煤氣化與煤液化潔凈低碳技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

摘 要

摘要：論述了煤氣化、煤液化、一碳化學(xué)等潔凈煤技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用的進(jìn)展，探討了發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：煤液化；煤氣化；一碳化學(xué)；煤炭轉(zhuǎn)化；潔凈煤技術(shù)Application Progress in Low Carbon T
摘要：論述了煤氣化、煤液化、一碳化學(xué)等潔凈煤技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用的進(jìn)展，探討了發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：煤液化；煤氣化；一碳化學(xué)；煤炭轉(zhuǎn)化；潔凈煤技術(shù)
Application Progress in Low Carbon Technologies：Coal Gasification and Coal Liquefaction
GAO Jianye
Abstract：The development and application of clean coal technologies，such as coal gasification，coal liquefaction and C1 chemistry are described.Their development directions are discussed.
Key words：coal liquefaction；coal gasification；C1 chemistry；coal conversion； clean coal technology
    從20世紀(jì)70年代中期開始，世界石油能源緊張，供不應(yīng)求，價(jià)格飚升猛漲。30年間石油價(jià)格由每桶10余美元漲至2008年的每桶140美元。從20世紀(jì)80年代初，各國政府和專家就以新的觀點(diǎn)來評價(jià)煤作為化工原料和能源的重要性。煤炭對于“貧油、少氣、富煤”的中國而言，是主要的化石能源。隨著社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速發(fā)展，全球?qū)μ娲ぴ虾吞娲茉吹男枨笤桨l(fā)迫切，節(jié)能減排是大勢所趨[1～5]。使用潔凈煤技術(shù)生產(chǎn)的煤化工產(chǎn)品不僅成本相對較低，而且對于中國減輕燃煤造成的環(huán)境污染，降低中國對進(jìn)口石油的依賴有著重大意義。
   潔凈煤技術(shù)是指煤炭從開發(fā)到利用全過程中，旨在減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化及污染控制等高新技術(shù)的總稱。利用潔凈煤技術(shù)生產(chǎn)化工產(chǎn)品及工農(nóng)業(yè)用原材料，受到廣泛重視。本文從煤氣化技術(shù)和煤液化技術(shù)進(jìn)行分析。
1 從長遠(yuǎn)來看煤是最可靠的化工原料
    150年前，有機(jī)化學(xué)曾經(jīng)就是煤炭化學(xué)。第二次世界大戰(zhàn)前，石油化學(xué)原料在有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)中起的作用很有限，只有少量的脂肪族化合物以石油化學(xué)原料生產(chǎn)。1925年，美國生產(chǎn)的這些化合物中，以石油為原料的部分只占0.1%。
    當(dāng)前，世界上礦物質(zhì)燃料儲量與消費(fèi)量之間比例失調(diào)。全球年均石油消費(fèi)量約286.16×108桶/年，大大超過了每年發(fā)現(xiàn)的儲量，開采速度與消費(fèi)量及與每年發(fā)現(xiàn)的儲量之間不相適應(yīng)，下世紀(jì)可能導(dǎo)致石油和天然氣耗用殆盡。目前，西方國家正面臨著必須采用其他能源(煤能源或燃料乙醇等)來代替正在廣泛應(yīng)用的石油能源的問題。
