爱华网摘要：概述了煤化工中煤焦化、气化、液化、煤气化联合循环发电和多联产技术系统国内外发展的现状，分析了煤化工产业面临的发展机遇。认为，通过煤化工技术，将煤转化为新的洁净高效的能源将成为今后研究开发的方向，规模大、技术先进将是煤化工产业发展的趋势。 煤炭是我国最主要的能源资源，它不仅是重要的工业燃料还是重要的化工原料，并有“化工之母”之美称。但除冶金工业和化肥工业中煤的焦化和用于合成氨的煤气化之外，煤的其他深度化学转化由于种种原因一直未实现商业运营。进入21世纪，环境保护受到前所未有的重视，洁净能源安全稳定的供应也成为一个国家经济持续发展的重要条件，这些都为煤炭化学加工提供了难得的发展机遇，加快煤化工产业的发展已成为煤炭工业可持续发展的重要组成部分。为让广大读者较全面地了解我国煤化工产业的现状，组织了这期“煤化工产业”的专题文章，旨在加快煤化工产业的发展，进一步延伸煤炭产业链，为国民经济的快速健康发展奉献洁净、高效、可靠的能源。 煤化学加工包括煤的焦化、气化和液化。主要用于冶金行业的煤炭焦化和用于制取合成氨的煤炭气化是传统的煤化工产业，随着社会经济的不断发展，它们将进一步得到发展，同时以获得洁净能源为主要目的的煤炭液化、煤基代用液体燃料、煤气化—发电等煤化工或煤化工能源技术也越来越引起关注，并将成为新型煤化工产业化发展的主要方向。发展新型煤化工产业对煤炭行业产业结构的调整及其综合发展具有重要意义。 1 煤化工产业发展概况 1.1 煤炭焦化 焦化工业是发展最成熟，最具代表性的煤化工产业，也是冶金工业高炉炼铁、机械工业铸造最主要的辅助产业。目前，全世界的焦炭产量大约为3.2～3.4亿t/a，直接消耗原料精煤约4.5亿t/a 。受世界钢铁产量调整、高炉喷吹技术发展、环境保护以及生产成本增高等原因影响，工业发达国家的机械化炼焦能力处于收缩状态，焦炭国际贸易目前为2500万t/ a。 目前，我国焦炭产量约1.2亿t/a，居世界第一，直接消耗原料煤占全国煤炭消费总量的 14%。 全国有各类机械化焦炉约750座以上，年设计炼焦能力约9000万t/a，其中炭化室高度为4m～5.5m以上的大、中型焦炉产量约占80%。中国大容积焦炉（炭化室高≧6m）已实现国产化，煤气净化技术已达世界先进水平，干熄焦、地面烟尘处理站、污水处理等已进入实用化阶段，焦炭质量显著提高，其主要化工产品的精制技术已达到或接近世界先进水平。 焦炭成为我国的主要出口产品之一，出口量逐年上升，2000年达到1500t/a，已成为全球最大的焦炭出口国。 从20世纪80年代起，煤炭行业的炼焦生产得到逐步发展，其中有的建成向城市或矿区输送人工煤气为主要目的的工厂，有的以焦炭为主要产品。煤炭行业焦化生产普遍存在的问题是：焦炉炉型小、以中小型焦炉为主，受矿区产煤品种限制、焦炭质量调整提高难度较大，采用干法熄焦、烟尘集中处理等新技术少，大多数企业技术进步及现代化管理与其他行业同类工厂相比有较大差距。 1.2 煤气化及其合成技术
1.2.1煤气化 煤气化技术是煤化工产业化发展最重要的单元技术。全世界现有商业化运行的大规模气化炉414台，额定产气量446×106Nm3/d，前10名的气化厂使用鲁奇、德士古、壳牌3种炉型，原料是煤、渣油、天然气，产品是F-T合成油、电或甲醇等。 煤气化技术在我国被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和生产城市煤气的企业，各种气化炉大约有9000多台，其中以固定床气化炉为主。近20年来，我国引进的加压鲁奇炉、德士古水煤浆气化炉，主要用于生产合成氨、甲醇或城市煤气。 煤气化技术的发展和作用引起国内煤炭行业的关注。“九五”期间，兖矿集团与国内高校、科研机构合作，开发完成了22t/d多喷嘴水煤浆气化炉中试装置，并进行了考核试验。 