浅议煤洁净转化的应用与前景

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摘要：我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，石油和天然气资源相对不足，使煤的洁净转化成为煤炭综合利用的一个新的课题。在煤转化过程中对环境无污染并且转化的产物是洁净的称之为“煤的洁净转化”。 新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，是今后几十年甚至上百年的主要发展趋势，对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖有着重大意义。

关键词： 能源 煤化工洁净转化清洁能源前景与应用

1、引言

煤不仅是一种不可再生的能源资源，同时还是一种宝贵的碳氢资源和化工原料，由于煤的结构组成的殊死性，使其成了某些化工原料和化学品的唯一来源。人们常说煤是”乌金”，不仅是因为是宝贵的矿物质资源，还与煤在国民经济中的重要地位有关。我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源国家之一，煤炭是我国国民以济发展中一项支柱性能源，从全球范围来看，因煤炭储量远大于石油和天然气，我国也是缺油少气的国家之一。随着经济的进一步发展，我国的能源和资源面临着前所未有的挑战，煤炭在我国的能源结构中占70%以上，我国石油和天然气资源相对不足，这个缺口一部分就要由煤来补充。尽管在未来一段时间内天然气资源的勘探和开发将会有较大的增长，但煤炭占国家能源主导地位的现状在短期内不会改变。21世纪，全球低碳经济号角的吹响，清洁能源将是今后能源发展的主要方向，煤的洁净转化成为煤炭综合利用的一个新的课题，新型煤化工是煤洁净转化的重要基础。

2、煤化工产业

21世纪，世界的能源结构会发生重大的变化。从所周知，目前环境恶化的一个重要因素就是煤炭消耗，煤炭在直接燃烧过程中存在着效率低、污染严重的问题，随着洁净能源的提出，世界上不少国家在煤的综合利用方面进行了攻关，在煤的洁净转化方面取得了实质性的突破。

煤化工产业开始于18世纪后半叶，到了19世纪己经形成了完整的煤化工体系。第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油、天然气为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。进入20世纪，一些国家以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。进入21世纪，受国际油价不断上涨、大气污染等现实问题的制约，开发新型能源是当前世界各个国家的战略任务，在太阳能、风能、水能、核能等方面均取得了一批批较为成熟的成果，但煤炭在全球经济发展中的重要地位依然不会改变，尤其是在缺少石油资源、天然气资源的中国，煤将还是占能源消耗的主导地位，开发先进的煤转化技术工作迫在眉睫。

3、新型煤化工

新型煤化工通常指煤制油、甲醇、二甲醚、烯烃四种。目前国内传统煤化工已有很长的历史，新型煤化工才刚刚起步。 2004年以来，传统煤化工开始过剩，2010年电石和焦炭产能己高于市场需求， 产能过剩将会引发企业间的恶性竞争，导致产品的价格下降，经营风险显著上升，因此，国家已经将传统煤化工列为限制发展的范围。正当所有的舆论都对传统煤化工喊停的时候，峰回路转，新型煤化工开始进军。随着国际国内投资者纷纷进入，新型煤化工开始从实验室走向生产。一些传统煤化工较成熟、规模大的企业逐渐向新型产业发展，积极走出去，充分利用已经具备的技术、人才、管理优势，开发新型煤化工项目。目前全国在建的新型煤化工项目有30多项，总投资达800多亿元，新增产能为甲醇850万吨，二甲醚90万吨，烯烃100万吨，煤制油124万吨。而已备案的甲醇项目产能3400万吨，烯烃300万吨，煤制油300万吨。 从市场上看，石油资源短缺，油价一直高位运转，以煤化工产品替代石油是一种趋势。从战略上看，石油是战略资源，1/3靠进口，而且存在有钱买不到的情况，储备石油很重要。从成本上看，4吨煤一吨油，有明显的成本优势。“缺油、少气、富煤”是我国的基本国情，发展新开型煤化工是必然选择。

4、煤洁净转化的应用

煤的转化是指煤经过加热或者化学加工变成新的物质以及燃烧生热等工艺过程的总称。煤除去燃烧，通常说的煤转化一般指煤化学工程或煤基－碳化学。煤化学工程主要包括煤的热解、煤的气化和煤气净化、煤的液化以及煤的其它化学加工等。煤化工产品主要有三种：洁净的高热值燃料、化学品和炭素材料。煤基－碳化学工程可以用煤为原料生产塑料、合成纤维、碳纤维、医药、染料、香料等人们现实生活中不可缺少的物质和用品。在煤转化过程中对环境无污染并且转化的产物是洁净的称之为“煤的洁净转化”，根据需要，将煤定向转化为各目标产品称之为“煤的定向转化”。

