煤化工

chemical processing of coal

煤化工以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體產品或半產品，而後進一步加工成化工、能源產品的過程。

主要包括煤的氣化、液化、乾餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。隨着世界石油資源不斷減少，煤化工有着廣闊的前景。

在煤化工可利用的生產技術中，煉焦是應用最早的工藝，並且至今仍然是化學工業的重要組成部分。

煤的氣化在煤化工中佔有重要地位，用於生產各種氣體燃料，是潔淨的能源，有利於提高人民生活水平和環境保護；煤氣化生產的合成氣是合成液體燃料、化工原料等多種產品的原料。

煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造石油和化學產品。在石油短缺時，煤的液化產品將替代天然石油。

全球煤化工開始於18世紀後半葉，19世紀形成了完整的煤化工體系。進入20世紀，許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產，煤化工成為化學工業的重要組成部分。第二次世界大戰以後，石油化工發展迅速，很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。進入二十一世紀後，隨着全球石油市場的動盪和石油價格的攀升，煤炭作為儲量巨大並且可能替代石油的資源重新受到越來越多的重視。煤中有機質的化學結構，是以芳香族為主的稠環為單元核心，由橋鍵互相連接，並帶有各種官能團的大分子結構，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。

世界上生產的煤，主要用作電站和工業鍋爐燃料；用於煤化工的佔一定比例，其中主要是煤的焦化和氣化。80年代世界焦炭年產量約340Mt,煤焦油年產量約 16Mt（從中提煉的萘約1Mt）。煤焦油加工的產品廣泛用於製取塑料、染料、香料、農藥、醫藥、溶劑、防腐劑、膠粘劑、橡膠、碳素製品等。1981年，世界合成氨總產量95.3Mt，主要來源於石油和天然氣。以煤為原料生產的氨只約佔10%；自煤制合成甲醇的比例也很小，僅佔甲醇總產量約1%。

美國煤化工　1984年美國用煤717.7Mt,其中用於煉焦的佔5.5%,達39.5Mt。煉焦副產的苯佔苯總產量的9%，以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中佔 8%。1984年美國建成由褐煤氣化再甲烷化生產高熱值城市煤氣的工廠，日加工褐煤22kt，產氣3.89Mm。同時，又在煤氣化和液化方面，進行了不少新工藝試驗。

聯邦德國煤化工　1984年聯邦德國用煤84.8Mt（不包括褐煤），煉焦用煤佔32.6%，為27.6Mt，煤焦油年產量約 1.4Mt。全國鋼鐵等企業的焦爐生產的煤焦油集中到五個焦油加工廠進行加工,生產的化學品達500多種。電石乙炔化工方面曾有很大發展，當前在技術上仍有改進。在煤的加壓氣化和直接液化研究方面也有一些新的進展。

日本煤化工　1984年日本共用煤106.9Mt,由於其鋼鐵工業很發達，鍊鐵等冶金用焦炭需要量很大，因此煉焦用煤佔66%，為 70.5Mt。每年的煤焦油產量達2.4Mt，提供了全部萘的工業來源。以電石乙炔為原料生產的醋酸乙烯在其總產量中佔23%。

南非煤化工　南非是當前世界上仍擁有煤間接液化工廠的地區，有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液體燃料工廠，年加工煤共約33Mt，生產汽油、柴油、噴氣燃料等油品數百萬噸，副產氣態烴、乙醇、氨、硫等化學品數十萬噸。

煤炭能源作為我國能源結構的重要組成，對於確保我國能源供應安全具有至關重要的作用。而煤化工產業作為實現煤炭資源高效利用的有力手段，直接關係到國家的能源戰略發展規劃。因此，觀研天下煤化工產業分析師分析：必須充分認識我國煤化工產業的發展現狀，明確煤化工產業的發展趨勢，即在確保煤炭資源高效、清潔利用的基礎上推動煤化工產業的規模化以及集約化發展。

“十二五”期間，國內經濟結構將繼續延續重化工業發展的態勢，國民經濟對能源消費的需求仍將保持平穩增長。預計國內以煤炭為主的能源消費格局短期難以改變，煤炭消費將基本與國民經濟增長保持同步增長。

發展新型煤化工可以部分代替石化產品，對於保障國家能源安全具有重要的戰略意義。我國石油、天然氣對外依存度日益提高，2012年石油進口比例已經超過50%，國家能源安全問題日益突出。