    地球上煤的總儲量(按能量計(jì))大約超過石油儲量的20倍，在1985年時(shí)估計(jì)約有11.5×1012t標(biāo)準(zhǔn)燃料，按當(dāng)時(shí)開采水平，預(yù)計(jì)地球儲藏的煤可供開采450年，天然氣為50年，石油為45年。2009年初英國石油公司(BP)發(fā)表的報(bào)告指出：2008年中國的煤炭消費(fèi)占世界煤炭總消費(fèi)的43%，是世界各國燃料消費(fèi)發(fā)展最快的國家。按目前煤炭消費(fèi)加快的速度估算，煤炭仍夠用122年。同時(shí)指出，目前世界已探明的石油儲量約12580×108桶，按2008年的產(chǎn)量或年均石油消費(fèi)量計(jì)算夠用43年，天然氣夠用60年。但從宏觀看，石油開采技術(shù)不斷進(jìn)步，將會大幅提高油田產(chǎn)量，而勘探技術(shù)的進(jìn)步又會發(fā)現(xiàn)更多的石油儲量。
    我國是天然氣需求增長最快的國家，中國天然氣2008年消費(fèi)增長了15.8%。資料顯示，我國探明的天然氣儲量不足世界總量的1%，預(yù)測2020年天然氣消費(fèi)，缺口為(400～600)×108m3/a。目前我國天然氣供應(yīng)也比較緊張。
    煤的儲量可以滿足下一世紀(jì)對煤炭增加的需要，潛力很大。資料顯示，我國已探明煤炭儲量達(dá)10405×108t。2008年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)28×108t，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中比例占70%以上。2009年我國對進(jìn)口石油的依賴度達(dá)到51.3%。因此，從長遠(yuǎn)來看，煤是最可靠的能源基礎(chǔ)和化工原料。從煤中可以制取幾乎所有必要的有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品及人造石油和合成氣，是石油最好的代用燃料。加強(qiáng)煤轉(zhuǎn)化技術(shù)研究，開發(fā)煤炭潔凈有效利用途徑，勢在必行。煤化學(xué)立足點(diǎn)應(yīng)為煤的氣化和液化。
2 煤的氣化
2.1 煤氣化技術(shù)
    從能源利用的觀點(diǎn)出發(fā)，用氣化與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)相結(jié)合的連續(xù)液態(tài)排渣氣化法(改進(jìn)的魯奇工藝)和美國德士古公司開發(fā)的德士古法，美國GE能源集團(tuán)公司水煤漿氣化技術(shù)和GSP加壓氣化法，美國殼牌集團(tuán)公司殼牌煤粉加壓氣化技術(shù)，E-GAS煤炭氣化技術(shù)(應(yīng)用于煤制天然氣)，是最有前途的方法。連續(xù)液態(tài)排渣法的優(yōu)點(diǎn)是能擴(kuò)大生產(chǎn)能力，可以在固定床上將低灰熔點(diǎn)的煤氣化，降低蒸汽耗能，提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。還可以把煤氣中的酚和焦油一起氣化，防止污染環(huán)境。
    煤氣化的合成氣制取烴類化學(xué)品工藝路線一般有兩種方法，即羰基合成法和費(fèi)-托合成法。
    羰基合成法：由合成氣和烯烴(由乙烯到丁二烯)相互作用制造醛類，然后再氫化成醇(從丙醇到十三碳以及更高級的醇類)。
    費(fèi)-托合成法：制造合成液體燃料，是以一氧化碳(CO)為原料，進(jìn)行加氫(H2)，經(jīng)非均相催化轉(zhuǎn)化為烴類化合物。目前此法已被擴(kuò)大用于生產(chǎn)各種化學(xué)品，如乙烯、丙烯、丁二烯、芳烴以及含氧化合物。
2.2 煤氣化技術(shù)應(yīng)用狀況
    在石油供應(yīng)短缺和石油價(jià)格上漲兩方面因素的作用下，以煤炭通過氣化制取合成氣，由合成氣制甲醇，再經(jīng)甲醇制烯烴的潔凈煤技術(shù)的工藝路線正引起國內(nèi)外越來越多專家和企業(yè)家的興趣。
2.2.1水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用
