煤化工技術現(xiàn)狀

1.煤炭焦化技術更加環(huán)保和低成本化

作為世界焦煤大國，我國的焦炭產(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，是指煉焦煤在焦爐中進行與空氣隔絕的加熱，產(chǎn)出多種化學產(chǎn)品的過程，所產(chǎn)出的化學品大多為高附加值化工產(chǎn)品。對其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用。近年來，隨著焦煤產(chǎn)量的逐年增長，焦煤供應緊張情況開始出現(xiàn)，所以許多煉焦新工藝應運而生，如搗固煉焦技術、煤調(diào)濕技術、選擇性粉碎等新技術。使煤炭焦化技術達到了一個新的層次和高度。

2.煤炭直接液化和間接液化技術的商業(yè)化運作

煤炭直接液化指對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。我國從2O世紀70年代末開始這項技術的研究，從1980年起，國家各個煤礦挑選出各種十分適合直接液化的原料煤，經(jīng)過各項工藝的組合運用，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用。實現(xiàn)了多次長周期連續(xù)穩(wěn)定運行。使我國煤炭直接液化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了突破性進展。

煤炭間接液化，首先通過煤氣化合成氣，并在特定的溫度和壓力下通過催化劑把合成氣轉(zhuǎn)化為各種液態(tài)產(chǎn)品。自20世紀50年代，我國開始了煤炭間接液化技術的研究。目前，許多大型的煤炭企業(yè)正在建設具有較大生產(chǎn)能力的煤炭間接液化商業(yè)化示范工程項目，在進行技術自主創(chuàng)新開發(fā)的過程中，國內(nèi)有關煤炭企業(yè)也在通過融資、技術合作等手段，加強與國外企業(yè)的合作，實現(xiàn)煤炭間接液化技術的商業(yè)化。

3.煤炭氣化技術正在向大型化、環(huán)?；透咝Щ厔莅l(fā)展

煤炭氣化技術是煤炭實現(xiàn)深度轉(zhuǎn)化和煤化工產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術。全世界現(xiàn)有商業(yè)化運行的大型氣化爐400臺以上，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)實現(xiàn)商業(yè)化運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。

目前處于運行當中的氣化爐，絕大部分是技術和環(huán)保措施都相對落后的氣化爐，所以，國家和有關企業(yè)十分重視大型煤氣化技術的發(fā)展，并通過多個科研項目的實施，在多年努力后，多項由我國自主產(chǎn)權的煤氣化新技術和設備紛紛投入運營，今后一段時間內(nèi)，煤氣化技術將繼續(xù)向大型化、環(huán)?；透咝Щ较虬l(fā)展。

1．煤炭氣化

煤炭氣化是煤化工中非常重要的一部分。煤炭氣化是一個熱化學過程，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這種化學反應將煤炭或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。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，煤氣化技術被廣泛應用于冶金、機械、化工、建材等工業(yè)生產(chǎn)。我國已經(jīng)逐漸開始自主研究煤氣化技術，千煤粉氣流床氣化、多嘴噴水煤漿氣化都是我國擁有自主知識產(chǎn)權的煤氣化技術。這些技術的工藝指標都達到甚至超過國外同類技術水平，而軟件的費用卻不到同類技術的一半。煤炭氣化技術的應用領域十分廣泛， 工業(yè)燃氣、民用燃氣、冶金、發(fā)電、煤炭氣化燃料電池等多個領域都有涉及，而且煤炭的其他各種變化也離不開煤炭氣化。國內(nèi)的煤氣化技術起步較晚，可以結(jié)合國外引進的先進技術，根據(jù)自身煤質(zhì)、煤種的特點，研發(fā)出適合自己的爐型和丁藝。煤氣化技術的研究開發(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，氣流反應器、漿態(tài)床反應器、固定床反應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原料的要求還要嚴格，但是直接液化的效率也比較高，能夠生產(chǎn)汽油和芳烴。我國已經(jīng)逐漸將煤液化的相關技術引入，輔助囝內(nèi)煤炭液化的發(fā)展。

