煤化工工藝與設備的關鍵技術

楊澤強

（天津辰力工程設計有限公司，天津 300010）

隨著我國工業的發展，我國的煤化工技術變得更加成熟。此外，煤作為人們日常生活中必不可少的能源之一，我國對煤的應用領域較廣。因此，煤化工技術的應用應更多地偏向國內，更好地促進我國工業的良好發展。

1 煤化工技術的概念

煤化工的制作工藝有3種：煤化、氣化、煤炭的液化。

煤化技術主要通過隔離煤與空氣的接觸，以加熱的方式達到煤炭的使用，煤化也可稱為蒸餾。在煤炭的使用過程中還會產生一些物質，如煤焦油、焦炭以及焦爐煤氣等，這些物質在醫藥行業和農藥行業等諸多領域應用范圍較廣。其中煤焦油的使用價值有時比化工行業生產的產品使用價值更高，最為典型的是吡啶喹等化合物的應用，這也是煤化工技術制作過程中產生的物質應用之一。

氣化是通過氣化劑和高溫的作用煤炭從固體向氣體轉變的過程。氣化劑的組成部分一般為水蒸氣、空氣以及二氧化碳等，煤炭變化時這些組成物質在熱分解的情況下產生水、二氧化碳以及碳氫化合物。

煤炭的液化，指煤炭從固體向有機液體轉化的過程，在煤炭的液化過程中，可以產生一種碳氫化合物的液體來取代石油產品或者是類似石油的產品。這種技術通常分為兩個部分，第一部分為煤炭液化的直接轉化，第二部分為煤炭液化的間接轉化。煤的直接液化即指通過一定的溫度和催化劑的共同作用轉化為更加潔凈的物質過程，間接液化是指煤通過氣化轉化為合成氣，在催化劑的作用下生成化學物品的過程。

2 傳統煤化產業的發展現狀

隨著我國工業的發展，國家總書記習近平提出：在我國建設特色社會主義制度的道路上，必須堅持綠色可持續發展的理念，堅持不以破壞環境為代價的經濟發展，平衡經濟發展與生態環境之間的關系。近幾十年以來，人們對保護環境的觀念越發強烈，而傳統煤化工行業生產過程中會產生污染環境的有害物質。因此，一個新型產業卻應運而生，即電石生產企業，它能在不以環境為代價的前提下提高工業企業的產能。我國的電石生產企業數量在2021年不斷提高，根據相關部門公布的報告得知，我國電石廠的開工率高達83%；即使經歷了長時間的停工，2021年的煤化工企業產能也遙遙領先。因此，這些均表明電石生產企業可以開啟新的發展道路。與電石煤化工企業相比，傳統企業發展較為緩慢，傳統煤化工企業的制作方法有三種；煤轉為焦炭、煤轉為電石再轉為PVC、煤轉為合成氨再轉為尿素，不僅不利于原材料的收集，還會破壞生態環境，與我國的綠色發展理念相背離。根據相關部門公布的報告表明，伴隨國家實施節能減排、踐行綠色發展的理念，工業合成氨的產能與前幾年相比降低幅度較大。此外，氮肥的使用率以及尿素所產生的物質均呈下降趨勢，由于農民不再需要大量的化肥，尿素的相關生產企業面臨了許多的風險，農物化肥市場也出現供求不平衡的現象。尤其在2018—2021年，農作物合成氨的需求持續下降，一度出現負增長的現象，對于這種現象的發生，也讓人們思考農作物合成氨需求出現負增長趨勢的根本原因，原因在于傳統煤化工工業不僅嚴重污染環境，還過高消耗成本，與我國綠色發展的理念相背離。

3 煤化工技術的發展路線

煤化工技術主要是將煤轉化為其他化工產品的工業方法，煤作為轉化過程中的主要材料，它主要是天然氣和石油的主要材料。煤化工的制作方法有三種，分別為氣化、焦化和液化。傳統的煤化工技術稱為焦化，當前我國研制的主要為煤制醇醚以及煤制油等。因此，煤的氣化在煤化工的制作流程中有著非常重要的作用，也為煤制油以及其他化工產品的制作提供了保障。煤的氣化是指將煤轉化為干凈的氫和一氧化碳的合成氣體，煤的應用可以取代石油類的化工產品，制作出更加潔凈的合成物。而煤的液化是指將煤由固體轉化為柴油等液體化合物，液化通常分為兩個部分，第一部分為煤炭液化的直接液化，第二部分為煤炭液化的間接液化。直接液化是指氣態氫與粉煤在催化劑的作用下轉化為直鏈烷經等燃料，間接液化指將煤氣化轉化為合成氣，再轉化為油（F-T）技術，或是合成氣先轉化為甲醇，再轉化為汽油（Mobil技術）。

