從石油化工到煤化工

1、從石油化工到煤化工工藝途徑和關(guān)鍵技術(shù)摘要：隨著世界范圍內(nèi)石油資源的日益緊缺，石油價格的日益增長，使得人們將重點轉(zhuǎn)向了能源產(chǎn)業(yè)的另一個重點煤炭。與此同時，石油化工到煤化工的轉(zhuǎn)型就成了煤化工發(fā)展當(dāng)中的重點。當(dāng)然這其中就包含了石油化工到煤化工的工藝途徑和關(guān)鍵技術(shù)。本文論述了石油化工到煤化工的轉(zhuǎn)型以及煤化工的發(fā)展前景和重點發(fā)展方向，能夠從全面高效利用能源，實現(xiàn)高碳能源低碳利用以及規(guī)?；l(fā)展現(xiàn)代煤化工的角度來看待石油化工和煤化工在未來能源領(lǐng)域的關(guān)鍵作用。關(guān)鍵詞：石油化工 煤化工 能源化工 IGCC 能源綜合利用1石油化工的工藝途徑概述1.1石油的煉制石油化工的發(fā)展與石油煉制工業(yè)、以煤為基本原料生產(chǎn)化工產(chǎn)

2、品和三大合成材料的發(fā)展有關(guān)，1920年實現(xiàn)由丙烯生產(chǎn)異丙烯，被認(rèn)為是第一個石油化工產(chǎn)品。隨著低碳技術(shù)的進(jìn)步，目前石油化工向著采用新技術(shù)、節(jié)能、優(yōu)化生產(chǎn)操作、綜合利用原料，向下游產(chǎn)品延伸等方向發(fā)展。例如，生產(chǎn)乙烯的原料多樣化，使得烴類裂解裝置具有適應(yīng)多種原料的靈活性；石油化工和煉油的整體結(jié)合更加緊密，以便于利用各種原料；工藝技術(shù)的改進(jìn)和新催化劑的發(fā)展；提高產(chǎn)品收率降低生產(chǎn)過程中的能耗和原料消耗；調(diào)整石油化工的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以石油化工的設(shè)備廠房去更好的適應(yīng)市場的需要和資源環(huán)境的需要，尤其是中國能源國情的需要，轉(zhuǎn)而面向煤化工的生產(chǎn)和發(fā)展，這是一個非常重要的轉(zhuǎn)變方式。石油化工原料來自石油煉制過程產(chǎn)生的各種石

3、油餾分和煉廠氣以及石油田氣、天然氣等。石油餾分（主要為輕質(zhì)油）通過烴類裂解，裂解氣可以制取乙烯、丙烯、丁二烯等烯烴以及苯、甲苯、二甲苯等芳烴，芳烴亦可以來自石油輕餾分的催化重整。生產(chǎn)燃料用油的石油煉制流程中有三個裝置，即蒸餾、裂化、焦化的裝置。常減壓蒸餾裝置使原油分出汽油、煤油、柴油后，以減壓蒸餾所得餾出油作為催化裂化的原料油。減壓蒸餾塔底得到的渣油作為延遲焦化的原料油。這樣使輕、重餾份油均有適當(dāng)?shù)某雎?，而且可以較多地獲得輕餾份油（汽油、煤油、柴油）流程較為簡單。1.2煉油組分的溶劑萃取溶劑萃取利用油料中不同組份在溶劑中的不同溶解度，對油料進(jìn)行萃取。即通過溶劑，將油料中的有害部分或無效部分進(jìn)行

4、分離。脫瀝青和脫蠟都屬于溶劑萃取范圍。此過程可用于制造潤滑油，也可以用于改善燃料油質(zhì)量，同時獲得重芳香烴組份的化工原料。生產(chǎn)流程一般是在萃取塔又塔頂部和塔底分別進(jìn)入溶劑和原料油，在塔內(nèi)充分接觸進(jìn)行萃取，由塔頂出萃余液。煉油組分的萃取分離可以用于餾分的提純加工，同樣，用此方法也可以用于煤化工當(dāng)中的合成化學(xué)品的生產(chǎn)以及煤氣凈化等工藝過程。當(dāng)然其中的萃取工藝多種多樣，比如說非常先前的超臨界CO2流體萃取技術(shù)等都可以用于石油化工和煤化工。1.3石油的化工利用途徑石油本身不可用于化工原料，但經(jīng)過一定手段之后，在煉油過程中可以產(chǎn)生大量的產(chǎn)品用于有機(jī)化工的原料。如裂化所得的裂化柴油，經(jīng)萃取可得到較好質(zhì)量的產(chǎn)

