煤化工技术的发展与新型煤化工技术研究

于文静

（山东能源集团兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州 277599）

就目前来看，各国都将煤化工能源技术作为经济发展战略，通过大力发展能源技术，不仅能够有效解决能源危机，还可以推动社会可持续发展进程。煤炭在我国储备量巨大，但随社会经济快速发展，现有煤炭资源更加紧缺，需要在传统的煤化工生产技术上进行不断优化与完善，加强煤化工生产管控力度，促进煤化工生产节能减排化发展[1]。

1 煤化工技术常见种类

1.1 煤干馏

煤干馏技术就是将与空气隔绝的煤加热分解，是一种煤焦化形式。煤化工生产主要分为一次化工加工、二次化工加工以及深度化学加工。现有大部分煤化工产品如焦化产品、气化产品、液化产品、电石乙炔产品无法被石油化工产品取代。

1.2 煤气化

煤气化技术主要就是对煤原料进行反复加热处理，通过使用化学药剂发生化学反应，使固体煤炭能够转化为气体混合物。气化剂主要包括水蒸气、空气、二氧化碳等，这些材料均可以与煤炭发生反应。不仅如此，煤炭通过热分解后会生成二氧化碳、水蒸气与烃类物质，这些物质也可以与热煤发生均相反应。

结合气化方法、气化外在条件以及原料煤根本性质，气化中的气体组成差距也较大。结合煤气炉内气体生成特征，可以将每一层由上至下划分为干燥层、干馏层以及氢化层等。在煤炭干燥与干流带中，煤可以返到高温加热释放出水分并蒸发。其他剩下的物质为焦炭，可以在还原带中发生氧化反应，经过气化后的煤性质不同，水分也存在较大差距。经过气化反应后的煤还需要通过净化加工生成化学品。

1.3 煤液化

煤液化反应主要就是将各类有机物转化为流质液态，产生出能够被应用在实际生产生活中的碳氢化合物，有效取代石油制品。煤液化具有巨大的发展前景与应用市场，通过发展煤液化技术，对推动我国煤化工行业高质高效发展意义重大。现阶段煤化工技术可以分为直接液化技术、间接液化技术、溶剂精制煤工艺、供氢溶剂技术、氢煤气技术多种方式。

直接液化技术主要就是在高温及溶剂的催化剂作用下，确保煤炭能够与气态氢发生化学反应，从而增加煤炭中的氢含量，确保煤炭能够转化为液态。直接液化技术在20世纪初发明，后续科学家将硫化铜与硫化钨作为催化剂，使煤炭液化又被细化分为了两个阶段，从根本上提升了生产效率，为推动煤化工行业发展奠定了坚实技术基础。

间接液化技术主要就是将煤炭作为原材料，借助化学氢化反应生成二氧化碳以及氢气混合物，然后将气体借助催化剂的作用生成液态烃类产品。

溶剂精制煤工艺由20世纪60年代研发，是一种煤直接加氢液化工艺。在最初发展过程中，溶剂精制煤工艺主要用于开发以重质燃料油为主的煤液化转化技术，节省催化剂，实际反应条件较为温和。利用煤的黄铁矿可以将煤转化为低灰低硫常温下的固体物质。后续通过对溶剂精制煤工艺进行不断优化，增加了残渣循环方法，通过减压蒸馏方式推进煤炭固液分离，获得常温下的液体重质燃油[2]。

供氢溶剂技术在应用过程中，液化反应期间也不必加入催化剂，从而降低了煤矿物质对催化剂的毒害作用，有效延长了高性能活性催化剂使用寿命。相较于其他生产技术而言，供氢溶剂技术能够从根本上提高溶剂的供氧能力。

氢煤化技术需要使用高活性催化剂，借助沸腾床反应装置，从根本上提升液化转化率，保障液相粗油质量，降低了杂原子含量[3]。

2 新型煤化工技术

2.1 甲醇生产技术

在早期甲醇生产环节，根本上提高生产期间的经济效益，控制实际生产成本，主要将天然气作为原材料。随着天然气储量不断减少，天然气开采难度进一步提升，采用传统生产技术的生产成本更高。甲醇生产原料从原有天然气转化为煤炭，开发出了煤制甲醇技术。

在甲醇生产过程中需要经过煤料气化、水煤气转变、合成气净化、甲醇合成以及甲醇精馏等环节。相较于传统天然气制煤技术而言，煤制甲醇技术反应效率高，实际生产成本能够得到根本上控制[4]。

