浅谈中国煤化工发展

摘要：我国煤炭资源丰富，对我国能源安全至关重要。在二十一世纪初期，中国的煤化工产业将面向高效率、更安全、更清洁和更加优化利用的发展。在这篇综述中，作者介绍了我国一次能源生产和消费的现状。自2005年以来，由中国国家基础研究计划科学技术部支持的的基础研究已在太原理工大学进行。该部强调，新的煤化工产业应以可持续的方式发展，实现能源的有效利用。此外，提高技术来积极改善煤化工的回收过程对实现现代煤化工有着战略意义。

关键词：中国；煤化工；煤化工技术

1.引言

近年来，世界市场的高水平的油价已促使中国的煤化工行业（尤其是在2007年）更快地发展；中国能源工业一直致力于加快发展新的煤化工产业。根据国家能源发展战略，新的煤化工产业主要生产清洁能源和替代品，如柴油、汽油等。煤化工将在未来二十年在我国能源资源的可持续发展中发挥重要作用，这将缓解我国的环境污染，减少我家对石油进口的依赖。总之，中国的煤化工行业将会有巨大的需求和机遇。

1.1能源消耗的总体情况

2005，中国的能源生产总量为20亿6000万吨标准煤，其中煤炭开采21亿9000万吨，石油1亿8000万吨，天然气500亿立方米，发电为2474.7亿千瓦；中国的总能耗是22亿2000万吨标准煤，继美国之后位居世界第二。如表1。

表12005年主要国家的能源消耗量

石油消费量达到3亿吨，净进口量为1亿4000万吨，占总消费量的44%。在2020，根据一些预测，中国的石油消费量将占世界总产量的近10%，对石油进口的依赖程度将达到60，70%的消费量[1,2]。

从表1和图1，很明显的可以看出在2005年煤炭仍然是中国能源供应的主要来源[3]。在世界各地煤炭的平均能源供应是28%，而在中国，它占69%。根据中国重工业的实际发展，能源消费总量将达到36亿吨标准煤。虽然中国的能源消费比例正在下降，但煤炭的主导地位是不变的。

1.2当前我国能源发展的问题

在第二十世纪的最后二十年里，中国的国内生产总值（GDP）翻两番，能源消耗翻了一番。从1981到2002，国内生产总值的平均增长率为9.7%，而能源消耗的平均增长率为4.6%。在2006年到2010年间，中国努力将人均国内生产总值能耗降低了20%。并将国家变成一个资源节约型、环境友好型社会。为实现这一目标，中国必须从2006年到2010年每年至少减少4.4%的能源消耗。

然而，在2006年，国家虽然推行了一系列的节能措施，国家的能源生产和消费的增长速度仍然高于经济的增长速度[4]。统计数据显示，从2001到2005，中国的能源平均增长率消费比全国经济增长率高出六个百分点。中国经济在过去的二十年里主要是由于大量的投资和能源消耗加倍而翻了两番。然而，环境保护和经济迅速增长之间明显的冲突对中国未来的发展充满了挑战。中国大多数的能源目前来自化石燃料，尤其是煤炭和石油，这些都造成了很严重的空气污染，使能源消耗增加。在我国，煤炭的直接消费占其利用的一大部分，主要消费方式是煤炭燃烧。这种利用煤的方式产生了大量的SOx和NOx，使得中国的空气污染成为一个严重的问题。中国已经是第二大温室气体排放的生产国，酸雨已经覆盖了我国三分之一的地区。世界上污染最严重第10大城市就是中国的。

我国大气污染主要来自燃煤烟气。主要污染物为二氧化硫和烟尘。中国的一项研究指出，在过去20年的经济发展过程中，中国的空气污染已经导致了超过1270亿元的损失[4]。

中国石油和天然气短缺，但含有丰富的煤炭，占能源消费总量的70%。在化石能源资源中，我国的煤炭占世界总储量的15%。石油和天然气分别为2.7%和0.9%。在中国主要的化石能源资源中，煤炭地质储量在中国是1兆4400亿吨，探明储量为1145亿吨。

