煤化工分析技術進展和應用前景

胡景芳

摘 要：煤炭作為不可再生資源，與石油類似，其化工產品被廣泛應用于化工、冶金、電力和國防等眾多領域。我國石油資源緊缺且日益減少，使得煤化工越來越受到國家重視，煤化工技術的發展也愈來愈引起廣泛關注。煤化工以煤炭為原料，是通過各種化工技術將固態煤炭轉化為氣態、液態化工產品的化工過程，目前較成熟的工業化煤化工項目離不開煤氣化技術，煤氣化技術是指通過化學方法將煤炭轉化并分離精制為一氧化碳和氫氣的過程，屬于C1化學的范疇，它利用固定床、流化床、氣流床等氣化爐裝置，在一定的條件下將碳元素由固態轉化成氣態。該類技術得到了學界和業界人士的廣泛認可，煤氣化技術作為煤化工項目中的重要組成部分，是隨后的甲醇合成、二甲醚合成、烯烴合成與分離、油品合成、塑料合成等諸多工藝的基礎。整個煤化工生產過程需要精細操控，預判隱患，故而必須依靠煤化工分析檢測技術的緊密配合，才能實現煤化工項目的正常運營生產，為我國經濟發展提供戰略支持。

關鍵詞：煤化工;分析技術;應用

目前，煤炭在我國主要用作一次能源，生產量占一次能源的70%以上，消費量接近一次能源消費的65%，少部分煤炭用作化工原料。因工業用途不同，被劃分為動力煤，煉焦煤，煤化工用煤。換句話說，煤炭資源不僅可以作為燃料，也可作為原材料制備焦炭、煤焦油、煤氣等一系列化工產品。我國多煤少油貧氣，發展煤化工勢在必行。隨著科學技術的積累與突破，煤炭資源的使用更多傾向于煤化工項目，以緩解油氣危機，為市場填補石油產品缺口，努力實現煤化工的經濟化。因而提高煤炭的利用率至關重要，如何利用分析檢測技術為煤化工提供有效數據是煤化工項目實現自動化、工業化、市場化的核心問題之一。

1 煤化工簡介

煤化工是指以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干饋，以及焦油加工和電石藝訣化工等。煤化工開始于18世紀后半葉，19世紀形成了完整的煤化工體系。許多以農林產品為原料的有機化學品多改為煤為原料生產，煤化工成為化學工業的重要組成部分。隨著石油化工的異軍突起，諸多化學品的生產又轉移到以石油、天然氣等為原料，從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。當前，由于世界范圍內結構性的油氣資源短缺，煤化工又有部分替代石油化工的趨勢，即改造成熟的石油化工工藝，以煤化工的低級化工產品為替代性原料，生產出現有的石油化工產品。這一過程的實現，離不開分析檢測技術的支持。原油與煤炭的化學組成不盡相同，煤中有機質的化學結構，是以芳香族和少量雜原子形成的稠環為結構單元，由C-C鍵等共價鍵互相連接，并帶有多種官能團的大分子結構，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為多種燃料和化工產品。焦化是應用最早且最持久的煤化工工藝，其主要目的是制取冶金用焦炭，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、蔡等芳輕。煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產城市煤氣及各種燃料氣，也用于生產合成氣;煤低溫干溜、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料。

2 煤化工分析檢測技術

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一種在有機化學中對易于揮發而不發生分解的化合物進行分離與分析的色譜技術，是一種應用非常廣泛的分析方法。氣相色譜法在進行檢測時要用到熱導檢測器和火焰檢測器，利用了惰性氣體的流動，將樣品帶入檢測器中，分析樣品的成分。氣相色譜法所測數據的精確度非常的高，比普通的化學分析法要好。在進行測量的時候，可以直接得出檢測，但是氣相色譜法對人的要求比較高。在煤化工生產過程中，煤氣是煤化工生產過程中的產物，主要成份是氧氣、甲烷、氮氣、二氧化碳等一些氣體，在利用氣相色譜法時，需要選擇的是13X或者5A的色譜柱子，它們的分析時間不同，l3 X柱子的分析時間大約為8min，出峰時間較短，峰與峰之間的距離近，容易發生粘連。而5A柱子的分析時間約l8min，分析時間長，但峰與峰之間的距離遠，不易發生粘連。

