21世紀(jì)的煤化工

21世紀(jì)中國煤化工展望摘要煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。是一種固體可燃有機(jī)巖,主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用,埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成，俗稱煤炭。煤炭被人們譽(yù)為黑色的金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀(jì)以來人類世界使用的主要能源之一。本次論文主要對(duì)煤化工反應(yīng)單元做相應(yīng)的簡介，并對(duì)煤化工做一定的市場分析，對(duì)21世紀(jì)的煤化工做相應(yīng)的精神展望。關(guān)鍵詞能源；煤化工；展望一、21世紀(jì)世界能源形勢和煤炭利用的若干模式21世紀(jì)能源形勢當(dāng)前世界能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主，其中石油占30%?32%，天然氣17%?19%，煤27%?28%，其余為原子能、水能、風(fēng)能等。根據(jù)化石能源的蘊(yùn)藏量以及開采情況，許多專家預(yù)計(jì)21世紀(jì)中葉，石油在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中將逐步減少，天然氣的比重將大幅上升，煤炭比重基本持平?？偟哪茉葱蝿輰氖蜑橹髦鸩睫D(zhuǎn)化為以天然氣為主，進(jìn)而發(fā)展為煤炭為主。這是21世紀(jì)世界能源消費(fèi)的基本格局。在當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)一體化的時(shí)代，應(yīng)該充分估計(jì)到這種趨勢對(duì)中國的影響。中國是一個(gè)大國,但油、氣資源并不豐富，而煤炭資源較為充足。在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭始終占有極大的比重。從資源、能源環(huán)境、國家安全以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來看,煤炭資源的合理利用將是本世紀(jì)中國所面臨的一個(gè)重要課題。21世紀(jì)煤炭利用的若干模式和南非Sasol“世紀(jì)工程”煤炭與石油和天然氣相比，不是一種清潔能源。過去煤炭的燃燒和化工利用，存在能源利用效率低、硫排放量大、CO2排放量大、水污染、渣污染、塵污染等諸多弊病。因此21世紀(jì)的煤炭利用必將以潔凈煤技術(shù)為先導(dǎo)，充分利用化學(xué)這一個(gè)物質(zhì)相互變換的手段來建立起既環(huán)境友好又綜合發(fā)展，高效益、多聯(lián)產(chǎn)的新一代煤炭-能源-化工為一體的企業(yè)。下面舉出國際上在展望21世紀(jì)煤炭利用時(shí)提出的幾種設(shè)想。1.2.1美國能源部(DOE)提出的Vision21(展望21)能源系統(tǒng)其基本思想是以煤氣化為龍頭，利用所得合成氣(H2+CO)制氫，再通過高溫固氧化物燃料電池(SolidOxidesFuelCell,S0FC)和燃?xì)廨啓C(jī)組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能(二次能源)，能源利用率可達(dá)60%以上，合成氣制氫產(chǎn)生的CO2可綜合利用或注入廢礦中埋藏。這樣就成了近于零排放的高效能源系統(tǒng)，如圖1所示。圖1展望21(Vision2D能源系統(tǒng)Shell合成氣園(SyngasPark)Shell(謝爾公司)提出SyngasPark(合成氣園)的概念，是以煤為主要原料的氣化為核心，制取合成氣生產(chǎn)甲醇、醋酸、醋酐及合成氨、化肥等高附加值的化工產(chǎn)品，與潔凈聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相結(jié)合以及生產(chǎn)城市煤氣等供給用戶，同時(shí)還可供應(yīng)用戶生活用熱水等。如圖2所示。酸軒等圖2Shell合成氣園(SyngasPark)1.2.3煤氣化制合成氣與冶金新工藝相結(jié)合形成煤、化、冶多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)煤氣化獲得的高含CO>48%、H2<30%的合成氣用于還原煉鐵(海綿鐵)。該組分的合成氣一次通過還原鐵礦石制成海綿鐵后，尚有70%?75%的CO+H2有效氣體可直接用于生產(chǎn)甲醇、氨及二甲醚(DME)等化工產(chǎn)品。如以生產(chǎn)100萬t鋼鐵計(jì),可聯(lián)產(chǎn)氨或甲醇約為65萬t或二甲醚50萬to同樣此類工藝也可以還原冶煉方式處理有色金屬。如圖3所示。

