中國現代煤化工技術應用現狀及發展

邊利利(陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西 渭南 714100)

0 引言

在我國，煤炭資源儲備量占全部化石能源儲備量的首位，這使得煤炭資源在我國能源結構中和使用比重有著極為重要的地位?，F階段，為了滿足人們對煤炭資源的正常需要，提高煤化工行業對煤炭資源的利用率，推動我國煤化工行業朝著低碳、綠色的方向發展，在傳統煤化工技術基礎上發展而來的現代煤化工技術受到了人們的廣泛關注。

1 常用的煤化工技術

1.1 煤炭焦化技術

傳統煤化工技術以煤炭的焦化工藝為核心，以生產焦炭為主要產品。我國煤焦炭的總產量占世界煤焦炭總產量的50% 以上，我國已經成為世界上煤焦炭生產第一的國家。在當前的科學技術發展過程中，我國煤炭焦化技術已經相對成熟，煤焦炭產品生產技術應用也比較熟練。現階段，出產附加價值較高的化工產品已經成為煤炭焦化生產的主要內容，煤化工產品生產質量的高低與一些附加產業產值之間存在著直接的聯系，在低碳社會發展過程中，煤炭焦化技術正朝著在保證煤炭焦化生產產品質量的基礎上，盡可能降低產品生產成本，降低污染物排放量的方向發展。

1.2 煤炭液化技術

煤炭液化技術是一種將固態的煤炭轉化為可流動液體燃料的技術方法，需要注意的是，盡管我國煤炭液化技術應用的時間相對較短，但受我國煤炭資源儲量較為豐富的影響，我國的煤炭液化工作有著極高的發展潛力。目前常用的煤炭液化方法包括間接液化與直接液化，其中間接液化是將煤炭放在某種特定條件下，使其由固態轉化為合成氣，然后將合成氣放在一定壓力與溫度的環境下，將合成氣催化為液態產品的技術；直接液化則是通過將煤炭放在一定溫度、壓力的環境下，直接將煤炭中的有機物轉化為液態物質，從煤炭中提取出來的技術方法。對間接、直接兩種煤炭液化方法進行分析后可以發現，由于直接液化技術應用條件較為苛刻，因此，在我國除部分精煤使用直接液化的方法進行液化處理外，大部分煤炭液化方法為間接液化[1]。

1.3 煤炭氣化技術

在我國煤炭氣化技術的實現為深度煤炭轉型與煤炭產業的可持續發展提供了有效的支持，并且隨著科學技術不斷的發展，我國的煤炭氣化技術已經被廣泛應用到了機械、化工、燃氣等行業當中，并且隨著煤炭氣化技術的廣泛普及。為降低煤炭氣化生產成本與生產工作的污染，這一技術正在朝著高效化、規?；?、綠色環保的方向發展。煤炭氣化工作中使用的設備可以被分成氣流床、流化床兩類。其中，氣流床在使用過程中，氣流將氣化的煤粉懸浮在氧氣與水蒸氣的環境下，在此過程中產生的煤灰會在高溫汽化爐中融化為液體，然后從爐底排出，當前氣流床被廣泛應用于IGCC 裝置中；流化床在使用過程中，燃料可以在流化床上以小顆粒與適量的氣化劑相接觸，然后出現氣化反應，當前流化床主要可以被分成鼓泡流化床汽化爐、循環流化床汽化爐兩種。為保證煤炭氣化技術的發展能夠滿足未來煤化工技術的發展需要，研發能夠適應高灰熔點煤的新型超高溫氣流床氣化技術、提升對大型流化床加壓氣化關鍵技術的關注度、研究新一代煤催化氣化與加氫技術并推動上述技術的工業化發展，成為了切實提升煤氣化技術未來發展質量的關鍵點。

2 我國現代煤化工發展現狀

2.1 煤化工技術發展情況

在當前煤炭儲備量逐漸下降的當下，煤化工技術的發展不僅能夠提升煤炭資源的利用率，降低煤炭資源的消耗量，緩解能源短缺的問題，還能降低煤炭資源利用所造成的環境污染，為現代化能源工程的推進提供有效的支持?，F階段，提升對現代煤化工技術發展應用情況的關注度，并對其進行合理優化，已經成為推動我國化工行業健康發展的有效方式之一。傳統煤化工技術向現代煤化工技術而演變，使得煤化工產品更豐富，創造的社會價值更顯著。