5、品，萃取出來的物質(zhì)中含有較多萘，是有機(jī)化工的重要原料。潤滑油生產(chǎn)過程中可以得到含油蠟，經(jīng)處理后可得到脂肪酸。直餾柴油中含有環(huán)烷酸。同樣的道理，煤化工所生產(chǎn)的產(chǎn)品同樣可以用于與石油化工原料產(chǎn)品類似的工業(yè)用途，就相當(dāng)于可以理解成是殊途同歸。尤其是煤化工，它在石油化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展精細(xì)化工（尤其是精細(xì)有機(jī)合成）方面，開發(fā)具有特殊性能、技術(shù)密集型新產(chǎn)品和新材料方面煤化工相比于石油化工具有更大的優(yōu)越性。所以說煤化工和石油化工看似是兩個完全不同的資源條件之下的不同化工產(chǎn)業(yè)，但其實兩者的工藝途徑和關(guān)鍵技術(shù)是有相通之處的。大致石油的化工利用途徑可以用下圖表示：2.煤化工工藝途徑2.1我國煤炭資源及煤化工背

6、景概況中國化石能源結(jié)構(gòu)為富煤貧油少氣，煤炭儲量僅次于美國而居世界第二位。1996年中國煤炭探明可采儲量居世界第二位，煤炭行業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。我國煤炭資源總量為5.6萬億噸，其中已探明儲量為1萬億噸，占世界總儲量的11%。目前煤炭消費占我國一次能源消費的近70%，2007年原煤產(chǎn)量約25.23億噸，因此在相當(dāng)長的時間內(nèi)我國以煤炭為主要能源的局面不會有太大的改變。中國是世界第一產(chǎn)煤大國，也是煤炭消費的大國。在過去三十多年的時間里，伴隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國能源需求快速增長，對能源供給與環(huán)境生態(tài)提出了巨大挑戰(zhàn)。面對我國石油資源短缺、國際國內(nèi)油價上升及由此引發(fā)的安全問題，采用先進(jìn)的煤

7、轉(zhuǎn)化技術(shù)，建設(shè)環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)效益顯著、主導(dǎo)產(chǎn)品為可替代石油的液體燃料和石油化工品的新型煤化工產(chǎn)業(yè)，是解決或緩解我國能源緊張的一條重要途徑。同時，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)對產(chǎn)煤地區(qū)和投資企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高企業(yè)核心競爭力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。為此，在國家政策的鼓勵和政府引導(dǎo)及企業(yè)的積極參與下，煤化工產(chǎn)業(yè)在我國呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。2.2煤化工的實質(zhì)及其意義煤化學(xué)工業(yè)是以煤為原料經(jīng)化學(xué)品加工實現(xiàn)煤炭能源綜合利用的工業(yè)。煤化工既是經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)換為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后進(jìn)一步加工成化工、能源產(chǎn)品的工業(yè)。包括焦化、電石化學(xué)、煤氣化等。主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加

8、工和電石乙炔化工等。在煤化工可利用的生產(chǎn)技術(shù)中，煉焦是應(yīng)用最早的工藝，并且至今仍然是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。煤的氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產(chǎn)各種氣體燃料，是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù)；煤氣化生產(chǎn)的合成氣是合成液體燃料等多種產(chǎn)品的原料。煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產(chǎn)人造石油和化學(xué)產(chǎn)品。在石油短缺時，煤的液化產(chǎn)品將替代目前的天然石油。未來煤化工將在哪些領(lǐng)域，以什么速度發(fā)展，將取決于煤化工本身技術(shù)的進(jìn)展以及石油供求狀況和價格的變化。從近期來看，鋼鐵等冶金工業(yè)所用的焦炭仍將依賴于煤的焦化，而煉焦化學(xué)品如萘、蒽等多環(huán)化合物仍是石油化工所較難替代的有機(jī)化工原料；煤的氣化隨

9、著氣化新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，仍將是煤化工的一個主要方面；將煤氣化制成合成氣，然后通過碳一化學(xué)合成一系列有機(jī)化工產(chǎn)品的開發(fā)研究，是近年來進(jìn)展較快，且引起關(guān)注的領(lǐng)域；從煤制取液體燃料，無論是采用低溫干餾、直接液化或間接液化，都不得不取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的評價。所以說規(guī)?；心康男缘匕l(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)其意義就在于能夠很好地利用有限的煤炭資源解決跟多的能源危機(jī)。提高能源的利用效率，尤其是減少一次能源的直接利用效率低，污染大的問題。從而實現(xiàn)環(huán)境友好型社會和綠色GDP增長以及可持續(xù)的能源發(fā)展戰(zhàn)略，是我國在國際石油日趨緊張的時候能夠抓住有利的時機(jī)保證我國的能源儲備和能源安全。煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)將在中國能源的可持續(xù)利用中扮演

