煤化工分析技术进展和应用前景

胡景芳

摘 要：煤炭作为不可再生资源，与石油类似，其化工产品被广泛应用于化工、冶金、电力和国防等众多领域。我国石油资源紧缺且日益减少，使得煤化工越来越受到国家重视，煤化工技术的发展也愈来愈引起广泛关注。煤化工以煤炭为原料，是通过各种化工技术将固态煤炭转化为气态、液态化工产品的化工过程，目前较成熟的工业化煤化工项目离不开煤气化技术，煤气化技术是指通过化学方法将煤炭转化并分离精制为一氧化碳和氢气的过程，属于C1化学的范畴，它利用固定床、流化床、气流床等气化炉装置，在一定的条件下将碳元素由固态转化成气态。该类技术得到了学界和业界人士的广泛认可，煤气化技术作为煤化工项目中的重要组成部分，是随后的甲醇合成、二甲醚合成、烯烃合成与分离、油品合成、塑料合成等诸多工艺的基础。整个煤化工生产过程需要精细操控，预判隐患，故而必须依靠煤化工分析检测技术的紧密配合，才能实现煤化工项目的正常运营生产，为我国经济发展提供战略支持。

關键词：煤化工;分析技术;应用

目前，煤炭在我国主要用作一次能源，生产量占一次能源的70%以上，消费量接近一次能源消费的65%，少部分煤炭用作化工原料。因工业用途不同，被划分为动力煤，炼焦煤，煤化工用煤。换句话说，煤炭资源不仅可以作为燃料，也可作为原材料制备焦炭、煤焦油、煤气等一系列化工产品。我国多煤少油贫气，发展煤化工势在必行。随着科学技术的积累与突破，煤炭资源的使用更多倾向于煤化工项目，以缓解油气危机，为市场填补石油产品缺口，努力实现煤化工的经济化。因而提高煤炭的利用率至关重要，如何利用分析检测技术为煤化工提供有效数据是煤化工项目实现自动化、工业化、市场化的核心问题之一。

1 煤化工简介

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馈，以及焦油加工和电石艺诀化工等。煤化工开始于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化工体系。许多以农林产品为原料的有机化学品多改为煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。随着石油化工的异军突起，诸多化学品的生产又转移到以石油、天然气等为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。当前，由于世界范围内结构性的油气资源短缺，煤化工又有部分替代石油化工的趋势，即改造成熟的石油化工工艺，以煤化工的低级化工产品为替代性原料，生产出现有的石油化工产品。这一过程的实现，离不开分析检测技术的支持。原油与煤炭的化学组成不尽相同，煤中有机质的化学结构，是以芳香族和少量杂原子形成的稠环为结构单元，由C-C键等共价键互相连接，并带有多种官能团的大分子结构，通过热加工和催化加工，可以使煤转化为多种燃料和化工产品。焦化是应用最早且最持久的煤化工工艺，其主要目的是制取冶金用焦炭，同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、蔡等芳轻。煤气化在煤化工中也占有重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气，也用于生产合成气;煤低温干溜、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料。

2 煤化工分析检测技术

2.1 气相色谱法

气相色谱法是一种在有机化学中对易于挥发而不发生分解的化合物进行分离与分析的色谱技术，是一种应用非常广泛的分析方法。气相色谱法在进行检测时要用到热导检测器和火焰检测器，利用了惰性气体的流动，将样品带入检测器中，分析样品的成分。气相色谱法所测数据的精确度非常的高，比普通的化学分析法要好。在进行测量的时候，可以直接得出检测，但是气相色谱法对人的要求比较高。在煤化工生产过程中，煤气是煤化工生产过程中的产物，主要成份是氧气、甲烷、氮气、二氧化碳等一些气体，在利用气相色谱法时，需要选择的是13X或者5A的色谱柱子，它们的分析时间不同，l3 X柱子的分析时间大约为8min，出峰时间较短，峰与峰之间的距离近，容易发生粘连。而5A柱子的分析时间约l8min，分析时间长，但峰与峰之间的距离远，不易发生粘连。