    ① 九五期間，兗礦集團(tuán)與國內(nèi)高校、科研機(jī)構(gòu)合作，開發(fā)完成了規(guī)模為22t/d的多噴嘴水煤漿氣化爐中試裝置，并進(jìn)行了考核試驗(yàn)。結(jié)果表明：有效氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)83%，碳轉(zhuǎn)化率＞98%，分別比相同條件下的德士古生產(chǎn)裝置高1.5%～2.0%、2.0%～3.0%；煤耗、氧耗均比德士古法低7%。該成果標(biāo)志中國自主開發(fā)的先進(jìn)氣化技術(shù)取得突破性進(jìn)展。
    ② 南京化學(xué)工業(yè)園區(qū)某公司以EM+PC模式(EP為設(shè)計(jì)、采購總承包，PC為采購、施工總承包)，采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)及Linde低溫甲醇洗凈化技術(shù)，于2007年4月建成煤化工聯(lián)合裝置，一期工程已投入商業(yè)運(yùn)營，其設(shè)計(jì)能力為：合成氣8.7×104m3/h的煤氣化裝置，30×104t/a的一氧化碳深冷分離裝置，30×104t/a的甲醇(CH3OH)合成精餾裝置，1.5×104t/a的硫磺回收裝置，日處理煤1500t/d。二期工程以EPC(設(shè)計(jì)、采購、施工總承包)模式建成竣工，于2009年9月8日投料開車成功，C0純度為99.1%，年產(chǎn)能增加了30×104t/a一氧化碳、21000m3/h氫氣以及11000m3/h合成氣。
    采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)及Linde低溫甲醇洗凈化技術(shù)裝置，產(chǎn)生的三廢得以充分利用。灰渣的處理采用最新技術(shù)從中提取氧化鋁和二氧化硅；裝置產(chǎn)生的少量弛放氣回收送至備用爐用作燃料；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的黑水全部回用制漿，極少量的廢水則送至污水處理裝置，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。這不僅使煤資源得以深度充分合理利用，同時(shí)也對環(huán)境極度友好，危害降到最低程度。
2.2.2粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用
    ① 北京航天萬源煤化工公司與安徽臨泉化工股份公司合作開發(fā)的HT-L-40航天粉煤加壓氣化裝置于2006年在安徽臨泉化工股份公司投運(yùn)。此裝置采用先進(jìn)的粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)及水激冷流程，在我國首次實(shí)現(xiàn)了粉煤加壓氣化和水冷壁激冷流程工業(yè)化長周期穩(wěn)定運(yùn)行，其規(guī)模為生產(chǎn)100×104m3/d合成氣(CO+H2)。2009年10月經(jīng)專家組72h跟蹤考核鑒定，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)穩(wěn)定并優(yōu)于設(shè)計(jì)值，開工率為92.9%，裝置操作負(fù)荷彈性大(50%～120%)，煤種適應(yīng)范圍廣，運(yùn)行成本低。是我國自主知識產(chǎn)權(quán)粉煤加壓氣化技術(shù)。
    ② 陜西榆林西部煤炭技術(shù)研究中心成功開發(fā)出以低階煤(高硫煤、褐煤)微細(xì)干粉制備高濃度水煤漿技術(shù)和成套工藝生產(chǎn)線。以此水煤漿制氣生產(chǎn)甲醇可提高產(chǎn)量8.3%，可降低氧消耗量及動(dòng)力消耗量，其技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
    ③ 埃新斯(棗莊)新氣體有限公司(由山東?；瘓F(tuán)有限公司與美國綜合能源系統(tǒng)有限公司組建)采用美國SES技術(shù)氣化褐煤成功。SES氣化技術(shù)來源于美國氣化技術(shù)研究院，是在傳統(tǒng)U-GAS氣化技術(shù)基礎(chǔ)上革新改進(jìn)的新型流化床技術(shù)。于2008年1月氣化棗莊當(dāng)?shù)馗呋伊淤|(zhì)煤產(chǎn)出合成氣，又于2008年11月成功氣化河南義馬高灰長煙煤，于2009年10月26日成功氣化內(nèi)蒙古白音褐煤產(chǎn)出合成氣。運(yùn)行結(jié)果表明：碳轉(zhuǎn)化率為96%，煤在氣化中將煤焦油一起氣化，不產(chǎn)生煤焦油，這標(biāo)志著SES技術(shù)氣化褐煤成功，已引起各國的關(guān)注。
