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摘 要:据悉,全球石油储量仅够使用几十年,在未来的很长一段时间内将少油甚至无油可用。这就要求我们找到适当的替代品来取代石油的作用,而我国煤储量较丰富,这就使煤成为了选择对象,煤化工技术也将快速的发展起来。
关键词:煤化工技术发展新型煤化工技术
中图分类号:P618文献标识码: A
一、煤化工技术的发展
煤化工即是以煤作为原料,在化学加工下将煤炭转换成固体、液体以及气体燃料及其他各种化学品,最终产出各种各样的化工产品。依据生产工艺和产品差异分成了煤焦化、煤气化、煤电石以及煤液化几条生产链。
1、煤焦化
煤焦化也称之为煤干馏,是把煤与空气隔绝加上强热分解的过程。煤化工包括了一次、二次和深度化化学加工过程,煤化工的产品有焦化产品、气化产品、液化产品还有合成气化工产品,焦油化工产品,电石乙炔等。这些化工产品广泛在应用在工业,农业,医药,化工染料,炭素等行业之中,许多煤化工产品是石化工产品都无法取代的。
2、煤气化
煤通过热化过程,在高温下借助化学药剂进行化学反应把固体的炭转化为气体混合物的过程。用气化剂包括(水蒸气,空气,二氧化碳)与煤炭的碳发生均相反应。此外,煤通过热分解之后的气态物(二氧化碳、水蒸气、烃类)等也能和热碳发生均相反应。根据气化的方法,气化的外在条件以及煤的性质不一样,气化的气体的组成也大不相同。依据煤气炉内开成气体的过程特点,可以把煤层从上到下的分为(干燥、干馏、还带、氢化)带与灰层,在干燥与干馏带之中,煤是返到高温的加热而失放出的水分并蒸发。余下的是焦炭在还原带中发生的氧化反应。经过气化后的煤是粗煤气,通过净化加工之后,就生成各种化学品。
3、)煤液化
煤液化是指将煤中有机质进行转化为流质产物,最终达到利用液态的碳氢化合物代替石油及其相关制品的目的。液化包括真接跟间接技术两部分,具大的产品市场,发展工艺及工程技术并提升到一定高度,是世界新型煤化工技术和相关产业的重要战略方向。
①直接液化煤;早在1913年德国科学家就发明了直接液化。就是在高温下在溶剂作用,将煤炭和气态氢进行反应,增加了煤炭中的氢含量,最终成为液体过程。到了1927年研究者又使用了硫化铜与硫化钨做催化剂,把液化分成了气相加氢与糊相加氢两个阶段,有效解决工程化的问题,并且建设处规模巨大的煤直接液化的企业。随着发展,如今各种规模的煤直接液化企业林林总总,各式各样的。
②间接液化;1923年德国皇家煤炭研究生的化学家提出了间接液化煤炭。这种方式就是将煤炭作为了原材料,经过气化合成了CO2+H2的气,再将这种气作为原料,通过催化剂催化,采用F-T合成为液态的烃类产品。
在几次石油危机影响下,德国、美国等各个国家都比较重视开发煤炭的直接液化新技术,组织出大批的科研开发机构以及各种研发工作,经过大力开发之后出现了多种工艺,其中具备代表性工艺有SRC(溶剂精制煤工艺)、EDS(供氢溶剂法)、H-Coal(氢煤法)等等。
二、煤化工技术的发展现状
新中国成立初期,我国的煤化工技术基础薄弱,需要从发达国家引进先进技术,然后再采取队伍组织、项目选择、投资分配以及目标管理等措施来正确处理引进和自主开发的关系,最终制定实施技术开发与基础研究并重的方针政策。
步入21世纪以来,我国对煤化工技术研发力度持续加大,目前我国的煤化工技术水平及生产能力已接近或已达到世界先进水平。
