煤化工技術(shù)

1．煤炭氣化

煤炭氣化是煤化工中非常重要的一部分。煤炭氣化是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)程，具體是指以煤或煤焦為原料，以氧氣、氫氣、水蒸氣等作為氧化劑在溫度極高的條件下通過(guò)這種化學(xué)反應(yīng)將煤炭或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。煤炭的氣化可以分為五種：外熱式水蒸氣氣化、自然式水蒸氣氣化、煤的水蒸氣氣化、煤的加氫氣化以及氫化結(jié)合制造各種代用天然氣等。此外，煤氣化還有另外一種方式，就是煤的地下氣化。

在我國(guó)，煤氣化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工、建材等工業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)已經(jīng)逐漸開(kāi)始自主研究煤氣化技術(shù)，千煤粉氣流床氣化、多嘴噴水煤漿氣化都是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。這些技術(shù)的工藝指標(biāo)都達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外同類技術(shù)水平，而軟件的費(fèi)用卻不到同類技術(shù)的一半。煤炭氣化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛， 工業(yè)燃?xì)?、民用燃?xì)狻⒁苯?、發(fā)電、煤炭氣化燃料電池等多個(gè)領(lǐng)域都有涉及，而且煤炭的其他各種變化也離不開(kāi)煤炭氣化。國(guó)內(nèi)的煤氣化技術(shù)起步較晚，可以結(jié)合國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)自身煤質(zhì)、煤種的特點(diǎn)，研發(fā)出適合自己的爐型和丁藝。煤氣化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)還需要大量的專業(yè)人才，才能研發(fā)出更多的煤氣化產(chǎn)品。

2．煤炭液化

煤液化分為間接液化和直接液化。間接液化是指先合成氣，再以合成氣為原料合成液體燃料。在我國(guó)，氣流反應(yīng)器、漿態(tài)床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器已逐漸在煤炭的間接液化中投入使用。煤炭的直接液化比間接液化對(duì)原料的要求還要嚴(yán)格，但是直接液化的效率也比較高，能夠生產(chǎn)汽油和芳烴。我國(guó)已經(jīng)逐漸將煤液化的相關(guān)技術(shù)引入，輔助囝內(nèi)煤炭液化的發(fā)展。

從我國(guó)的國(guó)情來(lái)看，石油資源的供給不足已經(jīng)阻礙了我國(guó)能源的發(fā)展，因此，煤炭液化逐漸成為煤炭企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，相對(duì)煤氣化來(lái)說(shuō)，煤炭液化對(duì)煤質(zhì)的要求比較高，需要經(jīng)濟(jì)上的大量投資以及更高的技術(shù)支持，因此，煤炭液化的發(fā)展還需要經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)期。但是煤炭液化也是煤化工技術(shù)中很重要的一部分，這就要求國(guó)家要拓寬融資渠道，培育專業(yè)隊(duì)伍，建立相應(yīng)的煤炭液化工程研究基地，以加快煤炭液化技術(shù)的進(jìn)程。“十一五”規(guī)劃建議中就確立了以煤為基礎(chǔ)，多元化發(fā)展的基本方略，多元化發(fā)展中就涉及到了煤炭的液化，事實(shí)證明，我國(guó)的煤炭工業(yè)將繼續(xù)保持旺盛的發(fā)展趨勢(shì)，在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭液化將會(huì)成為研究的重點(diǎn)。