從我國的國情來看，石油資源的供給不足已經(jīng)阻礙了我國能源的發(fā)展，因此，煤炭液化逐漸成為煤炭企業(yè)關注的焦點，相對煤氣化來說，煤炭液化對煤質(zhì)的要求比較高，需要經(jīng)濟上的大量投資以及更高的技術支持，因此，煤炭液化的發(fā)展還需要經(jīng)過一段較長的時期。但是煤炭液化也是煤化工技術中很重要的一部分，這就要求國家要拓寬融資渠道，培育專業(yè)隊伍，建立相應的煤炭液化工程研究基地，以加快煤炭液化技術的進程?！笆晃濉币?guī)劃建議中就確立了以煤為基礎，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，事實證明，我國的煤炭工業(yè)將繼續(xù)保持旺盛的發(fā)展趨勢，在今后較長一段時間內(nèi)，煤炭液化將會成為研究的重點。

3．煤炭焦化

煤經(jīng)過焦化以后的產(chǎn)品主要有焦炭、煤焦油煤氣、和化學產(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。我國焦炭產(chǎn)品方面的缺乏使許多國內(nèi)大型的焦化工業(yè)看到了發(fā)展的前景，目前，我國的焦炭產(chǎn)量約1．2億t/a，居世界首位，直接消耗的原料煤占全國煤炭消費總量的14% ，可見，焦炭已經(jīng)成為我國的主要出口產(chǎn)品之一，而且出口量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。此外，低硫、低灰等優(yōu)質(zhì)的焦炭也在國外市場有很大的發(fā)展空間。目前，國家已經(jīng)把煤炭丁業(yè)的發(fā)展列入投資項目。煤炭焦化后的附屬產(chǎn)品的價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)開始在煤炭焦化方面投入大量資金，強有力的推動了焦化工業(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：將甲醇進一步加工產(chǎn)生合成二甲醚等附屬產(chǎn)品，這項技術正在研發(fā)，很多衍生品也相繼出現(xiàn)，填補了能原生的空缺。 2100433B

煤化工新技術、新工藝的產(chǎn)業(yè)化離不開整體考慮和合理設計，而設計基礎來源于全面的知識和成功的實踐。張慶庚、李凡、李好管編著的《煤化工設計基礎》從化工工藝的角度出發(fā)，系統(tǒng)闡述了煤化工設計所涉及的各個領域和技術，特別是對設計要點進行了介紹。

《現(xiàn)代煤化工技術叢書:煤化工設計基礎》內(nèi)容涵蓋煤化工的項目設計、煤化工項目與煤質(zhì)的關系、煤焦化設計、煤氣化裝置的設計、煤氣凈化技術、煤制化學品的設計、煤化工過程的節(jié)能減排等煤化工主要組成部分。

《現(xiàn)代煤化工技術叢書:煤化工設計基礎》可供從事化工設計的工程技術人員，特別是煤化工項目工程設計人員，以及高?；すに噷I(yè)師生閱讀參考。

中國是一個幅員遼闊，資源相對短缺的國家。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，決定了中國的能源結(jié)構(gòu)在過去和將來的一段時間內(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，隨著中國研發(fā)能力和工程化能力的全面提升，無論煤化工的產(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)化裝置的投入運行，以及指日可待的煤制天然氣工廠的建成，呈現(xiàn)出中國煤化工產(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)品向補充石油化工產(chǎn)品的方向轉(zhuǎn)變，在國民經(jīng)濟中的作用也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

隨著中國實現(xiàn)現(xiàn)代化步伐的不斷加快，中國能源短缺的現(xiàn)象也越來越嚴重。石油的對外依存度已經(jīng)超過了50%，絕對值也超過了2億噸/年,天然氣的短缺更為嚴重，必將會制約中國社會工業(yè)化、城市化的進程。

我國的西北和東北（內(nèi)蒙古東部）地區(qū)煤炭儲量巨大，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，交通運輸能力較弱。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，又承擔了緩解石油化工產(chǎn)品短缺和天然氣供應不足的角色。

任何工業(yè)的發(fā)展都離不開設計,工程設計能力體現(xiàn)了一個國家工業(yè)體系的整體水平。沒有高水平的工程設計企業(yè)，就無法理解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展理念，無法體會頗具匠心的先進技術的獨到之處，也就無法消化吸收先進技術并最終為自己的國家服務。

在工業(yè)領域，中國是后來者，總是有人說“后發(fā)優(yōu)勢”，而后發(fā)的優(yōu)勢就是可以直接面對世界上最先進的技術而無需像發(fā)達國家一樣去耗費幾百年的歷程。但是后發(fā)也意味著我們必須在先發(fā)者制定的規(guī)則下運行，先發(fā)者可以利用先發(fā)優(yōu)勢限制我們的發(fā)展。他們不斷地提高產(chǎn)業(yè)門檻，力圖將我們關在發(fā)展尖端產(chǎn)業(yè)的門外。此時，保證國家的持續(xù)發(fā)展，便成了工程設計行業(yè)的一項重要任務。我們可以看到某些先進的技術把持在某些跨國企業(yè)的手中被作為牟取暴利的工具，而我們卻無能為力。沒有過硬的設計能力就不會有好的產(chǎn)品。