不仅如此,用煤做原料合成碳酸二甲酯及甲酸甲酯等也有望实现工业化。伴随着高科技发展计划的实施,经我国自主研发的神华煤直接液化工艺和新型高效煤液化催化剂问世并投入使用,煤的转化率及液化油产率申请了发明专利,并均已位于国际领先水平之列。
除此之外,我国的煤气净化技术也已领先世界水平。在最大限度地利用煤的同时将煤释放的污染物最大限度的控制,以保证煤的洁净、洁净利用,干熄焦、污水处理及地面烟尘处理站等均已进入实用化阶段,焦炭品质得到明显提升,并且其主要化工产品的精制技术取得了不俗成绩。例如:近年来就焦化行业的污染问题,我国为大多数的大中型焦炉装备了高压氨水喷射无烟装煤设施、装煤除尘地面站以及装煤除尘车、推焦除尘地面站和推焦除尘热浮力罩,在炼焦生产过程中有效的减少了粉尘污染,同时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,有效的控制和改善了焦化行业的环境污染情况。
三新型煤化工技术
随着现代化技术高速发展,煤化工技术也在不断前进,在这种形式下就出现了新型煤化工技术。而新型煤化工技术并不是单一的,而是涉及到几个方面的技术。本文就从三个方面探讨煤化工技术。
1、煤气化技术
这种技术主要是以德士古、鲁奇以及壳牌等各种炉型比较常见,在我国都引入过上面几种炉型作为生产合成气以及化工的产品。这种技术主要是使用了多组分的催化剂,通过化学合成出含有异丁醇(60%)与甲醇(40%)混合物,并将异丁醇经过脱水之后就成为了异丁烯,这样就能够将合成气制取成为甲基叔丁基醚,这种技术就是由煤炭和天然气作为原料,进而制取出高辛烷值的添加剂。
煤炭气化是煤化工当中不可或缺的一部分。作为一个热化学过程,煤炭气化具体指的是在温度极高的条件下,用煤或煤焦做原料,以氧气、氢气以及水蒸气等作为氧化剂,利用这种化学反应把煤炭或者煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤炭的气化分别包括:自然式水蒸气气化、外热式水蒸气气化、煤的水蒸气气化、煤的加氢气化和氢化结合制造各种代用天然气等。除此之外,还有另外一种煤气化方式,就是煤的地下气化。
我国的煤气化技术,在冶金、化工、机械、建材等工业生产中得到广泛应用。与此同时,我国的煤气化技术已进入自主研发阶段并取得可喜成绩,目前我国拥有自主知识产权的煤氣化技术有干煤粉气流床气化及多嘴喷水煤浆气化等。且这些技术的工艺指标均达到或者在国外同类技术水平之上,而软件的费用却比同类技术低一半或者更多。煤炭气化技术在工业燃气、民用燃气、发电、冶金、煤炭气化燃料电池等众多领域均有涉及,应用十分广泛,同时其他的各种煤炭变化都不能脱离煤炭气化。因起步比较晚,国内的煤气化技术可以借鉴从国外引进的先进技术,结合自身煤质及煤种的特点,进而研发出具有自己特色的炉型及工艺。此外,研究开发煤气化技术离不开大量的专业知识人才,这样才能拓宽研究道路、研发出更多优秀的煤气化产品。
2、 用煤作为原材料产出甲醇以及各种化工产品
如今生产甲醇主要是用天然气作为主要材料。因为相比之下我国储存煤炭量远远超过了天然气以及石油的储量,故此在较长一段时间中生产甲醇主要还是依靠煤炭作为主要原料。而甲醇同样还是重要化工原料,经过了羰基化之后还能够制取出醋酸酐、醋酸、草酸以及甲酸等各种重要化工产品。经过开发研制后,西南化工研究院成功从甲醇羧基化中成功制取出了醋酸酐与醋酸工艺的软件包,如今正在进一步扩展出整个系列产品,实现的生产产业化。在Pd的催化之下,甲醇和亚硝酸能够进行反应生成了草酸,成为了合成草酸新的途径。而且一些公司将甲醇与CO通过叔二胺和乙烷作用下,通过加压发生羰基化反应,就能够得到了甲酸甲酯(HCOOCH3),其中的转化率是80.7%,选择性达到了99.4%。