3．煤炭焦化

煤經(jīng)過(guò)焦化以后的產(chǎn)品主要有焦炭、煤焦油煤氣、和化學(xué)產(chǎn)品等三類。其中，焦炭是最重要的產(chǎn)品，煤焦油是焦化丁業(yè)的重要產(chǎn)品煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的主要成分是氫和甲烷，分離合成后可以代替天然氣作為日常燃料。我國(guó)焦炭產(chǎn)品方面的缺乏使許多國(guó)內(nèi)大型的焦化工業(yè)看到了發(fā)展的前景，目前，我國(guó)的焦炭產(chǎn)量約1．2億t/a，居世界首位，直接消耗的原料煤占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的14% ，可見(jiàn)，焦炭已經(jīng)成為我國(guó)的主要出口產(chǎn)品之一，而且出口量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。此外，低硫、低灰等優(yōu)質(zhì)的焦炭也在國(guó)外市場(chǎng)有很大的發(fā)展空間。目前，國(guó)家已經(jīng)把煤炭丁業(yè)的發(fā)展列入投資項(xiàng)目。煤炭焦化后的附屬產(chǎn)品的價(jià)格也將受到政策的影響，焦化行業(yè)將繼續(xù)調(diào)整和重組，整個(gè)煤炭行業(yè)都將面臨模式的轉(zhuǎn)變。黑龍江、山西等地區(qū)的煤商已經(jīng)開(kāi)始在煤炭焦化方面投入大量資金，強(qiáng)有力的推動(dòng)了焦化工業(yè)的發(fā)展。

此外，煤化工合成產(chǎn)品以及替代燃料逐漸引起重視。比如：將甲醇進(jìn)一步加工產(chǎn)生合成二甲醚等附屬產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)正在研發(fā)，很多衍生品也相繼出現(xiàn)，填補(bǔ)了能原生的空缺。 2100433B

1.煤炭焦化技術(shù)更加環(huán)保和低成本化

作為世界焦煤大國(guó)，我國(guó)的焦炭產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)世界總產(chǎn)量的一半以上。煤炭焦化是一種十分成熟的煤化工技術(shù)，是指煉焦煤在焦?fàn)t中進(jìn)行與空氣隔絕的加熱，產(chǎn)出多種化學(xué)產(chǎn)品的過(guò)程，所產(chǎn)出的化學(xué)品大多為高附加值化工產(chǎn)品。對(duì)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用。近年來(lái)，隨著焦煤產(chǎn)量的逐年增長(zhǎng)，焦煤供應(yīng)緊張情況開(kāi)始出現(xiàn)，所以許多煉焦新工藝應(yīng)運(yùn)而生，如搗固煉焦技術(shù)、煤調(diào)濕技術(shù)、選擇性粉碎等新技術(shù)。使煤炭焦化技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的層次和高度。

2.煤炭直接液化和間接液化技術(shù)的商業(yè)化運(yùn)作

煤炭直接液化指對(duì)煤炭在特定的溫度和壓力下催化氫化獲得液態(tài)產(chǎn)物的技術(shù)。我國(guó)從2O世紀(jì)70年代末開(kāi)始這項(xiàng)技術(shù)的研究，從1980年起，國(guó)家各個(gè)煤礦挑選出各種十分適合直接液化的原料煤，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)工藝的組合運(yùn)用，成功地將煤液化油加工成了質(zhì)量合格的汽油、柴油及航空煤油等產(chǎn)品。在“十五”期間，諸如高活性煤直接液化專用催化劑等得到應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了多次長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。使我國(guó)煤炭直接液化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了突破性進(jìn)展。

煤炭間接液化，首先通過(guò)煤氣化合成氣，并在特定的溫度和壓力下通過(guò)催化劑把合成氣轉(zhuǎn)化為各種液態(tài)產(chǎn)品。自20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始了煤炭間接液化技術(shù)的研究。目前，許多大型的煤炭企業(yè)正在建設(shè)具有較大生產(chǎn)能力的煤炭間接液化商業(yè)化示范工程項(xiàng)目，在進(jìn)行技術(shù)自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)有關(guān)煤炭企業(yè)也在通過(guò)融資、技術(shù)合作等手段，加強(qiáng)與國(guó)外企業(yè)的合作，實(shí)現(xiàn)煤炭間接液化技術(shù)的商業(yè)化。