2.2 新型煤气化技术

传统煤气化技术主要分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术等。这些技术在实际应用期间存在较大的局限性。例如，在流化床气化技术应用过程中，煤气中通常含有大量的带出物，带出物质内部碳含量较高，碳转化效率低。因此在新研发出的煤气化技术中，需要使用不同批次催化剂对煤料首先开展均相与非均相化学处理，从而获得多种化学物质与混合物质。为避免煤气化生产期间经常出现冷却器与飞灰过滤器故障问题，还可以使用新型的混合煤气化技术，在传统煤气化废锅技术应用基础上，配合膜式水冷壁技术、粉煤加压气化输送技术、间歇性排渣进入替换气冷却装置以及飞灰过滤装置，从根本上提升煤气化水平。

2.3 新型氨合成技术

新型氨合成技术在实际应用过程中，主要就是利用高温高压环境，直接在固体原料基础上制取的合成气。对粗原料进行净化处理反应，而后开展一氧化碳转变、脱碳脱硫以及气体精制等环节，使实际生产过程中制取的碳氢混合气体能够被压缩到高压状态。借助催化剂生成氨，将生成的氨应用在石油炼制、橡胶工艺生产过程中。在应用新型氨合成技术期间，还需要着重关注三废处理工作。具体来说，三废就是实际生产环节产生出的废气、废水以及固体废弃物。在废渣处理过程中，可以配合使用重油萃取方式，提取污水内的重油碳黑浆，将黑浆作为锅炉燃料。

为从根本上保障实际生产期间的安全性，还需要着重关注氨合成期间的一氧化碳、氨气以及硫化氢浓度控制工作，配合使用专项可行的隔离保护技术手段，避免在实际生产期间出现环境污染问题，对实际生产期间的经济效益与安全效益造成不利影响[5]。

2.4 烃化产物合成

现阶段国家对煤化工技术发展研究工作更加关注，烯烃产物在煤化工生产中的分量日渐增加。当前化学工业发展对低碳烯烃材料的要求日渐提高，但实际生产供求关系矛盾日渐增大。通过开展煤化工新技术的研究工作，现有烃化产物合成技术又相继研发出了甲醇制烯烃技术。

具体来说，在丙烯生产期间，以甲醇为原材料，对甲醇进行脱水处理，生成二甲醚、水混合物，而后转化为低碳烯烃、甲醛等物质。由于甲醇能够使用酶原料生成，能够有效避免实际生产期间的原料浪费问题，从根本上提升产品生产环节的转化效率，是现阶段非石油生产丙烯与乙烯的重要技术手段。但就目前来看，该技术使用过程中还存在着较多亟待改进的空间。在我国煤炭资源丰富地区，通过使用甲醇制乙烯与丙烯技术，可以使丙烯与乙烯为代表的低碳烯烃类生产原料迈向多元化发展，有效缓解我国石油资源紧张问题，进一步提升低碳烯烃工业生产综合效益，体现我国煤炭资源优势转化[6]。

另一种煤化工技术主要就是将煤炭作为原材料，在高温高压作用下发生甲烷脱氢反应，从而生成乙烯，此种反应的转化效率高，生产出的产品纯度良好，产品的选择性高出70%，现阶段也成为煤化工技术重要发展方向。

2.5 煤化工生产技术及设备的优化

现阶段我国煤化工生产技术与设备逐渐趋向于自动化、智能化发展方向转变，煤化工生产科学性日渐提升。但就目前来看，在煤化工生产环节存在一定的污染物质，对产品安全生产要求更为严格。为从根本上提高煤化工技术以及煤化工生产水平，增强煤化工综合竞争力，企业会投入大量资金应用在煤化工生产设备以及处理零排放技术的研发过程中，从根本上控制实际生产期间的能耗量，有效降低生产成本，切实保障企业生产环节的经济效益。为从根本上保障煤化工新型设备应用及回收效果，还需要配合使用更加完善的设备开发与回收体系，推动我国煤化工行业技术发展[7]。

3 煤化工技术发展必要性及发展要点

3.1 煤化工技术发展必要性

随着城市化建设进程日渐加快，国民经济水平进一步提升，石油需求量大幅增长，使得我国石油进口量也不断提升。过于依赖石油进口会一定程度影响到我国经济发展速率，因此国家及有关部门必须结合现有经济发展背景，大力开发新型煤化工技术研发工作，充分发挥出新型煤化工技术在推动我国经济发展中的重要作用，从根本上提升煤化工生产水平。