3、 用煤作为原材料合成烃类
经过相关专家多年的研究之后,实现了将甲醇进行裂解而制取出烯烃。中科院设置在大连的化物所在该方面研究领先世界,其转化率的成功达到了100%,而烯烃选择性居然达到了85%~90%;但是在研究转化过程之中有一些核心问题还没有被解决,还影响着整个转化过程,所以要想将这项技术实际化还需要进一步开发和实践。而且对于甲烷不按照造气的工序,而是直接经过氧化脱氢产生出乙烯逐渐被研究者所重视,经过多年努力甲烷的转化率达到了25%~35%,而C2选择性也达到了70%~80%,成为了新型煤化工技术中比较重要的项目之一。
4、煤炭液化
煤液化包括间接液化与直接液化两种。间接液化指的是合成气以后,再以其为原料合成液体燃料。目前,在我国煤炭的间接液化中,气流反应器、固定床反应器、浆态床反应器已相继投入使用。相比间接液化,煤炭的直接液化对原料的要求要严格得多,但同时直接液化具有比较高的效率,能够生产汽油及芳烃。我国已经相继引进了煤液化的相关技术,以适应国内煤炭液化发展的趋势。
结合我国国情来分析,石油资源的供给不足在很大程度上拖慢了我国能源发展的步伐。因而煤炭企业关注的焦点逐渐转向了煤炭液化,与煤气化相比,煤炭液化要求比较高的煤质,这在经济上和技术上都要求更大的支持和更高的投入,基于此,煤炭的液化还需要很长一段时间来适应和发展。同时煤炭液化作为煤化工技术中重要的组成部分,要求国家加大拓宽融资渠道的力度,组织培养专业队伍,建立专门的煤炭液化工程研究基地,以达到加快煤炭液化技术进程的目的。事实证明,在将来的煤炭工业当中我国将继续保持一贯旺盛的发展劲头和趋势,并且煤炭液化将在今后较长的一段时间内成为研究的中心及重点。
5、煤炭焦化
焦炭、煤焦油煤气及化学产品等三类是煤在焦化以后的主要产品。在这三类产品中中,焦炭最为重要,在焦化工业中,煤焦油是重要产品,主要由氢和甲烷成分构成的煤气及化学产品在分离合成以后可以代替天然气作为日常的燃料。许多国内大型的焦化企业通过我国在焦炭产品方面的缺乏洞察到了广阔的发展前景。现今,我国在焦炭方面的产量在1.3亿t/a左右,位居世界之首;全国煤炭消费总量中直接消耗的原料煤占15%。由此可以看出,焦炭在我国的主要出口产品中占有重要地位,且每年的出口量仍持续上升。除此之外,在国外市场中低硫、低灰等优质的焦炭也具有弹性很大的发展空间。
现在,煤炭工业已进去我国的投资项目之列。此政策对煤炭焦化后的附属产品的价格也将造成影响,焦化行业将继续进行调整及重组,整个煤炭行业的模式都将面临巨大转变。在山西、黑龙江等地区,煤商们在煤炭焦化方面已经开始投入大量资金,此举极大的的推动了焦化工业的发展。另外,煤化工合成产品和替代燃料逐渐引起了人们重视。
結语:
煤化工产业在我国经济发展中占有重要比重,在我国建设社会主义和谐社会,坚持科学发展环境下,煤化工将进行一次新的蜕变。将在我国的经济发展中起到更重要的作用。煤化工将朝着效益、环保方向发展。
参考文献
[1]汪家铭.shell煤化气技术在我国的应用及前景展望.《氮肥技术》.2009年第02期