據報告顯示，隨着國內石油、天然氣供應的日益緊張，國內化工行業出現了向煤化工傾斜的趨勢。國家在內蒙、山西、寧夏、河南等地開展了一系列示範工程項目，支持新型煤化工的發展。其中，內蒙古是中國煤化工產業發展最快的地區之一，部分煤化工技術走在全國前列。

煤化工裝備行業研究小組分析認為，伴隨着西北地區煤化工產業投資熱情的高漲，煤化工裝備需求即將爆發，這為行業相關企業創造了巨大的發展機遇，新型煤化工將在“十二五”期間獲得新一輪大發展。

從總量上來看，2006年在建煤化工項目有30項，總投資達800多億元，新增產能為甲醇850萬噸，二甲醚90萬噸，烯烴100萬噸，煤制油124萬噸。而已備案的甲醇項目產能3400萬噸，烯烴300萬噸，煤制油300萬噸。2006年，國家發改委出台了政策並利用各種渠道廣泛徵求意見，以期規範和扶持煤化工產業的發展。2006年中國自主知識產權的煤化工技術也取得了很大的進展，開始從實驗室走向生產。

2007年是中國煤化工產業穩步推進的一年，在國際油價一度衝擊百元大關、全球對替代化工原料和替代能源的需求越發迫切的背景下，中國的煤化工行業以其領先的產業化進度成為中國能源結構的重要組成部分。煤化工行業的投資機遇仍然受到國際國內投資者的高度關注，煤化工技術的工業放大不斷取得突破、大型煤制油和煤制烯烴裝置的建設進展順利、二甲醚等相關的產品標準相繼出台。

新型煤化工以生產潔淨能源和可替代石油化工的產品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術結合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業。煤炭能源化工產業將在中國能源的可持續利用中扮演重要的角色，是今後20年的重要發展方向，這對於中國減輕燃煤造成的環境污染、降低中國對進口石油的依賴均有着重大意義。可以説，煤化工行業在中國面臨着新的市場需求和發展機遇。

我國煤炭資源豐富，煤種齊全，發展煤炭液化、氣化等現代煤轉化技術，對發揮資源優勢、優化終端能源結構、大規模補充國內石油供需缺口有現實和長遠的意義，國家“十五”能源 科技和能源建設計劃對發展煤化工給予充分的重視，煤化工在我國面臨新的市場需求和發展機遇。本文根據國內外煤化工發展的特點，提出“新型煤化工”的概念。與傳統煤化工不同，新型煤化工將形成具有中國特色的煤炭—能源化工新產業，是我國煤炭工業結構調整、實現可持續發展的戰略方向，對未來能源建設和能源技術的發展將有重要影響。

縱觀近百年化學工業的發展歷史，其間每次原料結構的變化總伴隨着化學工業的巨大變革。1984年世界化石燃料探明的可採儲量，煤約佔74%，而石油約12%、天然氣約10%，從資源角度看，煤將是潛在的化工主要原料。未來煤化工將在哪些領域，以什麼速度發展，將取決於煤化工本身技術的進展以及石油供求狀況和價格的變化。而鋼鐵等冶金工業所用的焦炭仍將依賴於煤的焦化，而煉焦化學品如萘、蒽等多環化合物仍是石油化工所較難替代的有機化工原料；煤的氣化隨着氣化新技術的開發應用，仍將是煤化工的一個主要方面；將煤氣化製成合成氣，然後通過碳一化學合成一系列有機化工產品的開發研究，是進展較快，且引起關注的領域；從煤製取液體燃料，無論是採用低温乾餾、直接液化或間接液化，都不得不取決於技術經濟的評價。進入21世紀以來，國際能源價格出現了快速上漲。其中原油、天然氣價格大幅上漲，而煤炭價格漲幅相對較小，與石油、天然氣的價差不斷擴大。根據2011年的價格，統一熱值後的煤炭價格（日本動力煤到岸價）僅相當於原油價格的24%，天然氣價格的26%。2012年下半年以來，隨着煤炭價格的快速下跌，原油與煤炭的價格比進一步擴大。煤炭和原油價格表現的差異，使得煤炭作為原材料的成本優勢得到提升，煤化工的經濟性逐步顯現。我國獨特的能源結構也進一步提升了發展煤化工的必然性，未來我國煤化工產業，特別是新型煤化工有望迎來快速發展。石油、天然氣的進口常常受到戰爭、地緣政治等因素的影響而波動較大，因此石油和天然氣的過度對外依賴，對我國的能源安全保障帶來很大的隱患。由於石油是生產大部分化工產品的原料，石油資源的匱乏使得我國很多化學原料依賴進口，成本居高不下，因此尋找替代能源很有必要。煤化工與石油化工具有相互替代性，比如煤化工生產的烯烴、成品油等均是石油化工的主要產品。發展新型煤化工可以作為石油化工很好的補充，具有很強的戰略意義。 ^[2] 

