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1  引言(yan)

2022年兩會期(qi)間，習總(zong)書(shu)記參加內(nei)(nei)蒙古代表(biao)團審議時(shi)強調，富(fu)煤貧油(you)少氣是(shi)(shi)我國(guo)的(de)國(guo)情(qing)，以(yi)(yi)(yi)煤為(wei)(wei)主的(de)能源結構短期(qi)內(nei)(nei)難以(yi)(yi)(yi)根本改變。“十四五”時(shi)期(qi)是(shi)(shi)碳(tan)達峰的(de)關鍵期(qi)、窗(chuang)口期(qi)，要立足(zu)以(yi)(yi)(yi)煤為(wei)(wei)主的(de)基(ji)本國(guo)情(qing)，抓(zhua)好煤炭(tan)清(qing)潔(jie)高(gao)(gao)效(xiao)利用。煤炭(tan)清(qing)潔(jie)高(gao)(gao)效(xiao)轉(zhuan)化(hua)作為(wei)(wei)我國(guo)能源轉(zhuan)型的(de)重要支撐，為(wei)(wei)我國(guo)低碳(tan)經濟的(de)發展提供(gong)了關鍵要素(su)。合理的(de)煤炭(tan)轉(zhuan)化(hua)路(lu)徑對于提高(gao)(gao)能效(xiao)，增加供(gong)給(gei)具有十分重要的(de)意義。

近年(nian)來(lai)，由于石油(you)價格的(de)(de)刺激，煤(mei)炭(tan)轉化技(ji)術(shu)(shu)(shu)發展十分(fen)迅猛。除原(yuan)有(you)(you)的(de)(de)煤(mei)焦(jiao)化技(ji)術(shu)(shu)(shu)外，又開發了(le)煤(mei)制烯烴、煤(mei)直接液化、煤(mei)間(jian)接液化。這些技(ji)術(shu)(shu)(shu)在巨大的(de)(de)市場需求(qiu)與高油(you)價雙重推動之下，取(qu)得(de)了(le)顯著(zhu)的(de)(de)應用業績。但(dan)近期隨(sui)著(zhu)油(you)價下跌和部分(fen)產(chan)(chan)品(pin)(pin)市場供求(qiu)關系的(de)(de)改變，新(xin)技(ji)術(shu)(shu)(shu)與石油(you)、天(tian)然(ran)氣工(gong)(gong)藝(yi)相比，均缺(que)乏(fa)明(ming)顯的(de)(de)競(jing)爭(zheng)優(you)勢(shi)。從本質(zhi)上(shang)分(fen)析(xi)，目前煤(mei)炭(tan)轉化技(ji)術(shu)(shu)(shu)缺(que)乏(fa)競(jing)爭(zheng)優(you)勢(shi)的(de)(de)根本原(yuan)因有(you)(you)兩點，一是加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)不(bu)合(he)(he)理(li)，投資巨大造成單位(wei)成本劇增，對比以石油(you)、天(tian)然(ran)氣為(wei)原(yuan)料的(de)(de)同類產(chan)(chan)品(pin)(pin)沒有(you)(you)優(you)勢(shi)，二是以煤(mei)生(sheng)產(chan)(chan)燃料油(you)，目標產(chan)(chan)品(pin)(pin)選擇不(bu)合(he)(he)理(li)，對比石油(you)來(lai)說(shuo)沒有(you)(you)經濟性。以問(wen)題(ti)為(wei)導向，人(ren)們開始理(li)性思考煤(mei)炭(tan)轉化方(fang)向，并探索新(xin)的(de)(de)符合(he)(he)煤(mei)本身屬性要求(qiu)的(de)(de)經濟性的(de)(de)轉化利用新(xin)技(ji)術(shu)(shu)(shu)。

2  煤(mei)炭轉化新技術(shu)

目前對(dui)于煤(mei)(mei)炭(tan)清(qing)潔高效(xiao)轉化(hua)的(de)路徑主要有：1）煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)——合成氣(qi)——燃料(liao)油(you)、化(hua)學(xue)品(pin)(pin)及天然氣(qi)；2）煤(mei)(mei)熱解(jie)——焦油(you)——燃料(liao)油(you)、芳(fang)烴及化(hua)學(xue)品(pin)(pin)兩種(zhong)工(gong)藝路線。

煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)路徑是(shi)(shi)煤(mei)(mei)在＞1000℃的(de)(de)(de)高(gao)溫環(huan)境(jing)下，煤(mei)(mei)中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)機質與氣(qi)(qi)化(hua)(hua)劑發生一系列化(hua)(hua)學(xue)反應，將固體(ti)(ti)煤(mei)(mei)轉化(hua)(hua)為含(han)有(you)CO、H2、CH4等可燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)和CO2、N2等非可燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)，然(ran)后合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經過(guo)(guo)一系列反應生成(cheng)(cheng)燃(ran)(ran)料(liao)油、芳(fang)烴(jing)和其(qi)他化(hua)(hua)學(xue)品(pin)的(de)(de)(de)工(gong)藝過(guo)(guo)程，煤(mei)(mei)的(de)(de)(de)間(jian)接液化(hua)(hua)、煤(mei)(mei)制烯烴(jing)（甲醇路線）是(shi)(shi)煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)路徑的(de)(de)(de)主(zhu)要代表。而煤(mei)(mei)熱解是(shi)(shi)煤(mei)(mei)中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)機分(fen)子(zi)在中(zhong)低溫條件下（400～600℃）斷裂分(fen)解為小分(fen)子(zi)多環(huan)芳(fang)烴(jing)，多環(huan)芳(fang)烴(jing)經過(guo)(guo)簡單的(de)(de)(de)加氫生成(cheng)(cheng)燃(ran)(ran)料(liao)油、芳(fang)烴(jing)和其(qi)他化(hua)(hua)學(xue)品(pin)的(de)(de)(de)工(gong)藝過(guo)(guo)程。

從(cong)物(wu)質結構與性(xing)質上看(kan)，煤熱(re)解(jie)(jie)工藝過程是充分(fen)利用煤有機質分(fen)子中(zhong)多(duo)芳烴(jing)這一(yi)特(te)性(xing)，通(tong)過合理的分(fen)子分(fen)割生成(cheng)了芳烴(jing)等目(mu)標產品；而煤氣(qi)(qi)化則(ze)是罔顧煤的特(te)性(xing)，把多(duo)碳的煤在高溫下(xia)通(tong)通(tong)轉化為碳一(yi)，然后再(zai)組合成(cheng)相應的目(mu)標產品。根據(ju)國家煤制燃料示范(fan)導則(ze)及有關文獻(xian)數據(ju)對比，煤熱(re)解(jie)(jie)制油工藝明(ming)顯優于煤氣(qi)(qi)化制油的工藝。

圖2-1

圖2-2

表(biao)2-1 煤氣(qi)化與煤熱解工藝(yi)轉化效(xiao)率對比表(biao)

注：噸油(you)煤耗數(shu)據(ju)為(wei)“理論數(shu)據(ju)/調研實際數(shu)據(ju)”。

煤炭清潔高(gao)效轉化的主要目標產品有天然氣、燃(ran)料油、烯烴(jing)、芳烴(jing)等，這些產品都是碳(tan)氫化合物，只是其氫碳(tan)比不(bu)一樣。

從(cong)目標(biao)產品的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)碳(tan)比(bi)(bi)看(kan)，芳烴氫(qing)(qing)(qing)碳(tan)比(bi)(bi)與(yu)煤最(zui)為接近，而汽油、甲(jia)烷的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)碳(tan)比(bi)(bi)都相(xiang)對較高。氫(qing)(qing)(qing)碳(tan)比(bi)(bi)是工(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)中氫(qing)(qing)(qing)耗(hao)大(da)小的(de)(de)重(zhong)要(yao)表征(zheng)，工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)學(xue)上(shang)通常氫(qing)(qing)(qing)耗(hao)大(da)，工(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)能耗(hao)就大(da)，同時項目的(de)(de)投資(zi)也會相(xiang)應增大(da)。因此，按(an)照產品結構中氫(qing)(qing)(qing)、碳(tan)元(yuan)素比(bi)(bi)值變化(hua)趨勢的(de)(de)分(fen)析可見，煤熱解加(jia)氫(qing)(qing)(qing)制芳烴將(jiang)是能耗(hao)最(zui)低，投資(zi)較少的(de)(de)煤轉化(hua)工(gong)(gong)藝。

表(biao)2-2 煤及其(qi)產品(pin)氫(qing)碳比與(yu)分子(zi)式

根據(ju)上(shang)(shang)述(shu)理論(lun)分析與數據(ju)對(dui)比，煤(mei)(mei)熱解加氫制芳烴是(shi)(shi)按照煤(mei)(mei)的(de)物質結(jie)構與性質把煤(mei)(mei)進行分子分割(ge)、選擇轉(zhuan)化的(de)合理的(de)工藝，是(shi)(shi)符(fu)合自然科學基本(ben)原理的(de)技術(shu)，是(shi)(shi)本(ben)質上(shang)(shang)先進的(de)煤(mei)(mei)清潔高效轉(zhuan)化路徑。

3  煤熱解

3.1 煤熱(re)解過程

 煤是由芳香族、脂(zhi)肪(fang)族、各種(zhong)官能團和(he)微(wei)晶石墨(mo)片組成的(de)復雜多相(xiang)聚合材(cai)料(liao)。目前(qian)人(ren)們對煤受熱(re)分(fen)解(jie)(jie)的(de)過程機理認(ren)知仍屬于概念性范(fan)疇(chou)。按(an)熱(re)解(jie)(jie)最終溫度分(fen)為(wei)(wei)(wei)低溫熱(re)解(jie)(jie)（450~650℃），以制取焦油為(wei)(wei)(wei)目的(de)；中低溫熱(re)解(jie)(jie)（600~900℃），以生(sheng)產煤氣為(wei)(wei)(wei)主；中溫熱(re)解(jie)(jie)（700~900℃），以生(sheng)產半焦為(wei)(wei)(wei)主；高(gao)溫熱(re)解(jie)(jie)（900~1200℃），即(ji)煉焦過程，生(sheng)產高(gao)強度的(de)冶金(jin)焦；超(chao)高(gao)溫熱(re)解(jie)(jie)（＞1200℃）。