从表2可以发现，煤炭是中国未来20年最可靠的主要能源资源。

表2我国主要化石能源资源的现状

Production 2.9billion TOE 1.1billion TOE 3.9billion tons0.2billion tons27,600billion500billion m3

2煤化工技术及其特点

煤化工是一种以煤为原料生产气体、液体和固体的过程，用来合成一系列的化工产品。传统煤化工产业一般指的是气化、液化、焦化、焦炭和煤焦油、电石工业和煤炭的

用途是作为原料通过氧化和萃取工艺来生产煤基衍生物。新型煤化工是在碳一化学的基

础上通过大规模的煤气化让合成气合成煤衍生燃料和化学品[5]。煤是一种复杂的物质，

要求人要对其结构和热性能特性有全面认识。煤的形成材料和地质时代造成了不同性质

的煤；各种煤化工技术都发展到了需要匹配煤中的阶段。目前，新型煤化工有着以下几

种明显的特点：基础研究是多学科，包括物理、化学、生物、地质、岩性等。工程的发

展需要化工、热工、环境工程相关的多种技术和原料；工业生产需要更多来自于、

企业、公司、科学研究机构等的投资[6]。因此，新型煤化工技术最重要的特点是以煤炭

气化为基础的煤多联产系统的发展。

2.1洁净煤技术及其海外发展

在1983年，一种从ROM甲醇羰基生产乙酸和乙酸酐的新技术提出和建成了225000t/a 的示范装置。这一事件标志着C1化学已成为新型煤化工技术发展的重要根源。从此之后，

新型煤化工没有显著性的发展。1986三月，美国首先推出了“洁净煤技术示范计划”。日

本在1980十月建立了新能源产业技术综合开发机构（NEDO）和在1993年建立的NEDO洁

净煤技术中心。预料到了这次挑战的欧盟（EU）推出了“THERMIE计划”一个以前项目的

后续计划（1990-1994）。

THERMIE计划的目标是提高能源的利用率，提高需求和供应部门的效率，促进更加广泛的可再生资源的利用，鼓励更加清洁的使用煤炭和其他固体燃料，优化欧盟的石油天然气资

源的开发利用。

今天，开发和推广高效率和洁净煤利用技术已经成为主要应对地球化石燃料储备有限的对策。如上所述，这些新技术都使用了工程科学和工程技术方面的知识，来消除燃煤污染，实现发电，冶金，化工等行业的结合。

2.2中国煤化工技术发展状况

中国已经在煤炭开采和利用效率并减少对环境的污染的问题上进行了大量的研发工作。洁净煤技术作为可持续发展的战略措施之一，得到了的大力支持。

最近几年，传统煤化工行业得到了稳步发展。在技术上已经取得了许多进展，生产能力也得到了增强。依赖于进口煤气化技术使得合成氨与甲醇的产率有所提高，从大型焦炉成产焦炭、产能也逐年增多。在2007，约50%的煤作为化学品生产的原料。自20世纪70年代以来，大型焦炉在世界各地的使用一直下降。中国在2007年是最大的焦炭生产国和出口国。近年来，我国焦炭消费量已约250至2亿8000万吨，以满足钢铁冶金行业的快速发展。在未来的20年到30年，对焦炭的需求仍然非常大。因此，在可预见的将来，中国的焦化行业不能被替代。

国内焦化行业存在的主要问题是污染问题。为应对这一挑战的关键是在的支持下，开发一个具有国家标准、开发洁净、高效和适应性强的新技术。目前，焦化工艺正在向机焦迁移，机焦产量达到80%，如图2所示。

图2中国焦炭生产

最近，新的煤基化工技术例如煤液化、煤-甲醇，包括其衍生产品和基于煤炭化工行业合作生产的技术正迅速的在中国发展。一些国内的煤炭开采企业和地区利用丰富的资源来产生巨大的经济效益。他们认为新型煤化工工程在为当地经济增长中的关键。以煤化工产业为基础，在产业结构调整上进行了巨大的努力，推进产业化的新路径。