4 煤化工氣化工藝的專業設備及核心技術

4.1 水煤漿加壓的專業技術

水煤漿加壓設備的使用過程中是指將水和煤一起放在設備中進行制作，在這個環節中需要使用一定的催化劑促進水和煤的反應。首先是煤的除雜環節，除去不能燃燒的物質，提高煤的使用率，有效降低環境污染。我國的煤炭資源較為豐富，若水煤漿技術的使用能取代石油的應用，將會節約大量的資源，這要求企業要不斷改進水煤漿技術，制作出更能取代石油的物質。目前，我國的煤化工企業根據不同的煤炭材質，開發出更符合的水煤漿技術，因此，水煤漿技術的制作流程較為成熟，工作人員制作過程簡單，水煤漿技術的應用逐漸擴大[1]。

4.2 GSP干煤粉加壓氣化專業技術

水泵氣化技術是源于德國的煤炭氣化技術，簡稱為GSP。主要制作流程分為三步：第一步，充分研磨固體煤炭、粉碎煤炭的同時除去雜質，在第一步需要注意保持制作過程的干燥環境；第二步，將得到的煤粉通過高溫加熱，使煤粉發生氣化反應；第三步，使用冷水壁進行持續降溫得到煤氣。由于GSP干煤粉加壓技術的引進率不高，導致市場對GSP技術的使用率不高。但是，GSP技術不僅易于操作還符合我國的環保理念，此外，設備的維修費用不高，市場上使用最多的應用設備是航天爐，又稱為HT-L粉煤加壓氣化爐。航天爐是我國煤化工制作工藝中主要的應用設施，制作過程中熱效轉化率達到95%，煤炭的應用率達到99%，足以證明航天爐的可使用性。此外，航天爐設備的結構為水冷壁的反應流程，可以進行1 500～1 700℃的高溫反應。不僅對使用的原材料要求較低，可以減少原材料的消耗，降低成本。作為我國研制的設備之一，設備的購買成本和后期維修費用相對于進口而言偏低，較少的資金便可促進煤化工企業的發展。目前，我國煤化工企業在航天爐設備的運用大幅增加，每年在煤炭的處理可以達到25萬t，在我國煤化工設備的使用率上名列前茅。但是，與殼牌氣化爐相比，航天爐設備的使用資金要比殼牌少3億元，與德士古氣化爐少5 000多萬元，同時，維修費用相對于上述兩種要少2 500萬元和500萬元。因此，上述的數據表明，航天爐在投入的經濟成本、使用的應用率以及操作的簡易程度上有更大的提升空間。此外，航天爐應用的技術對煤炭的質量要求較低，可以使用各種煤炭的原材料，如褐煤、次煙煤以及石油焦均能應用于航天爐設備。但是，作為技術人員也要做好評估檢查工作，選取更好的煤炭原材料能提高設備的使用壽命和產生更高的經濟利益。

4.3 常壓固定床富氧連續氣化專業技術

常壓固定床設備屬于煤化工生產過程中的專業設備，用于細小顆粒的煤氣化過程中，通過富氧的連續氣化反應制作流程，不僅彌補了間歇性氣化反應流程的不足，還提高煤化工的生產效率和減少了成本的消耗，更好地促進我國煤化工企業的良好 發展[2]。

4.4 灰熔聚流化床煤粉氣化專業技術

灰熔聚煤氣化是煤化工工藝技術的途徑之一，它處理的煤材料主要是半徑小于3mm的煤炭原料，在制作過程中需要先將氣化劑和水蒸氣融合，然后不斷加入半徑小于3mm的煤炭材料中，最后使用專業設備收集反應物質進行二次反應，這樣能更好地提高煤氣的質量[3]。

5 現代煤化工核心技術發展存在的問題

5.1 技術安全保障存在不足

任何事物的發展都有多面性。因此，看事物要能通過事物的表象看到本質，如煤化工企業的發展就有多面性，從國家經濟發展的角度而言，煤化工企業的發展對我國整體的經濟發展有著至關重要的作用，占我國整體經濟的比例較大。但是，從保護生態環境的角度而言，煤化工企業的日常生產過程中會產生大量的有害物質，不僅會對環境造成嚴重污染，還會影響周圍居民的身體健康。此外，從保障就業者安全的角度而言，煤化工的生產是化工制作的重要環節，在生產過程中，要加強對煤化工技術的安全檢查，減少因安全指標不合格產生的事故，同時還要得到政府相關部門的高度重視，推動我國經濟的快速發展。此外，煤化工企業的相關部門還應加強對施工設備的檢查，因為任何小問題都會導致嚴重的事故后果，甚至是火災，這對企業的工作人員會造成嚴重的安全隱患，還會對企業的發展造成不良影響，也會對我國的經濟發展造成影響，不利于煤化工行業的發展。