    ④ 山西天和煤氣化科技有限公司開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的加壓灰熔聚流化床裝置，壓力從常壓提升到1.0MPa，2008年進(jìn)入大型工業(yè)化示范階段。我國另一套加壓灰熔聚流化床粉煤氣化工業(yè)示范裝置2009年在石家莊金石化肥有限公司落成。該核心裝置氣化爐內(nèi)徑為2.4m，操作壓力為0.6MPa，單爐日處理晉城無煙煤324t/d，干煤氣產(chǎn)量26000m3/h，配套6×104t/a合成氨生產(chǎn)裝置。
    ⑤ 2009年11月17日，中國神華集團(tuán)公司與美國GE能源集團(tuán)公司簽署了組建碳捕集與封存技術(shù)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)合資公司協(xié)議。IGCC發(fā)電與煤氣化一體化是綜合解決煤炭高效潔凈利用、邁向C02零排放的重要技術(shù)路線和選擇。
    ⑥ 我國煤制天然氣技術(shù)發(fā)展迅速，目前我國規(guī)劃煤制天然氣項(xiàng)目10余個(gè)，合計(jì)年產(chǎn)氣量為350×108m3/a。煤制天然氣工藝技術(shù)目前多采用E-GAS煤炭氣化技術(shù)和魯奇氣化技術(shù)。2009年11月12日，美國環(huán)球能源公司與山東濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)公司簽署合作建設(shè)煤制天然氣項(xiàng)目協(xié)議，年產(chǎn)天然氣25×108m3/a，總造價(jià)19×108美元。
2.2.3 MT0工藝及甲醇轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用
    MT0工藝是由煤制成合成氣，再由合成氣轉(zhuǎn)化制成甲醇，再由甲醇制成烯烴的一體化工藝過程路線。最早提出MT0工藝的是美孚石油公司(M0bil)，隨后巴斯夫公司(BASF)、?？松凸?Exxon)、環(huán)球石油公司(UOP)、海德魯公司(Hydro)等相繼投入開發(fā)，在很大程度上推進(jìn)了MT0的工業(yè)化。
    煤制烯烴技術(shù)是發(fā)展新型煤化工的核心技術(shù)。乙烯、丙烯是石油化工的重要原料，其原料來源依賴石油。面對全球石油資源日益緊缺的形勢，國外已開發(fā)出甲醇制烯烴和甲醇制丙烯的技術(shù)。我國在MT0開發(fā)應(yīng)用方面也取得了重大進(jìn)展。
    ① 由煤氣化的合成氣制取甲醇裝置于2007年12月28日在山東兗礦國宏化工公司投產(chǎn)。這是全球首套以高硫煤為原料年產(chǎn)50×104t/a煤制甲醇裝置，這一裝置投產(chǎn)后每年可減排二氧化硫逾4×104t/a。
    焦化廠的副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣制甲醇的企業(yè)也在迅速增加，目前我國已有焦?fàn)t煤氣制甲醇的企業(yè)17家，甲醇產(chǎn)量達(dá)243×104t/a，回收利用焦?fàn)t煤氣62×108m3/a。
    ② 我國西南化工研究院現(xiàn)已開發(fā)成功甲醇羰基化制取醋酸、醋酸酐工藝技術(shù)軟件包。甲醇裂解制烯烴的研究工作我國已進(jìn)行了多年，中科院大連化物所在此方面進(jìn)行了深入研究，甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，對烯烴的選擇性高達(dá)85%～90%，但尚未工業(yè)化。
    ③ 德國Huls公司以甲醇和CO在叔二胺與乙烷作用下進(jìn)行加壓羰基化反應(yīng)制得甲酸甲酯(HCOOCH3)，轉(zhuǎn)化率為80.7%，選擇性達(dá)99.4%。甲醇與亞硝酸在Pd催化劑作用下可反應(yīng)制取草酸，這是合成草酸的一條新途徑。
