21世纪的煤化工展望

21世纪的煤化工展望【摘要】 煤是地球上储藏最丰富的化石燃料。中国是世界上煤炭资源较丰富的国家之一，煤炭储量远大于石油、天然气储量。我国的能源主要依靠煤能源，煤炭在能源结构中所占的比例为75%，它合理利用煤炭能源，充分体现了高效、洁净、经济的优点，这对煤化工的利用是一个重大突破。煤化工所牵涉到的范围很广，可以生产绝大部分的石油化工产品。在21世纪时代，我国的油储存量开采不足和油品紧张的矛盾日益突出，在未来煤化工的发展也直接关系到我国经济的发展和能源战略的安全。本文在此从国产化和工程化的方面出发，对煤气化工艺技术的发展和合成气制乙烯以及甲醇、二甲醚等一些工业化和大型化途径进行了阐述。煤气化工艺技术是煤化工的重要技术，在此重点论述了煤气化技术的未来发展和应用开发等问题 【关键词】 21世纪 资源 煤化工 发展【引言】 根据我国的能源资源条件、技术和经济发展水平以及世界能源形势，在未来3050年内，煤炭仍然是我国的主要资源。而煤炭利用造成的环境污染问题已经成为影响我国经济社会发展的一个制约因素，发展以煤炭转化为核心的洁净煤技术，才可能满足我国经济可持续发展需求。煤化工是以煤为原料，经化学加工实现煤炭高效洁净综合利用的工业，世界各国都在努力开发煤炭和天然气的化工应用技术，以期在不久的将来煤炭和天然气为原料大量制取廉价优质的有机化学品。【正文】1.煤的种类和特征煤一般可以分为三大类：腐殖煤、残殖煤和腐泥煤。在自然界中分布最广最常见的就是腐殖煤，如泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤等。2.选煤和煤的储存选煤厂采用的主要加工工艺环节主要有：（1）原煤准备作业 (2)选煤和脱水作业 （3）煤泥精选回收和洗水澄清作业 （4）生产技术检查 （5）产品运销作业由于煤易风化，安全储煤方法很重要。常用的储煤方法有两类，一类是尽量使煤和空气隔绝。另一类是使煤堆中空气流通以利散热。3.煤的干馏 煤在隔绝空气条件下加热至较高温度时，所发生的物理变化和化学变化反应的复杂过程，称为煤的热解，或称热分解和干馏。迄今为止煤加工的主要工艺仍是热加工，煤炼焦工业就是典型的例子，煤的气化和液化过程也与煤的热解过程分不开。3.1煤炭热分解3.1.1煤在加热过程中发生的变化煤热解过程大致可分为三个阶段：（1） 第一阶段（室温300） 在这阶段，煤的外形无变化，褐煤在200以上发生脱羧基反应，近300时开始热解反应，烟煤和无烟煤在这一阶段一般没有发生变化。脱水发生在120前，而脱气（CH4，CO2和N2）大致在200前后完成。（2） （2）第二阶段（300600） 这一阶段以解聚和分解反应为主，煤黏结成半焦，并发生一系列变化。煤从300左右开始软化，并有煤气和焦油析出，在450前后析出的煤焦油量最大，在450600气体析出的量最多。煤气成分除热解水、CO和CO2外，主要是气态烃，故热值较高。（3）第三阶段（6001000） 这是半焦聚合形成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。析出的焦油极少，挥发物主要是煤气，700后煤气成分主要是氢气。若将最终加热温度提高到1500以上，则为石墨化阶段，用于生产石墨炭素材料。3.1.2.煤热解的影响因素它们包括：煤的煤化程度，加热中温，升温速率，热解压力，热解气氛等影响因素。3.2煤炭低温干馏它主要是指煤在终温500700的干馏过程。适合低温干馏的煤是无粘结性的非炼焦用煤，如褐煤或高挥发分烟煤。我国这类煤储量丰富，目前主要用于直接燃烧，若能通过低温干馏回收煤气与焦油，可使煤得到更有效的综合应用。3.2.1低温干馏的产品性质 半焦的反应性与比电阻比高温焦高得多，而且煤的变质程度越低，其反应性和比电阻越高。半焦的高比电阻特性，使它成为铁合金生产的优良原料。半焦硫含量比原煤低，反应性高，燃点低，是优质的燃料，也适用于制造活性炭、碳分子筛和还原剂，或气化制氢等。3.2.2煤低温干馏工艺 低温干馏的方法和类型很多，按加热方式有外热式、内热式和内外热结合式；按煤料的形态有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同又有气体热载体和固体热载体两种；按煤的运动状态又分为固定床、移动床、流化床和气流床等。