现代煤化工

中 国 矿 业 大 学

2016级硕士研究生课程考试试卷

考试科目 现代煤化工

考试时间2017-06-20 学生姓名薛 岩 学 号TS16040132P2 所在院系化工学院 任课教师武建军

中国矿业大学研究生院培养管理处印制

“新常态”下现代煤化工的创新与发展

摘要：回顾煤化工的发展历史。论述新常态下，现代煤化工面临新挑战，新建煤化工项目应遵循最严格准入标准，重点研究解决存在问题的课题，全方位增强对污染控制技术和煤化工核心技术的升级创新，加大原创性发明、集成和耦合产生具有重大经济效益和社会效益的现代煤化工成套技术，从而推动和发展现代煤化工。 关键词;现代煤化工；能源政策；技术管理；创新

1现代煤化工的发展历史

为推进现代煤化工的健康有序发展,系统回顾了我国现代煤化工近20年的跨越发展情况,并对我国现代煤化工产业发展进行展望[1]。\"九五\"期间为我国现代煤化工从实验室走向工程化的起步阶段,形成了一批煤化工新技术实验室研发成果;\"十五\"期间为我国现代煤化工从实验室走向工程化的攻坚阶段,取得了一批现代煤化工核心技术中试研究成果;\"十一五\"期间是我国现代煤化工从工程化走向产业化的示范阶段,建成了一批现代煤化工商业化示范项目。\"十二五\"期间,我国现代煤化工产业进入了技术、经济、环保等全方位示范阶段,完成了一批大型商业化示范项目建设。“十二五”期间，大家一致公认现代煤化工的快速发展是石油化工行业发展的最大亮点之一[2]。随着一批煤化工示范工程项目的建成投产，具有自主知识产权技术的现代煤化工生产装置开始从实验室进入了商业化运营的阶段。这是一个具有里程碑式的发展阶段，一方面在工程核心技术上获得了重大突破，另一方面从产品规模上得到了极大发展，无论从哪个层面看，中国现代煤化工已经走在了世界的前列。

未来应在国家政策的支持下,从资源、环境、社会可持续发展的全视角重新审视和科学谋划我国煤化工行业的发展,从原料煤资源、水资源、物流运输条件、环境承载能力、技术经济等多角度重新评估和科学决策新建煤化工项目的实施。

1.1 核心技术的突破性进展

煤气化[4]：多喷嘴对置式气化炉，已建成109台气化炉，其中40台炉子已经投产运行；航天炉已建成72台，其中24台投产运行；水冷壁清华炉、西安热工院两段炉、五环炉[3]、东方炉等均在先进煤气化关键技术上取得了重大的突破，据有关资料介绍，采用现代煤气化工艺约气化2亿t煤炭左右。

煤制油：神华煤直接液化制油技术成功用到包头100万t/a煤制油示范工程中；中科院山西煤化所与中科合成油联合开发的煤间接液化制油工艺，高温浆态床F-T合成在伊泰、潞安和神华包头进行了16万t/a 煤间接液化示范工程建设，已经成功投产运营[5]。

煤制甲醇烯烃芳烃：大连化物所的 DMTO[6]甲醇制烯烃，在神华鄂尔多斯建设了60万t/aMTO示范工程，获得了很好效益；神华宁煤60万t/aMTP甲醇制丙烯建成投产，也取得了明显的经济效益；清华分别与华电和中国化学开发的流化床甲醇制芳烃FMTA，甲醇制丙烯FMTP等中试装置获得成功，延长石油集团开发的煤油共炼加氢工艺，也建成了45万t/a的示范工程，能效达到70%以上。

煤制乙二醇：中科院福构所、浦景、东华、五环、中石化开发的煤制乙二醇，建设了十多套乙二醇项目，总产能达到 165 万 t/a。煤制天然气：大唐克旗、新疆庆华建设的首期13亿 m3/a 天然气均已投产。总之，现代煤化工为我国石化产品的多元化做出了贡献。

