[科普中國]-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)時代“煤炭等于動力”，到如今能用“氣（天然氣）、油（汽油）”休用煤。

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

**你真的了解煤嗎？煤是由古植物的殘骸經(jīng)一系列復雜變化得來的結果，這樣的變化總體分為兩個階段：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、時間等因素影響經(jīng)過煤變質作用形成煙煤、無煙煤、天然焦、石墨等。

同時，由煤的形成過程大致能看出煤的種類，按國家標準由次到優(yōu)分別為：褐煤、長焰煤、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、無煙煤。**大致可理解為：褐煤、煙煤和無煙煤。**分類依據(jù)水分、灰分、揮發(fā)分、膠質層厚度、發(fā)熱量、含矸率等指標。其中無煙煤是因燃燒無煙而得名，有極強的似金屬光澤，呈剛灰色，有較強的硬度，在一定條件下能進一步變質形成石墨。

中國是世界上最早使用煤炭的國家，古時煤炭被人們用來燒飯、取暖、冶煉，甚至用作化妝品（畫眉），是最主要的能源來源。而到了今天，能源領域枝繁葉茂，石油、天然氣、太陽能、風能、水能。煤炭跟誰比都處于劣勢，既無石油熱值高，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 。而沒經(jīng)處理的煤炭中含雜質，經(jīng)燃燒會產(chǎn)生污染氣體），還不像風能、水能那樣可再生。

（圖片來源：作者制作）

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

我們能大規(guī)模用煤制油了！

中國是一個缺油有氣富煤的國家。據(jù)統(tǒng)計2017年，我國原煤產(chǎn)量35.2億噸，能源消費總量44.9億噸標準煤，煤炭消費量占能源消費總量的60.4%。[1]石油大量依賴進口，這并不利于我國的能源自主性，出于對未來能源布局的考慮，近年我國開始重視煤制油技術的發(fā)展。

煤制油技術又稱煤液化技術，最早于1913年由德國科學家Bergius完成煤在高溫高壓下加氫液化的相關研究。但該技術生不逢時。20世紀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。這過程的原理是，煤分子結構被破壞時，會因受熱而產(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成的煤會轉化為油分子、瀝青烯。經(jīng)過進一步加工，這些分子能裂解成更小的分子從而合成液態(tài)燃料，在這過程煤中所含有的硫、氮等在燃燒時會產(chǎn)生有害氣體的原子會一并去掉。[2]而煤的間接液化則是先將煤氣化成CO和 ，然后在適當?shù)臏囟群蛪簭娤陆?jīng)過催化使其轉化為液體燃料。

截止2017年底，我國已建成5條煤炭間接液化的生產(chǎn)線、1個煤炭直接液化的生產(chǎn)項目。其中最具代表性的是，國家能源集團（由前神華集團與中國國電集團公司合并重組）于2004年在鄂爾多斯啟動建設的煤炭直接液化生產(chǎn)線，這是全球唯一一條百萬噸級煤炭直接液化生產(chǎn)線，年產(chǎn)量達108萬噸，目前生產(chǎn)1噸油需消耗3.23噸原料煤，能源轉換率為58%，當國際原油價格高于55美元/桶時，能做到不虧損。

國家能源集團總經(jīng)理凌文在內(nèi)蒙古國際能源大會（2018年8月10日至12日）上表示近期將建設第二、第三條煤炭直接液化生產(chǎn)線，預計2020年我國所有煤制油項目裝置運行年總產(chǎn)能能達近3000萬噸。

煤制油技術依然具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

我們還能廣泛用煤制氣了！

煤制氣技術是把煤炭氣化為合成氣，來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)反應原料在爐內(nèi)部反應時運動形式和爐構造的差異分為三類：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）通過化學反應將煤炭轉化為氣體。

目前，我國擁有自主知識產(chǎn)權的的煤氣化工藝是由華東理工大學與中石化寧波技術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）。

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

煤制乙二醇技術

煤制乙二醇技術發(fā)展稍晚，但國內(nèi)外研究進展相差不大，在中國的工業(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 80 年代，日本宇部興產(chǎn)株式會社開始了合成氣制乙二醇的技術研發(fā)，并建設了試驗裝置。

幾乎同時，中科院福建物構所也開始了合成氣制乙二醇的研究。2006 年福建物構所與江蘇丹化集團、上海金煤化工新技術有限公司合作，開展了 300 t / a 煤制乙二醇中試，2008 年完成了萬噸級工業(yè)試驗。2009 年通遼金煤在通遼市建成了 200 kt / a煤制乙二醇工業(yè)示范項目，成功制得工業(yè)級乙二醇，在世界范圍內(nèi)率先實現(xiàn)了全套煤制乙二醇技術的工業(yè)化應用。

同年，日本高化學株式會社獲得了宇部興產(chǎn)株式會社合成氣制乙二醇技術的全權代理權，并與中國東華工程科技股份有限公司、浙江聯(lián)盛化學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)合體共同出資在臺州建成了 1 500t/a 乙二醇中試裝置。國內(nèi)華東理工、天津大學、中石化等多家機構均開展了煤制乙二醇技術的研究，目前已建成煤制乙二醇產(chǎn)能近 300萬t/a，運行效果和經(jīng)濟效益參差不齊，國內(nèi)還有大量在建、擬建的煤制乙二醇項目。[3]

值得注意的是煤制乙二醇經(jīng)濟效益十分可觀，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，該技術只要由英荷殼牌、美國聯(lián)碳（UCC）等公司壟斷。而據(jù)2018年1月的報道，由于2018年石油價格上漲，經(jīng)石油合成乙二醇的方法生產(chǎn)出來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十分具有競爭力。

煤炭作為沉積數(shù)萬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單。相信隨著科技的發(fā)展，煤炭更多的價值將被人類發(fā)現(xiàn)！

參考文獻：

[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].赤峰學院學報(自然科學版),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，國家能源集團再建煤直接液化制油二、三線項目https://www.sohu.com/a/247289484_479771

第一條已在鄂爾多斯建成！國家能源集團即將再建設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！國家能源集團鄂爾多斯百萬噸煤制油將擴建兩條生產(chǎn)線！http://wemedia.ifeng.com/73688381/wemedia.shtml

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

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