    ④ 挪威采用魯奇工藝建設(shè)了一套甲醇制丙烯示范裝置，但尚未商業(yè)化運(yùn)行。
    ⑤ 我國完成了甲醇生產(chǎn)乙烯和丙烯的相關(guān)技術(shù)，并進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)階段。我國首套采用UNIPOL流化床工藝煤制烯烴工業(yè)化示范裝置，在大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限公司于2009年11月23日一次投料試車成功，進(jìn)入全面調(diào)試階段，2009年12月煤制烯烴工業(yè)化各示范裝置陸續(xù)投產(chǎn)運(yùn)行。規(guī)模為年產(chǎn)46×104t/a煤基丙烯，總造價(jià)為180×108元人民幣。煤制烯烴技術(shù)是從德國道化學(xué)公司引進(jìn)，采用荷蘭殼牌、德國魯奇、美國陶氏公司各自的先進(jìn)工藝技術(shù)，組成煤制烯烴一體化應(yīng)用裝置。以內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田褐煤為原料，建成褐煤預(yù)干燥、煤氣化、氣體變換、氣體凈化及硫磺回收、甲醇、甲醇制丙烯(MTP)、聚丙烯(PP)等7套主生產(chǎn)裝置及配套空分、動(dòng)力裝置。主要產(chǎn)品是聚丙烯、硫磺、汽油、液化石油氣(LPG)等。該項(xiàng)目氣化爐單臺處理干煤量最大，低溫甲醇洗處理氣量最大，一個(gè)項(xiàng)目同時(shí)建設(shè)3臺同規(guī)格大型氣化爐也是世界第一次。該項(xiàng)目是全球甲醇制丙烯技術(shù)首例大型工業(yè)化示范應(yīng)用裝置。
    ⑥ 2010年5月31日，我國神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目建成慶典儀式在內(nèi)蒙古包頭市舉行，標(biāo)志著我國已全面建成世界首個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目。
    神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目是以煤為原料，通過煤氣化生產(chǎn)甲醇、甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴、烯烴聚合工藝路線生產(chǎn)聚乙烯和聚丙烯的特大型煤化工項(xiàng)目，是國家“十一五”唯一核準(zhǔn)的煤制烯烴工業(yè)化示范工程，也是我國煤化工領(lǐng)域集成國內(nèi)外多項(xiàng)一流創(chuàng)新技術(shù)建成的巨型化工聯(lián)合裝置。該項(xiàng)目包括6個(gè)大系統(tǒng)46套裝置(單元)。其中，年產(chǎn)180×104t/a煤基甲醇聯(lián)合化工裝置系統(tǒng)主要由空分、煤氣化、凈化、甲醇合成、硫回收5套化工生產(chǎn)裝置組成；年產(chǎn)60×104t/a甲醇基聚烯烴聯(lián)合石化裝置系統(tǒng)主要由甲醇制烯烴、烯烴分離、聚乙烯、聚丙烯4套石化生產(chǎn)裝置組成。其核心裝置首次采用了我國自主知識產(chǎn)權(quán)甲醇制烯烴工藝技術(shù)，并進(jìn)行了工業(yè)化放大，為實(shí)施替代能源戰(zhàn)略，創(chuàng)立煤制烯烴新產(chǎn)業(yè)，開辟了新技術(shù)途徑。該項(xiàng)目不僅對我國優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率、減少環(huán)境污染、保障國家能源安全具有重要的示范意義，而且奠定了我國在煤基烯烴工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。
    ⑦ 我國第一個(gè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤制丙烯技術(shù)——流化床甲醇制丙烯(FMTP)工業(yè)試驗(yàn)裝置于2009年10月9日在安徽淮南煤化集團(tuán)公司投料運(yùn)行成功，年處理甲醇(3～5)×104t/a，這一技術(shù)填補(bǔ)了我國煤化工核心技術(shù)的一項(xiàng)空白，打破了國外企業(yè)對煤化工關(guān)鍵技術(shù)的壟斷。對我國高效潔凈利用煤炭資源，緩解甲醇產(chǎn)能過剩，延伸煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展將起到重要作用。
