煤化工

简史

煤化工于18世纪中叶开端，随着工业革命步伐的加快，英国对炼铁用焦炭的需求量大幅度增加，炼焦炉应运而生，成为最早的煤化工设备，也开创了煤化工的工艺技术的先河。1792年，苏格兰人W.默多克首先将干馏烟煤所产生的煤气用于家庭照明。19世纪初，英国、美国、法国等先后通过煤干馏生产煤气用于照明、炼铁等。1850～1860年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂，炼焦化学品的回收开始引起重视。19世纪70年代，德国成功建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了芳烃，作为医药、农药、染料等工业的原料。至19世纪末，已形成了较为完整的煤化工体系。进入20世纪，煤化工成为化学工业的重要组成部分，装置规模不断扩大，下游产品增多，能效也显著提升。1925年，中国在石家庄建成了第一座焦化厂，满足了汉冶萍炼铁厂对焦炭的需要。1934年，在上海建成拥有直立式干馏炉和增热水煤气炉的煤气厂，生产城市煤气。第二次世界大战前夕及大战期间，煤化工取得了迅速发展。第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，削弱了煤化工在化学工业中的地位。20世纪70年代，因中东战争以及随之而来的石油危机，使得由煤生产液体燃料及化学品的方法又重新受到重视。欧美等国的开发研究工作取得新进展，如美国气化技术研究院等开发了大型气流床、流化床气化技术，大型跨国石油公司在煤直接液化的方法中先后开发了氢煤法、供氢溶剂法和溶剂精炼煤法等；南非的萨索尔公司大规模采用煤间接液化法：以煤气化制得的合成气制取发动机燃料和化学品，以合成气制得的甲醇作为燃料使用，或再转化生产优质汽油。20世纪末，由于石油价格的不断上涨，各国均投入大量人力、财力、物力进行大型高效煤炭转化技术的开发，形成了一大批以气流床气化技术为代表的现代煤化工技术。进入21世纪后，随着石油价格上涨，煤化工再次受到高度重视，大批新技术得到研发和工业化应用，尤其是中国在大型煤化工技术的产业化和产业链拓展中取得了举世瞩目的成绩，一大批高效、清洁的煤化工装置建成投产，其产品种类更加丰富，煤化工已成为中国国民经济的重要产业。

产业链

煤化工产业链按照产业发展历程，分为传统煤化工和现代煤化工。二者没有严格的界限，传统煤化工主要包括煤的焦化以及块煤为原料的常压气化制合成氨、电石制聚氯乙烯等产业链。现代煤化工是采用先进的煤气化、煤液化技术以生产洁净能源和石油化工替代产品为主的煤化工，主要包括煤制氢、煤经甲醇制烯烃、煤制芳烃、煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制高端化学品和功能性材料等，以及整体煤气化联合循环发电、IGHCC等。与传统煤化工产业相比，现代煤化工装置规模大，技术含量高，能耗低，环境友好，产品附加值高。

现状

在世界范围内，煤化工主要集中在中国、南非和美国3个国家。在20世纪60～80年代，中国建成了大量以煤为原料的合成氨厂，主要生产碳酸氢铵、尿素、硝铵等，20世纪末开始建设煤基甲醇厂。“十二五”时期，中国现代煤化工以石油替代产品为主要方向，随着一批示范工程的建成投产，快速步入产业化轨道。产业发展主要特点：①工程示范取得重大成效。通过优化工艺技术和提升管理水平，示范项目基本实现了安全、稳定、长周期、高负荷运行，煤耗、水耗不断下降，三废处理和环保水平不断提高。②关键技术实现整体突破。先后开发了多喷嘴对置式水煤浆气化、航天粉煤加压气化、SE—东方炉气化、清华水冷壁水煤浆气化、两段式干煤粉加压气化等一批先进煤气化技术，并掌握了具有自主知识产权的煤直接液化、煤间接液化、甲醇制烯烃、煤制乙二醇、甲醇制芳烃、煤油共炼等技术。③产能建设加快，产业规模迅速形成。④园区化、基地化格局初步形成。鄂尔多斯煤化工基地、宁东能源化工基地、陕北煤化工基地以及新疆的准东、伊犁等煤化工基地都初具规模，均建设在煤炭资源地，上下游产业延伸发展，部分实现与石化、电力、建材等产业多联产发展，产业集聚优势得到了充分发挥。