1.2 煤化工规模超大型化和产业集群化

现代煤化工产品在“十二五”期间，无论从结构和规模上分析，都得到了迅猛发展。煤制烯烃：已建成投产10套烯烃装置，每套约60万t/a产能，总烯烃产能接近500万t/a ；煤制油：已建成投产5套煤制油装置，总油品产能达到了240万t/a，单系列装置产能有100万t/a；煤制天然气：已建成5套煤制天然气装置，单系列装置规模有13亿m3/a、20 亿 m3/a 和40亿m3/a，总产能达到170亿m3/a；煤制甲醇：已建成甲醇装置产能约4000万t/a左右，单系列装置产能有60万t/a、100万t/a和150万t/a；煤制乙二醇：已建成近十多套乙二醇示范工程，单系列装置产能20万t/a，乙二醇总产能达到165万t/a。

1.3 煤化工产业园区建设取得成效

煤化工产业园区建设取得重要进展，主要集中在产煤区，如内蒙古、陕西、宁夏、山西、新疆这些地区。在煤化工产业园区内，国家政策、地方政府支持以及园区灵活的机制和发展规划等激励措施，培育和形成了一批比较有活力的大型煤化工以及能源建设基地。如内蒙古鄂尔多斯煤化工基地、宁夏宁东大型能源煤—电—烯烃基地、新疆准东煤化工产业园区的格局非常有利于现代煤化工企业上下游产业链的一体化建设。

2“新常态”下现代煤化工的挑战

煤化工一直受到许多问题的制约，其中最重要的几点挑站需要在十三

五期间重点的去研究与突破。

2.1现代煤化工对布局制约的挑战

国家对现代煤化工项目的布局有严格的要求，要优先布局在有煤炭资源的开发区和重点开发区； 优先选择在水资源相对丰富、环境容量较好的地区并符合环境保护规划；对没有环境容量的地区布局煤化工项目，要先期开展经济结构调整、煤炭消费等量或减量替代等措施腾出环境容量，并采用先进的工艺技术和污染控制技术，应最大限度减少污染物的排放。

2.2水资源对煤化工产业制约的挑战

我国是一个水资源匮乏的国家，而且煤炭资源一水资源的地理分布也并不重合。主要的煤炭产地和布局的煤化工项目基地多分布在水资源相对匮乏、环境相对脆弱的地区。煤化工是一个大量消耗水资源的产业，主要有：工艺蒸汽参加化学反应、循环冷却水蒸发或跑冒滴漏损失需要的系统补充水、除盐水补充水及生活用新鲜水，同时还会产生大量废水，对环境产生巨大威胁。若不采取切实可行的节水措施，如开式循环冷却水系统节水技术、空冷技术、闭式冷凝液回收技术、水的梯级利用及重复利用技术等措施，单位水耗和废水排放量就降不下来，从而影响煤化工项目布局。

2.3煤化工废水处理与污染问题的挑战

煤化工的废水污染问题一直来是制约其发展的一大重要因素。在现代煤化工产生的废水中含有多种组分与污染源，包括高浓度有机废水、高浓度难降解有机物、高浓盐水等。 2.3.1高浓度有机废水排放污染

高浓度有机废水主要来源于煤气化工艺废水等，其特点是污染物以COD为主，一般2000mg/L以上。典型的高浓度有机废水[16]，石油/化工废水等，如主要生产工段的出水COD质量浓度一般均在3000~5000mg/L以上有的工段出水甚至超过10000mg/L；即使是各工段的混合水，一般也会在2000 mg/L以上，有的甚至高达几万mg/L。这类废水相对容易处理，但由于水量大，选择污水处理工艺不正确，投资不到位或污染浓度过高，导致出水难以达标，大多数企业就直接送至蒸发塘处理，给周围环境造成不良影响。

2.3.2高浓度难降解有机物废水处理

有机物中的难降解物种类多，主要特点是高浓有机物、高难降解物、高含毒物，高含油物、高含氨氮等污染物[7]。BOD与COD 的比值远远小于0.3。如焦化废水中除含有较高浓度的氨氮外，还有苯酚、酚的同系物如萘、蒽、苯并芘等多环类化合物，此外还含有氰化物、硫化物、硫氰化物等。这类废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，同时含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物，色度高，有异味，散发出刺鼻恶臭，具有强酸强碱性；如低阶煤低温气化、热解等工艺产生的废水，成分就非常复杂，采用一般的生化工艺很难处理，即使同时设置焦油除酚、氨及回收设施进行预处理，预处理后有机废水的COD仍然较高，可生化性较差。 2.3.3高浓盐水处理回收