为积极响应国家可持续发展号召，配合生态环境保护工作，新型煤化工技术也应逐渐趋向于绿色环保化方向发展。具体来说，在煤化工生产环节，原料可以由干法处理向湿法处理转变，最大限度控制原料处理期间的污染程度，降低生产环节的粉尘污染。传统生产所用锅炉可以由多喷嘴水煤浆气化炉代替，从根本上提升碳转化效率，控制有毒物质排放量，确保获得的产品更为清洁，简化废渣处理流程。

当前我国煤化工产业就如何提高新型的化工技术进行了细致研究，对产品生产价值与附加值进一步优化，有效降低生产期间的污染物排放量，对促进煤炭行业健康、稳定与可持续发展意义重大。

在现阶段新型煤化工技术发展过程中，需要注意我国天然气与石油资源储存量逐渐降低，应当在生产期间进一步提高各类资源利用率。甲醇是重要的化学原材料，需要着重优化甲醇生产，切实保障化工产品生产质量与效率。在甲醇生产期间可以提取出甲酸及草酸等，增强经济效益。

加强各类技术的有机融合，配合使用化工联产技术手段，确保各类煤化工技术能够有机融合在一起，从根本上提升煤炭生产效果。在煤炭实际生产环节，使用提升多元化技术以及煤化工联合生成技术，确保在化工生产能够就设备运行故障以及突发性危险事件作出快速正确的应急反应，推动生产流程转型，增强产品附加值。

着重研发水煤浆技术手段，水煤浆是新型燃料，具有良好的稳定性特征。在传统燃煤运输环节极容易出现粉尘污染、煤料燃烧过程中的燃烧不充分，产生出的能量难以满足实际生产要求，更容易生成一氧化碳、二氧化碳等有害气体。通过开展水煤浆运输及储存技术的研究，能够有效提升煤料释放能量，保障原料碳转化效率，控制煤化工生产期间的环境污染程度，确保煤化工生产技术能够更加符合现阶段社会发展期间的绿色环保要求。

3.2 煤化工先进管控技术应用

当前我国煤化工行业处于快速发展阶段，通过在投资前期与国内外知名公司及大学进行合作，开发出了更多先进控制技术，使煤化工各生产流程均得到了全面管控。

（1）先进控制技术在煤化工加热炉中的应用。在煤化工行业中，加热炉运行水平可直接影响到实际生产水平，需要在加热炉管控中配合使用先进控制手段。如对加热炉植入平衡进行现代化管控，确保加热炉的热效应及基础原料不变，对加热炉管道流量进行灵活调控，使加热炉温度数值处于合理状态下。在温度控制过程中，还应当有效规避管道温度升温情况，最大限度延长加热炉运行寿命。对加热炉的炉口温度进行前馈控制，避免加热炉在运行时被各类因素干扰。

对加热炉的提降量进行控制，在炉内流量数据出现变化的情况下，应当配合使用先进控制技术手段，使加热炉的流量处于恒定状态，确保加热炉始终处于最佳温度。

（2）先进控制技术在煤化工分馏塔中的应用。分馏塔回流取热环节使用先进控制技术，能够更好实现分流塔取热目标。借助预测控制手段，对协调层设计方案进行切实优化。掌握分馏塔各运行时间段的最热化及最高取热数值。在最高数值保持恒定的同时，使取热必维持在标准区域内，对回流取热进行全程管控，从根本上提升煤化工产品生产水平。

（3）先进控制技术在粗汽油干点与轻柴油倾点质量卡边控制中的应用。在煤化工生产期间，粗汽油干点与轻汽油倾点卡边质量控制工作主要采用神经元网络控制技术。由于粗汽油干点与轻柴油倾点之间存在非线性关系，在二者对应温度较高的情况下，质量点的具体数值也会较高。在对应油气压较高时，质量点的数值会相对下降。

（4）先进控制技术在原蒸馏塔优化及建模中的应用。原煤化工蒸馏塔模型采用平衡级模型构建手段，此种建模方式存在一定的特殊性。为从根本上保障原蒸馏塔优化及建模技术手段，还需要配合使用先进控制方式，对平衡级模型进行规范化处理。灵活使用不同方程组求解手段，控制不同求解方式的偏差情况[8]。

4 结束语

为有效解决传统煤化工生产期间存在的各类问题，从根本上提升煤化工生产期间的经济效益与生态效益，在现阶段煤化工新型技术发展过程中，还需着重分析存在于传统煤化工生产期间的各种问题，积极引进先进管理理念及控制手段，融合多类煤炭资源转化技术形式，从根本上提升我国煤化工生产水平，加快煤化工产业发展进程。