5.2 煤化工技術設備的不合規

隨著我國工業的快速發展，煤化工企業的發展也越來越好。因此，對于煤化工技術的應用領域也變得更廣，這就需要更加先進的機器設備，這是目前煤化工行業面臨的主要問題之一，要實現煤化工企業的快速發展就需要更加先進的機器設備。但是，先進的設備需要大量的資金購買和高昂的維修費用。這也是導致我國煤化工行業發展緩慢的原因。此外，我國煤化工企業使用的大部分設備基本上不能達到現在的技術要求，有的甚至存在安全問題，這些都是導致我國工業進展緩慢的原因。對于這樣的問題，若不能及時得到解決，我國的工業依舊會進展緩慢。由于以往的機器設備已經不能滿足現在的技術要求，煤化工企業可以向國外的發達國家引進先進的機器設備。但是，企業的工作人員不僅要實時監測設備，還要對設備的使用價值進行評估，達不到合格要求或不能使用的要及時維修和更換，延長設備的使用期限，從而推動我國煤化工行業的良好發展[4]。

6 煤化工發展的應對措施

6.1 發揮國家的相關政策優勢

煤化工企業的快速發展與我國的經濟發展息息相關。因此，煤化工企業的發展時刻受到社會的高度重視，相關政策的實施一定程度上有利于煤化工企業的發展。目前，各個行業都面對著各種各樣的挑戰，煤化工行業亦是，這就要求各個行業的發展必須與時代發展的方向一樣，跟上國家的經濟發展，有效發揮多個系統結合的作用。因此，隨著我國經濟的發展，企業的經營范圍也變得更廣，企業的相關技術也應變得更加先進，它能有效與其他行業結合，作為企業的生產的核心，這就是煤化工技術引起社會高度重視的主要原因[5]。

6.2 提高區域資源利用率

隨著我國工業的發展，完善對煤化工企業的管理制度至關重要，傳統的工業對人們的生活環境造成嚴重的污染，而企業的發展還需要巨大的資金池，涉及的領域較廣。因此，對于煤化工企業的管理要更加嚴格，政府的相關部門要發揮引導作用。政府部門要加大對發展良好煤化工企業的政策支持，為煤化工企業的快速發展提供保障，推動我國的經濟增長。此外，當前的工業市場環境下，越來越多的煤化工企業發展良好，良性競爭的形成不僅為煤炭工藝的發展提供了保障，也能更好地提高煤化工企業的生產質量。因此，面對我國煤炭資源豐富的區域，可以通過在當地建造煤化工企業的方式，更好地推動當地經濟 發展。

6.3 充分利用企業技術人員的專業知識

根據上述的案例表明，技術人員的專業知識不足是煤化工企業管理中存在的問題之一，在企業的生產過程中，免不了遇到各種各樣的問題，如產品指標不合格、設備問題等，這些問題都會對企業的正常運轉產生影響，嚴重的會導致安全事故的發生。因此，煤化工企業的工作人員不僅要善于發現問題，還要能分析問題，善于總結經驗，這樣才能提升工作人員的專業能力。此外，還要從根本上知道問題的原因，對設備的性能有清晰的了解，從問題的根源上找到原因，更好地對設備進行優化。這也是煤化工企業發展的關鍵因素，通過煤化工工藝的提升以及完善設備的方式，更好地推動煤化工企業的良好發展。

6.4 把握煤化工產業的未來發展趨勢

遵循時代發展規律，預判行業未來發展趨勢是煤化工企業實現可持續發展戰略目標的基本條件。煤化工企業需要依據國家政策導向、行業整體發展趨勢、市場對產品的基本要求、環保要求等，判斷行業未來5～10a的發展方向，并提前布局，加快產業結構轉型和產品優化升級。此外，煤化工企業應當制定短、中、長期三個階段的發展戰略，要從自身的實際情況出發，充分發揮戰略眼光，加快技術引入和技術創新，實現生產設備的更新換代，并培育更多的技術型人才，從而為企業的未來發展奠定良好基礎。最后，煤化工企業應當明確自身的社會責任，嚴格遵循國家的相關要求，追求穩定發展。從而立足于實際，遵循市場化經濟的發展規律，力求在激烈的市場競爭環境下尋求突破。

7 結束語

在不以犧牲生態環境的基礎上，通過使用更加先進的工業技術，提高煤炭資源的利用率達到更高的經濟效益和社會效益，是我國當前工業發展的難題之一。但是，煤化工技術的發展為煤炭行業的發展提供了保障，一方面能提高煤炭行業的經濟利益，另一方面也能推動我國的經濟發展。綠色發展是我國當前的發展理念，煤化工技術的發展體現了我國對保護環境的重視程度，也為我國的經濟發展提供了保障。