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低碳理念指導新一代煤化工產(chǎn)業(yè)

時間：2011-06-20 作者：李佳

　煤炭多聯(lián)產(chǎn)是貫徹低碳措施之一。煤化工結(jié)構復雜，可拆分：高價值的組分分離出來，高端利用；高品位的能源，梯級利用；高化學活性組分，分別利用，以實現(xiàn)煤炭資源的最佳最充分利用。
　　我國是世界上最大的焦碳生產(chǎn)國，產(chǎn)量為2.9768億噸/年（2006年）。外輸焦爐氣約40×109m3/年及大量焦油。焦爐氣成分中含H2量大，為重要高價值化工原料。把作為燃料用的焦爐氣替換下來后，焦爐氣產(chǎn)量可大幅度提高，這時200萬噸/年煉焦裝置大約產(chǎn)出的焦爐氣可作為生產(chǎn)40萬噸甲醇的原料。
　　煤熱解氣（煤氣）已提升為二次能源，轉(zhuǎn)化過程已有耗能，可以做更高附加值化學品。再燒掉很可惜。但IGCC沒體現(xiàn)煤多聯(lián)產(chǎn)基本原則，拆解后，高價組分離端利用。
　　IGCC的工業(yè)實踐說明，流程長，設備投資大，操作復雜，經(jīng)濟上難與直燃煤發(fā)電抗衡。IGCC熱能轉(zhuǎn)換效率低、美國著名的TanpaIGCC試驗廠最終報告其熱點效率為38.5%。超超臨界熱電效率有潛力，預期耐熱鋼材的進步，其熱電效率可達50%。IGCC可能優(yōu)勢漸微。燃氣輪機易于進行升停機調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷、用電量，隨著超大電網(wǎng)、智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，這一優(yōu)勢被削弱。IGCC排廢氣中CO2濃度高，有利于利用與封存，但隨著多種CO2捕集研發(fā)，也可被更便宜的技術替代。
　　低CO2排放產(chǎn)品優(yōu)先，以煤為原料的化學品，單位產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中CO2排放量是不同的。機動車驅(qū)動利用純電動車更省能。
　　煤化工產(chǎn)品應選擇適合資源。我國40%煤炭資源在西北地區(qū)，輸送成本高，而鐵路運力無法承擔。發(fā)展煤氣化——甲烷化技術，可補充我國天然氣的資源不足，可通過管道輸送到沿海。
　　二甲醚的生產(chǎn)方法最早是由高壓甲醇生產(chǎn)中的副產(chǎn)品精餾后制得，隨著低壓合成甲醇技術的廣泛應用，副反應大大減少，二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)技術很快發(fā)展到甲醇脫水或合成氣直接合成工藝。甲醇脫水法包括液相甲醇法和氣相甲醇法，前者的反應在液相中進行，甲醇經(jīng)濃硫酸脫水而制得，但因該法存在裝置規(guī)模小、設備易腐蝕、環(huán)境污染、操作條件惡劣等問題，逐步被淘汰。近年來，二甲醚的需求量增長較大，各國又相繼開發(fā)投資省、操作條件好、無污染的新工藝，主要包括二步法和一步法。
　　二步法先由合成氣制取甲醇，然后將甲醇在催化劑下脫水制取二甲醚。以前主要采用硫酸作為催化劑，現(xiàn)在大多采用由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子篩作為催化劑，性能優(yōu)良，選擇性好，故能制備出高純的二甲醚，還能避免污染。
　　一步法由合成氣直接制取二甲醚，包括合成氣進入反應器內(nèi)同時完成甲醇合成與甲醇脫水兩個反應和水—煤氣變換反應，產(chǎn)物為甲醇與二甲醚的混合物，混合物經(jīng)蒸餾分離得到二甲醚，未反應的甲醇返回反應器。一步法二甲醚技術關鍵是性能優(yōu)異的漿態(tài)床反應器具有良好的移熱和控溫能力，強化相際傳質(zhì)作用，充分利用合成反應熱；適合于漿態(tài)體系的雙功能催化劑具有較高的催化反應活性和選擇性，良好的富碳合成氣適應性，良好的穩(wěn)定性。
　　清華大學化工系開發(fā)出漿態(tài)床一步法合成二甲醚技術，小試通過國家教委組織的技術鑒定，已達到國際先進水平。2003年清華大學與重慶英力燃化有限公司聯(lián)合投資2000萬元建設3000噸/年二甲醚中試裝置，產(chǎn)出合格二甲醚產(chǎn)品。重慶英力燃化有限公司將在此基礎上，開展技術跟蹤及相關配套產(chǎn)業(yè)化工作，并建設大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)裝置。
　　二甲醚作為煤基液體燃料可顯著節(jié)約資源、能源。中東地區(qū)有豐富乙烷資源，2010年投產(chǎn)乙烷轉(zhuǎn)化乙烯裝置，將達到1600萬噸/年，目標市場的60%~70%定位在中國。
　　世界和我國石油資源日漸重質(zhì)化和劣質(zhì)化，其加氫改質(zhì)技術是重要發(fā)展方向。延遲焦化、大量石油焦生成（中國石油焦產(chǎn)量達2000萬噸/年），不是最好的重油利用技術。催化加氫，可以充分高效利用油品，煤制氫技術成熟而且熱能轉(zhuǎn)換效率可達80%以上，是有前途的方向之一。
　　煤炭的直接利用：煤是有機質(zhì)和無機質(zhì)組成的礦物質(zhì)，復雜大分子化合物難于拆解，如果能夠定向裁剪和定向轉(zhuǎn)化，選擇性地拆斷分子鍵共價鍵，可獲得大量高價產(chǎn)品。如不同取代基，不同芳環(huán)芳烴，含側(cè)鏈的環(huán)烷烴，長鏈脂肪酸及酯等精細化學品。但技術有待突破。