具體來說，經歷了十多年的科技攻關，我國現代煤化工技術得到了有效的發展，當前已經初步完成了從煤炭資源到油氣資源、基礎化工產品的轉換工作，為我國煤炭資源儲量相對較多這一優勢的發揮提供了有效的支持，有效降低了我國對石油、天然氣這些化石能源的依存度，為國家能源安全的保障工作提供了有效的支持。數據調查顯示，截至2019 年底，我國現代煤化工主要產品產能、產量水平大幅度上升。我國的煤制油產能已經達到了906 萬噸/ 年，產量達到了758 萬噸/ 年；煤制天然氣產能達到了51.05 億立方米/年，產量達到了43 億立方米/年；煤制甲醇產能已經達到了1 362 萬噸/年；煤制乙二醇產能達到了438 萬噸/ 年。當前，我國的煤化工規模已經位居世界首位。隨著各煤化工示范項目的穩定運行發揮效益，對環境友好，走煤化工可持續發展之路成為業界共識，人們對煤化工生產過程中污水、廢氣等污染物的排放情況關注度在不斷提升[2]。

2.2 煤化工原料發展情況

需要注意的是，盡管當前我國現代煤化工行業發展較快，但從總體上看，由于煤化工行業發展對煤炭資源的需求量比較大，考慮到煤化工產品生產成本管控，當前我國煤化工產業發展的存在著一定的區域性及不平衡性。同時，盡管現代煤化工產業有著良好的發展前景，并且我國的煤炭資源較為豐富，但受長時間煤礦開采工作不斷推進的影響，現在地表、淺層煤礦規模不斷縮小，更多的煤礦資源埋藏深度較深、周邊環境較為復雜、井下作業難度較大，并且受煤炭開采、運輸過程中，設備、人員管理工作質量未能達標的影響，各種事故災害頻發，不僅造成了煤炭資源的大規模浪費，還會對人員的人身安全造成嚴重的威脅。為了給煤化工技術的順利發展創造良好的條件，需要加強對煤礦行業的管控，為煤化工生產活動的順利開展提供豐富的原料資源支持。

2.3 煤化工技術應用風險

在我國，現代煤化工技術屬于得到了政府部門大力扶持的高新科技。但由于我國煤化工技術正處于發展前期，煤炭資源利用率還比較低，現代煤化工與傳統煤化工發展之間存在著一定矛盾，因此我國現代煤化工技術發展仍存在一定的風險，不僅煤化工技術的發展會受到阻礙，也存在一定的安全隱患。具體來說，首先，盡管我國建立了一系列的現代化煤化工技術應用示范基地，但當前我國現代煤化工技術仍處于發展初期，缺乏成熟的經驗加以借鑒，導致現代化煤化工技術在應用發展過程中不可避免地會走一些“彎路”；其次，煤炭屬于一種污染相對較高但利用率比較低的能源類別，據數據調查顯示，我國每年的原煤產量高達2 億噸，但在實際使用過程中，煤炭通過煤化工被有效轉化利用的還不到1 億噸。煤炭大多被直接應用于發電、煉焦、金屬冶煉和生產生活過程等直接燃燒應用中，而現有的煤炭轉化過程中往往還會產生大量的污染物，并且這些污染物回收效率比較低。這情況的出現加重了酸雨、溫室效應等環境問題，對人們的正常生活造成了極為不利的影響；最后，我國早期的煤化工技術在發展過程中沒有實現對工業生產活動進行有效的規劃，使得煤化工技術應用時存在著生產規模較小、產品單一、污染物較多等問題，這一情況的出現不僅造成了煤炭資源的大量浪費，還降低了人們對現代煤化工技術的期待度，對煤化工技術的發展造成了不利影響[3]。

3 現代煤化工技術的發展趨勢

3.1 我國進入煤化工技術發展的最佳時期

3.1.1 現代煤化工技術的發展周期

在現代科學技術發展過程進行分析可以發現，現階段正處于現代煤化工技術的又一個發展周期中。具體來說，在20 世紀30 年代到20 世紀40 年代間，煤化工行業處于第一個發展周期的高峰時期。在20 世紀50 年代到1973 年，煤化工第一個發展周期逐漸跌進了谷底。這一周期約為40 年；在20 世紀70 年代到20 世紀80 年代末，煤化工行業逐漸進入了第二個發展周期的頂峰，在20 世紀90 年代到21 世紀初，煤化工行業逐漸跌到了第二個發展周期的谷底，這一周期約為30 年；在21 世紀初期到2010 年左右，煤化工技術正逐漸朝著第三個周期的頂峰行進，現在正處于第三個周期的下降階段，并且這一周期已經過去了20年。面對這一情況，在當前的社會發展背景下，提升對現代煤化工技術應用工作的重視程度，推動現代煤化工技術朝著下一個頂峰時期發展，成為了一項極為必要的工作[4]。