新型煤化工是指以潔淨能源和化學品為目標產品， 應用煤轉化高新技術，建成未來新興煤炭－能源化產業；結合煤炭資源開發和煤炭生產建設的發展，建成若干大型產業基地或基地羣。新型煤化工是煤炭工業調整產業結構，走新型工業化道路的戰略方向。

新型煤化工與傳統煤化工的區別：新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等等。傳統煤化工涉及焦炭、電石、合成氨等領域。

新型煤化工以生產潔淨能源和可替代石油化工產品為主，如柴 油、汽油、航空煤油、液化石油氣（以上產品見圖2--煤的間接液化）。乙烯原料、聚丙烯原料、甲醇、二甲醚以及煤化工獨具優勢的特有化工產品，如芳香烴類產品。（以上產品見圖1）。還有電力、熱力等（以上產品見圖2--煤基多聯產示意圖）。

新型煤化工的特點

（1）以清潔能源為主要產品。新型煤化工以生產潔淨能源和可替代石油化工產品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）、電力、熱力等，以及煤化工獨具優勢的特有化工產品，如芳香短類產品。

（2）煤炭一能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術發展的戰略方向，緊密依託於煤炭資源的開發，並與其它能源、化工技術結合，形成煤炭一能源化工一體化的新興產業。

（3）高新技術及優化集成。新型煤化工根據煤種、煤質特點及目標產品不同，採用不同煤轉化高新技術，並在能源梯級利用、產品結構方面對不同工藝優化集成，提高整體經濟效益，如煤焦化一煤直接液化聯產、煤焦化一化工合成聯產、煤氣化合成一電力聯產、煤層氣開發與化工利用、煤化工與礦物加工聯產等。同時，新型煤化工可以通過信息技術的廣泛利用，推動現代煤化工技術在高起點上迅速發展和產業化建設。

（4）建設大型企業和產業基地。新型煤化工發展將以建設大型企業為主，包括採用大型反應器和建設大型現代化單元工廠，如百萬噸級以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯產系統等。

在建設大型企業的基礎上，形成新型煤化工產業基地及基地羣，制砂設備。每個產業基地包括若干不同的大型工廠，相近的幾個基地組成基地羣，成為國內新的重要能源產業。

（5）有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔淨、高效利用，如高硫煤或高活性低變質煤作化工原料煤，在一個工廠用不同的技術加工不同煤種並使各種技術得到集成和互補，使各種煤炭達到物盡其用，充分發揮煤種、煤質特點，實現不同質量煤炭資源的合理、有效利用。新型煤化工強化對副產煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和餘能的利用。

（6）經濟效益最大化。通過建設大型工廠，應用高新技術，發揮資源與價格優勢，資源優化配置，技術優化集成，資源、能源的高效合理利用等措施，減少工程建設的資金投入，降低生產成本，提高綜合經濟效益，選礦設備。

（7）環境友好。通過資源的充分利用及污染的集中治理，達到減少污染物排放，實現環境友好。

（8）人力資源得到發揮。通過新型煤化工產業建設，帶動煤炭開採業及其加工業、運輸業、建築業、裝備製造業、服務業等發展，擴大就業，充分發揮我國人力資源豐富的優勢。

以煤基生產化學品，主要是將煤先製成甲醇，再將甲醇製成其它化學產品（見圖2——甲醇生產化學品流程）。

（a）甲醇制烯烴

甲醇制烯烴(Methanol To Olefin，MTO)是煤制烯烴工藝路線的核心技術，是將甲醇轉化為乙烯、丙烯的工藝。MTO工藝開闢了由煤炭或天然氣生產基本有機化工原料的新工藝路線，是最有希望取代傳統的以石油為原料製取烯烴的路線，也是實現煤化工向石油化工延伸發展的有效途徑。

其中烯烴分離技術是整套工藝流程的核心技術，目前國內比較成熟的烯烴分離技術有——惠生MTO烯烴分離技術。該技術採用用一個非清晰切割的預切割塔把碳一及更輕組分與大部分碳二分開，預切割塔的塔頂出口氣體進入油吸收塔，用吸收劑（碳三、碳四或碳五）吸收碳二及更重組分達到碳一與碳二的完全分離。吸收塔底部出口的吸收劑送到預切割塔頂部進行再生。（見圖3）

