[科普中國(guó)]-煤制油煤制氣 煤炭依然是矮矬窮嗎？

談起煤炭，你的第一印象是什么？

從以前冬天里的溫暖，到如今人們口中環(huán)境污染的“元兇”之一；從古代馬可波羅見之詫異如視珍寶的“黑色金屬”，到如今人人口中的“矮矬窮”的“骯臟石頭”，從工業(yè)時(shí)代“煤炭等于動(dòng)力”，到如今能用“氣（天然氣）、油（汽油）”休用煤。

（圖片來(lái)源：作者制作）

然而，在現(xiàn)代煤炭真的如此不堪嗎？在回答這個(gè)問(wèn)題前我們需要先知道煤炭是什么。

**你真的了解煤?jiǎn)幔棵菏怯晒胖参锏臍埡〗?jīng)一系列復(fù)雜變化得來(lái)的結(jié)果，這樣的變化總體分為兩個(gè)階段：泥炭化階段和煤化階段。**植物殘骸在泥炭階段經(jīng)腐泥化作用形成腐泥，然后再經(jīng)泥炭化作用形成泥炭。泥炭在煤化階段中經(jīng)煤成巖作用形成褐煤，最終在底下受高溫、高壓、時(shí)間等因素影響經(jīng)過(guò)煤變質(zhì)作用形成煙煤、無(wú)煙煤、天然焦、石墨等。

同時(shí)，由煤的形成過(guò)程大致能看出煤的種類，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)由次到優(yōu)分別為：褐煤、長(zhǎng)焰煤、不沾煤、弱粘煤、中粘煤、氣煤、氣肥煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無(wú)煙煤。**大致可理解為：褐煤、煙煤和無(wú)煙煤。**分類依據(jù)水分、灰分、揮發(fā)分、膠質(zhì)層厚度、發(fā)熱量、含矸率等指標(biāo)。其中無(wú)煙煤是因燃燒無(wú)煙而得名，有極強(qiáng)的似金屬光澤，呈剛灰色，有較強(qiáng)的硬度，在一定條件下能進(jìn)一步變質(zhì)形成石墨。

中國(guó)是世界上最早使用煤炭的國(guó)家，古時(shí)煤炭被人們用來(lái)燒飯、取暖、冶煉，甚至用作化妝品（畫眉），是最主要的能源來(lái)源。而到了今天，能源領(lǐng)域枝繁葉茂，石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能。煤炭跟誰(shuí)比都處于劣勢(shì)，既無(wú)石油熱值高，也不像天然氣清潔（天然氣主要成分為甲烷，充分燃燒后只產(chǎn)生 和 。而沒(méi)經(jīng)處理的煤炭中含雜質(zhì)，經(jīng)燃燒會(huì)產(chǎn)生污染氣體），還不像風(fēng)能、水能那樣可再生。

（圖片來(lái)源：作者制作）

這么看來(lái)，煤炭在現(xiàn)代的確是一無(wú)是處了嗎？其實(shí)不是，在我國(guó)煤炭的用途十分廣泛。

我們能大規(guī)模用煤制油了！

中國(guó)是一個(gè)缺油有氣富煤的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年，我國(guó)原煤產(chǎn)量35.2億噸，能源消費(fèi)總量44.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的60.4%。[1]石油大量依賴進(jìn)口，這并不利于我國(guó)的能源自主性，出于對(duì)未來(lái)能源布局的考慮，近年我國(guó)開始重視煤制油技術(shù)的發(fā)展。

煤制油技術(shù)又稱煤液化技術(shù)，最早于1913年由德國(guó)科學(xué)家Bergius完成煤在高溫高壓下加氫液化的相關(guān)研究。但該技術(shù)生不逢時(shí)。20世紀(jì)50年代，由于中東油田的發(fā)現(xiàn)，人們開始大量開采并使用石油，因此煤制油技術(shù)失去了發(fā)展空間。

煤制油分為直接液化和間接液化。煤的直接液化是指在高溫條件高壓等條件下，利用催化劑使煤液化的技術(shù)。這過(guò)程的原理是，煤分子結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，會(huì)因受熱而產(chǎn)生自由基分子，在高壓下加入氫溶劑，這些以自由基形式構(gòu)成的煤會(huì)轉(zhuǎn)化為油分子、瀝青烯。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工，這些分子能裂解成更小的分子從而合成液態(tài)燃料，在這過(guò)程煤中所含有的硫、氮等在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有害氣體的原子會(huì)一并去掉。[2]而煤的間接液化則是先將煤氣化成CO和 ，然后在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪簭?qiáng)下經(jīng)過(guò)催化使其轉(zhuǎn)化為液體燃料。

截止2017年底，我國(guó)已建成5條煤炭間接液化的生產(chǎn)線、1個(gè)煤炭直接液化的生產(chǎn)項(xiàng)目。其中最具代表性的是，國(guó)家能源集團(tuán)（由前神華集團(tuán)與中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司合并重組）于2004年在鄂爾多斯啟動(dòng)建設(shè)的煤炭直接液化生產(chǎn)線，這是全球唯一一條百萬(wàn)噸級(jí)煤炭直接液化生產(chǎn)線，年產(chǎn)量達(dá)108萬(wàn)噸，目前生產(chǎn)1噸油需消耗3.23噸原料煤，能源轉(zhuǎn)換率為58%，當(dāng)國(guó)際原油價(jià)格高于55美元/桶時(shí)，能做到不虧損。

國(guó)家能源集團(tuán)總經(jīng)理凌文在內(nèi)蒙古國(guó)際能源大會(huì)（2018年8月10日至12日）上表示近期將建設(shè)第二、第三條煤炭直接液化生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)所有煤制油項(xiàng)目裝置運(yùn)行年總產(chǎn)能能達(dá)近3000萬(wàn)噸。