[2]魏红珍 向艳红. 我国煤化工技术的现状及发展趋势.《新疆化工》.2011年第03期
[3]陈增光,毕红彬.发展煤化工的意义.《河北化工》.2008年第04期
关键词:煤化工技术发展新型煤化工技术
中图分类号:P618文献标识码: A
一、煤化工技术的发展
煤化工即是以煤作为原料,在化学加工下将煤炭转换成固体、液体以及气体燃料及其他各种化学品,最终产出各种各样的化工产品。依据生产工艺和产品差异分成了煤焦化、煤气化、煤电石以及煤液化几条生产链。
1、煤焦化
煤焦化也称之为煤干馏,是把煤与空气隔绝加上强热分解的过程。煤化工包括了一次、二次和深度化化学加工过程,煤化工的产品有焦化产品、气化产品、液化产品还有合成气化工产品,焦油化工产品,电石乙炔等。这些化工产品广泛在应用在工业,农业,医药,化工染料,炭素等行业之中,许多煤化工产品是石化工产品都无法取代的。
2、煤气化
煤通过热化过程,在高温下借助化学药剂进行化学反应把固体的炭转化为气体混合物的过程。用气化剂包括(水蒸气,空气,二氧化碳)与煤炭的碳发生均相反应。此外,煤通过热分解之后的气态物(二氧化碳、水蒸气、烃类)等也能和热碳发生均相反应。根据气化的方法,气化的外在条件以及煤的性质不一样,气化的气体的组成也大不相同。依据煤气炉内开成气体的过程特点,可以把煤层从上到下的分为(干燥、干馏、还带、氢化)带与灰层,在干燥与干馏带之中,煤是返到高温的加热而失放出的水分并蒸发。余下的是焦炭在还原带中发生的氧化反应。经过气化后的煤是粗煤气,通过净化加工之后,就生成各种化学品。
3、)煤液化
煤液化是指将煤中有机质进行转化为流质产物,最终达到利用液态的碳氢化合物代替石油及其相关制品的目的。液化包括真接跟间接技术两部分,具大的产品市场,发展工艺及工程技术并提升到一定高度,是世界新型煤化工技术和相关产业的重要战略方向。
①直接液化煤;早在1913年德国科学家就发明了直接液化。就是在高温下在溶剂作用,将煤炭和气态氢进行反应,增加了煤炭中的氢含量,最终成为液体过程。到了1927年研究者又使用了硫化铜与硫化钨做催化剂,把液化分成了气相加氢与糊相加氢两个阶段,有效解决工程化的问题,并且建设处规模巨大的煤直接液化的企业。随着发展,如今各种规模的煤直接液化企业林林总总,各式各样的。
②间接液化;1923年德国皇家煤炭研究生的化学家提出了间接液化煤炭。这种方式就是将煤炭作为了原材料,经过气化合成了CO2+H2的气,再将这种气作为原料,通过催化剂催化,采用F-T合成为液态的烃类产品。
在几次石油危机影响下,德国、美国等各个国家都比较重视开发煤炭的直接液化新技术,组织出大批的科研开发机构以及各种研发工作,经过大力开发之后出现了多种工艺,其中具备代表性工艺有SRC(溶剂精制煤工艺)、EDS(供氢溶剂法)、H-Coal(氢煤法)等等。
二、煤化工技术的发展现状
新中国成立初期,我国的煤化工技术基础薄弱,需要从发达国家引进先进技术,然后再采取队伍组织、项目选择、投资分配以及目标管理等措施来正确处理引进和自主开发的关系,最终制定实施技术开发与基础研究并重的方针政策。
步入21世纪以来,我国对煤化工技术研发力度持续加大,目前我国的煤化工技术水平及生产能力已接近或已达到世界先进水平。
不仅如此,用煤做原料合成碳酸二甲酯及甲酸甲酯等也有望实现工业化。伴随着高科技发展计划的实施,经我国自主研发的神华煤直接液化工艺和新型高效煤液化催化剂问世并投入使用,煤的转化率及液化油产率申请了发明专利,并均已位于国际领先水平之列。