3.煤炭氣化技術(shù)正在向大型化、環(huán)?；透咝Щ厔?shì)發(fā)展

煤炭氣化技術(shù)是煤炭實(shí)現(xiàn)深度轉(zhuǎn)化和煤化工產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術(shù)。全世界現(xiàn)有商業(yè)化運(yùn)行的大型氣化爐400臺(tái)以上，產(chǎn)氣量排名較高的煤氣化生產(chǎn)企業(yè)，在氣化爐品牌上一般采用魯奇、德士古、殼牌三種，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作的氣化爐型有常壓固定床氣化爐，液態(tài)排渣的德士古加壓氣流床水煤漿氣化爐、液態(tài)排渣的殼牌加壓氣流床干煤粉氣化爐和GSP加壓氣流床干煤粉氣化爐等。

目前處于運(yùn)行當(dāng)中的氣化爐，絕大部分是技術(shù)和環(huán)保措施都相對(duì)落后的氣化爐，所以，國(guó)家和有關(guān)企業(yè)十分重視大型煤氣化技術(shù)的發(fā)展，并通過(guò)多個(gè)科研項(xiàng)目的實(shí)施，在多年努力后，多項(xiàng)由我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的煤氣化新技術(shù)和設(shè)備紛紛投入運(yùn)營(yíng)，今后一段時(shí)間內(nèi)，煤氣化技術(shù)將繼續(xù)向大型化、環(huán)?；透咝Щ较虬l(fā)展。

煤化工新技術(shù)、新工藝的產(chǎn)業(yè)化離不開(kāi)整體考慮和合理設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)基礎(chǔ)來(lái)源于全面的知識(shí)和成功的實(shí)踐。張慶庚、李凡、李好管編著的《煤化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》從化工工藝的角度出發(fā)，系統(tǒng)闡述了煤化工設(shè)計(jì)所涉及的各個(gè)領(lǐng)域和技術(shù)，特別是對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書(shū):煤化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》內(nèi)容涵蓋煤化工的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、煤化工項(xiàng)目與煤質(zhì)的關(guān)系、煤焦化設(shè)計(jì)、煤氣化裝置的設(shè)計(jì)、煤氣凈化技術(shù)、煤制化學(xué)品的設(shè)計(jì)、煤化工過(guò)程的節(jié)能減排等煤化工主要組成部分。

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書(shū):煤化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可供從事化工設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，特別是煤化工項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)人員，以及高?；すに噷I(yè)師生閱讀參考。

中國(guó)是一個(gè)幅員遼闊，資源相對(duì)短缺的國(guó)家。特別是在能源占有方面，各類主要能源人均擁有量均低于世界平均水平。其中煤炭的人均擁有量為世界人均的50%，石油和天然氣則僅為15%。正是由于這一不可改變的稟賦條件，決定了中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)在過(guò)去和將來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)必須以煤炭為主。

作為化工原料，在2004年之前，煤化工產(chǎn)業(yè)一直是以傳統(tǒng)的煤化工產(chǎn)品為主，主要是尿素、甲醇、PVC、焦炭等產(chǎn)品。到了最近幾年，隨著中國(guó)研發(fā)能力和工程化能力的全面提升，無(wú)論煤化工的產(chǎn)品種類，還是生產(chǎn)規(guī)模，都有了本質(zhì)的變化，形成了新型煤化工的雛形。煤直接液化、煤間接液化、煤制烯烴、煤制丙烯、甲醇制汽油等工業(yè)化裝置的投入運(yùn)行，以及指日可待的煤制天然氣工廠的建成，呈現(xiàn)出中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)前所未有的局面。

由以上的產(chǎn)品變化可以看出，煤化工產(chǎn)品正在經(jīng)歷著由傳統(tǒng)的化工產(chǎn)品向補(bǔ)充石油化工產(chǎn)品的方向轉(zhuǎn)變，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

隨著中國(guó)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化步伐的不斷加快，中國(guó)能源短缺的現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重。石油的對(duì)外依存度已經(jīng)超過(guò)了50%，絕對(duì)值也超過(guò)了2億噸/年,天然氣的短缺更為嚴(yán)重，必將會(huì)制約中國(guó)社會(huì)工業(yè)化、城市化的進(jìn)程。

