓解我国石油供需矛盾和减少常规燃煤污染的主要途径。3.3加大以煤气化为核心的多联产能源系统煤气化技术是煤洁净利用的重要环节。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,加大投资和人才培养力度,结合煤种、煤质特点,大力开发或采用适宜的工艺和炉型,多行业联合,提高煤炭气化开发综合能力。煤化工联产系统也是新型煤化工发展的重要方向。联产的基本原则是利用不同技术途径的优势和互补,将不同工艺优化集成,达到能源的综合利用,减少建设投资,减少污染物排放,加强煤气化技术开发与研究,创建以煤气化为核心的多联产系统。3.4加快开发新产品、新工艺,其他煤化工新技术目前,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,一步合成二甲醚技术。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。多联产是一项集多种能源产品和化工产品生产、多个单元工程组合、技术经济环境优化的煤化工-能源系统,具有灵活多样的系统组合方式,作为一种关系未来发展的概念系统,需要作进一步研究和做好单元技术开发工作。4结束语我国煤化工起步较晚,但发展较快。目前已经具备一定的基础,如气化技术已经具备相当水平,我国自行研制的气化装置具有独特优点。况且我国的煤炭资源丰富,具有很大的资源优势,但由于煤炭不同于石油和天然气等优质能源,其化学加工难度较大,表现为工艺流程长、投资大、资源利用率低、污染严重,限制我国煤化工的发展。因此,引进国外先进技术的同时,我们也要加大煤化工开发力度,努力提高技术水平,尽可能组建大型煤化工企业,形成规模效益是提高煤化工市场竞争力的根本。 参考文献1罗安祖.中国冶金百科全书炼焦化工卷.北京:冶金工业出版社,1992.2顾镜清.2000年的科学技术.上海:上海科学技术出版社,1978.3应卫勇,等.碳一化学工业生产技术.北京:化学工业出版社,2004.4谢克吕.甲醇及其衍生物.北京:化学工业出版社,2002.5中国钢铁工业统计年报,冶金工业信息中心,2003.6刘继森,等.面向新世纪的我国煤化工