煤化工產品工藝路線分析

李 斌

(山西焦煤西山煤電多種經營公司太原杰森實業公司管業公司，山西 太原 030053)

引 言

目前，由于國內原油資源的消耗數量逐漸增多，使得我國原油進口數量也呈現逐漸增多的發展趨勢，對于原油進口依賴性隨之增加，導致了我國的能源供應所面對風險越來越大。若是國際市場之中原油價格發生變化，同樣會在很大程度上影響到我國的經濟發展。所以，進一步的研發全新能源產品，降低我國經濟發展對于進口原油依賴程度，這是目前亟待解決的重要問題。在研發與利用新能源方面，我們不僅需要進一步加大對太陽能、風能以及各種可再生資源的利用程度，同時也應當進一步提升對于煤炭資源利用程度。由于我國煤炭資源的儲量相對豐富，而過去對于煤炭資源的開采一直屬于粗放開采方式，尤其是在煤巖資源的深度利用方面存在很多不足。進一步推動煤化工行業發展是深化煤巖資源利用以及增加煤巖資源附加價值的有效方式[1]。

1 煤制甲醇產品工藝路線

我國在生產煤制甲醇方面所采用的工藝發展非常成熟，對于不同的工藝技術而言，存在的最大不同點便是在進行造氣過程中有所差異。現階段利用煤炭資源完成造氣操作的工藝主要包含有魯奇造氣工藝、德士古造氣工藝、道化學造氣工藝以及殼牌造氣工藝等等。其中魯奇造氣工藝在實踐之中所應用時間相對長，不過，因為在此種工藝技術條件之中所需的氣化溫度相對低，導致了的氣體之中所含有的甲烷氣體比例較大，在制備甲醇合成氣過程中不適宜采用。德士古造氣工藝目前基本上實現了國產化，無論是相關材料或者是其中的部件等我們均可以自主生產，所以，從資金成本投入方面來看其所需資金相對少，不過，德士古造氣工藝在實際應用過程中，對于所使用煤炭種類灰分大小以及活性等均存在較高要求。殼牌造氣工藝所使用的原材料包含有純氧以及干煤粉料，在氣化的過程中溫度能夠超過1 400 ℃以上，并且利用廢鍋流程，確保了所得甲醇氣體的體積分數更高。

2 煤制二甲醚產品工藝路線

在制備二甲醚產品的過程中，可以采用的工藝技術種類非常多，其中在工業生產方面應用最為廣泛的工藝為甲醇脫水工藝以及直接合成工藝。采用甲醇脫水工藝時首先利用合成氣制備得到甲醇產物，再將所制備得到的甲醇利用固體催化劑進行脫水處理，便能夠得到二甲醚產品，在脫水法工藝之中又包含有氣相催化方法以及液相催化方法等。直接合成工藝則是利用合成氣作為生產的最初原料，并且在同一個反應裝置之中完成甲醇的合成以及脫水反應，在采用一步合成工藝情況下所應用的催化劑材料一般都為雙功能催化材料[2]。

2.1 甲醇脫水工藝制備二甲醚產品

首先利用合成氣制備得到甲醇產品，再利用催化劑對所得到的甲醇產品進行脫水處理，最終制備得到二甲醚產品。在脫水處理的過程中，可以采用氣相脫水法，也可以采用液相脫水法。相對而言，氣相脫水工藝的應用較為廣泛，此種工藝之中所應用到的催化劑材料是ZSM材料，有些情況也會應用γ-Al2O3材料。脫水反應所需的壓力為0.5 MPa～1.5 MPa之間，所需的溫度值在230 ℃～400 ℃之間。在甲醇氣體通過汽化之后，再經過換熱工序便被輸送至反應裝置之中完成脫水反應，而反應產物在經過換熱處理之后，進一步的進行冷凝便能夠得到二甲醚產品。在采用液相脫水工藝方法時，所利用的催化劑材料為H2SO4等材料，采用此種工藝技術所需的溫度值為130 ℃～180 ℃之間，所得到的反應物再進行汽化處理，最后進行冷凝便能夠得到二甲醚產品。

2.2 一步法制備二甲醚產品

現階段，在制備二甲醚產品的過程中，應用較為廣泛的方法是美國所發明的漿態床合成氣一步法工藝，同時，我國大連化學物理研究所同樣也研發的相關制備工藝，為固相合成工藝，此種工藝目前在國內的應用也較為廣泛。