结果表明：有效气体成分达83%，碳转化率>98%，分别比相同条件下的德士古生产装置高1.5%～2 %、 2%～3%；比煤耗、比氧耗均低于德士古7%。该成果标志我国自主开发的先进气化技术取得突破性进展。国内气化技术引进概况见表1。 表1我国煤气化技术引进概况（略） 1.2.2 煤气化合成氨 以煤为原料、采用煤气化—合成氨技术是我国化肥生产的主要方式，目前我国有800多家中小型化肥厂采用水煤气工艺，共计约4000台气化炉，每年消费原料煤（或焦炭）4000多万t ，合成氨产量约占全国产量的60%。化肥用气化炉的炉型以UGI型和前苏联的Д型为主，直径由 2.2m至3.6m不等，该类炉型老化、技术落后。加压鲁奇炉、德士古炉是近年来引进用于合成氨生产的主要炉型。 国外以煤为原料生产化肥的很少，一般都以石油或天然气为原料；国内由于行业分隔的原因以及煤制合成氨近年来市场的起伏，仅有少数煤炭集团有煤气化合成氨（化肥）企业（或生产线）。 1.2.3 煤气化合成液体燃料(间接液化) 20世纪50年代，南非SASOL公司开始建设煤气化—合成燃料油的SASOLI工厂，70年代末、80 年代初相继建成SASOLII、SASOLIII厂，形成目前世界上最大的煤气化合成液体燃料企业。SASOL公司加工原料煤约4500万t/a，获合成产品约760万t/a，其中60%为燃料油。 我国从20世纪50年代就进行了间接液化技术的开发研究。80年代开始，中国科学院山西煤化所系统地进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的技术开发，并完成了2000t/a规模的煤基合成汽油工业实验；在钴基催化剂合成工艺开发方面，于90年代开始进行了系统的研究与开发工作，并取得阶段性结果，开发出3种型号合成柴油钴基催化剂。针对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了小型试验，“十五”期间已立项正在进行1000t/a级间接液化装置的开发和试验，并研制工业级煤基合成油工艺软件包。 在技术开发的同时，国内煤炭企业对引进成熟技术、建设煤间接液化工厂做了大量工作。平顶山煤业集团、宁夏太西集团就建设间接液化商业化示范工厂进行了煤种评价试验和建厂预可行性研究，并就引进技术、投融资、立项等做了大量前期工作，目前项目正在论证阶段。 1.2.4 煤气化其他产品合成技术 煤通过气化制得合成气后，合成不同专用化学品取决于合成技术。国内外对该类技术都有较多研究、开发，有的已进入商业化运行。 甲醇是重要的化工原料，也可作为发动机代用燃料。世界甲醇生产能力3500万t/a，产量约2900万t/a。我国甲醇生产能力约为300万 t/a，生产企业约140多家，其中50% 以上为以煤为原料的工艺。〖BP〗与国外相比，国内甲醇装置规模小，生产工艺落后，特别是以煤为原料的工艺较复杂、成本偏高，因此缺乏竞争能力。山西晋中地区对甲醇汽车已做了多年的示范工作。〖BP〗 二甲醚作为另外一种代用液体燃料，其技术发展受到关注，有关研究者认为二甲醚可以作为车用柴油替代燃料，也可以替代LPG作为民用燃料。世界二甲醚产量约15万t/a ，主要由甲醇脱水工艺制得。近期技术发展是将合成原料气在一定条件下用一步法合成二甲醚。 1.3 煤炭直接液化 通过对煤加热、加压氢化直接获得液体产品的工艺被称为煤的直接液化。德国建立的以褐煤、烟煤为原料的直接液化工厂到二战结束前生产能力达到420万t/a。 自20世纪70年代起，德国、美国、日本等主要工业发达国家相继开发煤直接液化新工艺，并相继完成工业放大试验，为工业化生产奠定了基础，代表性技术有德国IGOR工艺，美国氢煤(H-Coal)工艺，日本NEDOL工艺，这3种工艺都曾进行了百t/d级试验。 我国从70年代末开始煤炭直接液化技术研究。