C1化工技术引进和发展取得了重要的进展。甲醇羰基制乙酸（包括酸酐，乙酰基纤维素）的能力得到增加，从合成气合成低碳醇的技术也已经开发，包括用甲醇、乙二醇合成燃料油等的新方法。一些技术已经取得了一些进展，包括从甲醇中制取乙酸和乙酸酐。另一方面，煤基聚合物、碳材料技术、等离子体煤瓦斯fi阳离子，和甲醇资源优化利用已开发等另一方面，煤基聚合物、碳材料技术、等离子煤气化，和甲醇资源优化利用等已得到了开发。

一些新的煤热解和气化技术被引入和发展。从1981年到1985年，煤的固定床气化与水煤浆开始得到发展。自1986年以来，采用固体热载体技术的褐煤干馏和流动床粉煤气化灰团聚技术取得了一些进展，像一些新的气化技术例如鲁奇、德士古和U-GAS技术也被引进。

3煤化工的关键技术

最近，新的煤化工技术，如煤炭液化、煤炭气化与煤制甲醇及其衍生产品、以煤化工为基础的合作生产在我国的迅速发展。一些国内煤炭开采企业和地区利用丰富的资源来产生巨大的经济效益。他们认为新型煤化工工程是当地经济的头等大事。以煤化工为基地，推进新型工业化道路的产业结构调整，为产业结构的调整做出了巨大的努力。总的来说，新型煤化工产业还处于初期阶段，这需要大量的投资和先进技术的支持。因此，统筹规划，技术研究，新技术开发和系统优化都需要煤化工与石油和电力的协调发展。以这种方式，中国将满足快速增长的国民经济的需求。

3.1直接和间接液化

中国科学院中国科学院山西煤化工研究所的研究人员在上世纪80年代以来，我国重新开始对煤的研究后进行了研究液体燃料的项目。在国外费托合成（F-T）和甲醇制汽油（MTG）基础上，中国的研究人员开发固定床两段（MFT）法和悬浮床的两阶段方法，将传统F-T合成与分子筛特殊形状的选择功能整合到一起。年产百万吨的MFT技术（SMFT）的小规模的测试和中试试验成功完成，其出油率和性能都很不错。经过年产2000吨的商业测试和随后进行的SMFT项目的模拟试验，他们表现出了令人满意的结果，在利用研究人员发明的两种催化剂长期运行（3000h）的情况下。他们现在正在进行一千吨年产量的悬浮床合成过程试点规模试验。

我国目前已掌握了煤直接液化技术的成熟技术，并制定了其自身的煤液化工艺和催化剂合成技术路线。例如，神华煤液化技术的产量达到了57-58%，并且它的重质馏分大大增加，更利于柴油的生产。北京省煤化工研究所的催化剂制备及中国国家高新技术研究与开发项目（又称863工程），其功能简单的制备工艺，稳定的操作，低成本（只有外国的三分之一至六分之一），使得它易于扩展和优化工业设施。2004年，神华集团的直接工业煤液化设施煤制油工程在内蒙古鄂尔多斯市开始建设。这是首次由中国实验室研究的煤制油设施进行商业化生产。本项目的生产设施的总规模，包括14个单位，如煤炭液化，煤制氢气，溶剂加氢，加氢质量的提高，催化剂制备等，年产500万吨石油产品，其第一期建设规模为年产320万吨原油。245亿人民币的总投资一旦建成并投产，第一个工程阶段将消耗970万吨煤，产量320万吨的油，包括50万吨汽油，柴油2.15万吨，液化气0.31万吨和0.24苯，混合二甲苯。

南非萨索尔公司拥有煤炭间接液化的成熟技术，其技术是目前商业化运作的技术。为了引进这一成熟的技术，神华集团和宁夏煤业集团开始与沙索公司谈判。我国煤炭间接液化技术取得了惊人的突破。山东兖州矿业集团和山西煤炭化学研究所以及中科院，在间接液化费托工艺取得了实质性进展，进行了1000吨/年和10000吨/年的两个试点规模的建设，并且它们可以正常运行。