1、流程簡單，無深冷分離單元，無乙烯製冷壓縮機，設備投資少，能耗低；

2、採用切實有效的方法脱除氮氣、氧氣、CO和DME等含氧輕質氣體， 流程簡單、可靠，對原料中這些組分的變化適應能力強；

3、採用先進技術和合理的設計，在低能耗的情況下保證乙烯、丙烯的高收率；

4、採取有效措施防止系統內結焦和結垢以及安全措施，確保裝置長週期安全穩定運行；

5、整體流程由常規單元集成優化而成，各單元均有成功的生產運行經驗，技術安全可靠，無工業化風險。

（b）煤制乙二醇

乙二醇是重要的化工原料和戰略物資，用於製造聚酯(可進一步生產滌綸、飲料瓶、薄膜)、炸藥、乙二醛，並可作防凍劑、增塑劑、水力流體和溶劑等。合成氣制乙二醇是煤制乙二醇工藝路線的核心技術，是將合成氣經草酸酯加氫合成乙二醇的工藝。

煤中有機質的化學結構，是以芳香族為主的稠環為單元核心，由橋鍵

互相連接，並帶有各種功能團的大分子結構（見煤化學），通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為各種燃料和化工產品（見圖）。 　在煤的各種化學加工過程中，焦化是應用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是製取冶金用焦炭，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴；煤氣化在煤化工中也佔有很重要的地位，用於生產城市煤氣及各種燃料氣（廣泛用於機械、建材等工業），也用於生產合成氣（作為合成氨、合成甲醇等的原料）；煤低温乾餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料，在20世紀上半葉曾得到發展，第二次世界大戰以後，由於其產品在經濟上無法與天然石油相競爭而趨於停頓，當前只有在南非仍有煤的間接液化工廠；煤的其他直接化學加工，則生產褐煤蠟、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小規模的應用。

煤化工裝備種類較多，主要分為動、靜兩大類。其中，加氫反應器、氣化爐、還原爐、換熱器、盛運容器等壓力容器和管道、閥門等屬於靜裝備，泵、風機、壓縮機、空分裝備等屬於動裝備。氣化爐是煤化工最為關鍵的裝備，大部分煤化工項目都需要經歷煤炭經氣化爐轉換為合成氣這一環節。空分裝備也是煤化工的關鍵裝備之一，煤氣化及煤液化均需使用大量的高純度氧氣，均具有較高的技術壁壘。

一是我國的能源稟賦特點是“缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”；二是煤炭價格相對低廉。有很多地方，煤炭資源豐而不富，如資源分佈廣而散，小礦多，大礦少，雞窩礦多。這會導致煤炭供應數量的不穩定；成分上不 穩定。化工生產是要長週期穩定運行的，原料數量和質量不穩定，化工生產就無法正 常操作。一般地講，一個像樣的煤化工項目，一年要消耗幾百萬噸煤炭，要保持煤化 工企業運行幾十年，考慮到開採率等問題，沒有幾十億噸的儲量是難以滿足煤化工企 業的要求的。如果當地煤炭資源儲量不大，成分不穩定，或者灰粉太高，熱值不高， 那麼，就不必要硬去搞煤化工，還是把這些煤用作燃料為好。

煤炭價格是發展煤化工的另一個重要因素。煤價過高，就使得煤化工企業沒有競 爭力。相對於石油化工和天然氣化工而言，煤化工單位產品投資大，財務費用高。煤 價過高，單位產品成本就必然高，體現不出煤化工的優勢。2004 年美國一家煤化工公 司的到廠煤價為 20 美元/bbl。在工作中遇到很多煤化工項目，有的原料煤價格很便 宜，在 100 元/t 以下，項目效益很好，如陝北、內蒙古等地；而有的地方雖然有煤 炭資源，但煤價很高，有的煙煤甚至達到 400 元/t 以上，有些山西無煙塊煤到廠價 達到 700 多元/t 甚至還要高，項目競爭力很弱。

耗水量大是煤化工的一大特點。很多地方煤資源豐富，水資源卻短缺。中國北方和沿海大部分地區都屬於這種情況。有許多煤化工企業受缺水的困擾，常常出現煤化工企業與農業或其他工業爭水現象。要保持煤化工企業正常運行，起碼要保證每小時 上千噸新鮮水的供應。真正上規模的煤化工企業，2000-3000t/h 的用水量也是必要的。