我國(guó)的西北和東北（內(nèi)蒙古東部）地區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量巨大，大多屬于比較年輕的煤種。這些地區(qū)一般地廣人稀，距離能源的最終用戶較遠(yuǎn)，交通運(yùn)輸能力較弱。因此，將煤炭加工成化工產(chǎn)品就成了這些地區(qū)發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)的必然選擇。各煤化工企業(yè)基本上都是選擇了新型煤化工產(chǎn)品。

由此可以看出，目前，煤化工在中國(guó)的主要作用除了繼續(xù)扮演化肥、焦炭、PVC等化工產(chǎn)品的主力軍之外，又承擔(dān)了緩解石油化工產(chǎn)品短缺和天然氣供應(yīng)不足的角色。

任何工業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)設(shè)計(jì),工程設(shè)計(jì)能力體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家工業(yè)體系的整體水平。沒(méi)有高水平的工程設(shè)計(jì)企業(yè)，就無(wú)法理解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展理念，無(wú)法體會(huì)頗具匠心的先進(jìn)技術(shù)的獨(dú)到之處，也就無(wú)法消化吸收先進(jìn)技術(shù)并最終為自己的國(guó)家服務(wù)。

在工業(yè)領(lǐng)域，中國(guó)是后來(lái)者，總是有人說(shuō)“后發(fā)優(yōu)勢(shì)”，而后發(fā)的優(yōu)勢(shì)就是可以直接面對(duì)世界上最先進(jìn)的技術(shù)而無(wú)需像發(fā)達(dá)國(guó)家一樣去耗費(fèi)幾百年的歷程。但是后發(fā)也意味著我們必須在先發(fā)者制定的規(guī)則下運(yùn)行，先發(fā)者可以利用先發(fā)優(yōu)勢(shì)限制我們的發(fā)展。他們不斷地提高產(chǎn)業(yè)門(mén)檻，力圖將我們關(guān)在發(fā)展尖端產(chǎn)業(yè)的門(mén)外。此時(shí)，保證國(guó)家的持續(xù)發(fā)展，便成了工程設(shè)計(jì)行業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。我們可以看到某些先進(jìn)的技術(shù)把持在某些跨國(guó)企業(yè)的手中被作為牟取暴利的工具，而我們卻無(wú)能為力。沒(méi)有過(guò)硬的設(shè)計(jì)能力就不會(huì)有好的產(chǎn)品。

產(chǎn)品的質(zhì)量是產(chǎn)品能否進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵，不能想象不合格的產(chǎn)品能夠在競(jìng)爭(zhēng)中取勝。此時(shí)，設(shè)計(jì)便顯得格外重要。在中國(guó)，建設(shè)國(guó)際型工程公司的倡導(dǎo)始于二十多年前，其目的無(wú)非是通過(guò)提高設(shè)計(jì)水平來(lái)改善工廠的控制和管理。記得我的前輩們說(shuō)過(guò)，“不要把產(chǎn)品的質(zhì)量不高全部歸罪于工廠的管理，我們的設(shè)計(jì)起著舉足輕重的作用”。沒(méi)有考慮周詳?shù)脑O(shè)計(jì)，就不會(huì)有好的產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力不僅僅是質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，還是能耗的競(jìng)爭(zhēng)。高能耗也應(yīng)當(dāng)是技術(shù)落后的體現(xiàn)，有些能耗問(wèn)題恰恰體現(xiàn)的是工程設(shè)計(jì)水平。當(dāng)我們以高成本的產(chǎn)品到市場(chǎng)上去競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，無(wú)論質(zhì)量如何，失敗都是必然的。

有經(jīng)驗(yàn)的工程師都知道，不同化工單元的組合，會(huì)有不同的結(jié)果。利用各種不同的組合去改變工廠的規(guī)模、產(chǎn)品的組合甚至改變產(chǎn)品的品種等都是工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)高水平的工程設(shè)計(jì)的依賴是顯而易見(jiàn)的。如果由于工程設(shè)計(jì)水平的低下造成工廠不能正常開(kāi)工，必然會(huì)給工廠帶來(lái)?yè)p失。企業(yè)的重要功能之一是為投資者帶來(lái)利潤(rùn)，這是低下的設(shè)計(jì)水平所無(wú)法達(dá)到的。