3.2大型高效煤气化技术

煤炭气化是煤转化为气体，包括氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和其他气体。实际过程包括煤与蒸汽、氧气、空气、氢气、二氧化碳或者混合气。如今，煤化学工业的首要问题

是要建立一个可行的、更高效的、经济的大规模煤气化设施。目前，气化技术必须先满足经济和环境的需求。其次，它的可靠性，可用性和可维护性必须提高以达到可以接受的行业标准，以消除这些问题所导致的高成本。因此，世界气化技术的发展趋势如下：（1）高压操作，气化压力达2.0–8.5MPa；（2）大型燃气炉能力超过2000吨/天，（3）温度高，增加煤炭转化效率来消除或减少污染。

自上世纪80年代以来，中国进口了一些气化技术，如鲁奇，德士古，壳牌，和头。同时，中国开始发展煤炭气化技术自主fi阳离子，WI将拥有完全的知识产权。如鲁奇、德士古、shell、U-gas。同时，中国开始自主发展煤炭气化技术，使其完全拥有知识产权。近年来，中国在发展大规模高效煤气化技术上取得了显著的进展。例如，一个新的气化装置已经在兖矿煤化工有限公司开始建造，采用了由华东理工大学开发的新型水煤浆气化技术。

此外，中国也已经在开发固定床和水煤浆其他煤气化技术，如采用固体热载体技术和由山西研究所开发的流化床粉煤气化灰团聚技术的褐煤干馏煤化工，CAS和热工研究院。

3.3煤炭多联产系统的开发

新型煤化工技术在我国的发展，是解决我国能源、经济、环境等问题的根本途径。新技术的发展已被列入计划议程，中国将给予高度优先权。而且，主要的研究和发展计划已经被制定。一些基础研究已取得重要进展。研究表明，中国洁净煤技术进行煤的预处理是提高煤炭质量的重要途径、煤气化的先导，可以提高燃烧效率，是发电技术的主要核心。在中国科学技术部（MOST）资助的“863项目”和国家重点基础研究发展计划（又称973计划）中，有关清洁煤技术研究于1998年开始。对煤热解的基础研究、气化和高温净化技术已取得了明显的进步。

多联产系统，这是一个整合资源、能源、环境的高度灵活的系统，是从全面优化的角度提出的。早期的甲醇和煤炭合作生产电力是1988年由R G杰克逊提出的，并被视为早期的多联产系统的主要标志。其主要目的是为了实现整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）发电厂的连续运转，达到更高的效率。实现这一目标的方式是利用从甲醇合成过来的循环气来运行燃气轮机发电和回收余热锅炉的出口气。其结果是，调整回流比以达到甲醇和电力生产的控制。同样要注意在接下来的多联产系统的发展中的节能效率和环境效益。至于中国，发展煤化工获得的机油或替代石油，有着社会效益和战略意义。目前，中国许多大学和研究机构已经提出了一些假设的多联产系统，如表3所示。

表3我国提出的多联产系统模式

基于这样的背景，并考虑上面提到的，由MOST支持的“气化的合成气和热解煤气多联产应用”的基础研究在2005年在太原理工大学开始进行研究。这个项目的目标是以较低的成本实现替代燃料的生产，使其效率高，降低污染，减少二氧化碳排放，此外，还要实现多生产电力，乙醇和乙醚燃料，焦炭和焦油的多组分[7,8]。图3是TUT提出的一种新的煤基多联产系统的示意图。

如图4所示，该TUT多联产系统中最重要的特点是从气化产生的合成气和焦化分离甲醇，二甲醚和DMC等热解煤气。已知的是焦炉煤气（COG）主要由55-60％H2，23-27％CH4和5-8％的CO有着17900kJ/m3的燃烧热。

它不仅是一种气体燃料，更重要的是，由于高含量的氢，它是一种珍贵的商业化学原料。此外，气化气中CO2和CO的丰富，主要包括35%CO、40%H2和20%CO2。多联产的新概念，是一个系统，就是让部分煤气化出口气体（富含CO）作为焦炉的燃烧气体提供热量。焦炉煤气与煤气化出口气体和燃烧尾气以类似于CO2和CH4按比例混合产生了合成气。与相同的焦化和气化工艺相比，该方案将实现双方多生产以及减少二氧化碳排放，这导致了大量的水资源和煤炭的节约。