煤炭科学研究总院北京煤化所对27个煤种在0.1t/d装置上进行了53次运转试验，开发了高活性的煤液化催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，完成了将煤的液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油的试验。“九五” 期间分别同德国、日本、美国有关部门和公司合作完成了神华、黑龙江依兰、云南先锋建设煤直接液化厂的预可行性研究。 目前，神华集团煤直接液化一期250万t/a商业化示范厂建设已进入工程前期工作，预计2005 年建成第一条生产线，年产油品80万t。国内煤炭直接液化研究试验项目见表1。 表1国内煤炭直接液化研究试验项目（图略） 1.4 煤气化联合循环发电（IGCC） IGCC是以煤气化为龙头的联合循环发电系统，该技术系统将先进煤气化与发电技术嫁接，以实现煤电技术的高效、低污染和大型化。从20世纪70年代开始，一些工业发达国家开始有计划地开展IGCC技术的开发研究。美国、荷兰、西班牙等国相继建设了工业规模的IGCC示范机组，发电净效率可达43%～45%，污染物排放量和耗水量仅为常规燃煤电站的1/10和1/2～1/3。国外IGCC示范电站见表2。当前的发展趋势是以项目大型化来进一步提高发电效率、降低初期投资、提高商业运转的可靠性和利用率。国内对IGCC的研究始于上世纪80年代初，90年代组织开展了IGCC电站工程预可行性研究，对主要工艺进行了技术经济分析评估。“九五”期间，进行了工艺、煤气化、热煤气净化等方面的关键技术研究。目前，在山东烟台拟以引进方式建设400MW级IGCC示范电站的前期工作正在进行。 1.5 多联产技术系统 多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。 美国能源部提出的Vision21能源系统综合了发展趋势的需求，以煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料电池发电、电池余热供热、CO2或其它污染物在原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。壳牌公司提出的合成气园的概念就是以煤气化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，同时还生产民用煤气和供热。更广义的多联产概念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。 在多联产系统中，原来单独生产的系统在重新组合中可能被简化，对原料的要求降低，通过不同工艺的互补而提高总体效率，最终使产品成本降低。 我国国内科技界、产业界关注多联产技术的发展，并进行了系统研究和相关单项技术的研究开发。 表2国外IGCC示范电站概况（图） 2 煤化工产业发展的需求及特点 众多的研究者认为：世界已进入能源和化工原料多元化的时代，不同国家或地区应根据资源和经济发展的需求选择现实、优质的原料和技术。以煤炭为原料生产化学品和通过转化生成高效洁净能源（电力、燃料油等）的技术将与石油和天然气化工形成并列竞争的趋势，煤化工在各成熟单项技术的支撑下，面临新的发展机遇。 我国煤化工产业的发展将以发挥资源优势为基础，以优化能源结构、特别是以优化终端能源结构为方向，通过洁净、高效的途径，为国民经济发展和社会进步提供优质能源保障，其未来发展具有以下主要特点。 （1）除发展传统的产品型煤化工（炼焦、合成氨）以外，将以市场为导向，发展以能源转化型为主的煤化工产业，建设能源转化型和产品联产型的综合煤化工厂，如煤炭液化、煤气化—合成燃料与化工产品或电力、热力联产等。 （2）规模大型化，采用先进技术。以全球经济一体化为背景，培育世界级煤化工大型企业，建立具有国际竞争能力的大型工厂，如百万t级产品的大型煤化工厂。