21世纪的煤化工

21世纪中国煤化工展望摘要煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。本次论文主要对煤化工反应单元做相应的简介，并对煤化工做一定的市场分析，对21世纪的煤化工做相应的精神展望。关键词能源；煤化工；展望一、21世纪世界能源形势和煤炭利用的若干模式21世纪能源形势当前世界能源的消费结构仍以化石能源为主，其中石油占30%〜32%，天然气17%〜19%，煤27%〜28%，其余为原子能、水能、风能等。根据化石能源的蕴藏量以及开采情况，许多专家预计21世纪中叶，石油在能源消费结构中将逐步减少，天然气的比重将大幅上升，煤炭比重基本持平。总的能源形势将从石油为主逐步转化为以天然气为主，进而发展为煤炭为主。这是21世纪世界能源消费的基本格局。在当今全球经济一体化的时代，应该充分估计到这种趋势对中国的影响。中国是一个大国,但油、气资源并不丰富，而煤炭资源较为充足。在能源消费结构中，煤炭始终占有极大的比重。从资源、能源环境、国家安全以及可持续发展战略来看,煤炭资源的合理利用将是本世纪中国所面临的一个重要课题。21世纪煤炭利用的若干模式和南非Sasol“世纪工程”煤炭与石油和天然气相比，不是一种清洁能源。过去煤炭的燃烧和化工利用，存在能源利用效率低、硫排放量大、CO2排放量大、水污染、渣污染、尘污染等诸多弊病。因此21世纪的煤炭利用必将以洁净煤技术为先导，充分利用化学这一个物质相互变换的手段来建立起既环境友好又综合发展，高效益、多联产的新一代煤炭-能源-化工为一体的企业。下面举出国际上在展望21世纪煤炭利用时提出的几种设想。1.2.1美国能源部(DOE)提出的Vision21(展望21)能源系统其基本思想是以煤气化为龙头，利用所得合成气(H2+CO)制氢，再通过高温固氧化物燃料电池(SolidOxidesFuelCell,S0FC)和燃气轮机组成的联合循环发电系统产生电能(二次能源)，能源利用率可达60%以上，合成气制氢产生的CO2可综合利用或注入废矿中埋藏。这样就成了近于零排放的高效能源系统，如图1所示。图1展望21(Vision2D能源系统Shell合成气园(SyngasPark)Shell(谢尔公司)提出SyngasPark(合成气园)的概念，是以煤为主要原料的气化为核心，制取合成气生产甲醇、醋酸、醋酐及合成氨、化肥等高附加值的化工产品，与洁净联合循环发电相结合以及生产城市煤气等供给用户，同时还可供应用户生活用热水等。如图2所示。酸軒等图2Shell合成气园(SyngasPark)1.2.3煤气化制合成气与冶金新工艺相结合形成煤、化、冶多联产系统经煤气化获得的高含CO>48%、H2<30%的合成气用于还原炼铁(海绵铁)。该组分的合成气一次通过还原铁矿石制成海绵铁后，尚有70%〜75%的CO+H2有效气体可直接用于生产甲醇、氨及二甲醚(DME)等化工产品。如以生产100万t钢铁计,可联产氨或甲醇约为65万t或二甲醚50万to同样此类工艺也可以还原冶炼方式处理有色金属。如图3所示。

1.2.4通过煤炭坑口转化综合发展化工、能源多联产系统建立在合理利用资源、有效利用能源基础上的综合发展清洁煤技术的能源化工“多联产”系统。具体体现是科技和产业化创新的大型示范基地的新模式,它是以煤气化、液化、一碳化工、烃类化工、精细化工、专用化学品及发电、发动机燃料、火箭燃料、氢能等二次清洁能源为一体的划时代产业的缩影。如图4所示。1.2.5南非Sasol煤-电-石油化工企业是现代煤化工企业的先驱南非富煤而缺油。在20世纪50年代，为满足本国油品的需求，成立Sasol公司，毅然选择了从本国褐煤资源出发，引进Lurgi炉气化技术，采用二战时德国FT合成技术和美国循环流化床技术，从合成气出发生产汽油。20世纪下半叶的两次石油危机坚定了他们所选择的方向。通过两次扩建，在20世纪末已成为从露天开采的褐煤出发，生成C1〜C36烃类的大型企业,被誉为“世纪工程”。主要产品为500万t〜600万t兰泵牌汽油，副产石蜡、乙烯、丙烯、醛酮酸酯类化合物、合成氨、甲醇，并带动了一批石油化工企业如丙烯腈、聚氯乙烯。成为了由煤出发生产石油化工产品的一个典型。其产品方案如图5所示。