“科學(xué)研究是生產(chǎn)力”這在中國(guó)是大家都認(rèn)可的，但是少有人去深究科研成果是如何變?yōu)樯a(chǎn)力的。實(shí)際上，科研成果的工程化一直是技術(shù)進(jìn)步的十分關(guān)鍵的一步。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代，科研與工程設(shè)計(jì)是完全脫節(jié)的?？蒲胁还苁袌?chǎng)需求，設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的重復(fù)。設(shè)計(jì)與科研的結(jié)合基本上都是政府部門(mén)的“拉郎配”，雙方都沒(méi)有積極配合的欲望。到了今天，從事設(shè)計(jì)的工程公司更清楚市場(chǎng)的需求，會(huì)主動(dòng)尋求與科研機(jī)構(gòu)的合作。這種合作為科研成果走向市場(chǎng)帶來(lái)了機(jī)遇，在科研成果與生產(chǎn)力之間搭起了橋梁。沒(méi)有這個(gè)橋梁，就沒(méi)有今天中國(guó)新技術(shù)層出不窮的大好局面。

工程公司不僅僅是將科研成果轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，還可以通過(guò)自己的不斷創(chuàng)新為市場(chǎng)提供越來(lái)越多的新產(chǎn)品。同時(shí)通過(guò)自己敏銳的市場(chǎng)觀察力，洞察市場(chǎng)需求，開(kāi)創(chuàng)新的工藝、新的技術(shù)。

最典型的事例是中國(guó)新型煤化工產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，在這個(gè)聯(lián)盟中處于領(lǐng)導(dǎo)地位的是中國(guó)化學(xué)工程集團(tuán)公司，而這個(gè)集團(tuán)的核心是中國(guó)的大型工程公司。這些工程公司利用自己在市場(chǎng)前沿的地位，不斷尋求產(chǎn)品和技術(shù)的創(chuàng)新，使當(dāng)今的煤化工產(chǎn)業(yè)能夠不斷地推陳出新。

編寫(xiě)本書(shū)的目的是想使讀者能夠通過(guò)本書(shū)對(duì)煤化工設(shè)計(jì)所涉及的領(lǐng)域和技術(shù)有一個(gè)大概的了解。由于篇幅所限，僅從化工工藝專業(yè)的角度對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，不可能涉及太多的化工單元知識(shí)，也不可能涉及所有專業(yè)。選擇的各章節(jié)內(nèi)容的組合就是一個(gè)煤化工工廠工藝裝置的主要組成部分。由于有些設(shè)計(jì)內(nèi)容受知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，同時(shí)受我們知識(shí)范圍局限，不可能對(duì)所有的煤化工技術(shù)都能詳細(xì)論述。因此，有很多技術(shù)在本書(shū)中只是進(jìn)行文字介紹，沒(méi)有設(shè)計(jì)計(jì)算及其他設(shè)計(jì)過(guò)程的描述，敬請(qǐng)讀者諒解。

本書(shū)主要由張慶庚編寫(xiě)，其中第2章由李凡編寫(xiě)并負(fù)責(zé)全書(shū)統(tǒng)稿;第7章由李好管編寫(xiě);郭光宙、馬英民、李剛參加了部分章節(jié)的編寫(xiě)。李小紅、程柱、左永飛、郝巧鈴、張京、白永輝、王培和孔嬌等參加了文獻(xiàn)資料收集整理、圖表繪制、輔助計(jì)算和文字處理等工作。在本書(shū)付梓之際感謝謝克昌院士、李大尚設(shè)計(jì)大師對(duì)本書(shū)編寫(xiě)工作的指導(dǎo)，感謝所有在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中給予關(guān)心和幫助的同事、朋友，感謝化學(xué)工業(yè)出版社編輯們的辛勤工作。

由于本書(shū)編寫(xiě)在工作之余，時(shí)間倉(cāng)促，加之水平有限，書(shū)中不足和欠妥之處敬請(qǐng)讀者見(jiàn)諒并批評(píng)指正。

編者

2012年1月2100433B