同時，煤化工企業對水價也比較敏感。全國各地水價相差很大，一般南方靠近江 河的地方水價便宜，新鮮水價格 0.2-0.3 元/t，水資源費0.02-0.03 元/t，大部分地區 水價格在 0.4-0.5 元/t。然而，有的地方要從很遠地方調水，有些工業園區水價很高， 達到 1.5 元/t，企業難以承受。個別沿海缺水地區，選用海水淡化，水價至少達到 5 元/t，若煤化工企業用就承受不起。

煤化工企業產品和原料運輸量大，交通運輸顯得十分重要，最好是靠近鐵路或水運方便的地方。鐵路、水運和汽運比較起來，一是鐵路和水運在數量上可以很方便地滿足要求，數量大了，汽運組織起來很麻煩；二是鐵路和水運價格大大低於汽車運輸 價格。鐵路運價一般為 0.15 元/（t·km）（指國鐵），水運價格為 0.10 元/（t·km）， 而汽運價格為 0.32 元/（t·km），相差甚大；三是汽車運輸損耗大。當然，煤化工企 業坐在煤田上，靠皮帶運輸，可以大大減少原料煤的運輸量。但產品還要運出去，還是有鐵路好。國外的經驗也是這樣的。目前國內也有很多小型煤化工企業不靠鐵路運輸，發展受到限制。

中國煤炭資源豐富，但總體上説，煤含硫高，開發利用的環保要求高。2003 年中國 SO2 排放和 CO2 排放分別佔世界第一和第二，其中 90%的 SO2 的排放來自煤的使用。

煤化工企業排污是不可避免的，即使經處理達到排放標準，總還是有三廢要排放 的。這是不可迴避的問題。中國南方煤質含硫量高，很多地方環境容量已經飽和或已 超標，尤其是山區較多的地區，廢氣擴散困難，很多地方酸雨嚴重，再發展煤化工已 沒有餘量，項目很難通過環保部門的審批。

煤化工替代燃料產品可分為三類：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（煤制油）、氣體燃料（甲烷氣/合成氣/氫氣）。其中含氧燃料技術成熟，是應予推廣應用的重點；合成油與現有車輛技術體系和基礎設施完全兼容，但其技術尚待完善，將在2020年發揮重要作用；氣體燃料車優點很多，我國將從基礎科學研究、前沿技術創新、工程應用開發等方面逐一突破。

《煤化工》期刊系經國家科委及新聞出版署批准出版的國家級大型行業性綜合期刊，由賽鼎工程有限公司（原化學工業第二設計院）、全國煤化工信息站、全國煤化工設計技術中心主辦，並邀請天脊煤化工集團公司、陝西煤業化工集團、陽煤豐喜肥業（集團）股份有限公司、山西焦化集團有限公司、臨汾市煤炭氣化集團公司、華東理工大學潔淨煤技術研究所等全國知名的煤化工產、學、研單位聯合辦刊。

《煤化工》期刊1973年創刊，雙月刊，國內外公開發行。國內統一刊號為CN：14-1142/TQ；國際標準刊號為ISSN：1005-9598；在國家工商總局的商標註冊號：3175989；國內郵發代號：22-176；國外發行代號：BM8241。

“十五”、“十一五”期間，我國的煤化工產業得到了長足發展；與之相應，《煤化工》期刊也受到了業界的廣泛關注，知名度和影響力逐漸提升，發行量持續快速增長。2011年，在“第七屆全國石油和化工報道範圍行業優秀期刊評選”中榮獲“全國石油和化工行業優秀期刊評選一等獎”、“全國石油和化工行業優秀期刊評選發行單項獎”等獎項。

《煤化工》期刊報道範圍：煤化工行業政策、法規、信息動態及發展戰略研討；煤的開採及洗選加工、型煤、水煤漿；煤的氣化、液化（包括直接液化和間接液化合成液體燃料）；煤炭高效潔淨燃燒（流化牀技術、粉煤燃燒、燃煤聯合循環發電）；煉焦、煤焦油加工及城市煤氣；化肥（合成氨、尿素等大、中小氮肥、複合肥、復混肥）；C1化學化工（甲醇及其下游產品等）；電石乙炔化工；化工環保（污水、廢水處理，煙氣淨化，粉煤灰綜合利用等）。

具體報道內容：（1）煤化工基礎理論研究、煤化工行業技術進展、邊緣學科發展動態；（2）煤化工行業科研、設計、生產等領域的新工藝、新技術、新設備、新產品、新材料；（3）煤化工生產企業的生產操作經驗、技改、環保、節能；（4）煤化工新建項目的可行性探討、工藝技術路線選擇與評價、新建項目的投資效益分析等。

從2003年開始連續舉辦十年舉辦煤化工產業論壇。