    ⑧ 全球首套煤制乙二醇工業(yè)化示范裝置于2009年12月7日在內(nèi)蒙古通遼金煤化工公司順利投產(chǎn)，一期工程年產(chǎn)乙二醇20×104t/a。這標(biāo)志著我國采用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)在世界范圍內(nèi)率先開創(chuàng)了煤制乙二醇工業(yè)化示范裝置的先河，該技術(shù)路線可替代傳統(tǒng)的以石油為原料制乙二醇技術(shù)。
    乙二醇的生產(chǎn)技術(shù)，目前世界上有兩條技術(shù)路線：一條是采用環(huán)氧乙烷水合法石油路線，技術(shù)成熟，收率高，其缺點(diǎn)是依賴石油、水耗大、成本高；另一條就是煤制乙二醇技術(shù)路線，以煤制成合成氣(CO+H2)，再以C0和H2為原料制取乙二醇，這是當(dāng)今世界非常關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。煤制乙二醇技術(shù)路線包括7個(gè)步驟：氨與空氣在氨氧化爐內(nèi)高溫氧化成氨氧化物；甲醇、氧氣與氨氧化物氧化酯化生成亞硝酸甲酯；一氧化碳(CO)催化脫氫(H2)凈化；亞硝酸甲酯與一氧化碳氧化生成草酸二甲酯；草酸二甲酯催化加氫生成乙二醇，使乙二醇的選擇性達(dá)到90%；乙二醇混合物精餾；尾氣循環(huán)使用和消除污染。
    我國乙二醇的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，大量需要從國外進(jìn)口，這制約了我國聚酯及下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，煤制乙二醇工業(yè)化示范裝置的應(yīng)用成功，對我國的能源和化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
    ⑨ 在1983年Haleon公司雖建成22.5×104t/a甲醇羰基化制醋酐的煤炭轉(zhuǎn)化第一代技術(shù)，但目前煤制合成氣轉(zhuǎn)化成甲醇，再制成烯烴，還有一些在轉(zhuǎn)化過程中的核心問題有待解決。要實(shí)現(xiàn)MT0工業(yè)大型化生產(chǎn)，需要有數(shù)量巨大且供應(yīng)穩(wěn)定的甲醇原料，還要考慮成本、運(yùn)輸、生產(chǎn)地等綜合因素。其核心技術(shù)仍成為費(fèi)-托合成化學(xué)中重要的研究方向之一。因此，該項(xiàng)研究距離實(shí)際工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)尚有一定距離，但煤炭氣化潔凈技術(shù)應(yīng)用在我國已取得了重大進(jìn)展。
2.3 煤氣化技術(shù)的進(jìn)展
    煤氣化技術(shù)的進(jìn)展，按其發(fā)展階段可分為3代。在1990年前各國生產(chǎn)的氣化爐均屬于第1代氣化技術(shù)。第2代氣化技術(shù)較成熟的方法有殼牌煤粉加壓氣化、GE水煤漿氣化、GSP加壓氣化德士古法、魯奇爐液態(tài)排渣氣化法、加壓灰熔聚流化床氣化法。第3代氣化技術(shù)大部分處于試驗(yàn)中試階段，以新型流化床SES技術(shù)及傳統(tǒng)流化床U-GAS技術(shù)的改進(jìn)、氣流床氣化較多，固定床基本淘汰。
    MT0工藝工業(yè)大型化裝置一體化生產(chǎn)，發(fā)展甲醇下游產(chǎn)品將是未來發(fā)展方向。甲醇是重要的基礎(chǔ)化工原料，其下游產(chǎn)品有醋酸、甲酸等有機(jī)酸類，醚、酯等各種含氧化合物，乙烯、丙烯等烯烴類，二甲醚、合成汽油等燃料類。因此，該項(xiàng)技術(shù)是替代石油能源的重要途徑。
3 煤的液化
3.1 煤直接液化
