现代煤炭转化和煤化工发展概况.doc

以煤炭为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业，称之为煤化工。煤的焦化是应用最早的煤化工，至今仍然是重要的方法。在制取焦炭的同时副产煤气和焦油（其中含有各种芳烃化工原料）。电石乙炔化学在煤化工中占有特别重要的地位，煤气化主要用于生产城市煤气各种工业用燃料和合成气，在中国合成气主要用于制取合成氨、甲醇、二甲醚等重要化工产品。通过煤炭加氢液化和气化生产各种液体燃料和气体燃料，利用碳一化学技术合成各种化工产品。随着世界石油和天然气资源的不断减少、煤化工技术的改进、新技术的新型催化剂的开发成功、新一代煤化工技术的涌现，21世纪现代煤化工将会有广阔的发展前景。一、洁净煤技术传统的煤炭开采和义勇方法对中国和世界的经济发展和生态环境产生了严重影响，是关系到经济和社会可持续发展的重大问题，引起了世界各国的高度重视。2002年8月，在南非约翰内斯堡召开第二次世界可持续发展大会，又称第二届“地球首脑峰会”，有100多国家元首和政府首脑参加会议，研究如何实现可持续发展的重大问题。发展洁净煤技术是实现可耻学发展的重要技术措施，是改善生态环境，提高煤炭利用效率，减少温室气体排放的现实选择。洁净煤技术（CCTClean coal Techinology）一词来源于20世纪80年代的美国，是关于减少煤炭开采和利用过程中的污染，提高煤炭利用效率的洗选加工及燃烧转化、烟气净化等一系列新技术的总称。美国和加拿大从1986年开始实施洁净煤技术发展计划，主要优选的洁净煤技术有：先进的选煤技术、先进的燃烧器、流化床燃烧技术、先进的煤气化技术、煤气联合循环发电、煤油共炼技术、烟道气净化技术及焦化厂、水泥厂污染控制技术等。洁净煤技术开发计划的实施，将会促进煤炭的开发和利用，减少对石油的依赖程度，有利于改善环境，因此引起世界各国的普遍重视。英国、日本、德国、欧共体等都相继成立了专门的洁净煤技术研究机构，有政府拨专款给予资助。中国于1994年有国家计委和经贸委成立了国家洁净煤领导小组，编制了“中国洁净煤发展规划”，建立了“中国洁净煤工程技术研究中心”，大力推进中国洁净煤技术的开发与应用。“十五”期间，中国科学院把净煤技术列为重点研究与发展项目，包括：大型加压煤气化技术、煤基合成液体燃料技术、大型流化床电站锅炉、煤气化联合循环发电技术，煤、电、热与化工产品多联产技术，煤中硫、氮等污染物的脱除和控制技术、大型燃气轮机技术、燃料电池技术等。根据洁净煤技术现状和发展方向，洁净煤技术应包括以下六个领域：1）煤炭的初步加工：选煤、型煤、配煤、水煤浆、油煤浆、化学提纯。2）煤炭的燃烧及后处理：煤的高效燃料器、循环流化床锅炉、流化床燃烧联合循环发电、水煤浆燃料、煤燃烧中固态硫及烟道气除尘、脱硫技术。3）煤炭气化：煤高效加压气化、干馏焦（不完全气化）、清洁燃料气、洁净合成气、煤气化联合循环发电技术、煤的地下气化。4）煤炭液化：煤加氢直接液化、间接液化（合成燃料油、醇醚燃料）、煤的拔头工艺生产液体燃料。5）燃料电池：氢燃料电池、甲醇燃料电池、磷酸盐燃料电池、碳酸盐型燃料电池、过氧化氢燃料电池、轻烃燃料电池。6）煤炭开发利用中的污染控制：废弃物的处理与利用、煤层气的开发利用、煤炭加工转化中污染治理及控制技术。二、煤炭焦化技术煤的焦化产品焦炭、焦炉煤气和煤焦油都是重要的化工原料。焦炭是气化和电石生产的原料，亦可用于钢铁与其它金属的冶炼和铸造。焦炉煤气中主要含有H4、CO、CH4，不仅是重要的燃料气，而且可以作为合成气生产化工产品。煤焦油是一种成分十分复杂的混合物，主要组分是芳香烃化合物和杂环化合物，有几千种之多。从中分离出来并经鉴定的有370多种，主要有酚、萘、蒽、蓖、香豆酮树脂、吡啶、喹啉及其同系物等，因此焦化是传统煤化工的重要组成部分。目前世界焦炭年产量大约为3.2亿3.4亿吨，中国焦炭产量约为1.2亿吨，占世界总产量的35以上，居世界第一位。2000年中国焦炭出口量达到1500万吨，成为全球最大的焦炭出口国。三、煤气化技术煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械、建材等重要工业部门和城市煤气的生产。目前中国拥有各种类型的煤气炉约9000多台，其中化工行业煤气化炉约有4000余台，以固定床气化炉为主。多数中小化肥厂和少数大型化肥厂以煤炭（或焦炭）为原料，通过煤气化生产合成氨和甲醇，年耗原料煤4000多万吨，合成氨产量占全国总产量的60以上，为中国农业生产提供了充足的化肥。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温条件下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外，气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。粗煤气中成分主要是CO、H2、CO2 、CH4、N2、H2O，还有少量硫化物、烃类和其它微量成分。各种煤气的组成和热值，取决于煤的种类，气化工艺、气化压力、气化温度和气化剂的组成。煤气化分类无统一标准，有多种分类方法（1）按气化炉供热方式可分为外热式和内热式两类，（2）按煤气热值可分为低热值煤气、高热值煤气、中热值煤气三类，（3）按煤与气化剂在气化炉内运动状态可分为移动床（固定床）、流化床（沸腾床）、气流床和熔融床气化法等四类，这是目前比较通用的分类方法，（4）此外还有按气化炉压力、气化炉排渣方式、气化剂种类、气化炉进煤粒度和气化过程是否连续等进行分类的。现代煤炭气化技术的特点及发展趋势是：1）气化压力向高压发展 气化压力有常压、低压（1.0 MPa）向高压（2.08.5 MPa）气化发展，从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成（如甲醇低压合成），降低生产成本。2）气化炉能力向大型化发展 Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000t/d以上。大型化便于实现自动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。3）气化温度向高温发展 Texaco气化温度14001500，Shell气化温度高达14001700，流化床气化温度为10001200。气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。4）不断开发新的气化技术和新型气化炉，提高碳转化率和煤气质量，降低建设投资，目前碳转化率高达9899，煤气中含CO+H2达到8090。5)现代煤气化技术与其它先进技术联合应用 如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术；高压气化（6.5 MPa）与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简单化，总能耗降低。6）煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合，实现环境友好，减少污染 如在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），脱硫效率可达8090；采用高效除尘器使煤气中含尘降到12mg/m3（标）以下。四、煤炭液化技术以煤炭为原料制取液体（烃类）燃料为主要产品的技术，称为煤炭液化技术。目前有两种完全不同的技术路线，一种路线是煤炭直接液化技术，通过溶剂抽提或在高温高压有催化剂的作用下，给煤浆加氢使煤中复杂的有机化合物分子结构发生变化，提高H/C原子比，使煤直接转化为液体燃料，另一种路线是煤炭间接液化技术，先将煤炭加氧和水蒸气进行气化，制成合成气（COH2），在一定的温度和压力下，合成气定向催化合成为液体燃料。目前上述两种煤炭液化技术，只有间接液化技术在南非Sasol实现了大型