通常將煤(mei)熱解劃分為三(san)階(jie)段。

圖(tu)3-1 煤炭熱解過程示意圖(tu)

（1）干燥脫吸階段（室溫~300℃）

從室溫到300℃，煤(mei)的(de)(de)基本性質不會發(fa)生變化，煤(mei)中(zhong)吸附的(de)(de)水(shui)分(fen)和氣(qi)體在此階段(duan)脫(tuo)(tuo)除(chu)。室溫~120℃是煤(mei)的(de)(de)脫(tuo)(tuo)水(shui)干(gan)燥(zao)階段(duan)；120~200℃是煤(mei)中(zhong)吸附的(de)(de)CH4、CO2、N2等氣(qi)體的(de)(de)脫(tuo)(tuo)吸階段(duan)；200~300℃時，年輕的(de)(de)褐煤(mei)會發(fa)生輕微的(de)(de)熱解，釋放出CO2等氣(qi)體，煙(yan)煤(mei)和無煙(yan)煤(mei)則沒有明顯的(de)(de)變化。

（2）黏結(jie)形成半焦階段（300~550℃）

該階段(duan)以煤的(de)分解(jie)、解(jie)聚(ju)為主(zhu)，黏結(jie)性煙煤形成以液體為主(zhu)的(de)膠(jiao)質(zhi)體，階段(duan)末期，膠(jiao)質(zhi)體固化形成半焦。

（a）300~450℃時，煤(mei)發生激烈(lie)的(de)分(fen)(fen)解、解聚反應(ying)，生成了大(da)量的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)分(fen)(fen)子(zi)質(zhi)(zhi)量較小(xiao)的(de)氣(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)組分(fen)(fen)（主要(yao)(yao)是CH4、H2、不飽和(he)(he)烴等氣(qi)體(ti)和(he)(he)焦油(you)蒸氣(qi)，這些氣(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)組分(fen)(fen)稱為熱解的(de)一次氣(qi)體(ti)）和(he)(he)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)分(fen)(fen)子(zi)質(zhi)(zhi)量較大(da)的(de)黏稠的(de)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)組分(fen)(fen)。煤(mei)熱解產生的(de)焦油(you)主要(yao)(yao)是在(zai)該階(jie)段(duan)析出，大(da)約450℃時焦油(you)的(de)析出量最大(da)。這一階(jie)段(duan)中形(xing)成的(de)氣(qi)（氣(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)組分(fen)(fen)）、液(ye)（液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)組分(fen)(fen)）、固(gu)（尚未分(fen)(fen)解的(de)煤(mei)粒(li)）三相(xiang)(xiang)(xiang)混合(he)物，稱為膠(jiao)(jiao)質(zhi)(zhi)體(ti)，膠(jiao)(jiao)質(zhi)(zhi)體(ti)的(de)特性將對(dui)煤(mei)的(de)黏結、成焦性有決定性的(de)作用。

（b）450~550℃時(shi)，膠質(zhi)(zhi)體(ti)分解加速，開始縮聚，生成相對(dui)分子質(zhi)(zhi)量(liang)很大(da)的物質(zhi)(zhi)，膠質(zhi)(zhi)體(ti)固化成為半焦。

（3）成(cheng)焦階(jie)段（550~1000℃）

該階段(duan)以縮聚(ju)反應為(wei)主，由半(ban)焦轉化為(wei)焦炭。

（a）550~750℃，半焦分解析出大(da)量的氣體，主(zhu)要是(shi)H2和少量的CH4，成(cheng)為熱解的二次氣體。半焦分解釋放出大(da)量氣體后，體積(ji)收縮產(chan)生(sheng)裂紋(wen)。在此階段(duan)基本上不(bu)產(chan)生(sheng)焦油。

（b）750~1000℃，半焦(jiao)進一步分解，繼續(xu)析出少量氣體，主(zhu)要是H2，同時(shi)半焦(jiao)發生縮聚，使(shi)芳香碳網(wang)不斷增大(da)，結構(gou)單元的排列有序化(hua)進一步增強，最后半焦(jiao)轉化(hua)成為焦(jiao)炭。

除(chu)去化(hua)學變化(hua)，也需(xu)要(yao)認識到熱解過(guo)程中物(wu)理(li)性(xing)質的(de)(de)變化(hua)也對熱解產物(wu)有著(zhu)一(yi)定的(de)(de)影(ying)響。一(yi)般認為當(dang)煤受(shou)到加熱時，煤的(de)(de)粘度(du)和孔隙結(jie)構這兩個物(wu)理(li)特性(xing)非(fei)常重要(yao)，因為它(ta)們(men)決定了(le)傳質速率(lv)，并進一(yi)步(bu)影(ying)響著(zhu)揮發物(wu)的(de)(de)產率(lv)。煤的(de)(de)熱塑性(xing)也影(ying)響著(zhu)焦(jiao)炭顆粒(li)的(de)(de)尺寸和孔分布(bu)。在熱解過(guo)程中，煤顆粒(li)存在不同程度(du)地(di)膨(peng)脹的(de)(de)現象，產生了(le)具有不同物(wu)理(li)結(jie)構的(de)(de)固體殘渣。