除此之外,我国的煤气净化技术也已领先世界水平。在最大限度地利用煤的同时将煤释放的污染物最大限度的控制,以保证煤的洁净、洁净利用,干熄焦、污水处理及地面烟尘处理站等均已进入实用化阶段,焦炭品质得到明显提升,并且其主要化工产品的精制技术取得了不俗成绩。例如:近年来就焦化行业的污染问题,我国为大多数的大中型焦炉装备了高压氨水喷射无烟装煤设施、装煤除尘地面站以及装煤除尘车、推焦除尘地面站和推焦除尘热浮力罩,在炼焦生产过程中有效的减少了粉尘污染,同时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,有效的控制和改善了焦化行业的环境污染情况。
三新型煤化工技术
随着现代化技术高速发展,煤化工技术也在不断前进,在这种形式下就出现了新型煤化工技术。而新型煤化工技术并不是单一的,而是涉及到几个方面的技术。本文就从三个方面探讨煤化工技术。
1、煤气化技术
这种技术主要是以德士古、鲁奇以及壳牌等各种炉型比较常见,在我国都引入过上面几种炉型作为生产合成气以及化工的产品。这种技术主要是使用了多组分的催化剂,通过化学合成出含有异丁醇(60%)与甲醇(40%)混合物,并将异丁醇经过脱水之后就成为了异丁烯,这样就能够将合成气制取成为甲基叔丁基醚,这种技术就是由煤炭和天然气作为原料,进而制取出高辛烷值的添加剂。
煤炭气化是煤化工当中不可或缺的一部分。作为一个热化学过程,煤炭气化具体指的是在温度极高的条件下,用煤或煤焦做原料,以氧气、氢气以及水蒸气等作为氧化剂,利用这种化学反应把煤炭或者煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤炭的气化分别包括:自然式水蒸气气化、外热式水蒸气气化、煤的水蒸气气化、煤的加氢气化和氢化结合制造各种代用天然气等。除此之外,还有另外一种煤气化方式,就是煤的地下气化。
我国的煤气化技术,在冶金、化工、机械、建材等工业生产中得到广泛应用。与此同时,我国的煤气化技术已进入自主研发阶段并取得可喜成绩,目前我国拥有自主知识产权的煤氣化技术有干煤粉气流床气化及多嘴喷水煤浆气化等。且这些技术的工艺指标均达到或者在国外同类技术水平之上,而软件的费用却比同类技术低一半或者更多。煤炭气化技术在工业燃气、民用燃气、发电、冶金、煤炭气化燃料电池等众多领域均有涉及,应用十分广泛,同时其他的各种煤炭变化都不能脱离煤炭气化。因起步比较晚,国内的煤气化技术可以借鉴从国外引进的先进技术,结合自身煤质及煤种的特点,进而研发出具有自己特色的炉型及工艺。此外,研究开发煤气化技术离不开大量的专业知识人才,这样才能拓宽研究道路、研发出更多优秀的煤气化产品。
2、 用煤作为原材料产出甲醇以及各种化工产品
如今生产甲醇主要是用天然气作为主要材料。因为相比之下我国储存煤炭量远远超过了天然气以及石油的储量,故此在较长一段时间中生产甲醇主要还是依靠煤炭作为主要原料。而甲醇同样还是重要化工原料,经过了羰基化之后还能够制取出醋酸酐、醋酸、草酸以及甲酸等各种重要化工产品。经过开发研制后,西南化工研究院成功从甲醇羧基化中成功制取出了醋酸酐与醋酸工艺的软件包,如今正在进一步扩展出整个系列产品,实现的生产产业化。在Pd的催化之下,甲醇和亚硝酸能够进行反应生成了草酸,成为了合成草酸新的途径。而且一些公司将甲醇与CO通过叔二胺和乙烷作用下,通过加压发生羰基化反应,就能够得到了甲酸甲酯(HCOOCH3),其中的转化率是80.7%,选择性达到了99.4%。