高浓盐废水特点是含盐量高。含盐废水中的盐主要来源于生产过程中的煤气洗涤废水、循环水系统排水、除盐水系统排水、回用系统浓水以及补充的新鲜水等。如某煤制天然气项目补充黄河水源为新鲜水带入的盐量超过整个系统盐量的60%左右，其次是生产过程和水系统添加化学药剂产生的盐量，分别为29%和13.6%。煤化工含盐废水的总含盐量（TDS） 通常在500~5000mg/L，甚至更高。若煤化工实现“零排放”后最终得到的是杂盐，并含有多种无机盐以及大量有机物。这种煤化工蒸发结晶的杂盐被列入危险废弃物进行严格管控

[15]

。这种杂盐具有极强的可溶性，其稳定性和固化性较差，可随着淋

雨渗出，造成二次污染，目前很少有现成的危废处理中心可以接收这些杂盐，处理成本也非常高。

2.3.4 油气价格对煤化工产品冲击的挑战

在高油气价的前提下，煤化工竞争力毋庸置疑。但到了低油价时代，如在60美元/bbl、50美元/bbl以下的时候，煤化工的竞争力成本优势遇到了极大的挑战，如何采取应对措施以及中央政府出台扶持政策就非常重要。

3“十三五”煤化工示范技术升级突破

现代煤化工污染物控制技术；现代煤化工核心工艺技术；现代煤化工后续产品链技术；现代煤化工耦合集成技术[14]是构成“十三五”现代煤化工发展和生存的关键。重点解决环保问题、生存问题、技术

经济问题和核心竞争力问题。“十三五”期间要有序推进现代煤化工产业化、技术升级示范工程，规范标定评价工作，做到三个有数：一是掌握标定示范工程物耗、能耗、水耗以及三废排放等主要指标，如示范工程能源转化效率和二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOx）及二氧化碳（CO2）排放强度；二是掌握示范工程的生产负荷等各机组及转动设备运行状况、产品品种及质量指标、安全环保措施、投资强度及经济效益，判断以上指标是否达到设计值；三是掌握示范工程运行经验并总结、查找、分析存在的问题，为进一步优化操作和技术升级改造提供可靠的数据依据。

3.1EBA工艺处理高浓度难降解有机物废水技术

目前的煤气化工艺中采用低阶煤低温气化，如鲁奇炉[17]等，煤中的轻质组分在气化过程中转化为焦油、酚、氨、烷烃类、芳香烃类、杂环类、氨氮和氰、砒啶、烷基吡啶等物质与煤气同时产生。在随后的煤气洗涤、冷却、净化过程中，上述物质中的绝大部分进入煤气水中，是典型的高浓度难降解有机物废水，而且量大、有毒、有害物质组分结构复杂难处理。EBA工艺[13]针对鲁奇炉、BGL 炉以及低温裂解等产生的高浓度酚氨废水进行探索性处理，高浓度酚氨废水虽经酚氨回收工艺处理，但进入生化处理系统的废水成分依然复杂且有毒有害，其中酚化合物质量浓度可达200~1000mg/L、氨氮质量浓100~300 mg/L。该工艺以提高废水可生化性、降低废水毒性、提高污泥活性等方面的技术使高浓度酚氨废水处理出水能够满足回用水的标准[9]。该技术作为一条处理路径，有待进一步验证和完善。

3.2闭式空冷循环冷却水节水技术

闭式空冷循环冷却水系统[18]用软水或除盐水充当冷却水，吸收工艺换热设备热量，升高温度后，进入节能型水膜式空冷器或联合式空冷器管内进行预冷，然后进入喷淋管段被管外的空气和喷淋水吸收热量，降温后由循环水泵加压，至工艺换热设备。软水在闭式循环系统中循环使用，不与外界空气接触完成吸热和放热的热量传递过程。该工艺替代传统的工业循环冷却水系统，以节能型水膜式空冷器[20]或联合式空冷器[19]代替凉水塔，既保证冷却水温度以满足各项工艺要求，还可节水，减少管道设备结垢，提高设备使用寿命，为节水提供了一条处理路径，有待进一步验证和完善。