揭煤L按电空分—甲烷令成飙、甲醇乙烷乙烯聚氯乙齡-■■—丙烷丙烯內烯睛合成桂类揭煤L按电空分—甲烷令成飙、甲醇乙烷乙烯聚氯乙齡-■■—丙烷丙烯內烯睛合成桂类醛、酶酸酹类油品蜡制品图5煤炭壬油化工-电联产中国煤化工的发展沿革解放前中国只有少量的煤制合成氨和焦化企业，新中国成立后，在前苏联的援助下，建立了一批化工企业，主要以煤为原料。20世纪60年代开始在此基础上陆续建立了一大批中、小合成氨厂、联醇厂、电石厂、维尼纶厂、聚氯乙烯厂和焦化厂,并不断发展。60年代中叶国内开始大力发展天然气化工和石油化工，25年间一大批大型合成氨厂、炼油厂、石油化工厂建成，改变了我国石油化工的落后局面。石油化工产品的深加工，至今仍方兴未艾。但由于我国油气资源分布的不均衡，在发展石油化工的同时，在煤炭储量集中的地区也建立了一批较大型的化工企业，其中包括20万t/a〜30万t/a煤制合成氨、10万t/a〜20万t/a甲醇、三联供、城市煤气化企业和焦化厂。它们选用了较为先进的煤气化技术，如鲁奇熔渣炉、德士古水煤浆炉、U-Gas炉等,对我们今后现代煤化工技术的发展有很大的促进作用。在20世纪中出现了两次石油危机，均带动了煤气化技术和C1化学技术的迅猛发展。国内在六五、七五、八五、九五期间国家科委都投以巨额的研究经费，资助煤液化、煤气化和C1化学、甲醇化学、甲醛化学的研究与开发，加上国外技术的引进，为我国在21世纪发展新一代煤化工打下了良好的技术基础。20世纪末，随着国民经济的迅速发展，交通运输所需之油品量大幅度增加，中国石油产量与需求矛盾十分突出，中国已成为石油净进口国，2000年进口量曾达7000万to加之中国天然气的价格十分昂贵，因此在廉价煤炭产地,发展坑口气化生产煤制油品，或醇类醚类替代车用和民用的燃料就提到了议事日程上来。一大批煤矿企业，开始按照国际上能源-化工多联产的模式，开始规划新一代煤化工企业的蓝图。与此同时，早期的煤化工装置煤头中小合成氨厂,面临无烟煤价格上涨、运输价格上涨而陷入困境。虽然推广型煤气化技术，可望降低煤价，以解燃眉之急，但面对WT0之后国际上便宜的化肥价格，改造和转产势在必行。总的说来,20世纪末中国的煤化工现状是旧企业急待改造新一代煤化工技术已有良好的基础，新一代煤化工的发展得到了极好的机遇。二、21世纪中国煤化工的展望2.121世纪中国的能源形势中国石油储采比不到15,专家预计可用到2065年。天然气前景较好但处于西部。西气东输也仅能占能源消耗的1.5%，而目前天然气在能源中的比重不到3%。最乐观的估计,2030年能达到10%。再生能源（风能、太阳能、生物质能）乐观估计不到10%。十五规划2005年天然气与水电等共计占17.88%,煤炭只降低3.88%百分比，仍占主要地位。另外，中国人均能源消耗处于很低水平，才1000kg/人（标煤）。美国为11000kg/人，日本、德国、俄罗斯为5000kg/人〜6000kg/人，不同机构预测在2030年〜2050年，中国人均用能将达到2500kg/人〜3000kg/人。这是不以人的主观意志为转移的规律。这样大的能源消费增幅主要要依靠煤炭。21世纪可持续发展的新能源技术是以煤气化为核心的多联产模式要消除现有煤开采、煤发电、煤燃烧所带来的污染，特别是高硫煤的污染,只有靠洁净煤、水煤浆、油煤浆、地下气化、坑口煤气化、硫回收、以洁净煤气进行化工生产和发电、废渣生产建材等多联产的新能源模式才可以实现可持续发展。发电技术，提高能源转化效率。总之，具体采用哪种新的能源模式要在能源、环境、经济(3E)评价中具有良好的效果。21世纪新一代煤化工的发展存在种种困扰1、新一代煤化工发展特点在于综合多产，因为投资大,资金的积累和筹措占重要地位。2、由于新一代煤化工是建立在廉价煤资源的基础之上，因此煤资源大省、产煤省中的大型煤炭集团是主力军。但迫切需要化工的结合，电力的结合，因而走联合、兼并化工企业的道路是一种捷径。3、新一代煤化工企业的形成过程，在中国石油化工尚方兴未艾之际，煤气化技术和C1化工新技术的发展至关重要，其竞争一定十分激烈。新一代煤化工企业的经济效益是和石油/煤和天然气/煤的比价，以及C1技术下游产品的增值大小密切相关。21世纪中国新一代煤化工的发展已经起步1、兖矿集团公司是中国现代煤多联产先头军兖矿集团是中国用现代采煤技术的大型煤矿集团，年利润居国内煤矿的领先地位。在确立走多联产道路的决策之后，毅然兼并了鲁南化肥厂，联合了济宁煤气化公司，并投资新建20万t/a醋酸装置，铝矶土利用和炼铝发电装置，已形成多联产的骨架。2、煤化工技术研究开发有一定的进展水煤浆技术、油煤浆技术已趋于成熟;水煤浆气化技术有创新；合成甲醇催化剂已达到国际水平，最大装置已达到20万t/a;羰基合成丁辛醇、醋酸已国产化，生产能力达10万t/a〜20万t/a;甲醇燃料M5、M15、M100已开始推广,M100燃料汽车已研制成功;FT合成油的气固相技术和气固液三相床技术正在开发;聚甲醛装置已试车成功；乙炔法制1,4-丁二醇技术已建立万吨级装置；加上已掌握的乙炔法氯乙烯和醋酸乙烯技术，这些技术为煤化工的发展提供下游技术。3、一大批煤矿集团正在步入新一代煤化工企业建设的行列除兖矿集团外，一批煤炭大省和煤炭企业正加入多联产的行列。四、结论随着我国社会经济的发展，人民生活水平得到极大的提高，各类家用电器逐渐增多，特别是空调、LED液晶电视等大功率电器进入普通家庭，使住宅设计由原来纯照明向多功能的方向发展。因此，设计者应该结合实际，从多方面考虑小区的用电需求，使小区的供电稳定，顺畅。参考文献：张晓波，杨瑞，李其汉•航空发动机涡轮径向间隙设计方法研究[J].航空发动机,2004(2):14-18.刘建明，陈美英，任先京，章德铭，刘笑笑，杨永琦.合金元素在MCrAlY涂层中的作用[J].热喷涂技术，2010(4)陈元春，金小娟•我国煤化工产业发展状况评述[J].煤炭工程，2009