中国现代煤化工技术应用现状及发展

边利利(陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西 渭南 714100)

0 引言

在我国，煤炭资源储备量占全部化石能源储备量的首位，这使得煤炭资源在我国能源结构中和使用比重有着极为重要的地位。现阶段，为了满足人们对煤炭资源的正常需要，提高煤化工行业对煤炭资源的利用率，推动我国煤化工行业朝着低碳、绿色的方向发展，在传统煤化工技术基础上发展而来的现代煤化工技术受到了人们的广泛关注。

1 常用的煤化工技术

1.1 煤炭焦化技术

传统煤化工技术以煤炭的焦化工艺为核心，以生产焦炭为主要产品。我国煤焦炭的总产量占世界煤焦炭总产量的50% 以上，我国已经成为世界上煤焦炭生产第一的国家。在当前的科学技术发展过程中，我国煤炭焦化技术已经相对成熟，煤焦炭产品生产技术应用也比较熟练。现阶段，出产附加价值较高的化工产品已经成为煤炭焦化生产的主要内容，煤化工产品生产质量的高低与一些附加产业产值之间存在着直接的联系，在低碳社会发展过程中，煤炭焦化技术正朝着在保证煤炭焦化生产产品质量的基础上，尽可能降低产品生产成本，降低污染物排放量的方向发展。

1.2 煤炭液化技术

煤炭液化技术是一种将固态的煤炭转化为可流动液体燃料的技术方法，需要注意的是，尽管我国煤炭液化技术应用的时间相对较短，但受我国煤炭资源储量较为丰富的影响，我国的煤炭液化工作有着极高的发展潜力。目前常用的煤炭液化方法包括间接液化与直接液化，其中间接液化是将煤炭放在某种特定条件下，使其由固态转化为合成气，然后将合成气放在一定压力与温度的环境下，将合成气催化为液态产品的技术；直接液化则是通过将煤炭放在一定温度、压力的环境下，直接将煤炭中的有机物转化为液态物质，从煤炭中提取出来的技术方法。对间接、直接两种煤炭液化方法进行分析后可以发现，由于直接液化技术应用条件较为苛刻，因此，在我国除部分精煤使用直接液化的方法进行液化处理外，大部分煤炭液化方法为间接液化[1]。

1.3 煤炭气化技术

在我国煤炭气化技术的实现为深度煤炭转型与煤炭产业的可持续发展提供了有效的支持，并且随着科学技术不断的发展，我国的煤炭气化技术已经被广泛应用到了机械、化工、燃气等行业当中，并且随着煤炭气化技术的广泛普及。为降低煤炭气化生产成本与生产工作的污染，这一技术正在朝着高效化、规模化、绿色环保的方向发展。煤炭气化工作中使用的设备可以被分成气流床、流化床两类。其中，气流床在使用过程中，气流将气化的煤粉悬浮在氧气与水蒸气的环境下，在此过程中产生的煤灰会在高温汽化炉中融化为液体，然后从炉底排出，当前气流床被广泛应用于IGCC 装置中；流化床在使用过程中，燃料可以在流化床上以小颗粒与适量的气化剂相接触，然后出现气化反应，当前流化床主要可以被分成鼓泡流化床汽化炉、循环流化床汽化炉两种。为保证煤炭气化技术的发展能够满足未来煤化工技术的发展需要，研发能够适应高灰熔点煤的新型超高温气流床气化技术、提升对大型流化床加压气化关键技术的关注度、研究新一代煤催化气化与加氢技术并推动上述技术的工业化发展，成为了切实提升煤气化技术未来发展质量的关键点。

2 我国现代煤化工发展现状

2.1 煤化工技术发展情况

在当前煤炭储备量逐渐下降的当下，煤化工技术的发展不仅能够提升煤炭资源的利用率，降低煤炭资源的消耗量，缓解能源短缺的问题，还能降低煤炭资源利用所造成的环境污染，为现代化能源工程的推进提供有效的支持。现阶段，提升对现代煤化工技术发展应用情况的关注度，并对其进行合理优化，已经成为推动我国化工行业健康发展的有效方式之一。传统煤化工技术向现代煤化工技术而演变，使得煤化工产品更丰富，创造的社会价值更显著。