2.2 離子選擇性電極

離子選擇性電極是一類利用膜電勢測定溶液中離子的活度或濃度的電化學傳感器，當它與含待測離子的溶液接觸時，在它的敏感膜和溶液的相界面上產生與該離子活度直接有關的膜電勢，經常用于實時在線檢測。離子選擇性電極基本上都是膜電極，具有非常多的優點。首先，它應用廣泛，可以用于環境的監測、化工、醫藥等方面。基本上能夠對各種離子的選擇性電極進行制取，對于一些比較難檢測的離子也有一些特殊的效應，可以替代大多數容量分析法。其次，它的響應性很快，操作簡單，響應的時間短，不需要對溶液進行非常麻煩的操作。第三，它還有價格上的優勢，而且各種形狀的都有，甚至可以做成針尖狀，在血管中使用。不僅僅可以作為檢測的工具，還可以做控制盒的元件。第四，同時它還可以與其他設備一塊使用，非常方便。離子選擇性電極結構簡單，在與其他設備聯合的時候，檢測范圍更大。

隨著科學技術的進步，化工分析作為煤化工生產過程中重要的組成部分，分析技術也要不斷的進步，只有這樣才能保證煤化工生產的順利進行及減少生產中的浪費和污染。在煤化工分析過程中，必須按照嚴格的標準進行分析。而隨著這些年國家對于環保方面的要求越來越高，為了響應國家的號召，煤化工生產中的分析技術更要不斷的提高和完善。煤化工產業的關注度越來越高，對煤化工分析技術的要求也就越來越高。化工分析的應用是非常廣泛的，隨著煤化工產業的不斷發展，煤化工分析技術的應用前景將更加的廣闊。

3 現代煤化工項目煤氣化技術的應用

目前，現代煤化工程項目越來越多，超過一半投入商業運作。由于環境、資源、生態、環保的壓力，使用煤氣化技術必須考慮綠色工藝，降低污染物的排放，降低對生態的壓力，這種種要求就是現代煤氣化技術的發展趨勢，形成集約型和新型煤化工技術是業界發展的主流方向。其中，高壓、大容量的氣流床氣化技術相對可靠，推廣使用有不錯的經濟效益和社會效益，它是潔凈煤技術的關鍵，也是當前能實現最清潔的煤利用技術之一。

3.1 提高煤種適應性問題及對策

從煤氣化技術的發展歷史看，它的運行軌跡無外乎兩個重點，一是提高煤炭的利用率，以應對各類煤種，二是保證煤氣化技術的科學環保性。所以提高煤種的適應性顯得格外重要，首先準確分析原料化學組成，據此采用合理的配煤技術，讓煤料能順利穩定的進入氣化爐;其次，推廣劣質煤預處理技術，精確分析預處理后成分，確保進料合格，讓氣流床技術的開發有合適的氣化原料;第三，使用復合煤降低成本，全流程實時在線檢測分析，通過程序實現自動化即時調控，提高使用效率。

3.2 煤氣化技術的大型化及對策

氣化爐朝著大型化、單系列發展彰顯一個國家煤化工技術的進步程度，為了促進煤氣化技術的大型化可以根據進料特點，結合水煤漿進料，然后通過合理的噴嘴數量及爐內設置，將混合過程加以強化。而對于粉煤進料則可以采用多路煤粉輸送共用一個噴嘴實現氣化爐的大型化。大型化后氣化爐內不同位置的取樣分析將成為分析檢測的重點考慮方向。

3.3 煤氣化過程的能量高效轉化與合理回收

合理回收煤氣化過程的能量是發展煤氣化技術的關鍵，一方面回收合成氣能降低煤炭燃燒給環境帶來的破壞，是響應國家節能減排、保護自然的舉措，另一方面合理回收煤氣是本著可持續發展的思想進行的。通常回收合成器顯熱技術，分別是激冷工藝和廢熱鍋爐工藝，前者投資較少，設備簡單，回收效率一般;后者回收效率良好，但耗資巨大。這些年科學家們嘗試用二次噴煤的方式解決高溫合成器顯熱的問題，但是一直還在探究中。新的更有針對性的分析檢測項目的設計應用將極大推動技術攻堅進度。

隨著全球性溫室效應的到來和節能減排活動的開展，為了實現可持續發展也為了提高煤炭資源的循環利用，高效、潔凈的煤氣化技術是當今煤化工工藝發展的突破點，而這其中以氣流床技術為主，每位工作人員要以負責的心態，積極的面貌應對煤化工分析檢測工作，盡管當前煤氣化技術尚存在很多碎片化的問題，借助分析檢測技術的支持與配合，未來我們的煤氣化技術會有更高層次的跨越，推動煤化工整體的進步。

參考文獻：

[1]藺華林，李克健，趙利軍.煤制天然氣高溫甲烷化催化劑研究進展[J].化工進展，2017，30（8）：3.