煤化工工艺技术

曹北平

摘 要：我国无论是在煤炭生产和消费，在世界上都高居首位，在当今社会，石油、天然气等资源匮乏，探究煤化工合成工艺成为解决资源危机、清洁利用煤炭资源的重要途径，对于缓解资源危机，稳定石油的供给，提高我国的能源安全，具有重大的战略意义。本文通过对目前世界各国煤化工工艺技术的总结研究，探讨了几种煤化工合成工艺技术。

关键词：煤化工 合成气 合成路线 工艺技术

一、前言

煤化工是指以原煤为原料制备各种化工产品的化工工艺，通过CO和H2进行化学反应制备出各种化工产品。通过煤化工合成各种以石油为原料的化工产品，对于缓解当今原油危机具有战略意义。进入上世纪后半叶，煤化工作为新兴的化工产业逐渐发展成熟，以水煤浆、干煤粉为原料，先进的气流床作为反应器，进行大规模、单系列加压气化生产合成工艺，提高了生产的规模，且产品的指标较好，成为目前煤化工生产工艺中的主要工艺流程。

现代煤化工的工艺流程主要分3层次[2]：第一，通过水煤浆、干煤粉制备合成气；第二，合成气的制备，即醇类、烃类以及其它碳氧化合物的合成；第三，深加工，其中以甲醇、烯烃的深加工产品居多。

二、煤气化工艺流程

粉煤制气工艺[4]的基本原理：是利用载气将煤粉与氧气的混合气体带入气化炉内，在高温高压条件下，碳、挥发组分发生以燃烧为主的化学反应，在氧气消耗殆尽的情况下，发生各种复杂的反应。

气化炉顶部约1500℃高温煤气由净化后的冷煤气激冷降温到900℃左右，进入废热锅炉。回收热量后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统， 处理后的煤气尘含量小于1mg/m3送后续工序。

三、煤化工产品工艺路线

目前，煤化工产品的生产工艺路线主要有甲醇、二甲醚、煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等，其中以甲醇应用最为广泛，经深度加工后可制备多种化工产品及衍生物。

1.煤制甲醇工艺流程

煤制甲醇[5]的工艺流程在煤化工产业中已经是相对成熟的工艺。目前，鲁奇（Lurgi）的固定床加压气化技术、德士古（Texaco）、道化学（DOW Chemical）的水煤浆气化技术和西门子（GSP）、壳牌（Shell）的粉煤气化技术，是目前世界上主要的几种造气技术[6]，其中的主要差异在于造气的工序不同。煤制甲醇的工艺路线如图1[7]所示。

图1 煤制甲醇合成工艺程路线

2.煤制二甲醚工艺流程

煤制二甲醚[11]的工艺路线，目前工业上主要是甲醇脱水和直接由合成气制备两种方法。甲醇脱水法是利用催化剂对由合成气制备得到的甲醇进行催化反应制备二甲醚；直接合成二甲醚的方法是以合成气为原料，合成甲醇和甲醇脱水反应同时发生在一个反应器内，过程中采用双重催化剂进行催化。两种方法的主要区别在于是否将甲醇的合成工艺分离出来。

3.煤制备天然气工艺流程

煤制备天然气的工艺路线如图2[9]所示。

图2 煤制备天然气工艺流程

3.1直接法制备天然气

直接法制备天然气的工艺是在一定温度、压强的条件下，以煤为原料直接制备甲烷的方法。首先将煤粉碎成微小颗粒，利用载气将煤粉带入反应器内进行反应，在催化剂的作用下，将CO、CO2、H2的混合气体反应生成CO、H2、CH4的混合气体。

3.2间接法制备天然气

间接法制备天然气的合成工艺与两步法制备甲醇的生产工艺类似，先由煤制备得到合成气，再由合成气通过甲烷化反应器制备得到天然气。

四、煤制烯烃工艺流程

烯烃是重要的化工原料，尤其是乙烯，作为石化行业的核心产品，用来衡量一个国家经济实力的重要标准。乙烯产品直接生产的产品及其带动的深加工产品，与国防工业、航空航天到人民的日常生活息息相关。

传统的制备烯烃的方法主要是通过石油的裂解，其对石油的依赖程度十分严重。而在当今世界石油危机的情况下，我国的石油缺口也在逐年增加，面对这样紧张的情况下，各国开始探求其他方法替代石油来缓解资源的匮乏，减轻对石油的依赖程度。

目前，甲醇制备烯烃的技术在国外开发出来，在很大程度上解决了烯烃对石油的过分依赖。煤制烯烃的生产工艺主要是通过煤气化合成甲醇，然后由甲醇制备烯烃。下面来介绍一下MTO、MTP[10]合成工艺。

1.MTO工艺

美孚石油公司最早研发了MTO工艺，巴斯夫（BASF）、埃克森石油公司（Exxon）、环球石油公司（UOP）及海德鲁公司相继投入研发，进一步推动了MTO工艺的发展。该工艺的基本原理是以甲醇为原料，通过甲醇裂解制得以乙烯和丙烯为主的烯烃。甲醇制备烯烃的关键除了工艺流程外，催化剂的选择是关键。目前国内外对催化剂的研究主要集中在SAPO-34型催化剂。

2.MTP工艺

MTP工艺是由德国鲁奇公司开发研制成功，采用ZSM-5固定床催化剂，主要用于生产聚合级丙烯。

甲醇在二甲醚反应器中反应生成二甲醚，二甲醚在通入蒸汽的情况下在反应器中选择性地转化成丙烯，副产物为乙烯、汽油和液化气等。该工艺的运行环境在较低压力及温度下进行。

参考文献

[1]唐宏青， 相宏伟. 煤化工工艺技术评述与展望[J]. 燃料化学学报， 2001， 29 （ 3）： 193～ 200

[2]门长贵， 干法粉煤加压气化技术的开发现状和应用前景[J]. 煤化工， 2000， 90 （ 1）： 16～19.

[3]马嘉，秦霁光. 石油替代品的生产技术进展和经济性[J]. 化工技术经济，2006， 24（7） ：34～39.

[4]赵钢炜，肖云汉，王钰，等煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨[J]. 陶瓷，2009，（11）： 21～25.