具体来说，经历了十多年的科技攻关，我国现代煤化工技术得到了有效的发展，当前已经初步完成了从煤炭资源到油气资源、基础化工产品的转换工作，为我国煤炭资源储量相对较多这一优势的发挥提供了有效的支持，有效降低了我国对石油、天然气这些化石能源的依存度，为国家能源安全的保障工作提供了有效的支持。数据调查显示，截至2019 年底，我国现代煤化工主要产品产能、产量水平大幅度上升。我国的煤制油产能已经达到了906 万吨/ 年，产量达到了758 万吨/ 年；煤制天然气产能达到了51.05 亿立方米/年，产量达到了43 亿立方米/年；煤制甲醇产能已经达到了1 362 万吨/年；煤制乙二醇产能达到了438 万吨/ 年。当前，我国的煤化工规模已经位居世界首位。随着各煤化工示范项目的稳定运行发挥效益，对环境友好，走煤化工可持续发展之路成为业界共识，人们对煤化工生产过程中污水、废气等污染物的排放情况关注度在不断提升[2]。

2.2 煤化工原料发展情况

需要注意的是，尽管当前我国现代煤化工行业发展较快，但从总体上看，由于煤化工行业发展对煤炭资源的需求量比较大，考虑到煤化工产品生产成本管控，当前我国煤化工产业发展的存在着一定的区域性及不平衡性。同时，尽管现代煤化工产业有着良好的发展前景，并且我国的煤炭资源较为丰富，但受长时间煤矿开采工作不断推进的影响，现在地表、浅层煤矿规模不断缩小，更多的煤矿资源埋藏深度较深、周边环境较为复杂、井下作业难度较大，并且受煤炭开采、运输过程中，设备、人员管理工作质量未能达标的影响，各种事故灾害频发，不仅造成了煤炭资源的大规模浪费，还会对人员的人身安全造成严重的威胁。为了给煤化工技术的顺利发展创造良好的条件，需要加强对煤矿行业的管控，为煤化工生产活动的顺利开展提供丰富的原料资源支持。

2.3 煤化工技术应用风险

在我国，现代煤化工技术属于得到了政府部门大力扶持的高新科技。但由于我国煤化工技术正处于发展前期，煤炭资源利用率还比较低，现代煤化工与传统煤化工发展之间存在着一定矛盾，因此我国现代煤化工技术发展仍存在一定的风险，不仅煤化工技术的发展会受到阻碍，也存在一定的安全隐患。具体来说，首先，尽管我国建立了一系列的现代化煤化工技术应用示范基地，但当前我国现代煤化工技术仍处于发展初期，缺乏成熟的经验加以借鉴，导致现代化煤化工技术在应用发展过程中不可避免地会走一些“弯路”；其次，煤炭属于一种污染相对较高但利用率比较低的能源类别，据数据调查显示，我国每年的原煤产量高达2 亿吨，但在实际使用过程中，煤炭通过煤化工被有效转化利用的还不到1 亿吨。煤炭大多被直接应用于发电、炼焦、金属冶炼和生产生活过程等直接燃烧应用中，而现有的煤炭转化过程中往往还会产生大量的污染物，并且这些污染物回收效率比较低。这情况的出现加重了酸雨、温室效应等环境问题，对人们的正常生活造成了极为不利的影响；最后，我国早期的煤化工技术在发展过程中没有实现对工业生产活动进行有效的规划，使得煤化工技术应用时存在着生产规模较小、产品单一、污染物较多等问题，这一情况的出现不仅造成了煤炭资源的大量浪费，还降低了人们对现代煤化工技术的期待度，对煤化工技术的发展造成了不利影响[3]。

3 现代煤化工技术的发展趋势

3.1 我国进入煤化工技术发展的最佳时期

3.1.1 现代煤化工技术的发展周期

在现代科学技术发展过程进行分析可以发现，现阶段正处于现代煤化工技术的又一个发展周期中。具体来说，在20 世纪30 年代到20 世纪40 年代间，煤化工行业处于第一个发展周期的高峰时期。在20 世纪50 年代到1973 年，煤化工第一个发展周期逐渐跌进了谷底。这一周期约为40 年；在20 世纪70 年代到20 世纪80 年代末，煤化工行业逐渐进入了第二个发展周期的顶峰，在20 世纪90 年代到21 世纪初，煤化工行业逐渐跌到了第二个发展周期的谷底，这一周期约为30 年；在21 世纪初期到2010 年左右，煤化工技术正逐渐朝着第三个周期的顶峰行进，现在正处于第三个周期的下降阶段，并且这一周期已经过去了20年。面对这一情况，在当前的社会发展背景下，提升对现代煤化工技术应用工作的重视程度，推动现代煤化工技术朝着下一个顶峰时期发展，成为了一项极为必要的工作[4]。