3.2 煤熱解影響因素

煤(mei)的(de)熱(re)(re)解(jie)(jie)過(guo)程不(bu)僅與(yu)煤(mei)本身的(de)物理和化學(xue)性質（內因(yin)）有(you)關，還與(yu)熱(re)(re)解(jie)(jie)發(fa)生的(de)條件（外因(yin)）密切相關。其中，內因(yin)包(bao)括(kuo)煤(mei)化程度(du)(du)、煤(mei)樣粒度(du)(du)、巖相組成和礦物質組成與(yu)含量等；外因(yin)包(bao)括(kuo)熱(re)(re)解(jie)(jie)工藝(yi)、熱(re)(re)解(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)、熱(re)(re)解(jie)(jie)氣氛(fen)、熱(re)(re)解(jie)(jie)壓力、加(jia)熱(re)(re)速率、停留時間等。深入(ru)認識各種因(yin)素對(dui)熱(re)(re)解(jie)(jie)影響的(de)規律對(dui)開(kai)發(fa)新工藝(yi)、確定(ding)工藝(yi)條件非常(chang)必要。

此處(chu)不做詳細(xi)介紹，可自行翻閱(yue)《低階煤中低溫熱解》（尚(shang)建選等著）。

1.3   典型熱解工藝

表(biao)3-1 典型煤熱解技術匯總(zong)

4  煤焦(jiao)油制芳烴(jing)

芳烴(jing)(jing)(jing)是化學工(gong)業中(zhong)(zhong)重要的(de)(de)基礎原料(liao)，含苯(ben)(ben)(ben)(ben)環(huan)(huan)結構的(de)(de)烴(jing)(jing)(jing)化合(he)物的(de)(de)總(zong)稱。根據分子中(zhong)(zhong)苯(ben)(ben)(ben)(ben)環(huan)(huan)數目的(de)(de)不同可分為單環(huan)(huan)芳烴(jing)(jing)(jing)和多環(huan)(huan)芳烴(jing)(jing)(jing)，其中(zhong)(zhong)最重要的(de)(de)是單環(huan)(huan)芳烴(jing)(jing)(jing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)苯(ben)(ben)(ben)(ben)，甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)和二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)，統(tong)稱BTX。二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)包括(kuo)對二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)（PX）、鄰二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)（OX）和間二(er)(er)甲(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)（MX）。

芳(fang)(fang)烴(jing)（苯、甲苯、二甲苯）在燃(ran)料(liao)領域(yu)(yu)可以作為(wei)高辛烷值汽油調和(he)組分，同(tong)時也是非常(chang)重要(yao)(yao)的基(ji)礎有(you)(you)機原料(liao)，廣泛應用(yong)于合(he)(he)成樹脂、合(he)(he)成纖(xian)維、合(he)(he)成橡膠以及醫藥、農藥、建材、涂料(liao)等(deng)領域(yu)(yu)。據統計，市場上30%以上的有(you)(you)機化工品(pin)均由(you)芳(fang)(fang)烴(jing)制取。2022年(nian)我國PX表觀消(xiao)費量(liang)3384.2萬噸(dun)，全(quan)年(nian)進口量(liang)1058萬噸(dun)，對外依(yi)存度31.3%。PX主要(yao)(yao)用(yong)于生產PTA或(huo)DMT，隨著(zhu)聚酯(zhi)行業(ye)的發展，PTA消(xiao)費量(liang)大幅增長(chang)(chang)，PX需(xu)求(qiu)(qiu)量(liang)將會(hui)不斷加大。此外，高端石(shi)化產品(pin)、工程塑料(liao)（芳(fang)(fang)綸、PPT、光伏用(yong)PET膜等(deng)）也多以芳(fang)(fang)烴(jing)為(wei)基(ji)礎原料(liao)，未(wei)來需(xu)求(qiu)(qiu)量(liang)會(hui)不斷增長(chang)(chang)。我國每年(nian)芳(fang)(fang)烴(jing)需(xu)求(qiu)(qiu)量(liang)已經遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過兩千余(yu)萬噸(dun)，對外依(yi)存度較高，并且目前國內芳(fang)(fang)烴(jing)生產技術有(you)(you)93%以上是以石(shi)油為(wei)原料(liao)。

煤焦油(you)的(de)(de)(de)(de)突出特點是芳烴和環(huan)烷烴含量(liang)高，在(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)度、壓力和催化劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)下(xia)，采(cai)用(yong)合適的(de)(de)(de)(de)加氫工藝，煤焦油(you)加氫得(de)到石(shi)(shi)腦(nao)油(you)，其芳烴潛含量(liang)一(yi)般(ban)都(dou)在(zai)70%~80%，硫(liu)含量(liang)低并且雜質(zhi)含量(liang)低，是催化重整制芳烴的(de)(de)(de)(de)優(you)質(zhi)優(you)良原(yuan)料(liao)。而原(yuan)油(you)的(de)(de)(de)(de)特質(zhi)決定(ding)了(le)石(shi)(shi)腦(nao)油(you)的(de)(de)(de)(de)芳潛值(zhi)，一(yi)般(ban)集中(zhong)于(yu)40%～50%，高的(de)(de)(de)(de)也不會(hui)超(chao)過(guo)55%，用(yong)石(shi)(shi)腦(nao)油(you)生(sheng)產PX收率相對不高且被鎖定(ding)了(le)收率極限。