1.2.4通過煤炭坑口轉(zhuǎn)化綜合發(fā)展化工、能源多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)建立在合理利用資源、有效利用能源基礎(chǔ)上的綜合發(fā)展清潔煤技術(shù)的能源化工“多聯(lián)產(chǎn)”系統(tǒng)。具體體現(xiàn)是科技和產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新的大型示范基地的新模式,它是以煤氣化、液化、一碳化工、烴類化工、精細(xì)化工、專用化學(xué)品及發(fā)電、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、火箭燃料、氫能等二次清潔能源為一體的劃時(shí)代產(chǎn)業(yè)的縮影。如圖4所示。1.2.5南非Sasol煤-電-石油化工企業(yè)是現(xiàn)代煤化工企業(yè)的先驅(qū)南非富煤而缺油。在20世紀(jì)50年代，為滿足本國油品的需求，成立Sasol公司，毅然選擇了從本國褐煤資源出發(fā)，引進(jìn)Lurgi爐氣化技術(shù)，采用二戰(zhàn)時(shí)德國FT合成技術(shù)和美國循環(huán)流化床技術(shù)，從合成氣出發(fā)生產(chǎn)汽油。20世紀(jì)下半葉的兩次石油危機(jī)堅(jiān)定了他們所選擇的方向。通過兩次擴(kuò)建，在20世紀(jì)末已成為從露天開采的褐煤出發(fā)，生成C1?C36烴類的大型企業(yè),被譽(yù)為“世紀(jì)工程”。主要產(chǎn)品為500萬t?600萬t蘭泵牌汽油，副產(chǎn)石蠟、乙烯、丙烯、醛酮酸酯類化合物、合成氨、甲醇，并帶動(dòng)了一批石油化工企業(yè)如丙烯腈、聚氯乙烯。成為了由煤出發(fā)生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的一個(gè)典型。其產(chǎn)品方案如圖5所示。

揭煤L按電空分—甲烷令成飆、甲醇乙烷乙烯聚氯乙齡-■■—丙烷丙烯內(nèi)烯睛合成桂類揭煤L按電空分—甲烷令成飆、甲醇乙烷乙烯聚氯乙齡-■■—丙烷丙烯內(nèi)烯睛合成桂類醛、酶酸酹類油品蠟制品圖5煤炭壬油化工-電聯(lián)產(chǎn)中國煤化工的發(fā)展沿革解放前中國只有少量的煤制合成氨和焦化企業(yè)，新中國成立后，在前蘇聯(lián)的援助下，建立了一批化工企業(yè)，主要以煤為原料。20世紀(jì)60年代開始在此基礎(chǔ)上陸續(xù)建立了一大批中、小合成氨廠、聯(lián)醇廠、電石廠、維尼綸廠、聚氯乙烯廠和焦化廠,并不斷發(fā)展。60年代中葉國內(nèi)開始大力發(fā)展天然氣化工和石油化工，25年間一大批大型合成氨廠、煉油廠、石油化工廠建成，改變了我國石油化工的落后局面。石油化工產(chǎn)品的深加工，至今仍方興未艾。但由于我國油氣資源分布的不均衡，在發(fā)展石油化工的同時(shí)，在煤炭儲(chǔ)量集中的地區(qū)也建立了一批較大型的化工企業(yè)，其中包括20萬t/a?30萬t/a煤制合成氨、10萬t/a?20萬t/a甲醇、三聯(lián)供、城市煤氣化企業(yè)和焦化廠。它們選用了較為先進(jìn)的煤氣化技術(shù)，如魯奇熔渣爐、德士古水煤漿爐、U-Gas爐等,對(duì)我們今后現(xiàn)代煤化工技術(shù)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。在20世紀(jì)中出現(xiàn)了兩次石油危機(jī)，均帶動(dòng)了煤氣化技術(shù)和C1化學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展。國內(nèi)在六五、七五、八五、九五期間國家科委都投以巨額的研究經(jīng)費(fèi)，資助煤液化、煤氣化和C1化學(xué)、甲醇化學(xué)、甲醛化學(xué)的研究與開發(fā)，加上國外技術(shù)的引進(jìn)，為我國在21世紀(jì)發(fā)展新一代煤化工打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)末，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸所需之油品量大幅度增加，中國石油產(chǎn)量與需求矛盾十分突出，中國已成為石油凈進(jìn)口國，2000年進(jìn)口量曾達(dá)7000萬to加之中國天然氣的價(jià)格十分昂貴，因此在廉價(jià)煤炭產(chǎn)地,發(fā)展坑口氣化生產(chǎn)煤制油品，或醇類醚類替代車用和民用的燃料就提到了議事日程上來。一大批煤礦企業(yè)，開始按照國際上能源-化工多聯(lián)產(chǎn)的模式，開始規(guī)劃新一代煤化工企業(yè)的藍(lán)圖。與此同時(shí)，早期的煤化工裝置煤頭中小合成氨廠,面臨無煙煤價(jià)格上漲、運(yùn)輸價(jià)格上漲而陷入困境。雖然推廣型煤氣化技術(shù)，可望降低煤價(jià)，以解燃眉之急，但面對(duì)WT0之后國際上便宜的化肥價(jià)格，改造和轉(zhuǎn)產(chǎn)勢在必行?？偟恼f來,20世紀(jì)末中國的煤化工現(xiàn)狀是舊企業(yè)急待改造新一代煤化工技術(shù)已有良好的基礎(chǔ)，新一代煤化工的發(fā)展得到了極好的機(jī)遇。二、21世紀(jì)中國煤化工的展望2.121世紀(jì)中國的能源形勢中國石油儲(chǔ)采比不到15,專家預(yù)計(jì)可用到2065年。天然氣前景較好但處于西部。西氣東輸也僅能占能源消耗的1.5%，而目前天然氣在能源中的比重不到3%。最樂觀的估計(jì),2030年能達(dá)到10%。再生能源（風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能）樂觀估計(jì)不到10%。