采用国内外先进技术和现代装备，清洁生产和提供清洁产品，如现代液化工程、先进的合成反应工程等。 （3）在新的煤化工产业发展中，企业将成为新技术发展的主体。企业投资开发先进技术用于技术更新和技术进步，同时注重新技术在国内外市场上的商品化。 （4）有利于煤炭工业的产业结构调整，促进相关行业的技术联合，从而可拉动内需，为就业提供条件，具备先进技术的煤化工产业将获优先发展。 3 发展煤化工产业的机遇及其发展趋势 随着市场经济的发展和全球经济的一体化，我国煤炭行业、特别是大型煤炭企业正不断调整产业结构和产品结构，发展煤化工产业是其中最为重要的途径。 3.1 煤炭液化将成为新型煤化工产业的重要方向 石油资源匮乏和国内石油供应不足已成为我国能源发展的一个严峻现实，依据煤质和其他综合条件，发展煤直接液化和间接液化，已成为国内煤炭企业和产煤地区关注的热点。 煤炭液化作为煤炭化学转化的高技术，其产业化将经历一个较长时期的发展，需要推动解决的问题有：①结合资源、经济等条件，研究煤炭液化的技术发展规划和未来产业格局；②结合引进先进技术，配套、完善、提高工业化整体成套技术和装备，在近期完成工程示范，同时开发具有自主知识产权的工艺和关键装备；③完善商业化工厂建设的投融资机制，拓宽国内外投融资渠道；④研究、制定发展煤炭液化的政策体制；⑤由国家、企业、科研等共同出资，建立国家级煤炭液化科研和工程技术开发基地，培育专业队伍。 我国煤炭液化产业化发展有望在2005年完成以引进技术为主的1～2个商业化示范，2010年基本完成自主开发技术工程化应用示范，2010年后逐步形成煤炭高技术转化新型产业。 3.2 煤炭气化在煤化工产业中占有重要地位 开发先进煤气化技术对煤炭行业发展煤化工有重要意义。目前，国家有关部门正在开发具有自主知识产权的煤气化技术，如多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化等，国内引进技术的项目也在进行。煤炭企业发展煤气化技术需要在总结国内外先进技术的基础上，结合煤种、煤质特点，通过技术、经济研究，开发或采用适宜的工艺和炉型，如加压固定床气化和液态排渣气化等。 以往煤炭气化技术的发展以化工行业为主，煤炭行业在研究开发、工程实施、人员等方面都较薄弱，需要加快综合力量的提高。 3.3 煤炭焦化 发达国家炼焦工业的收缩以及中国国内取消土焦、淘汰小型落后炼焦工艺都为发展先进、大型焦化工业提供了新的机会，预计到2005年我国机焦产量缺口为2000万t/a，低灰、低硫优质焦炭在国内外市场均有很大的发展空间。煤炭行业具有原料、运输等优势，特别是拥有优质炼焦煤资源的企业或产煤地区，如山西、黑龙江七台河等地区，具有发展较大规模、生产优质或特色冶金焦、铸造焦的条件，可以抓住当前机遇，高起点、高水平地推动焦化工业的发展。 3. 4 有计划发展其他煤化工技术 目前，国内发展煤气化合成化工产品或替代液体燃料的势头很旺，如合成甲醇或进一步加工下游产品（醋酸、醋酐等），合成二甲醚（一步法合成二甲醚技术正在开发中）。煤炭企业发展煤气化合成具有原料煤价格较低、有实施大规模工业化的实力等优势，但同时也需要充分注重国内外市场需求容量、产品应用的社会投入、单元技术的工业化成熟度以及与石油、天然气化工的竞争能力等因素，应把产品目标尽量立足于国内市场短缺、替代进口上。 多联产是一项集多种能源产品和化工产品生产、多个单元工程组合、技术经济环境优化的煤化工－能源系统，具有灵活多样的系统组合方式，作为一种关系未来发展的概念系统，需要作许多基础研究和单元技术开发工作。 煤炭行业发展多联产系统，原料方面可考虑将煤、煤层气、伴生矿物加工相结合，工艺方面将煤化工、发电、建材、冶金等相结合，产品方面应形成化学品、液体燃料、电力、热力、煤气、建筑材料和金属材料等关联生产，达到资源、能源的充分利用和循环生产以及环境最优化、经济效益最大化的目的。