3.3高浓盐水结晶分盐处理综合利用技术

高浓盐水多级蒸发结晶为杂盐的技术在中煤图克的化肥项目[12]上得到了一定的验证（BGL炉），但这种杂盐的综合利用还是存在问题的。鉴于煤化工结晶盐综合利用难度大，为实现“零排放”而产生的结晶盐的无害化和资源化利用提出的蒸发结晶分盐研究是一个方向，需要进行中试实验[8]。各项污染防治措施的技术经济可行性和运行可靠性得到充分的论证后，才能确定是否准入。结晶分盐、综合利用技术，通过分步结晶的方式分离出氯化钠、硫酸钠以及如何处置浓盐水中含有的大量有机物等杂质，其分步结晶的效果尚无实验数据，而且目前我国氯化钠、硫酸钠的产品质量标准并不适用于工业废水制盐。但该技术为高浓盐水综合利用提供了一条路径，有待进一步验证。

3.4低阶煤（褐煤）分质分级综合利用技术

集低阶煤（褐煤）预处理、气化、合成、发电、供热等技术于一体的低阶煤分质分级提质多联产综合利用是一项具有发展前景的现代煤化工技术[10]，研究开发低阶煤低温（中温、高温）快速（中速）热载体气流床（固定床、流化床）热解工艺，以提取焦油、干馏煤气和半焦为主要产品的分级提质、分类转化技术是一种发展趋势。该技术可以衍生出多种技术组合，通过热解与半焦气化技术的耦合，以半焦粉气化产生的高温煤气作为热载体，进行逆向串级直接接触热解，可实现高温煤气显热的高效合理利用与低阶煤的梯级热解。特别对含油率较高的低阶煤，经中低温（550~850℃）热解，抽取其中的焦油、煤气等轻质组分，同时获得热值较高的清洁材料。

3.6 大型洁净煤低能耗煤气化技术

现代煤气化是煤化工装置中的核心技术，如何选择原料煤将会直接影响到现代煤化工项目的能效、环保、安全、投资和效益。现代煤气化发展的趋势和方向应符合我国煤种多，成分复杂的特点。要始终追求那种煤转化率高、气化效率高、有效气产率高，节能消耗低、成本造价低、绿色环保优的气化升级工艺。对干煤粉/水煤浆/碎煤气流床/移动床加压气化技术应进一步升级、集成、耦合及装备大型化，如开发3000t/d及以上多喷嘴对置式粉煤加压气流床技术，稳定生产，长周期运行、降低投资；开发3000t/d及以上干粉煤加压激冷气流床技术，提高煤转化率、气化效率和有效气产率高，稳定生产、降

低造价；开发1600 t/d 及以上碎煤加压固定床技术、提高碎煤加压气化碳转化率、利用率和装备大型化，降低蒸汽消耗、减少废水排放和处理量；开发3000 t/d 及以上湿法水煤浆气化技术，实现低投资、稳定性、长周期、大型化、宽煤种、降低消耗。各类现代煤气化技术应在废水处理、废渣循环利用、高浓盐水减量等重大技术领域中有新的突破和发展。整体煤气化要与煤化工、联合循环发电以及大型超超临界发电等进行耦合；焦化、低温热解及不同煤气化技术之间的组合应用技术以及污染物控制技术方面的集成要有重大突破，主要有：高效除尘、硫回收、脱硝技术；酚氨回收、废水制浆、活性炭吸附等污水处理技术；联合循环发电与大型超临界发电等耦合技术[11]；焦化、低温热解及不同煤气化之间的组合应用技术以及污染物控制技术方面要有重大突破。在高效除尘、脱硫、脱硝，酚氨回收、废水制浆、活性炭吸附等污水处理以及大型气化炉、热解炉、合成塔、废热锅炉技术方面要形成具有自主知识产权的洁净煤气化升级核心技术。

4 总结

“十二五”期间，技术创新一直是现代煤化工企业发展的亮点，在“十三五”期间技术创新必将成为重中之重。技术创新不仅在于原创性发明，更在于具有重大应用价值的技术集成。通过对煤化工单项工艺技术、工程技术和信息技术和环保控制技术的集合重组，获得具有统一整体功能的全新成套升级技术，并努力形成现代煤化工的新品牌。现代煤化工在新常态下将面临更多、更大、更难的新挑战，但同时也会迎来可能的战略机遇，为我国石油和化学工业实现“由大国向强国”跨越式发展过程中作出积极的贡献。

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