3.1.2 現代煤化工技術的開發周期

在過去的發展過程中，煤化工技術方法較為復雜，開發、優化難度相對較大，這就導致煤化工技術的開發周期比較長，部分新技術的開發時間在10 年以上，比方說，煤炭直接液化技術從提出到實現工業化發展花費了14 年的時間，煤炭間接液化技術從提出到實現工業化發展花費的時間為13 年；MTO 技術從發展第一篇與SAPO 分子篩制烯烴的文章，到這一技術進行工業化發展的時間長達18 年。但近年來，隨著科學技術的不斷發展，人們對煤化工技術研究的不斷深入，各種煤化工技術開發的時間在不斷縮短，這一情況的出現不僅更好地滿足了人們對不同煤化工產品的實際需要，還為煤化工技術的健康可持續發展打下了堅實的基礎。

3.1.3 現代煤化工產品需求量增長

我國作為世界上最大的發展中國家，社會經濟處于高速發展的階段，化工行業作為滿足當前社會生產、生活物資需要的重要行業，在人們的美好生活中扮演著極為重要的角色?，F階段，相較于發達國家，我國的人均化工原料消費水平偏低，人均化工產品消費量也不夠高，特別是我國的人均烯烴、芳烴消費量與發達國家之間存在著較大的差距。盡管在剔除石化制品成品出口量后，我國人均化工產品實際消費量極低，但這一情況反映了我國的煤化工產品有著較高的發展潛力，提升我國現代煤化工技術質量水平，提升煤化工產品生產效率，成為了切實滿足人們對煤化工產品消費需求的重要舉措。

3.1.4 中美博弈對石油資源的影響

對國際形勢進行分析可以發現，近年來我國GDP 實際增速較快，甚至超過了美國GDP 的增速，這在一定程度上加重了美國對我國的警惕，從大國政治博弈的角度來看，美國為了抑制中國的發展，很可能會通過阻撓和限制我國能源進口的方式，降低我國的GDP 增速，在此過程中，我國石油進口量減少成為了出現概率較高的情況。現階段，為切實保證我國能源、經濟安全，用煤化工產品代替石油，已經成為減少我國石油資源進口量，推動我國煤化工產業進入第四個發展周期，并推動煤化工行業朝著高峰期發展的重要舉措。

3.2 下一代現代煤化工技術的發展方向

近年來，隨著社會經濟的不斷發展，人們對以聚合物為代表的高端化工產品的需求量在不斷增長。這一情況的出現給當前以開發聚烯烴、芳烴、含氧化合物等產品為主的現代煤化工技術的發展創造了良好的社會發展條件，并且為保證現代煤化工行業的發展，能夠更好地抓住第四個發展周期的時機，煤化工企業應當不斷強化自身的技術、產業儲備。

3.2.1 技術儲備

為保證自身的發展情況能夠適應未來煤化工產業的發展需要，在現代煤化工技術發展過程中，扎實做好現有煤化工產業技術的優化升級，合理應用節能降耗技術，減少污染物的排放量，推動煤礦與煤化工產業的一體化運營，已經成為提升未來煤化工技術產業發展競爭力的重要舉措。

一方面，近年來我國現代煤化工產業正朝著集約化、密集化的方向發展，煤化工產業的投資規模在不斷增大，產品生產活動的精細化程度也在不斷提升。但需要注意的是，在煤化工技術集約化發展時，受煤化工生產活動本身性質的影響，煤化工生產流程較長，生產環節較多，這在一定程度上提升了人們產品生產環境管控的難度。現階段，為推動現代煤化工產業的健康發展，以傳統煤化工產品生產環節為基礎，通過對煤化工技術、管理方式、生產流程進行優化升級的方式，構建產品生產活動的多聯產式一體化生產系統，為產品生產效率的提升、產品生產成本的降低，提供有效的支持[5]。