    煤的直接液化(煤變油)法，就是以煤為原料，在高溫高壓條件下，通過催化加氫直接液化成烴類化合物，再通過精餾制取汽油、柴油、其他燃料油等成品油。目前，世界各國對煤轉(zhuǎn)化成液體燃料及化工原料的方法研究進(jìn)展很快。技術(shù)比較成熟的直接液化法有美國氫-煤(H-COAL)法及HTI法、德國IGOR法、日本NEDOL法。目前，國外尚未達(dá)到煤直接液化工業(yè)生產(chǎn)階段，只有中試生產(chǎn)裝置在運(yùn)行。而我國神華集團(tuán)煤直接液化工業(yè)化大型PSU裝置于2004年8月25日開工興建，于2008年9月投產(chǎn)運(yùn)行，生產(chǎn)出合格液體燃料，年產(chǎn)量為100×104t/a，其中柴油71×104t/a，石腦油25×104t/a，液化石油氣10×104t/a，開創(chuàng)了煤直接液化工業(yè)化生產(chǎn)的先河。
3.2 煤間接液化
    煤間接液化法，就是將煤通過氣化爐生成的氣化氣轉(zhuǎn)化成合成氣，以合成氣為基礎(chǔ)原料，采用合成工藝路線費(fèi)-托(F-T)法轉(zhuǎn)化為烴類化合物，并通過精餾生產(chǎn)出液體燃料和各種化學(xué)品，也稱C1化學(xué)產(chǎn)品。間接液化法有兩種，一種是南非薩索爾(SA-SOL)法，此法是改進(jìn)的費(fèi)-托(F-T)合成法；另一種是美國美孚石油公司的莫比爾(MOBIL)法，此法是由煤轉(zhuǎn)化成合成氣再轉(zhuǎn)化成甲醇，再由甲醇脫水后，通過一種選擇性很強(qiáng)的沸石催化劑(ZSM-5)進(jìn)一步直接制取烯烴、高辛烷值汽油和一些輕質(zhì)油。該法工藝條件緩和，產(chǎn)品質(zhì)量好，汽油產(chǎn)率達(dá)80%以上。甲醇直接混入汽油摻燒稱甲醇燃料，亦稱間接液化，甲醇燃料已成為近幾年世界上重要的研究課題，其意義在于可以立即解決汽油供應(yīng)不足問題，摻入后可以提高汽油質(zhì)量，提高汽油辛烷值，也無須再加入四乙基鉛。采用LINDE低溫低壓合成法制取甲醇潔凈技術(shù)已在國外大批建廠。
    近幾年，以煤為原料的氣化氣轉(zhuǎn)化成合成氣生產(chǎn)甲醇已發(fā)展到一個(gè)新階段，世界上許多國家十分關(guān)注以煤為原料采用魯奇爐、K-T爐、德士古爐等生產(chǎn)氣化氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甲醇。我國2004年12月28日在云南大為焦化公司已成功實(shí)現(xiàn)了以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇，目前我國已有5套裝置投產(chǎn)。南非薩索爾(SA-SOL)公司是世界唯一利用煤為原料采用魯奇爐煤炭液化技術(shù)，大規(guī)模生產(chǎn)石油制品的企業(yè)，SA-SOL公司有成熟的煤液化技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。我國及印度、巴基斯坦、印度尼西亞、美國等都在與SA-SOL公司洽談煤液化技術(shù)轉(zhuǎn)讓和合作。
    我國內(nèi)蒙古伊泰煤制油公司16×104t/a煤基合成油裝置2009年9月1日投產(chǎn)，2009年12月潞安集團(tuán)公司煤基合成油示范項(xiàng)目投產(chǎn)出油，這些項(xiàng)目都將進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營。我國是繼德國、南非之后能生產(chǎn)煤基合成油的國家。
    南非SA-SOL公司SA-SOL-1廠從1955年起就以煤為原料制造合成氣，通過改進(jìn)的費(fèi)-托合成工藝，生產(chǎn)以汽油為主的液體燃料和化工原料。SA-SOL-2廠1980年底建成投產(chǎn)，SA-SOL-3廠1982年投產(chǎn)，規(guī)模在不斷擴(kuò)大。SA-SOL-2廠有36臺魯氣爐在運(yùn)轉(zhuǎn)，日處理煤4×104t/d，年生產(chǎn)以汽油為主的液體燃料和化學(xué)品超過260×104t/a，年產(chǎn)值達(dá)40×108美元/a，實(shí)現(xiàn)利潤12×108美元/a。
    以煤為原料采用焦化工藝生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化成合成氣制取甲醇，采用煤液化技術(shù)生產(chǎn)汽油、柴油等液體燃料，以煤的氣化技術(shù)生產(chǎn)甲醇等多元化的潔凈煤能源生產(chǎn)工藝，已成為今后的發(fā)展方向。