煤焦油(you)深加工制(zhi)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)技(ji)(ji)(ji)術主要包(bao)括(kuo)煤焦油(you)加氫制(zhi)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)原料（即高芳(fang)(fang)潛(qian)煤基石(shi)腦油(you)和(he)(he)輕烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)）、芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)制(zhi)取(qu)、芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)化和(he)(he)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)分(fen)離(li)四類技(ji)(ji)(ji)術。芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)制(zhi)取(qu)是(shi)(shi)將非芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)化為芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術，分(fen)別包(bao)括(kuo)以(yi)(yi)石(shi)腦油(you)和(he)(he)輕烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)為原料的(de)(de)轉(zhuan)化。芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)化是(shi)(shi)不(bu)同芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間的(de)(de)轉(zhuan)化技(ji)(ji)(ji)術，可將市(shi)場需求低的(de)(de)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)化為目標芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，以(yi)(yi)最大(da)量生產目標芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)。芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)分(fen)離(li)是(shi)(shi)從混合原料中(zhong)分(fen)離(li)制(zhi)取(qu)相應的(de)(de)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)純產品技(ji)(ji)(ji)術。芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)制(zhi)取(qu)、芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)化和(he)(he)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)分(fen)離(li)技(ji)(ji)(ji)術在石(shi)油(you)基石(shi)腦油(you)制(zhi)取(qu)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)過程(cheng)中(zhong)已(yi)得到(dao)廣泛成熟(shu)應用(yong)，可供借鑒(jian)使用(yong)。

以煤(mei)熱解生產(chan)(chan)的(de)產(chan)(chan)品焦油(you)為原(yuan)料，通過(guo)煤(mei)焦油(you)加氫、芳烴(jing)制取、芳烴(jing)轉化和芳烴(jing)分(fen)離等裝置(zhi)或(huo)單元(yuan)生產(chan)(chan)PX，同時副產(chan)(chan)少量的(de)苯和液化氣，典(dian)型工(gong)藝流程如圖4-1。

圖4-1 煤焦油深加工制芳(fang)烴工藝流程

根據上述流程圖(tu)可知(zhi)，煤焦油(you)經加氫得(de)到(dao)輕烴(jing)(jing)(jing)、輕石(shi)腦油(you)和(he)(he)石(shi)腦油(you)，輕烴(jing)(jing)(jing)、輕石(shi)腦油(you)進(jin)(jin)入輕烴(jing)(jing)(jing)芳(fang)(fang)構(gou)(gou)化(hua)(hua)單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)生(sheng)(sheng)產芳(fang)(fang)構(gou)(gou)化(hua)(hua)油(you)，石(shi)腦油(you)經催化(hua)(hua)重(zhong)整(zheng)制(zhi)得(de)重(zhong)整(zheng)汽油(you)；芳(fang)(fang)構(gou)(gou)化(hua)(hua)油(you)和(he)(he)重(zhong)整(zheng)汽油(you)進(jin)(jin)入芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)抽(chou)提裝置(zhi)，經分離得(de)到(dao)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)、甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)、二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)和(he)(he)重(zhong)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)。甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)進(jin)(jin)入甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)甲(jia)(jia)(jia)(jia)基化(hua)(hua)裝置(zhi)，與另(ling)一原料甲(jia)(jia)(jia)(jia)醇反(fan)應生(sheng)(sheng)成二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)；重(zhong)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)進(jin)(jin)入重(zhong)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)輕質化(hua)(hua)單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)，得(de)到(dao)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)、甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)和(he)(he)二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)，所得(de)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)可用于(yu)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)甲(jia)(jia)(jia)(jia)基化(hua)(hua)裝置(zhi)的原料；芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)制(zhi)取和(he)(he)芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)轉化(hua)(hua)過程產生(sheng)(sheng)的二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)進(jin)(jin)入PX分離單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)，獲得(de)高純度的PX，剩余芳(fang)(fang)烴(jing)(jing)(jing)經二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)異構(gou)(gou)化(hua)(hua)裝置(zhi)制(zhi)取混合二(er)(er)(er)甲(jia)(jia)(jia)(jia)苯(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)，再循(xun)環回PX分離單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)做PX制(zhi)取的原料。