南非的煤化工主要发展期为20世纪60～80年代，建成了以煤制油、煤制化学品为主要工艺路线的大规模煤化工基地，除供给高附加值的运输燃料外，还生产多种高性能的化学品。美国的煤化工主要发展期为20世纪60～90年代，以单套装置规模大、集成度高和先进技术示范为特点，代表了一个时期整体煤气化联合循环发电、煤制天然气的最新技术水平。

与石油化工和天然气化工相比，煤化工的缺点主要有：①投资大，如以单位油品投资计，煤制油单位投资为传统炼油的13倍以上，单位烯烃投资的6倍以上。②煤炭的高碳氢比，低能量密度以及复杂的工艺流程导致煤化工能耗、水耗均高于石油化工和天然气化工。③煤化工行业固废、废液、废气的处置成本高、排放量大，尤其含有难降解的焦油、酚、多元酚等高浓度难降解有机废水，高浓度含盐废水处置较困难，处理成本较高。④部分煤化工关键工艺技术尚未突破，导致现代煤化工产业链短，产品同质化现象较为突出；煤化工部分关键装备的技术水平制约了煤化工的快速发展，如大型高效煤气化炉、大型高温甲烷化高压蒸汽过热器等。工艺流程和技术集成尚需优化升级，部分示范项目在能源转换效率、煤耗、水耗等技术经济指标方面还有较大的提升空间。⑤现代煤化工标准体系、技术安全导则仍有待完善。

发展前景

由于各国的能源结构不同，在世界范围内煤化工的发展很不均衡。美国对先进煤气化、多联产、整体煤气化联合循环的研究和示范工作一直在继续，由于美国政府加入了碳减排的巴黎议定书，承诺减排二氧化碳，其煤炭开采和使用量大幅减少，在一定程度上制约了美国煤化工的投入和发展。澳大利亚、印度、越南、印度尼西亚等富煤国家，大量煤化工项目开始启动，发展前景广阔。南非随着石油禁运的解除，煤化工发展与20世纪相比，发展规模大幅减缓，产品向精细化方向发展。中国富煤、贫油、少气的能源结构特点决定了中国煤化工发展的良好前景。“十三五”煤化工发展主要是升级示范，提高技术水平和系统优化集成水平，提高能源转换效率，降低资源消耗和污染物排放，通过技术创新和管理进步提高产业竞争力，促进产业与生态环境协调可持续发展。

中国煤化工产业“十四五”发展的原则是：①根据资源承载能力和环境容量，按照能源保障、运输和加工能力合理安排资源开发规模，优化产业布局，推进园区化、基地化可持续发展模式。②结合项目建设地区的水资源供应量合理规划，通过技术提升，降低煤化工项目能耗和水耗指标，优先发展煤炭分质梯级利用技术及其示范，延伸产业链，生产高端化、功能化新材料。③在碳达峰、碳中和的背景下，提升清洁生产和碳利用水平，探索二氧化碳减排途径，加强高浓度有机废水和高浓盐水等处理处置技术、固体废物资源化和挥发性有机物污染控制技术的开发及示范，减少污染物的排放。④加大科技投入，加强共性技术研发和成果转化，依托煤化工示范工程和产业化基地建设，加快核心技术产业化进程，完善技术装备、标准体系，提升产业自主发展和创新发展能力，提升大型装备的能力和水平。⑤创新发展模式，跨行业、跨地区优化配置要素资源，积极研发和推广煤基多联产技术，促进煤化工与电力、石油化工、冶金建材等产业融合发展，构建循环经济产业链和产业集群，提升资源能源利用效率。