另一方面，對傳統煤化工技術進行分析可以發現，受產業政策、市場經濟、資源環境等方面要求的限制，傳統煤化工產業正面臨著原料缺失、環境保護、新興產業沖擊等方面的條件?，F階段，為推動煤化工產業的健康發展，現代煤化工技術因具備原料適應性強、產品附加價值高、生產過程更為節能環保等優勢，為當代煤化工產業的可持續發展提供了有效的支持。但是對當前我國現代煤化工產業發展情況進行調查分析可以了解到，受部分煤炭資源豐富地區水資源較為匱乏、煤化工產業對水資源需求量較高，并且會產生大量廢水，對周邊水資源造成污染等問題的影響，大部分現代化煤化工產業的主要發展區域水資源已經無法滿足這一產業的發展需要。在這一背景下，從產業發展、環境保護、提升水資源利用率等角度進行分析，對現代煤化工技術進行優化時，開發典型污染物高效預處理、可生化性改善、氨氮等高有機廢水零排放關鍵技術，開發保護臭氧催化氧化深度處理技術，對各項廢水處理進行優化組合，開展廢水近零排放技術優化與工業示范區等方式，強化人們對高有機、高鹽煤化工廢水處理重要性的認識，提升水資源的利用率，降低廢水的排放量，避免廢水對周邊水資源的污染，成為了當前及未來一段時間內，現代煤化工技術優化工作中一項極為必要的舉措。以酚氨濃度相對較高的固定床氣化工藝廢水的處理技術為例，為切實降低廢水中COD、-N、NH3、總酚等物質的含量，提升廢水的可生化性能，在現代煤化工技術發展優化過程中，將MBR、SBR、CAST、氧化接觸法等技術融入到固定床氣化工藝中，實現廢水中有害物質的有效分解、回收，成為了一項極為必要的工作。同時，在現代煤化工技術應用過程中，有機廢水中還存在著一定的高溫來水、氣化來水高硅、高硬度等問題，現階段，為保證廢水處理工作的效果能夠切實滿足廢水排放工作的需要，在現代煤化工技術應用時，相關工作人員需要在明確產品生產過程中，廢水可能存在的各項問題的基礎上，通過采用合適的處理工藝，對廢水中污染物進行針對性過濾、沉淀、分解處理的方式，避免廢水對周邊環境產生污染。

3.2.2 產業儲備

現階段，為更好地滿足人們對現代煤化工技術產業的需要，在現代煤化工技術的未來發展過程中，開發煤質超清潔油品、特種油品，推動煤制烯烴、芳烴新材料高端產業鏈的發展，探索含氧化合物產品生產的新技術方法，成為了推動未來煤化工產業可持續發展，實現煤炭資源的高效化、綠色化利用的關鍵點。

第一，通過重點研發煤氣化、大型煤炭熱解、焦油與半焦高效轉化技術等方式，實現煤炭的分級分質轉化，為煤炭資源利用率的提升，現代煤化工技術應用成本的下降提供支持。

第二，通過重點研發火力發電、煉油、生物質轉化、燃料電池等系統耦合集成技術的方式，實現煤化工產業與一些重點能源系統之間的耦合集成，在提升煤化工生產過程中熱能資源利用率的基礎上，減少能源產業的資源消耗量。

第三，提升對常規煤參數等級、新型煤基發電、污染物脫除等技術的關注度，進一步提升煤電技術的發展質量，為煤化工產業的整體健康發展提供助力。

第四，加大超清潔油品、特種油品技術的研發力度。首先，可以通過加大對溫和反應條件下，新一代煤炭液化技術、高溫費托合成等間接液化技術的研究力度；其次，提升利用煤化工技術生產軍用柴油、火箭柴油等特種油品技術關注度，提升煤化工產品生產的專用性與實用性；最后，通過提升對煤化工副產品進行預處理、提取芳香化合物等技術研究情況關注度，并且將技術方式合理應用到煤化工工業生產過程中的方式，豐富煤化工產品，切實滿足當前我國對于高端煤化工產品的需求。

第五，為進一步提升現代化煤化工技術的整體水平，在進行煤化工技術優化過程中，提升對新型氨、甲醇、煤制乙二醇等產品合成技術、催化劑研發情況的關注度，解決傳統煤化工生產過程中產品生產原料消耗量大、產品產出率低的問題。同時，為進一步提升現代煤化工產品生產的效率，開展煤化工產品高效催化劑的研發工作，并通過放大煤化工產品工業制備產品規模，設計更符合當前煤化工產品生產需要的配套大型化工產品反應器與其他關鍵設備的方式，為大批量、高質量煤化工產品的順利生產提供有效的支持[6]。

4 結語

綜上所述，發展與應用現代化煤化工技術適應我國貧油少氣這一能源結構特點，是保障我國能源與經濟安全的重要舉措。隨著當前我國科學技術、社會經濟的不斷發展，人們對高端煤化工產品的需求量在不斷增長。為了切實滿足人們實際需要，對現代煤化工技術的發展情況與趨勢進行分析，進而促進我國的煤化工事業告訴增長，成為了一項極為重要和有意義的工作。