2.2 离子选择性电极

离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，当它与含待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电势，经常用于实时在线检测。离子选择性电极基本上都是膜电极，具有非常多的优点。首先，它应用广泛，可以用于环境的监测、化工、医药等方面。基本上能够对各种离子的选择性电极进行制取，对于一些比较难检测的离子也有一些特殊的效应，可以替代大多数容量分析法。其次，它的响应性很快，操作简单，响应的时间短，不需要对溶液进行非常麻烦的操作。第三，它还有价格上的优势，而且各种形状的都有，甚至可以做成针尖状，在血管中使用。不仅仅可以作为检测的工具，还可以做控制盒的元件。第四，同时它还可以与其他设备一块使用，非常方便。离子选择性电极结构简单，在与其他设备联合的时候，检测范围更大。

随着科学技术的进步，化工分析作为煤化工生产过程中重要的组成部分，分析技术也要不断的进步，只有这样才能保证煤化工生产的顺利进行及减少生产中的浪费和污染。在煤化工分析过程中，必须按照严格的标准进行分析。而随着这些年国家对于环保方面的要求越来越高，为了响应国家的号召，煤化工生产中的分析技术更要不断的提高和完善。煤化工产业的关注度越来越高，对煤化工分析技术的要求也就越来越高。化工分析的应用是非常广泛的，随着煤化工产业的不断发展，煤化工分析技术的应用前景将更加的广阔。

3 现代煤化工项目煤气化技术的应用

目前，现代煤化工程项目越来越多，超过一半投入商业运作。由于环境、资源、生态、环保的压力，使用煤气化技术必须考虑绿色工艺，降低污染物的排放，降低对生态的压力，这种种要求就是现代煤气化技术的发展趋势，形成集约型和新型煤化工技术是业界发展的主流方向。其中，高压、大容量的气流床气化技术相对可靠，推广使用有不错的经济效益和社会效益，它是洁净煤技术的关键，也是当前能实现最清洁的煤利用技术之一。

3.1 提高煤种适应性问题及对策

从煤气化技术的发展历史看，它的运行轨迹无外乎两个重点，一是提高煤炭的利用率，以应对各类煤种，二是保证煤气化技术的科学环保性。所以提高煤种的适应性显得格外重要，首先准确分析原料化学组成，据此采用合理的配煤技术，让煤料能顺利稳定的进入气化炉;其次，推广劣质煤预处理技术，精确分析预处理后成分，确保进料合格，让气流床技术的开发有合适的气化原料;第三，使用复合煤降低成本，全流程实时在线检测分析，通过程序实现自动化即时调控，提高使用效率。

3.2 煤气化技术的大型化及对策

气化炉朝着大型化、单系列发展彰显一个国家煤化工技术的进步程度，为了促进煤气化技术的大型化可以根据进料特点，结合水煤浆进料，然后通过合理的喷嘴数量及炉内设置，将混合过程加以强化。而对于粉煤进料则可以采用多路煤粉输送共用一个喷嘴实现气化炉的大型化。大型化后气化炉内不同位置的取样分析将成为分析检测的重点考虑方向。

3.3 煤气化过程的能量高效转化与合理回收

合理回收煤气化过程的能量是发展煤气化技术的关键，一方面回收合成气能降低煤炭燃烧给环境带来的破坏，是响应国家节能减排、保护自然的举措，另一方面合理回收煤气是本着可持续发展的思想进行的。通常回收合成器显热技术，分别是激冷工艺和废热锅炉工艺，前者投资较少，设备简单，回收效率一般;后者回收效率良好，但耗资巨大。这些年科学家们尝试用二次喷煤的方式解决高温合成器显热的问题，但是一直还在探究中。新的更有针对性的分析检测项目的设计应用将极大推动技术攻坚进度。

随着全球性温室效应的到来和节能减排活动的开展，为了实现可持续发展也为了提高煤炭资源的循环利用，高效、洁净的煤气化技术是当今煤化工工艺发展的突破点，而这其中以气流床技术为主，每位工作人员要以负责的心态，积极的面貌应对煤化工分析检测工作，尽管当前煤气化技术尚存在很多碎片化的问题，借助分析检测技术的支持与配合，未来我们的煤气化技术会有更高层次的跨越，推动煤化工整体的进步。

参考文献：

[1]蔺华林，李克健，赵利军.煤制天然气高温甲烷化催化剂研究进展[J].化工进展，2017，30（8）：3.