3.1.2 现代煤化工技术的开发周期

在过去的发展过程中，煤化工技术方法较为复杂，开发、优化难度相对较大，这就导致煤化工技术的开发周期比较长，部分新技术的开发时间在10 年以上，比方说，煤炭直接液化技术从提出到实现工业化发展花费了14 年的时间，煤炭间接液化技术从提出到实现工业化发展花费的时间为13 年；MTO 技术从发展第一篇与SAPO 分子筛制烯烃的文章，到这一技术进行工业化发展的时间长达18 年。但近年来，随着科学技术的不断发展，人们对煤化工技术研究的不断深入，各种煤化工技术开发的时间在不断缩短，这一情况的出现不仅更好地满足了人们对不同煤化工产品的实际需要，还为煤化工技术的健康可持续发展打下了坚实的基础。

3.1.3 现代煤化工产品需求量增长

我国作为世界上最大的发展中国家，社会经济处于高速发展的阶段，化工行业作为满足当前社会生产、生活物资需要的重要行业，在人们的美好生活中扮演着极为重要的角色。现阶段，相较于发达国家，我国的人均化工原料消费水平偏低，人均化工产品消费量也不够高，特别是我国的人均烯烃、芳烃消费量与发达国家之间存在着较大的差距。尽管在剔除石化制品成品出口量后，我国人均化工产品实际消费量极低，但这一情况反映了我国的煤化工产品有着较高的发展潜力，提升我国现代煤化工技术质量水平，提升煤化工产品生产效率，成为了切实满足人们对煤化工产品消费需求的重要举措。

3.1.4 中美博弈对石油资源的影响

对国际形势进行分析可以发现，近年来我国GDP 实际增速较快，甚至超过了美国GDP 的增速，这在一定程度上加重了美国对我国的警惕，从大国政治博弈的角度来看，美国为了抑制中国的发展，很可能会通过阻挠和限制我国能源进口的方式，降低我国的GDP 增速，在此过程中，我国石油进口量减少成为了出现概率较高的情况。现阶段，为切实保证我国能源、经济安全，用煤化工产品代替石油，已经成为减少我国石油资源进口量，推动我国煤化工产业进入第四个发展周期，并推动煤化工行业朝着高峰期发展的重要举措。

3.2 下一代现代煤化工技术的发展方向

近年来，随着社会经济的不断发展，人们对以聚合物为代表的高端化工产品的需求量在不断增长。这一情况的出现给当前以开发聚烯烃、芳烃、含氧化合物等产品为主的现代煤化工技术的发展创造了良好的社会发展条件，并且为保证现代煤化工行业的发展，能够更好地抓住第四个发展周期的时机，煤化工企业应当不断强化自身的技术、产业储备。

3.2.1 技术储备

为保证自身的发展情况能够适应未来煤化工产业的发展需要，在现代煤化工技术发展过程中，扎实做好现有煤化工产业技术的优化升级，合理应用节能降耗技术，减少污染物的排放量，推动煤矿与煤化工产业的一体化运营，已经成为提升未来煤化工技术产业发展竞争力的重要举措。

一方面，近年来我国现代煤化工产业正朝着集约化、密集化的方向发展，煤化工产业的投资规模在不断增大，产品生产活动的精细化程度也在不断提升。但需要注意的是，在煤化工技术集约化发展时，受煤化工生产活动本身性质的影响，煤化工生产流程较长，生产环节较多，这在一定程度上提升了人们产品生产环境管控的难度。现阶段，为推动现代煤化工产业的健康发展，以传统煤化工产品生产环节为基础，通过对煤化工技术、管理方式、生产流程进行优化升级的方式，构建产品生产活动的多联产式一体化生产系统，为产品生产效率的提升、产品生产成本的降低，提供有效的支持[5]。