4.1煤的气化

煤气化可产生洁净能源。煤气化工艺过程主要包括煤炭气化和煤气净化两部分。粗煤气经净化脱除了粉尘和硫氧化物等，可以根据需要生产工业或民用燃料气。煤气化的重要产品是氢，氢是重要的化工原料，目前氢气主要是由煤、天然气（CH4）以及石油为原料和水蒸气在高温下气化、重整或烃类部分氧化转化生成。在转化过程中，化石能源中的碳首先变为一氧化碳，为了得到更多氢，再经过水汽变换反应CO+H2O＝H2+CO2，把CO进一步转变为 CO2。氢也可由电解水得到，但这是一种昂贵的方法，一般在特殊的情况下（如氯碱工业）或是特殊需要的氢（如火箭燃料），用煤制氢是工业用氢的主要来源。

4.2 煤的液化

煤的液化技术是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。煤炭液化技术中又可分煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。煤的直接液化技术是将固体煤先磨成粉，再和自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（4500C）和高压（20－30MPa）下直接加氢反应，将其降解和加氢从而转化为液体油类，又称加氢液化。一般情况下，1吨无水煤灰能转化成500－600千克以上的液化油，加上制氢用煤，约3－4吨的原煤可产生1吨成品油，煤直接液化可生产洁净优质的汽油、柴油和航空糊料。煤的间接液化工艺就是先把煤全部气化合成气（氢气和一氧化碳），然后再在催化剂下合成汽油，适用于煤种比直接液化广泛，可在现有化肥厂己有气化炉的基础上实现合成汽油，反应压力为3 MPa，低于直接液化，反应温度为5500C，高于直接液化，油收率低于直接液化，约5－7吨煤出1吨成品油，成本比直接液化高。

4.3煤化工替代燃料

煤化工替代燃料产品可分为三类：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（煤制油）、气体燃料（甲烷气/合成气/氢气）。其中含氧燃料技术成熟，是近期应予推广应用的重点，合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容，但其技术尚待完善，将在2020年发挥重要作用。气体燃料车优点很多，我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等方面逐一突破。煤制甲醇、二甲醚已经投产，产量也位于世界前列。甲醇盲目发展的势头逐渐显现，继续发展下去，甲醇供应就将明显过剩，另外，甲醇在替代交通领域原料上，存在热值低、机械腐蚀性等难以克服的问题。 与甲醇的担忧不用，同是替代交通领域的材料，二甲醚却更为专家所认可，二甲醚是民用市场上最为成熟的替代燃料。发改委出台的关于煤化工产业管理意见上，也明确将二甲醚定性为具备前景的能源替代品，是适合中国能源结构的燃料。 煤制油和烯烃尚处在工业化试验和示范阶段，由于国际石油价格高位运行以及石油的稀缺性，煤制油等能源替代性的煤化工有巨大利润空间。

5、新型煤化工的前景

新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭――能源化工一体化的新兴产业。在国际油价居高不下、全球对替代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下，中国的煤化工行业以其领先的产业化进度成为中国能源结构的重要组成部分。煤化工行业的投资机遇仍然受到国际国内投资者的高度关注，煤化工技术的工业放大不断取得突破，大型煤制油和煤制烯烃装置的建设进展顺利。“十二五”期间煤化工产业重点发展地区是煤炭的调出区和自给区，在“十二五”期间重点是做好煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等示范工程，科学评估技术路径、经济性、环境影响、风险与制约条件等也同步进行，可以说，新型煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。

6、结束语

纵观近百年化学工业的发展历史，其间每次原料结构的变化总伴随着化学工业的巨大变革。世界化石燃料探明的可采储量中煤占大半，从资源角度看，煤将是潜在的化工主要原料。从近期来看，煤的气化随着气化新技术的开发应用，仍将是煤化工的一个主要方面。将煤气化制成合成气，然后通过碳一化学合成一系列有机化工产品的开发研究，是近年来进展较快且引起关注的领域。从煤制取液体燃料，无论是采用低温干馏、直接液化或间接液化，不但取决于技术经济的评价，而且是今后的发展方向，需要做大量的工作，新型煤化工将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后几十年甚至上百年的发展趋势，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。