對比(bi)分(fen)析不(bu)同芳烴的(de)制(zhi)取(qu)路(lu)徑，中低(di)溫煤焦(jiao)油加氫(qing)制(zhi)芳烴工(gong)藝(yi)與煤經甲醇路(lu)線制(zhi)芳烴工(gong)藝(yi)相(xiang)比(bi)，焦(jiao)油加氫(qing)具有(you)投(tou)資小(xiao)、消(xiao)耗(hao)少、產出比(bi)高及碳排(pai)低(di)的(de)優勢；與石腦油制(zhi)芳烴相(xiang)比(bi)，石腦油制(zhi)芳烴存在(zai)原料(liao)獲取(qu)存在(zai)難度(du)，而中低(di)溫煤焦(jiao)油相(xiang)對較容易(yi)。

5  煤(mei)焦油(you)制(zhi)特種燃料

煤基特種燃(ran)料(liao)是一種新型(xing)燃(ran)料(liao)。他(ta)以(yi)煤為原(yuan)料(liao)，經過一系(xi)列化(hua)學反應制成。煤基特種燃(ran)料(liao)具有高能量密度、低污染(ran)、易儲(chu)運等(deng)優點，被(bei)廣泛應用于航(hang)空、航(hang)天、軍(jun)事等(deng)領域。

煤基(ji)特種燃料(liao)(liao)主要包括煤基(ji)特種國防用航(hang)空燃料(liao)(liao)、煤基(ji)航(hang)天燃料(liao)(liao)和煤基(ji)國防用柴油(you)等(deng)。

5.1 特種燃料

特(te)種燃(ran)料是指具有特(te)殊(shu)物理和化學性能(neng)，在使用過程中能(neng)夠(gou)安全(quan)可(ke)靠工作(zuo)，常(chang)用于(yu)火箭、飛機汽車等特(te)種動力裝置(zhi)的燃(ran)料，主(zhu)要包括國防用特(te)種噴氣燃(ran)料、航天燃(ran)料和柴(chai)油(you)等。

特(te)種(zhong)燃料通(tong)常具有以下特(te)點：

1）高能量密度

能(neng)(neng)量(liang)(liang)密(mi)度是衡量(liang)(liang)燃料質(zhi)量(liang)(liang)和儲能(neng)(neng)儲力的重(zhong)要(yao)指標。特別在航空天領域燃料的能(neng)(neng)量(liang)(liang)密(mi)度對于提高裝備性能(neng)(neng)和降低機(ji)動性能(neng)(neng)的要(yao)求至(zhi)關重(zhong)要(yao)。

2）低溫燃燒性

低溫(wen)(wen)燃(ran)燒(shao)(shao)是航(hang)空燃(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)一(yi)個(ge)重要需(xu)求。考慮到海拔與氣溫(wen)(wen)呈反(fan)比例關系，所以(yi)航(hang)空燃(ran)料(liao)(liao)必須具有(you)較低的(de)(de)燃(ran)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度，以(yi)確保燃(ran)燒(shao)(shao)的(de)(de)可靠(kao)性。

3）低毒害性

燃(ran)料(liao)在燃(ran)燒(shao)的(de)過程(cheng)中會(hui)產生(sheng)大量的(de)有毒物質，會(hui)對人體(ti)和環(huan)境造成危害(hai)。為了降低(di)毒害(hai)的(de)潛在威脅，特種燃(ran)料(liao)必(bi)須具(ju)有低(di)毒害(hai)性(xing)質。

5.2 煤基特種燃料技術進展

1）煤直接液化法(fa)

煤(mei)(mei)炭直(zhi)接液化(hua)(hua)是(shi)將(jiang)煤(mei)(mei)粉、供氫(qing)(qing)溶劑與催化(hua)(hua)劑按比例混配(pei)成油(you)煤(mei)(mei)漿(jiang)，在高(gao)溫、高(gao)壓條件下(xia)，油(you)煤(mei)(mei)漿(jiang)經過加(jia)氫(qing)(qing)裂解和精(jing)制，將(jiang)固體煤(mei)(mei)加(jia)氫(qing)(qing)解聚轉化(hua)(hua)成液體燃料，所(suo)得液體產品(pin)含有大量環烷烴及芳香烴，油(you)品(pin)宏觀性能呈現出密度(du)大、體積(ji)熱值高(gao)等特點。2008年(nian)，全球首套百萬噸級煤(mei)(mei)直(zhi)接液化(hua)(hua)項目(mu)打通全流程并產出合格產品(pin)，主(zhu)要生產煤(mei)(mei)基柴油(you)、石腦(nao)油(you)、瀝青(qing)、粗酚(fen)等產品(pin)。

國家能(neng)(neng)源集團依托煤(mei)直(zhi)接液化(hua)工業化(hua)裝置，開展了航空航天、軍用燃(ran)料等(deng)領域的(de)研究(jiu)，將煤(mei)直(zhi)接液化(hua)油品(pin)進一(yi)步加氫(qing)提(ti)質，生產高環烷烴(jing)含量的(de)輕質燃(ran)料，其(qi)具(ju)有能(neng)(neng)量密度高、熱安定性高、體積熱容(rong)高、凝點(dian)低、硫氮含量低等(deng)特點(dian)。

