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煤化工

煤化工是指以煤為原料,經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、乾餾,以及焦油加工和電石乙炔化工等。

簡介

chemical processing of coal

煤化工是指以煤為原料,經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、乾餾,以及焦油加工和電石乙炔化工等。煤化工

以煤為原料,經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體產品或半產品,而後進一步加工成化工、能源產品的過程。

主要包括煤的氣化、液化、乾餾,以及焦油加工和電石乙炔化工等。隨著世界石油資源不斷減少,煤化工有著廣闊的前景。

在煤化工可利用的生產技術中,煉焦是應用最早的工藝,並且至今仍然是化學工業的重要組成部分。

煤的氣化在煤化工中佔有重要地位,用於生產各種氣體燃料,是潔淨的能源,有利於提高人民生活水平和環境保護;煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料、化工原料等多種產品的原料。

煤直接液化,即煤高壓加氫液化,可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時,煤的液化產品將替代天然石油。

發展運用

煤化工開始於18世紀後半葉,19世紀形成了完整的煤化工體系。進入20世紀,許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產,煤化工成為化學工業的重要組成部分。第二次世界大戰以後,石油化工發展迅速,很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料,從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。進入二十一世紀後,隨著全球石油市場的動盪和石油價格的攀升,煤炭作為儲量巨大並且可能替代石油的資源重新受到越來越多的重視。煤中有機質的化學結構,是以芳香族為主的稠環為單元核心,由橋鍵互相連接,並帶有各種官能團的大分子結構,通過熱加工和催化加工,可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。

加工過程

煤中有機質的化學結構,是以芳香族為主的稠環為單元核心,由橋鍵

互相連​​接,並帶有各種功能團的大分子結構(見煤化學),通過熱加工和催化加工,可以使煤轉化為各種燃料和化工產品(見圖)。在煤的各種化學加工過程中,焦化是應用最早且至今仍然是最重要的方法,其主要目的是製取冶金用焦炭,同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴;煤氣化在煤化工中也佔有很重要的地位,用於生產城市煤氣及各種燃料氣(廣泛用於機械、建材等工業),也用於生產合成氣(作為合成氨、合成甲醇等的原料);煤低溫乾餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料,在20世紀上半葉曾得到發展,第二次世界大戰以後,由於其產品在經濟上無法與天然石油相競爭而趨於停頓,當前只有在南非仍有煤的間接液化工廠;煤的其他直接化學加工,則生產褐煤蠟、磺化煤、腐植酸及活性炭等,仍有小規模的應用。

相關裝備

煤化工裝備種類較多,主要分為動、靜兩大類。其中,加氫反應器、氣化爐、還原爐、換熱器、盛運容器等壓力容器和管道、閥門等屬於靜裝備,泵、風機、壓縮機、空分裝備等屬於動裝備。氣化爐是煤化工最為關鍵的裝備,大部分煤化工項目都需要經歷煤炭經氣化爐轉換為合成氣這一環節。空分裝備也是煤化工的關鍵裝備之一,煤氣化及煤液化均需使用大量的高純度氧氣,均具有較高的技術壁壘。

世界發展

世界上生產的煤,主要用作電站和工業鍋爐燃料;用於煤化工的佔一定比例,其中主要是煤的焦化和氣化。 80年代世界焦炭年產量約340Mt,煤焦油年產量約16Mt(從中提煉的萘約1Mt)。煤焦油加工的產品廣泛用於製取塑料、染料、香料、農藥、醫藥、溶劑、防腐劑、膠粘劑、橡膠、碳素製品等。 1981年,世界合成氨總產量95.3Mt,主要來源於石油和天然氣。以煤為原料生產的氨只約佔10%;自煤製合成甲醇的比例也很小,僅佔甲醇總產量約1%。

美國煤化工1984年美國用煤717.7Mt,其中用於煉焦的佔5.5%,達39.5Mt。煉焦副產的苯佔苯總產量的9%,以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中佔8%。 1984年美國建成由褐煤氣化再甲烷化生產高熱值城市煤氣的工廠,日加工褐煤22kt,產氣3.89Mm。同時,又在煤氣化和液化方面,進行了不少新工藝試驗。

聯邦德國煤化工1984年聯邦德國用煤84.8Mt(不包括褐煤),煉焦用煤佔32.6%,為27.6Mt,煤焦油年產量約1.4Mt。全國鋼鐵等企業的焦爐生產的煤焦油集中到五個焦油加工廠進行加工,生產的化學品達500多種。電石乙炔化工方面曾有很大發展,當前在技術上仍有改進。在煤的加壓氣化和直接液化研究方面也有一些新的進展。

日本煤化工1984年日本共用煤106.9Mt,由於其鋼鐵工業很發達,煉鐵等冶金用焦炭需要量很大,因此煉焦用煤佔66%,為70.5Mt。每年的煤焦油產量達2.4Mt,提供了全部萘的工業來源。以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中佔23%。

南非煤化工南非是當前世界上仍擁有煤間接液化工廠的地區,有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液體燃料工廠,年加工煤共約33Mt,生產汽油、柴油、噴氣燃料等油品數百萬噸,副產氣態烴、乙醇、氨、硫等化學品數十萬噸。

中國發展

“十二五”期間,國內經濟結構將繼續延續重化工業發展的態勢,國民經濟對能源消費的需求仍將保持平穩增長。預計國內以煤炭為主的能源消費格局短期難以改變,煤炭消費將基本與國民經濟增長保持同步增長。

發展新型煤化工可以部分代替石化產品,對於保障國家能源安全具有重要的戰略意義。我國石油、天然氣對外依存度日益提高,石油進口比例已經超過50%,國家能源安全問題日益突出。

據《中國煤化工裝備行業深度調研與投資預測分析報告》[1]顯示,隨著國內石油、天然氣供應的日益緊張,國內化工行業出現了向煤化工傾斜的趨勢。國家在內蒙、山西、寧夏、河南等地開展了一系列示範工程項目,支持新型煤化工的發展。其中,內蒙古是中國煤化工產業發展最快的地區之一,部分煤化工技術走在全國前列。

前瞻網煤化工裝備行業研究小組分析認為,伴隨著西北地區煤化工產業投資熱情的高漲,煤化工裝備需求即將爆發,這為行業相關企業創造了巨大的發展機遇,新型煤化工將在“十二五”期間獲得新一輪大發展。

從總量上來看,2006年在建煤化工項目有30項,總投資達800多億元,新增產能為甲醇850萬噸,二甲醚90萬噸,烯烴100萬噸,煤製油124萬噸。而已備案的甲醇項目產能3400萬噸,烯烴300萬噸,煤製油300萬噸。 2006年,國家發改委出​​台了政策並利用各種渠道廣泛徵求意見,以期規範和扶持煤化工產業的發展。 2006年中國自主知識產權的煤化工技術也取得了很大的進展,開始從實驗室走向生產。

2007年是中國煤化工產業穩步推進的一年,在國際油價一度衝擊百元大關、全球對替代化工原料和替代能源的需求越發迫切的背景下,中國的煤化工行業以其領先的產業化進度成為中國能源結構的重要組成部分。煤化工行業的投資機遇仍然受到國際國內投資者的高度關注,煤化工技術的工業放大不斷取得突破、大型煤製油和煤製烯烴裝置的建設進展順利、二甲醚等相關的產品標準相繼出台。


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