煤制油技術(shù)依然具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

我們還能廣泛用煤制氣了！

煤制氣技術(shù)是把煤炭氣化為合成氣，來(lái)作為甲烷和合成油等產(chǎn)品的原料。目前有許多成熟的煤制氣方法和工藝，根據(jù)反應(yīng)原料在爐內(nèi)部反應(yīng)時(shí)運(yùn)動(dòng)形式和爐構(gòu)造的差異分為三類：固定氣床化、流化氣床化和氣流床氣化，主要原理是先將煤炭破碎成煤粉或制成水煤漿，在高溫高壓下通入空氣（氧氣）通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體。

目前，我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的煤氣化工藝是由華東理工大學(xué)與中石化寧波技術(shù)研究院和寧波工程公司在2007年合作開發(fā)的SE-東方爐粉煤氣化工藝（單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化技術(shù)）。

**煤制天然氣技術(shù)分為間接制氣技術(shù)和直接制氣技術(shù)。**間接制氣技術(shù)是指煤經(jīng)合成氣（CO＋H2）甲烷化反應(yīng)制取天然氣。美國(guó)最早開始煤制天然氣的研究，石油危機(jī)加速了其發(fā)展。德國(guó)在煤化工方面技術(shù)積淀深厚，Lur gi 公司最先掌握了合成氣甲烷化反應(yīng)制天然氣技術(shù)。美國(guó) Exxon 公司從 1976 年最早開始煤催化氣化制天然氣技術(shù)的研究，開發(fā)了煤、水蒸氣催化氣化制取甲烷工藝。我國(guó)新奧科技發(fā)展有限公司于2008年開始煤催化氣化制天然氣技術(shù)的研發(fā)，掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤催化氣化制天然氣技術(shù)。

煤制乙二醇技術(shù)

煤制乙二醇技術(shù)發(fā)展稍晚，但國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展相差不大，在中國(guó)的工業(yè)化較為成功。煤制乙二醇多采用合成氣經(jīng)草酸酯間接法工藝。20 世紀(jì) 80 年代，日本宇部興產(chǎn)株式會(huì)社開始了合成氣制乙二醇的技術(shù)研發(fā)，并建設(shè)了試驗(yàn)裝置。

幾乎同時(shí)，中科院福建物構(gòu)所也開始了合成氣制乙二醇的研究。2006 年福建物構(gòu)所與江蘇丹化集團(tuán)、上海金煤化工新技術(shù)有限公司合作，開展了 300 t / a 煤制乙二醇中試，2008 年完成了萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)。2009 年通遼金煤在通遼市建成了 200 kt / a煤制乙二醇工業(yè)示范項(xiàng)目，成功制得工業(yè)級(jí)乙二醇，在世界范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了全套煤制乙二醇技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

同年，日本高化學(xué)株式會(huì)社獲得了宇部興產(chǎn)株式會(huì)社合成氣制乙二醇技術(shù)的全權(quán)代理權(quán)，并與中國(guó)東華工程科技股份有限公司、浙江聯(lián)盛化學(xué)股份有限公司簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。2010 年 5 月該聯(lián)合體共同出資在臺(tái)州建成了 1 500t/a 乙二醇中試裝置。國(guó)內(nèi)華東理工、天津大學(xué)、中石化等多家機(jī)構(gòu)均開展了煤制乙二醇技術(shù)的研究，目前已建成煤制乙二醇產(chǎn)能近 300萬(wàn)t/a，運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益參差不齊，國(guó)內(nèi)還有大量在建、擬建的煤制乙二醇項(xiàng)目。[3]

值得注意的是煤制乙二醇經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，傳統(tǒng)乙二醇是由石油經(jīng)EO法，即由環(huán)氧乙烷(EO)直接水合制得乙二醇，該技術(shù)只要由英荷殼牌、美國(guó)聯(lián)碳（UCC）等公司壟斷。而據(jù)2018年1月的報(bào)道，由于2018年石油價(jià)格上漲，經(jīng)石油合成乙二醇的方法生產(chǎn)出來(lái)的乙二醇每噸成本約5800元/噸，而目前經(jīng)煤炭生產(chǎn)乙二醇成本約為5400元/噸，可見煤制乙二醇技術(shù)十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。

煤炭作為沉積數(shù)萬(wàn)年成為在如今供人類使用的化石能源，它的用途絕不僅僅是燃燒這么簡(jiǎn)單。相信隨著科技的發(fā)展，煤炭更多的價(jià)值將被人類發(fā)現(xiàn)！

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂佳媛.煤炭高效清潔利用初探[J].化工管理,2018(27):37-38.

[2] 徐宏賓.煤制油液化化工工藝的探討[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,30(04):28-29.

[3] 周明燦,劉偉,王照成.煤化工發(fā)展歷程及現(xiàn)代煤化工展望[J].煤化工,2018,46(03):1-6+16.

https://wenku.baidu.com/view/c0d78a4b4a7302768e993963.html

煤制油前景看好，國(guó)家能源集團(tuán)再建煤直接液化制油二、三線項(xiàng)目https://www.sohu.com/a/247289484_479771

第一條已在鄂爾多斯建成！國(guó)家能源集團(tuán)即將再建設(shè)兩條煤炭直接液化生產(chǎn)線https://baijiahao.baidu.com/s?id=1608766094053817534&wfr=spider&for=pc

總投資470億元！國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯百萬(wàn)噸煤制油將擴(kuò)建兩條生產(chǎn)線！http://wemedia.ifeng.com/73688381/wemedia.shtml

每噸獲利2000元！煤制乙二醇2018年迎來(lái)暴利周期？ http://www.sohu.com/a/216799364_367891

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