如连续式外热立式炉、连续式内热立式炉、连续式内外热立式炉、固体热载体干馏法和加氢干馏工艺。3.3煤炭高温干馏炼焦 练焦配煤的质量要求：水分、细度、灰分、硫分、配煤的煤化度、配煤的黏性指标、配煤的膨胀压力3.4焦化产品的回收和加工4.煤的气化煤的气化过程是一个热化学工程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸气或氢气等作催化剂，在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程气化中所得到的气体称为煤气，其有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。气化煤气可用作城市煤气、工业燃气、化工原料气和工业原料气。在各种煤转化技术中，特别是开发洁净煤技术中，煤的气化是最有应用前景的技术之一，这不仅因为煤气化的新技术相对成熟，而且煤转化为煤气之后，通过成熟的气体净化技术处理，对环境污染可减少到最小程度，例如煤炭多联产、煤气化联合循环发电，就是一种高效低污染的洁净煤新技术，其发展前景相当好。5.煤制油技术所谓煤炭液化，是将煤中有机质大分子转化为中等分子的液态产物，其目的就是来生产发动机用液体燃料和化学品。煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是直接液化，另一中是间接液化。煤炭直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料，转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚，需要较高的压力和温度。直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高；主要缺点是煤浆加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。煤炭液化也是我国煤代石油战略的重要、有效和可行的途径之一。6.煤基化工产品6.1煤制碳素制品碳素材料作为结构材料和功能材料广泛应用于冶金、机电、化工等工业。近几十年来出现的新型碳素材料因其优异的特性而广泛应用于原子能、宇航、航空等领域。碳素材料是指从无定形碳到石墨结晶的一系列过渡态碳。主要碳素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热和电化学用的电极；几点用的电刷；化工和机械工业用的不透行石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料等 6.2电石生产电石化学名为碳酸钙，是碳与金属钙化合而成。人们常说的工业碳酸钙，它还含有一些其它杂质，极纯的碳化钙呈天蓝色是。目前电石主要有三种用途：电石水解制乙炔电石与氮气反应制取氰氨化钙生铁水与钢水的脱硫。6.3煤基甲醇制烯烃技术低碳烯烃是最重要的基本有机化工原料，也是还有化工的龙头产品。煤基甲醇制烯烃是中国煤取代油的有效途径之一。7.煤炭多联产技术煤气化制得的煤气广泛应用于国民经济的许多方面，它们包括：工业燃气、城市煤气、冶金还原气、化工原料气和用于新发电技术的燃气。结论及展望我国的煤化工相比于一些发达国家来说起步较晚, 但是经过快速的发展已经具备一定的规模,一些自由开发的技术装置如煤炭气化装置具有独特的特点且其技术发展也具有了相当的水平。虽然我国的煤炭储量很大, 资源优势明显,但是煤化工的技术难度大,其工艺流程长、所需资金大、对环境的污染大且能源的利用率不高,这些都对我国煤化工产业的发展产生了一定的限制。因此,加强煤化工的规模性和技术性,提高煤化工的开发力度,在引进和吸收国外发达国家先进技术的同时, 注意自主开发, 提高我国煤化工技术水平,增加煤化工企业效益是我国煤化工的未来发展根本。参考文献1. 张德祥. 煤化工工艺学. 北京：煤炭工业出版社，1999.2. 高晋生，张德祥. 煤液化技术. 北京：化学工业出版社，2005.3. 虞继舜