10、重要的角色，是今后20年的重要發(fā)展方向，這對于中國減輕燃煤造成的環(huán)境污染、降低中國對進(jìn)口石油的依賴均有著重大意義?？梢哉f，煤化工行業(yè)在中國面臨著新的市場需求和發(fā)展機(jī)遇。2.3煤炭能源化工的大致途徑新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。其中就主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。煤中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種

11、燃料和化工產(chǎn)品。煤化工主要的工藝流程如下圖所示：2.4煤化工關(guān)鍵技術(shù)2.4.1干餾干餾主要又分為高溫干餾和低溫干餾，高溫干餾的主要工業(yè)目的就是制取冶金焦，而低溫干餾的主要目的是制取半焦、煤焦油和焦?fàn)t煤氣?？偟恼f來大致的工藝途徑都差不多，只是因為目的不同而所采用的干餾溫度有所差異。2.4.2氣化煤炭氣化是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化的龍頭和關(guān)鍵技術(shù)，其投資占煤化工項目的50%60%，因此煤炭氣化技術(shù)的選擇和穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)運行對項目的成敗至關(guān)重要。煤炭氣化技術(shù)已有上百年的歷史，開發(fā)了包括流化床、固定床、氣流床、熔浴床和地下氣化等典型氣化工藝100余種，其中十余種達(dá)到工業(yè)化程度。而最近十多年，以氣流床氣化為代表的

12、大型煤炭氣化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在我國煤化工工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。2.4.3液化煤炭液化可以分為直接液化和間接液化，這得根據(jù)液化的具體工藝來分。煤炭直接液化和間接液化的產(chǎn)品從某種程度上說可以成為石油的替代品。實施“以煤代油”和“以煤造油”是優(yōu)化終端能源，實現(xiàn)石油供應(yīng)多元化和保證能源安全的重大決策，符合我國國情和可持續(xù)發(fā)展的需要。2.4.4 IGCC技術(shù)IGCC技術(shù)指的是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。是能源綜合利用一種比較好的方式。也是基于煤氣化的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)。為了減少排放，清潔使用煤炭資源，最好的辦法是把發(fā)電和化工結(jié)合起來，發(fā)展以氣化為基礎(chǔ)的IGCC與多聯(lián)產(chǎn)，對煤加以綜合利用。目前，煤炭的

13、排放量在各種能源中是最大的，一噸煤燃燒時平均排放二氧化碳2.7噸，一噸油是2.5噸，天然氣是最少的?！霸诿喝紵郧埃衙航褂?、揮發(fā)酚取出來，然后再氣化，氣化以后發(fā)電。將發(fā)電和煤化工結(jié)合起來，經(jīng)濟(jì)性很好，能夠增值，產(chǎn)值也高，同時降低發(fā)電的成本，提高效率，這方面的技術(shù)已經(jīng)很多了。這就是煤的現(xiàn)代化利用和氣化為主的IGCC與多聯(lián)產(chǎn)結(jié)合方式?！盜GCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)）是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電部分。倪維斗認(rèn)為這是煤炭高效綜合利用的最好方法。此前，據(jù)美國相關(guān)專家表示，如果2020年IGCC配備了燃燒氫氣的發(fā)

14、動機(jī)，將提供更低的碳足跡。朝著IGCC技術(shù)發(fā)展方向努力35年以后，這項技術(shù)將令人可喜地達(dá)到大規(guī)模部署的成就。3.石油化工到煤化工轉(zhuǎn)變的最關(guān)鍵及技術(shù)煤的氣化技術(shù)是石油化工到煤化工的最關(guān)鍵技術(shù)。氣化過程是煤炭的一個熱化學(xué)加工過程。它是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過程。氣化時所得的可燃?xì)怏w成為煤氣，對于做化工原料用的煤氣一般稱為合成氣（合成氣除了以煤炭為原料外，還可以采用天然氣、重質(zhì)石油組分等為原料），進(jìn)行氣化的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐或氣化爐。煤炭氣化包含一系列物理、化學(xué)變化。一般包括熱解和氣化和燃燒四個階段。干燥屬于物理變化，隨著溫度的升高，煤中的水分受熱蒸發(fā)。其他屬于化學(xué)變化，燃燒也可以認(rèn)為是氣化的一部分。煤在氣化爐中干燥以后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，煤分子發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成大量揮發(fā)性物質(zhì)（包括干餾煤氣、焦油和熱解水等），同時煤粘結(jié)成半焦。煤熱解后形成的半焦在更高的溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以一氧化碳、