十五規(guī)劃2005年天然氣與水電等共計(jì)占17.88%,煤炭只降低3.88%百分比，仍占主要地位。另外，中國人均能源消耗處于很低水平，才1000kg/人（標(biāo)煤）。美國為11000kg/人，日本、德國、俄羅斯為5000kg/人?6000kg/人，不同機(jī)構(gòu)預(yù)測在2030年?2050年，中國人均用能將達(dá)到2500kg/人?3000kg/人。這是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的規(guī)律。這樣大的能源消費(fèi)增幅主要要依靠煤炭。21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的新能源技術(shù)是以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)模式要消除現(xiàn)有煤開采、煤發(fā)電、煤燃燒所帶來的污染，特別是高硫煤的污染,只有靠潔凈煤、水煤漿、油煤漿、地下氣化、坑口煤氣化、硫回收、以潔凈煤氣進(jìn)行化工生產(chǎn)和發(fā)電、廢渣生產(chǎn)建材等多聯(lián)產(chǎn)的新能源模式才可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)電技術(shù)，提高能源轉(zhuǎn)化效率。總之，具體采用哪種新的能源模式要在能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)(3E)評(píng)價(jià)中具有良好的效果。21世紀(jì)新一代煤化工的發(fā)展存在種種困擾1、新一代煤化工發(fā)展特點(diǎn)在于綜合多產(chǎn)，因?yàn)橥顿Y大,資金的積累和籌措占重要地位。2、由于新一代煤化工是建立在廉價(jià)煤資源的基礎(chǔ)之上，因此煤資源大省、產(chǎn)煤省中的大型煤炭集團(tuán)是主力軍。但迫切需要化工的結(jié)合，電力的結(jié)合，因而走聯(lián)合、兼并化工企業(yè)的道路是一種捷徑。3、新一代煤化工企業(yè)的形成過程，在中國石油化工尚方興未艾之際，煤氣化技術(shù)和C1化工新技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，其競爭一定十分激烈。新一代煤化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是和石油/煤和天然氣/煤的比價(jià)，以及C1技術(shù)下游產(chǎn)品的增值大小密切相關(guān)。21世紀(jì)中國新一代煤化工的發(fā)展已經(jīng)起步1、兗礦集團(tuán)公司是中國現(xiàn)代煤多聯(lián)產(chǎn)先頭軍兗礦集團(tuán)是中國用現(xiàn)代采煤技術(shù)的大型煤礦集團(tuán)，年利潤居國內(nèi)煤礦的領(lǐng)先地位。在確立走多聯(lián)產(chǎn)道路的決策之后，毅然兼并了魯南化肥廠，聯(lián)合了濟(jì)寧煤氣化公司，并投資新建20萬t/a醋酸裝置，鋁磯土利用和煉鋁發(fā)電裝置，已形成多聯(lián)產(chǎn)的骨架。2、煤化工技術(shù)研究開發(fā)有一定的進(jìn)展水煤漿技術(shù)、油煤漿技術(shù)已趨于成熟;水煤漿氣化技術(shù)有創(chuàng)新；合成甲醇催化劑已達(dá)到國際水平，最大裝置已達(dá)到20萬t/a;羰基合成丁辛醇、醋酸已國產(chǎn)化，生產(chǎn)能力達(dá)10萬t/a?20萬t/a;甲醇燃料M5、M15、M100已開始推廣,M100燃料汽車已研制成功;FT合成油的氣固相技術(shù)和氣固液三相床技術(shù)正在開發(fā);聚甲醛裝置已試車成功；乙炔法制1,4-丁二醇技術(shù)已建立萬噸級(jí)裝置；加上已掌握的乙炔法氯乙烯和醋酸乙烯技術(shù)，這些技術(shù)為煤化工的發(fā)展提供下游技術(shù)。3、一大批煤礦集團(tuán)正在步入新一代煤化工企業(yè)建設(shè)的行列除兗礦集團(tuán)外，一批煤炭大省和煤炭企業(yè)正加入多聯(lián)產(chǎn)的行列。四、結(jié)論隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平得到極大的提高，各類家用電器逐漸增多，特別是空調(diào)、LED液晶電視等大功率電器進(jìn)入普通家庭，使住宅設(shè)計(jì)由原來純照明向多功能的方向發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)該結(jié)合實(shí)際，從多方面考慮小區(qū)的用電需求，使小區(qū)的供電穩(wěn)定，順暢。參考文獻(xiàn)：張曉波，楊瑞，李其漢?航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪徑向間隙設(shè)計(jì)方法研究[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī),2004(2):14-18.劉建明，陳美英，任先京，章德銘，劉笑笑，楊永琦.合金元素在MCrAlY涂層中的作用[J].熱噴涂技術(shù)，2010(4)陳元春，金小娟?我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r評(píng)述[J].煤炭工程，2009