2）煤間接液(ye)化法（F-T法）

煤間接液(ye)(ye)化(hua)(hua)(hua)（F-T法）是(shi)以煤為(wei)(wei)原料(liao)，氣化(hua)(hua)(hua)產生(sheng)的(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)氣在(zai)一定條件下，催(cui)化(hua)(hua)(hua)合(he)成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)烴類燃(ran)料(liao)及化(hua)(hua)(hua)工原料(liao)的(de)(de)工藝，其核(he)心技術費托合(he)成(cheng)(cheng)。煤間接液(ye)(ye)化(hua)(hua)(hua)先后經(jing)歷了“固－氣－液(ye)(ye)”三相的(de)(de)轉(zhuan)換，傳統油品(pin)(pin)中大量(liang)存在(zai)的(de)(de)O、N、S、金(jin)屬等(deng)雜(za)質可以比(bi)較容(rong)易地(di)在(zai)轉(zhuan)換過程中進行脫除，F-T反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)主要是(shi)以鏈烷烴為(wei)(wei)主，因此其產品(pin)(pin)具有低(di)硫、低(di)芳烴、高(gao)十六烷值、高(gao)質量(liang)熱值等(deng)諸多優(you)點，但同時也存在(zai)潤滑性差、低(di)溫性能不佳等(deng)顯著缺(que)點。煤間接液(ye)(ye)化(hua)(hua)(hua)產品(pin)(pin)還需經(jing)加氫裂化(hua)(hua)(hua)、加氫異構等(deng)途徑才能補齊短板，實現航空領域的(de)(de)應(ying)用。

20世(shi)紀(ji)90年代，薩索公司(si)以煤(mei)(mei)間接(jie)液(ye)化產品與(yu)石油基(ji)噴(pen)氣(qi)燃料(liao)混合(he)(he)制(zhi)備(bei)出(chu)半合(he)(he)成(cheng)煤(mei)(mei)基(ji)噴(pen)氣(qi)燃料(liao)，并獲(huo)得了(le)英國、美國相(xiang)關標準的(de)認可(ke)，實現了(le)商業化應(ying)用。2008年，薩索公司(si)根(gen)據煤(mei)(mei)間接(jie)液(ye)化油的(de)組分特點(dian)，進一(yi)步成(cheng)功制(zhi)備(bei)了(le)煤(mei)(mei)基(ji)全(quan)(quan)合(he)(he)成(cheng)噴(pen)氣(qi)燃料(liao)，可(ke)滿足國際(ji)上對于噴(pen)氣(qi)燃料(liao)的(de)儲存、操(cao)作和飛行(xing)安全(quan)(quan)等要求，并且獲(huo)得了(le)國際(ji)商用航(hang)空認證(zheng)。

國內費托(tuo)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)油(you)(you)(you)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)主要有(you)鐵基漿態床(chuang)低溫(wen)費托(tuo)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)油(you)(you)(you)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)、鐵基固(gu)定流(liu)化床(chuang)高(gao)溫(wen)費托(tuo)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)油(you)(you)(you)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)、低溫(wen)漿態床(chuang)費托(tuo)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)油(you)(you)(you)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)。采用(yong)中(zhong)科合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)油(you)(you)(you)技(ji)術的(de)伊泰(tai)、潞(lu)安(an)(an)、神華，采用(yong)兗礦技(ji)術的(de)未來(lai)能源均(jun)已有(you)工(gong)業化示(shi)范裝(zhuang)置建成(cheng)(cheng)(cheng)。國內基于(yu)煤(mei)間(jian)接液化生產航(hang)(hang)空煤(mei)油(you)(you)(you)技(ji)術發展相對較慢，天津(jin)大學(xue)、石(shi)科院、中(zhong)國民用(yong)航(hang)(hang)空局(ju)(ju)、潞(lu)安(an)(an)、伊泰(tai)和神華等單位均(jun)已開展了(le)相關基礎研究工(gong)作，目前還均(jun)處于(yu)研究階段(duan)。潞(lu)安(an)(an)通過對費托(tuo)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)產品進一步加(jia)氫異構，生產出了(le)3號噴(pen)(pen)氣(qi)燃料。在標準制定方面，中(zhong)國民用(yong)航(hang)(hang)空局(ju)(ju)2013年批準的(de)《含合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)烴的(de)民用(yong)航(hang)(hang)空噴(pen)(pen)氣(qi)燃料》（CTSO—2C701）、2018年發布的(de)《3號噴(pen)(pen)氣(qi)燃料》（GB6537—2018）均(jun)增加(jia)了(le)半合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)航(hang)(hang)空煤(mei)油(you)(you)(you)內容。

3）煤焦油(you)深度轉化(hua)法(fa)

