煤炭转型之路:传统煤化工技术瓶颈与新型煤化工创新突破
发布日期: 2025-04-21    作者: 通知公告

  煤化工是指以煤炭为原料,通过物理或化学方法生产基础化学品和燃料的化工,最重要的包含:把炼焦煤在隔绝空气条件下高温干馏(900-1100℃),生成焦炭、焦炉煤气、煤焦油和粗苯等产品,其中焦炭用于钢铁冶炼,还有副产品焦炉煤气(含H?、CH?、CO等,部分用于燃料)及煤焦油(提炼苯、甲苯、萘等)。 优点是技术成熟,投资相比来说较低,但污染严重(含酚氰废水、VOCs排放)及资源利用率低(焦炉煤气大量放散)。技术路径:固定床气化→变换反应→脱硫脱碳→哈伯法合成氨,再用于尿素等化肥生产。缺点是能耗高,吨氨耗标煤1.5吨, 碳排放强度大,吨氨排放2.8吨CO?。技术路径: 固定床气化→合成气→甲醇合成(铜基催化剂),甲醇可进一步生产甲醛、醋酸等。这种技术成熟稳定,但能效仅40-45%,水耗大,吨甲醇耗水10吨。技术路径: 电弧炉法(焦炭+生石灰,2000℃)→ 电石(CaC?)再用于乙炔、PVC塑料生产),吨电石耗电约3000kWh。技术路径: 直接液化(煤炭加氢裂解,高污染)或间接液化(费托合成,制柴油、石蜡)。技术路径: 煤气化→合成气→甲醇→(新型催化剂)→乙烯/丙烯 /芳烃。大连化物所DMTO-III技可使甲醇转化率达到99%,烯烃选择性85.7% ,吨烯烃成本比石油路线更低,可减少石脑油进口依赖。案例: 国家能源集团宁煤项目(全球最大煤制烯烃基地,年产400万吨聚烯烃)。技术路径:合成气→草酸二甲酯→(Pd/C催化剂)→乙二醇,新进展比如中科院福建物构所技术,CO转化率95%,催化剂寿命突破15000小时,产品纯度达聚酯级(UV值0.05)。新进展比如中科院大连化物所DMTE技术,乙醇选择性98% ,例如淮北矿业可实现焦炉气全组分利用,吨乙醇成本比粮食法低30% ,符合乙醇汽油推广政策 。光伏制氢→替代煤制氢→减少CO?排放,中科院液态阳光技术的CO?转化率95% ,吨甲醇减排CO?1.5吨 ,但电解水制氢成本需降至20元/kg以下才具经济性。

  煤化工技术发展很快,例如SAPO-34分子筛催化剂的发现就使得煤基烯烃产业化成为可能,钯-碳(Pd/C)催化剂则可实现CO高效羰基化,替代石油路线,传统煤化工虽然技术成熟,但面临高能耗、高污染、低附加值等明显问题。新型煤化工则是指那些通过技术创新、工艺创新,运用数字孪生技术优化生产流程,并随着催化剂技术的新突破,借助新型催化剂的发现实现高效低排放生产的煤化工。

  以淮北矿业利用焦炉尾气制甲醇再制乙醇的技术路线(焦炉气→甲醇→乙醇)为例,它就是典型的新型煤化工应用,其优越性相较于传统煤化工大多数表现在资源循环利用、低碳减排、经济性提升和产品高的附加价值化等方面:1. 资源高效循环利用:变废为宝,传统焦化工艺的焦炉尾气(含H?、CH?、CO等)通常直接燃烧排放或简单发电,资源利用率低(热值利用为主),且含硫污染物需额外处理。淮北矿业则是将焦炉尾气中的H?和CO通过催化合成(如低压合成技术)转化为甲醇,再通过甲醇羰基化加氢制乙醇,实现废气高值化利用。2.资源利用率提升:1吨焦炉尾气可生产约0.5吨甲醇,进一步转化为乙醇,综合碳转化率超70%(传统燃烧利用率不足30%)3. 低碳减排与环境友好:传统焦化行业的焦炉尾气直接燃烧排放大量CO?,吨焦炭约产生0.5吨CO?,且含苯并芘、硫化物等有毒物质,新型技术则可通过化学合成固定CO?(甲醇合成阶段CO?可作为原料),结合CCUS技术可逐步降低排放,同时尾气中的硫、苯等杂质在甲醇合成前可被深度净化(脱硫率>99.9%),避免二次污染。相比传统煤制乙醇(水耗10吨/吨乙醇),焦炉气路线. 经济性提升:焦炉尾气是焦化副产物,原料近乎“零成本”(传统煤制乙醇需高价购煤)。5.能耗优化:省去煤气化环节(传统煤化工能耗的40%),吨乙醇能耗降低20%~30%。6.产品附加值高:乙醇市场价高于甲醇(中国乙醇价格约6000/吨,甲醇约2000~3000元/吨),延伸产业链明显提升利润空间。乙醇可作为燃料添加剂(ETBE)、溶剂或化工原料,需求稳定且政策支持(如乙醇汽油推广)。7. 技术集成与创新性:传统煤化工技术单一(如焦化仅产焦炭),产品同质化严重。而淮北矿业的技术路径则集成焦炉气净化、甲醇合成、甲醇制乙醇(如二甲醚羰基化)等先进工艺,并采用铜基或钯基催化剂提升了甲醇和乙醇合成效率(选择性>95%),而且可依据市场需求调节甲醇/乙醇产能(如甲醇过剩时转产乙醇)。8.符合能源安全:乙醇作为石油替代品,减少对进口原油依赖(中国乙醇自给率不足70%)。9.循环经济示范典型:推动“煤-焦-化-氢”全产业链协同,副产氢气还可用于燃料电池。。。。淮北矿业的这一技术路径不仅解决了焦化行业尾气污染难题,还为煤炭资源清洁转化提供了示范,是新型煤化工“精细化、低碳化、循环化”的典型代表

  将来随着非贵金属催化剂的发现,煤化工还能不断降低生产所带来的成本,那些在绿色低碳、高端化学品生产、循环经济等方面能展现出显著优势的煤化工技术,它们正推动煤炭从燃料向原料转型,未来十年有望形成万亿级产业规模,成为中国能源化工领域的重要支柱。

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