產(chǎn)品的質(zhì)量是產(chǎn)品能否進入市場的關鍵，不能想象不合格的產(chǎn)品能夠在競爭中取勝。此時，設計便顯得格外重要。在中國，建設國際型工程公司的倡導始于二十多年前，其目的無非是通過提高設計水平來改善工廠的控制和管理。記得我的前輩們說過，“不要把產(chǎn)品的質(zhì)量不高全部歸罪于工廠的管理，我們的設計起著舉足輕重的作用”。沒有考慮周詳?shù)脑O計，就不會有好的產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)品的競爭力不僅僅是質(zhì)量的競爭，還是能耗的競爭。高能耗也應當是技術落后的體現(xiàn)，有些能耗問題恰恰體現(xiàn)的是工程設計水平。當我們以高成本的產(chǎn)品到市場上去競爭時，無論質(zhì)量如何，失敗都是必然的。

有經(jīng)驗的工程師都知道，不同化工單元的組合，會有不同的結(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計的主要內(nèi)容。

煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對高水平的工程設計的依賴是顯而易見的。如果由于工程設計水平的低下造成工廠不能正常開工，必然會給工廠帶來損失。企業(yè)的重要功能之一是為投資者帶來利潤，這是低下的設計水平所無法達到的。

“科學研究是生產(chǎn)力”這在中國是大家都認可的，但是少有人去深究科研成果是如何變?yōu)樯a(chǎn)力的。實際上，科研成果的工程化一直是技術進步的十分關鍵的一步。在計劃經(jīng)濟年代，科研與工程設計是完全脫節(jié)的?？蒲胁还苁袌鲂枨?，設計只是簡單的重復。設計與科研的結(jié)合基本上都是政府部門的“拉郎配”，雙方都沒有積極配合的欲望。到了今天，從事設計的工程公司更清楚市場的需求，會主動尋求與科研機構(gòu)的合作。這種合作為科研成果走向市場帶來了機遇，在科研成果與生產(chǎn)力之間搭起了橋梁。沒有這個橋梁，就沒有今天中國新技術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，還可以通過自己的不斷創(chuàng)新為市場提供越來越多的新產(chǎn)品。同時通過自己敏銳的市場觀察力，洞察市場需求，開創(chuàng)新的工藝、新的技術。

最典型的事例是中國新型煤化工產(chǎn)學研聯(lián)盟，在這個聯(lián)盟中處于領導地位的是中國化學工程集團公司，而這個集團的核心是中國的大型工程公司。這些工程公司利用自己在市場前沿的地位，不斷尋求產(chǎn)品和技術的創(chuàng)新，使當今的煤化工產(chǎn)業(yè)能夠不斷地推陳出新。

編寫本書的目的是想使讀者能夠通過本書對煤化工設計所涉及的領域和技術有一個大概的了解。由于篇幅所限，僅從化工工藝專業(yè)的角度對設計要點和內(nèi)容進行簡要介紹，不可能涉及太多的化工單元知識，也不可能涉及所有專業(yè)。選擇的各章節(jié)內(nèi)容的組合就是一個煤化工工廠工藝裝置的主要組成部分。由于有些設計內(nèi)容受知識產(chǎn)權保護，同時受我們知識范圍局限，不可能對所有的煤化工技術都能詳細論述。因此，有很多技術在本書中只是進行文字介紹，沒有設計計算及其他設計過程的描述，敬請讀者諒解。

本書主要由張慶庚編寫，其中第2章由李凡編寫并負責全書統(tǒng)稿;第7章由李好管編寫;郭光宙、馬英民、李剛參加了部分章節(jié)的編寫。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資料收集整理、圖表繪制、輔助計算和文字處理等工作。在本書付梓之際感謝謝克昌院士、李大尚設計大師對本書編寫工作的指導，感謝所有在本書編寫過程中給予關心和幫助的同事、朋友，感謝化學工業(yè)出版社編輯們的辛勤工作。

由于本書編寫在工作之余，時間倉促，加之水平有限，書中不足和欠妥之處敬請讀者見諒并批評指正。

編者

2012年1月2100433B