煤(mei)(mei)(mei)焦(jiao)油(you)是(shi)煤(mei)(mei)(mei)熱解過程中得到的(de)液(ye)相產物，常(chang)溫(wen)下(xia)為黑色粘(zhan)稠液(ye)體，在我(wo)國(guo)具(ju)備(bei)十分(fen)廣泛的(de)來源，目前(qian)(qian)我(wo)國(guo)煤(mei)(mei)(mei)焦(jiao)油(you)產能已(yi)達到3600萬噸(dun)(dun)以上。我(wo)國(guo)從20世紀(ji)60年代由(you)撫順石油(you)化(hua)工研(yan)究(jiu)院(yuan)負責進行(xing)煤(mei)(mei)(mei)焦(jiao)油(you)加(jia)(jia)(jia)(jia)氫方面的(de)研(yan)究(jiu)，先后出現了延遲焦(jiao)化(hua)－加(jia)(jia)(jia)(jia)氫組(zu)合技術、全(quan)餾分(fen)固定(ding)床加(jia)(jia)(jia)(jia)氫技術、懸浮床加(jia)(jia)(jia)(jia)氫技術及沸騰床加(jia)(jia)(jia)(jia)氫技術等，目前(qian)(qian)該領域(yu)產能已(yi)達到900萬噸(dun)(dun)以上，相比于(yu)其他工藝，煤(mei)(mei)(mei)焦(jiao)油(you)全(quan)餾分(fen)固定(ding)床加(jia)(jia)(jia)(jia)氫技術具(ju)有投資少(shao)、操作簡單、液(ye)相收率(lv)高(gao)(gao)等優點。煤(mei)(mei)(mei)焦(jiao)油(you)加(jia)(jia)(jia)(jia)氫產品與煤(mei)(mei)(mei)直接(jie)液(ye)化(hua)生成油(you)性(xing)質相似，經加(jia)(jia)(jia)(jia)氫深(shen)度轉化(hua)可實現高(gao)(gao)性(xing)能的(de)液(ye)體燃(ran)料和(he)(he)化(hua)工原料的(de)制備(bei)，是(shi)促(cu)進煤(mei)(mei)(mei)炭清潔高(gao)(gao)效轉化(hua)利(li)用(yong)的(de)有效途徑之一，也對(dui)制備(bei)高(gao)(gao)品質航空航天和(he)(he)軍用(yong)燃(ran)料具(ju)有很高(gao)(gao)的(de)研(yan)究(jiu)價(jia)值和(he)(he)實際意義。

國(guo)內利(li)用煤(mei)(mei)焦(jiao)油(you)全餾分加(jia)氫制環烷基(ji)油(you)技術對中(zhong)低溫煤(mei)(mei)焦(jiao)油(you)進(jin)行深度(du)轉化，在(zai)航(hang)天煤(mei)(mei)油(you)、噴氣燃(ran)料、軍(jun)用柴(chai)油(you)等(deng)多方面均(jun)取得了(le)(le)一定(ding)(ding)的(de)(de)進(jin)展。通過多段(duan)加(jia)氫反應實現了(le)(le)煤(mei)(mei)焦(jiao)油(you)中(zhong)不(bu)飽和(he)組分的(de)(de)超(chao)深度(du)加(jia)氫，幾(ji)乎全部脫除了(le)(le)油(you)品(pin)中(zhong)的(de)(de)有(you)害(hai)雜質(zhi)及(ji)不(bu)安(an)定(ding)(ding)組分，最(zui)終(zhong)可以將產(chan)品(pin)油(you)中(zhong)的(de)(de)硫、氮、金屬離子、芳烴(jing)等(deng)含(han)量均(jun)可達(da)到(dao)國(guo)標，大量環烷烴(jing)的(de)(de)存在(zai)使其具有(you)良好的(de)(de)體積(ji)熱值、物理熱沉及(ji)熱安(an)定(ding)(ding)性，具有(you)作為(wei)航(hang)空航(hang)天及(ji)軍(jun)事領(ling)域特種油(you)品(pin)的(de)(de)潛(qian)質(zhi)。其中(zhong)在(zai)航(hang)天煤(mei)(mei)油(you)、噴氣燃(ran)料、超(chao)低凝柴(chai)油(you)等(deng)方面的(de)(de)試驗數據顯示，利(li)用煤(mei)(mei)焦(jiao)油(you)深度(du)轉化制得的(de)(de)煤(mei)(mei)基(ji)特種燃(ran)料已(yi)基(ji)本具備商業化運行能力(li)。

6  展望

習近(jin)平總書記從國家能源(yuan)安全和現代化建設的(de)角度，深刻揭示了我國煤(mei)化工產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)規律(lv)，指出了我國煤(mei)化工產(chan)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)(zhan)方向(xiang)。

當前石(shi)油(you)進口量居(ju)高(gao)不下，結合我(wo)國(guo)“富煤(mei)、貧油(you)、少氣”的基本國(guo)情(qing)。未來很長一(yi)段時間(jian)內，低階煤(mei)分質(zhi)利用技(ji)術(shu)必將為保障(zhang)我(wo)國(guo)能源安全(quan)提(ti)供重要(yao)支(zhi)撐。建(jian)設大(da)型化(hua)的以煤(mei)熱(re)解為龍頭的大(da)型化(hua)裝(zhuang)置，堅(jian)持上(shang)下游一(yi)體化(hua)，堅(jian)持技(ji)術(shu)優化(hua)耦合、系統集成和產業協(xie)同，堅(jian)持產品高(gao)端(duan)、多元、低碳化(hua)，實現煤(mei)、氣、油(you)、電(dian)、化(hua)、材、冶(ye)的一(yi)體化(hua)發展。