4 開發(fā)研究C1化學(xué)
    以合成氣為基礎(chǔ)的化工合成稱為一碳化學(xué)(C1化學(xué))，C1化學(xué)就是以碳原子數(shù)為1的化合物(如C0、C02、CH3OH)為基本原料的化工合成。通常以煤氣化氣為C1化學(xué)原料生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品。在鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量含C0、C02的廢氣是C1化學(xué)的基礎(chǔ)原料，應(yīng)研究開發(fā)，加以利用。
    在煤的氣化中生產(chǎn)的合成氣是寶貴的化工原料，可用于氨和甲醇的生產(chǎn)。目前世界已形成開發(fā)一碳化學(xué)熱潮，研究的方向是費(fèi)一托合成工藝、羰基合成工藝。如美國孟山都公司開發(fā)成功的甲醇羰基化制醋酸技術(shù)，質(zhì)量好，投資少，成本低，被認(rèn)為是近代化工生產(chǎn)技術(shù)上一項(xiàng)重大突破，各國正在競相采用。據(jù)美國孟山都公司統(tǒng)計(jì)，用該法生產(chǎn)醋酸的生產(chǎn)能力占世界絕對優(yōu)勢。甲醇除合成醋酸和傳統(tǒng)用途外，還可以制取甲基叔丁基醚、醋酸乙烯、乙二醇、乙醇、低級烯烴、二甲酯等有機(jī)原料。
5 結(jié)語
    潔凈煤技術(shù)按其生產(chǎn)和利用的過程大致可分為3類：第1類是在燃燒前的煤炭加工和轉(zhuǎn)化技術(shù)。第2類是煤炭燃燒技術(shù)，第3類是燃燒后的煙氣脫硫技術(shù)，潔凈煤技術(shù)涉及多行業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。
    中國發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的目標(biāo)：一是減少環(huán)境污染，如S02、N0x、煤矸石、粉塵、煤泥水等；二是提高煤炭利用效率，減少煤炭消費(fèi)；三是通過加大轉(zhuǎn)化，改善終端能源結(jié)構(gòu)。目前，中國已成為世界上最大的潔凈煤市場。
    以煤氣化為龍頭，以一碳化學(xué)為基礎(chǔ)，合成、制取各種化工產(chǎn)品和燃料油的煤炭潔凈利用技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)煤炭能源效率最高、有效組分最大限度地轉(zhuǎn)化利用。煤的氣化潔凈新技術(shù)的開發(fā)為經(jīng)濟(jì)有效地利用廣泛煤種和獲得清潔燃?xì)忾_拓了廣闊前景，從而滿足燃料氣、化工合成氣、冶金還原氣及液化氫源的需要。
    煤炭是本世紀(jì)未來年代和進(jìn)入下一世紀(jì)的儲量豐富、成本低廉的礦物燃料。據(jù)能源長遠(yuǎn)預(yù)測分析，21世紀(jì)中葉，人類需要的能源將主要依靠煤和核燃料及再生能源。盡管目前從煤得到的產(chǎn)品與油、氣相比價(jià)格昂貴，但石油輸出國越來越限制油資源開采，以便提高油價(jià)和延長資源壽命。因此，從長遠(yuǎn)看，能源消費(fèi)國必然要考慮節(jié)約能源并采用以煤為基礎(chǔ)的代用品，而煤用于發(fā)電、煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制烯烴、煤制天然氣等煤轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)則正是這種代用品最有希望的技術(shù)來源。
    我國缺油、少氣，而煤炭資源豐富，儲藏量多，開采量大，價(jià)格便宜，在可燃礦物化石資源可開采儲量中，煤炭占96%以上。應(yīng)利用我國有利條件，開發(fā)研究應(yīng)用煤轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)和合成氣化學(xué)(一碳化學(xué))。
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(本文作者：高建業(yè) 沙鋼集團(tuán)沙桐化學(xué)有限公司 江蘇泰興 225400)