3、 用煤作为原材料合成烃类
经过相关专家多年的研究之后,实现了将甲醇进行裂解而制取出烯烃。中科院设置在大连的化物所在该方面研究领先世界,其转化率的成功达到了100%,而烯烃选择性居然达到了85%~90%;但是在研究转化过程之中有一些核心问题还没有被解决,还影响着整个转化过程,所以要想将这项技术实际化还需要进一步开发和实践。而且对于甲烷不按照造气的工序,而是直接经过氧化脱氢产生出乙烯逐渐被研究者所重视,经过多年努力甲烷的转化率达到了25%~35%,而C2选择性也达到了70%~80%,成为了新型煤化工技术中比较重要的项目之一。
4、煤炭液化
煤液化包括间接液化与直接液化两种。间接液化指的是合成气以后,再以其为原料合成液体燃料。目前,在我国煤炭的间接液化中,气流反应器、固定床反应器、浆态床反应器已相继投入使用。相比间接液化,煤炭的直接液化对原料的要求要严格得多,但同时直接液化具有比较高的效率,能够生产汽油及芳烃。我国已经相继引进了煤液化的相关技术,以适应国内煤炭液化发展的趋势。
结合我国国情来分析,石油资源的供给不足在很大程度上拖慢了我国能源发展的步伐。因而煤炭企业关注的焦点逐渐转向了煤炭液化,与煤气化相比,煤炭液化要求比较高的煤质,这在经济上和技术上都要求更大的支持和更高的投入,基于此,煤炭的液化还需要很长一段时间来适应和发展。同时煤炭液化作为煤化工技术中重要的组成部分,要求国家加大拓宽融资渠道的力度,组织培养专业队伍,建立专门的煤炭液化工程研究基地,以达到加快煤炭液化技术进程的目的。事实证明,在将来的煤炭工业当中我国将继续保持一贯旺盛的发展劲头和趋势,并且煤炭液化将在今后较长的一段时间内成为研究的中心及重点。
5、煤炭焦化
焦炭、煤焦油煤气及化学产品等三类是煤在焦化以后的主要产品。在这三类产品中中,焦炭最为重要,在焦化工业中,煤焦油是重要产品,主要由氢和甲烷成分构成的煤气及化学产品在分离合成以后可以代替天然气作为日常的燃料。许多国内大型的焦化企业通过我国在焦炭产品方面的缺乏洞察到了广阔的发展前景。现今,我国在焦炭方面的产量在1.3亿t/a左右,位居世界之首;全国煤炭消费总量中直接消耗的原料煤占15%。由此可以看出,焦炭在我国的主要出口产品中占有重要地位,且每年的出口量仍持续上升。除此之外,在国外市场中低硫、低灰等优质的焦炭也具有弹性很大的发展空间。
现在,煤炭工业已进去我国的投资项目之列。此政策对煤炭焦化后的附属产品的价格也将造成影响,焦化行业将继续进行调整及重组,整个煤炭行业的模式都将面临巨大转变。在山西、黑龙江等地区,煤商们在煤炭焦化方面已经开始投入大量资金,此举极大的的推动了焦化工业的发展。另外,煤化工合成产品和替代燃料逐渐引起了人们重视。
結语:
煤化工产业在我国经济发展中占有重要比重,在我国建设社会主义和谐社会,坚持科学发展环境下,煤化工将进行一次新的蜕变。将在我国的经济发展中起到更重要的作用。煤化工将朝着效益、环保方向发展。
参考文献
[1]汪家铭.shell煤化气技术在我国的应用及前景展望.《氮肥技术》.2009年第02期
[2]魏红珍 向艳红. 我国煤化工技术的现状及发展趋势.《新疆化工》.2011年第03期
[3]陈增光,毕红彬.发展煤化工的意义.《河北化工》.2008年第04期