漿態床合成氣一步法工藝是將合成氣以及循環氣等進行混合處理，然后將其一并的輸送至漿相之中完成相應的反應，并且向其中添加適宜水，通過水氣變換反應對反應平衡進一步進行調節。在進行氣體混合之前，先要應用反應所得產物對氣體進行預熱處理，在經過換熱之后，將所得產物輸送至集油罐之中進行脫油以及脫催化劑處理。最后把所得氣體經過冷凝分離，便能夠獲得二甲醚產品以及副產物。

固定床一步法工藝其是首先將合成氣進行壓縮處理，然后將其和循環氣體進一步進行混合，并和反應所得產物對氣體進行預熱處理，在經過換熱之后，將溫度升高之后混合氣體輸送至反應裝置之中，在反應裝置之中發生反應，其壓力要求為2.5 MPa～4.0 MPa之間，具體的反應溫度值為230 ℃～300 ℃之間，所使用的催化劑材料為沸石材料，在經過反應之后得到二甲醚、甲醇等物質，最后通過萃取處理以及提濃處理能夠獲得二甲醚產品。

3 煤制油工藝路線

從元素組成的角度來看，煤炭產品以及石油產品之中主要元素均為碳元素、氫元素、氮元素、氧元素以及硫元素等，不過，兩者之間的具體分子構成存在一定差異。從化學組成的角度來看，石油產品之中H/C的比例值要較煤炭產品高，因此，如果想把煤炭產品轉變為石油產品，應當給定相應的反應條件，確保分子能夠實現加氫反應。現階段，所采用的煤制油工藝基本上有兩種，分別是直接液化工藝以及間接液化工藝。

3.1 直接液化工藝

此種工藝技術是在和空氣隔絕條件之下，把煤炭產品加熱升溫至430 ℃～460 ℃之間，確保煤產品能夠發生熱裂解反應，在發生裂解的同時向其中添加氫氣以及催化劑物質，再將反應條件的壓力值增加至17 MPa～30 MPa之間，從而便能夠制備得到不同的液化油產品。通過調節反應過程中的具體條件，我們能夠獲得各種類型油產品。從理論上來看，3 t煤經過液化加工處理之后能夠得到1 t左右的液體產品，擁有相對高的效益，不過，這一工藝對于煤炭質量的要求相對較高。

3.2 間接液化工藝

此種工藝技術是首先把煤氣化處理，將其轉變為合成氣，再利用催化劑物質所擁有的催化功能，在特定壓力環境之中反應得到油產品以及其他一些化學產品。此種技術手段和直接液化技術對比而言更加的成熟，采用此項工藝技術時，5 t煤經過液化加工處理之后能夠得到1 t左右的液體產品，相對于直接液化工藝而言，其擁有的效益相對較低，不過，此種工藝對于煤炭質量的要求相對較低，而且所得到的產品種類也相對多[3]。

4 煤制天然氣產品工藝路線

在煤制天然氣產品工藝中，依照具體的流程差異同樣能夠劃分為直接甲烷化工藝以及間接甲烷化工藝。

4.1 直接甲烷化工藝路線

在相應的溫度條件以及壓力條件之下，通過煤炭直接將其轉變為富甲烷氣體。第一步，應當先把煤炭破碎成特定的尺寸，在借助于循環載體流把破碎好的煤炭顆粒輸送至反應裝置里，使用的催化劑材料為耐硫堿金屬材料，在CO氣體環境中，或者是在為CO2氣體和氫氣氣體混合環境中，發生反應得到CH4、CO以及H2的混合氣體。

4.2 間接甲烷化工藝路線

將煤炭首先進行氣化處理得到合成氣，之后將合成氣輸送至反應裝置之中，向其中加入相應的催化劑在特定條件下制備得到甲烷氣體。目前，技術水平相對先進的應當為TOPSOE工藝，其是將三個具有相同功能的反應裝置串聯在一起，而且不同裝置之中的實際反應條件也基本保持一致，反應的壓力條件都是在3 MPa～6 MPa之間，而且反應的溫度也均是在250 ℃～700 ℃之間，所采用的催化劑材料均為鎳基材料，此種材料的催化效率相對優良，能夠確保CO氣體的轉化率達到100%，CO2氣體的轉化率也能夠達到99%。

5 結語

現階段，國內煤化工產業的發展正處于發展階段，煤化工產品的市場競爭力同樣也逐漸得以提升，而在這一過程中煤化工工藝路線也定會越來越完善，其工業化前景也定會越來越廣闊。