另一方面，对传统煤化工技术进行分析可以发现，受产业政策、市场经济、资源环境等方面要求的限制，传统煤化工产业正面临着原料缺失、环境保护、新兴产业冲击等方面的条件。现阶段，为推动煤化工产业的健康发展，现代煤化工技术因具备原料适应性强、产品附加价值高、生产过程更为节能环保等优势，为当代煤化工产业的可持续发展提供了有效的支持。但是对当前我国现代煤化工产业发展情况进行调查分析可以了解到，受部分煤炭资源丰富地区水资源较为匮乏、煤化工产业对水资源需求量较高，并且会产生大量废水，对周边水资源造成污染等问题的影响，大部分现代化煤化工产业的主要发展区域水资源已经无法满足这一产业的发展需要。在这一背景下，从产业发展、环境保护、提升水资源利用率等角度进行分析，对现代煤化工技术进行优化时，开发典型污染物高效预处理、可生化性改善、氨氮等高有机废水零排放关键技术，开发保护臭氧催化氧化深度处理技术，对各项废水处理进行优化组合，开展废水近零排放技术优化与工业示范区等方式，强化人们对高有机、高盐煤化工废水处理重要性的认识，提升水资源的利用率，降低废水的排放量，避免废水对周边水资源的污染，成为了当前及未来一段时间内，现代煤化工技术优化工作中一项极为必要的举措。以酚氨浓度相对较高的固定床气化工艺废水的处理技术为例，为切实降低废水中COD、-N、NH3、总酚等物质的含量，提升废水的可生化性能，在现代煤化工技术发展优化过程中，将MBR、SBR、CAST、氧化接触法等技术融入到固定床气化工艺中，实现废水中有害物质的有效分解、回收，成为了一项极为必要的工作。同时，在现代煤化工技术应用过程中，有机废水中还存在着一定的高温来水、气化来水高硅、高硬度等问题，现阶段，为保证废水处理工作的效果能够切实满足废水排放工作的需要，在现代煤化工技术应用时，相关工作人员需要在明确产品生产过程中，废水可能存在的各项问题的基础上，通过采用合适的处理工艺，对废水中污染物进行针对性过滤、沉淀、分解处理的方式，避免废水对周边环境产生污染。

3.2.2 产业储备

现阶段，为更好地满足人们对现代煤化工技术产业的需要，在现代煤化工技术的未来发展过程中，开发煤质超清洁油品、特种油品，推动煤制烯烃、芳烃新材料高端产业链的发展，探索含氧化合物产品生产的新技术方法，成为了推动未来煤化工产业可持续发展，实现煤炭资源的高效化、绿色化利用的关键点。

第一，通过重点研发煤气化、大型煤炭热解、焦油与半焦高效转化技术等方式，实现煤炭的分级分质转化，为煤炭资源利用率的提升，现代煤化工技术应用成本的下降提供支持。

第二，通过重点研发火力发电、炼油、生物质转化、燃料电池等系统耦合集成技术的方式，实现煤化工产业与一些重点能源系统之间的耦合集成，在提升煤化工生产过程中热能资源利用率的基础上，减少能源产业的资源消耗量。

第三，提升对常规煤参数等级、新型煤基发电、污染物脱除等技术的关注度，进一步提升煤电技术的发展质量，为煤化工产业的整体健康发展提供助力。

第四，加大超清洁油品、特种油品技术的研发力度。首先，可以通过加大对温和反应条件下，新一代煤炭液化技术、高温费托合成等间接液化技术的研究力度；其次，提升利用煤化工技术生产军用柴油、火箭柴油等特种油品技术关注度，提升煤化工产品生产的专用性与实用性；最后，通过提升对煤化工副产品进行预处理、提取芳香化合物等技术研究情况关注度，并且将技术方式合理应用到煤化工工业生产过程中的方式，丰富煤化工产品，切实满足当前我国对于高端煤化工产品的需求。

第五，为进一步提升现代化煤化工技术的整体水平，在进行煤化工技术优化过程中，提升对新型氨、甲醇、煤制乙二醇等产品合成技术、催化剂研发情况的关注度，解决传统煤化工生产过程中产品生产原料消耗量大、产品产出率低的问题。同时，为进一步提升现代煤化工产品生产的效率，开展煤化工产品高效催化剂的研发工作，并通过放大煤化工产品工业制备产品规模，设计更符合当前煤化工产品生产需要的配套大型化工产品反应器与其他关键设备的方式，为大批量、高质量煤化工产品的顺利生产提供有效的支持[6]。

4 结语

综上所述，发展与应用现代化煤化工技术适应我国贫油少气这一能源结构特点，是保障我国能源与经济安全的重要举措。随着当前我国科学技术、社会经济的不断发展，人们对高端煤化工产品的需求量在不断增长。为了切实满足人们实际需要，对现代煤化工技术的发展情况与趋势进行分析，进而促进我国的煤化工事业告诉增长，成为了一项极为重要和有意义的工作。