双碳背景下的新型煤化工技术分析

牛志军

（山西金象煤化工有限责任公司，山西 晋城 048100）

0 引言

在双碳背景下，推进绿色转型、节能减排成为当前工业发展的主要方向。距离2030 年碳达峰目标已经十分接近，深入分析新型煤化工技术，优化煤炭的使用路径，提升煤炭的使用效率，是当前我国煤化工应当重点关注的问题。为了进一步提升煤炭的使用效率，技术人员需要对现有新型煤化工技术进行系统性分析，从而在保护生态环境的基础目标上，推进我国煤化工产业实现可持续发展。

1 双碳背景下新型煤化工技术的应用特点

新型煤化工技术本身属于传统煤化工技术的进一步优化，不仅保留了传统煤化工技术的要点，同时做出了更新，进一步提升了煤化工技术的清洁程度、融合程度和灵活程度。

1）关于清洁程度。新型煤化工的技术以清洁能源为主，比如石油气、汽油、电力、热力等，都在新型煤化工技术的使用范围之内，切实提升了清洁程度。

2）关于融合程度。煤化工技术本身属于工业领域中必不可缺的一部分，而新型煤化工技术则具备发展新兴产业的作用，能够在经济发展中对现有能源进行开发，充分发挥煤炭资源的作用。

3）关于灵活程度。目前，煤炭资源的种类十分丰富，技术人员在利用煤炭资源的过程中，可以合理选择自己需要的煤炭资源进行使用。同时，在此基础上，技术人员还能够通过煤化工技术的集成以及煤化工技术自身具备的优化作用，对煤炭资源的利用效率进一步开发，确保在满足生产的基础上减少煤炭资源的消耗，有效降低成本，提升经济收益。

2 双碳背景下新型煤化工技术应用分析

2.1 煤化工技术

2.1.1 煤焦化技术

在煤化工发展过程中，煤焦化产品十分重要，无论是焦炉煤气、煤焦油亦或者焦炭，都属于化工领域中的重要原料。其中焦炭是汽化和电石生产的重要原料之一，主要在钢铁冶炼和金属铸造中发挥自身作用。在对煤进行干馏工作时，需要将煤做空气隔绝处理，随后对煤进行加热，使煤分解。干馏工作结束后，生成的黑灰色固体物质就是焦炭，而产出的气体则包含氢气、乙烯、一氧化碳、甲烷等。同时还会产生黑褐色且粘稠的油状物，即煤焦油。

煤焦化过程，大致可分为三个阶段。第一个阶段，即0～300 ℃之间，该阶段中煤通常不会出现变化，但是能对煤做脱水工作以及脱气工作。等到温度升至300～600 ℃之间时，酶会发生分解反应和解聚，并黏结成半焦。该阶段中煤会产出焦油，以及部分气体[1]。第3 个阶段也就是600～1 000 ℃之间，半焦会逐渐向焦炭的形态转变，这也是煤炭焦化技术的最终阶段。具体见图1。

2.1.2 煤液化技术

煤液化技术，主要是将煤炭的原料从固体状态转化为液体状态的过程，在该技术下，可以划分为直接液化以及间接液化两个过程。

一方面，关于直接液化。直接液化的典型工艺，主要包含煤的破碎和干燥、制备煤浆、加氢液化、固液分离、气体净化、产品分馏、产品精制等步骤。煤的直接液化工艺流程图见图2。

图2 煤的直接液化工艺流程图

另一方面，关于煤的间接液化。间接液化技术首先需要利用一氧化碳和氢制备出合成气，随后利用合成器，在保证一定温度以及压力的前提下，对烃类燃料油和化工原料进行催化，从而得到液化煤。间接液化的典型工艺是F-T 合成法。即对现有反应条件加以控制，并调整氢和一氧化碳的比值，随后选择性能较高的催化剂，生出烷经和烯经。

2.2 新型煤气化技术

在新型煤气化技术当中，技术人员需要合理利用催化剂，对煤炭进行催化。使用新型煤气化技术时，由于化学反应不同，生出的化合物和混合物也会发生变化，通常情况下甲醇和丁醇是最常见的物质。

以甲醇为例，煤制甲醇主要包含气化、变换、甲醇洗、甲醇精制4 个步骤。

1）关于气化。气化时，原料会在高压氧与水的共同作用之下发生反应，生成合成气。在合成气当中，一氧化碳、二氧化碳、氢气、水蒸汽都是常见气体[2]，具体的反应方程式是。在此过程中，反应会在瞬间完成。

2）关于变换。过程较为简单，即一氧化碳和水发生反应，产生氢气。反应方程式为

3）关于低温甲醇洗。该过程中，主要以去除二氧化碳、硫化物等杂质为主。

4）关于甲醇精制。合成气在经过净化后，需要在气体压缩机当中压缩，随后置入甲醇反应器当中，生产粗甲醇。最后，再利用精制器对粗甲醇进行加工，能够得到精制甲醇产品。

2.3 低碳烯烃合成技术

低碳烯烃的可行技术路线较多，主要包含4 种，分别是甲醇、二甲醚、合成气、天然气。详细生产低碳烯烃的可行技术路线，见图3。

图3 生产低碳烯烃的可行技术路线

以甲醇制低碳烯烃为例，在甲醇制低碳烯烃的过程中，催化剂的选择十分重要，技术人员必须选择活性高的催化剂，才能满足制备需求。当前甲醇制低碳烯烃的最常用催化剂是磷酸硅铝[3]，主要反应公式为其中，n 的取值范围应当在2 到8 之间。甲醇制低碳烯烃的合成工艺流程图见图4。

图4 醇制低碳烯烃的合成工艺流程图

在此过程中工作人员需要注意，甲醇制低碳烯烃的反应温度通常在325～425 ℃之间，如果温度存在误差，则可能导致制备效率降低。同时，反应压力也需要处于适当的位置，过高或者过低的压力都会使烯烃的制备效率有所下降，最合适的压力应当为0.17 MPa。

2.4 合成氨技术

当下随着国内社会经济发展，煤化工领域不断进步，合成氨技术不再是部分企业的专利，得到了广泛应用。在我国无论是使用煤或天然气作为原材料，都能够达到合成氨的目的[4]。在生产初期，工作人员需要对原料气体进行生产，将煤炭和焦炭作为主要原材料，通过物理方式生产原料气体。合成氨的具体生产流程图见图5。

图5 合成氨的具体生产流程图

其中，气化炉，燃烧层当中碳会和空气中的水蒸气混合物相互产生作用，并产出半水煤气，反应方程式为在此过程中，n（CO+H2）∶n（N2）的比值应当不小于3.2。

3 结论

为了推进双碳目标的实现，合理利用新型煤化工技术，是煤化工领域中至关重要的内容之一。新型煤化工技术能够有效保证国家能源安全，并推进当地区域经济发展，从而在环保理念的引领下，帮助国家实现煤炭强国的目标。工作人员在研究过程中，需要对新型煤气化技术、合成氨技术、低碳烯烃合成技术等内容进行系统性探究，在保障生态环境安全的前提下，进一步提升煤炭的使用效率，从而助力国家实现双碳目标。