焦炉煤气制合成气的部分氧化过程中会燃烧大量氢气提供热量。这意味着如果氢气很贵的话将不能再使用。利用蒸汽转化法生产的合成气中相比于CO，含有较高比例的氢以及更高的元素比H/C，并不适合F-T合成。然而，如果将在焦炉的燃烧废气中的二氧化碳回收，并与焦炉煤气混合，随着CO2和CH4的比例相近，得到一种混合物，混合物会再更高的温度下形成(H2–CO2):(COþCO2)接近1:2的合成气。用这种方式，不仅可以利用煤炭资源，也解决了污染问题。更重要的是，这一过程将导致焦炭生产行业降低二氧化碳的排放。

例如，100万吨煤在焦化炉焦化可产生4亿6000万立方米焦炉煤气。总体而言，50%的输出还应返回到燃烧炉。所以，大多是富氢煤气会消耗。多联产系统的创作理念是让部分煤气化出口气体（CO丰富）进入焦炉作为燃烧气体提供热量。焦炉煤气与煤气化出口气混合形成CO2和CH4比例相近的混合气。与焦化和气化工艺相比该技术将实现多生产和二氧化碳减排，节省大量水资源和煤炭资源。如图5所示。

3.4使用煤和COG大规模生产甲醇和二甲醚（DME）技术

甲醇是一种重要的基本的多用途化学品，用于汽车，用于发电和便携式设备的燃料电池，并在不久的将来必然会增加用量。这种简单的物质可以从许多资源回收，包括天然气、煤和焦炉煤气。

据不完全统计，在中国，甲醇的生产能力将达到2500万吨，到2010年底，80%的是由煤衍生的。目前，来自山西工程的焦炉煤气甲醇生产能力已突破一百万吨，在2006年达到206万吨。存在着不同的由煤炭转化石油的转换技术，但对煤的质量的要求非常高。中国的具有高含硫和高灰分含量低质量的煤资源储量丰富，可以作为原料来进行甲醇生产。甲醇的生产技术是一种成熟而简单的技术。许多中小化肥厂能够联合生产甲醇。此外，COG技术制甲醇是最好的方法，它可以满足资源综合利用和环境保护的标准。

利用大规模生产甲醇技术降低生产成本。据鲁奇[9]报道，大型甲醇装置只需要在工厂投资一点点额外的资本。自1995年以来，甲醇厂的生产能力已从2000吨/天增加到2003年的5000吨/天，在不久的将来将进一步上升至10000吨/天。

3.5C1化工及其下游技术

许多甲醇装置已现代化或扩大到更大的规模，这导致了甲醇的生产能快速的增长。据专家估计，除非下游产品市场的发展，否则，全球的甲醇生产能力将会过剩。中国的甲醇生产能力达到536万吨，到2005年底。据不完全统计，目前甲醇产能正在建设中的近九百万吨，计划超过1000万吨。

一般来说，甲醇主要用于生产醛、甲基叔丁基醚（MTBE）和乙酸。如图6所示。

在较小程度上，甲醇作为一种通用的溶剂，燃料和用于生产其他化学品。全球甲醇需求量约为每年3200万吨，与国内生产总值的增长率或接近。因此，甲醇下游产品开发项目是甲醇生产企业面临的一个战略问题，特别是大规模的生产能力。

4结论

中国的中长期国家能源发展战略，就是鼓励煤化工的发展。煤化工行业将在未来二十年我国能源资源的可持续发展中发挥重要作用，这将缓解因燃煤对环境的污染以及减少我国对石油进口的依赖。中国已对煤化工产业发展的关键技术，包括大型煤气化，直接和间接煤制油和煤多联产系统取得可喜的进展。而基于对煤炭多联产的能源系统的气化发展将是必然的战略选择。

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