现代煤化工新工艺路线备受关注

世界制造

原油价格暴跌导致的煤化工行业低迷走势并没有影响该领域科研人员的研发热情。在2015中国化工学会年会上，现代煤化工技术论坛成为人气最高的分会场，场场爆满，一座难求。论坛上科研人员介绍的甲醇制芳烃、煤制天然气、煤气化制氢等热点领域的研发进展，希望能给煤化工企业创新技术带来更多启示。

甲醇与C5~C6非芳共炼制芳烃工艺 我国芳烃需求一半多靠进口，即使在近期原油价格大幅度走低的情况下，我国缺芳烃的结构性局限并没有改变。在此背景下，煤经甲醇制芳烃技术成为我国发展芳烃技术的重要组成部分。

2013年，清华大学与华电煤业合作，在国际上首次进行了3万吨/年甲醇进料的制备芳烃工业实验，取得了成功。他们在2014年又进行了催化剂连续3081小时的加压循环流化床装置测试，性能稳定，为这类技术的工业化放大提供了坚实基础。

论坛上，清华大学魏飞团队重点介绍了流化床甲醇与C5~C6非芳共炼生产芳烃技术。该技术利用甲醇制备芳烃的放热反应与C5~C6 非芳制备芳烃的吸热反应，实现热能耦合效应，既可简化工业过程中的各自高温移热或高温供热难题，同时也可有效解决C5~C6非芳这类低值化工原料的出路问题，此外还为具有煤与C5~C6芳烃资源的区域提供了更好的工艺解决方案。

合成气完全甲烷化工艺合成气完全甲烷化成套工艺技术开发是大唐国际化工技术研究院有限公司等承担的国家“863”计划重点项目煤气化甲烷化关键技术研发与工业示范的子课题。在该课题的实施过程中，大唐国际采用自主研发的预还原态甲烷化催化剂和具有自主知识产权的绝热四段全串并联合成气完全甲烷化工艺技术方案，按照工业化标准在山西潞安煤基合成油现场建设了一套3000标准立方米/天煤制天然气工业装置,并连续稳定运行超过4000小时。

论坛上，大唐国际技术人员介绍了装置在煤基合成气工业气源条件下，温度、压力、模数、循环比、运行负荷等工艺运行条件对甲烷化反应的影响。结果表明，大唐化工研究院开发的预还原态甲烷化催化剂活性高、性能稳定，CO转化率高于99%；绝热四段全串并联甲烷化工艺成熟可靠，具有较好的工业适用性。该工业装置在运行负荷60%~110%的条件下，产出的SNG达到国家天然气一类产品指标。

煤直接气化制氢工艺煤气化制氢是工业大规模制氢的首选方式之一。虽然传统煤气化制氢工艺成熟，但其投资成本大、需用纯氧、气体分离成本高、产氢效率偏低、CO2排放量大。降低煤气化制氢工艺CO2排放的关键在于提高过程热效率、避免复杂的气体分离过程。借助于氧载体的传递作用，化学链制氢技术可实现氧和热在燃料反应器、蒸汽反应器和空气反应器之间的转移，从而使CO2、H2、N2内在分离，既直接利用空气、也能获得高浓度的CO2和H2。铁基氧载体是化学法制氢的理想氧载体之一，然而在燃料反应器中，铁基氧载体与煤的直接反应速率很慢且该反应器吸热。如何促进氧载体与煤的直接反应速率且使燃料反应器自热是该制氢技术的关键。

在前期研究的基础上，山西煤炭化学研究所提出添加碱金属催化剂来促进Fe2O3与煤的直接反应速率。他们通过添加Al2O3，一方面作为惰性组分防止氧化铁的烧结，另一方面与FeO反应生成铁铝氧载体，释放反应热为燃料反应器提供部分热量。模拟结果表明，采用该技术过程各反应器都能实现自热，制氢热效率可达75%，生成的铁铝氧载体则能被空气氧化回到初始相态，实现氧循环。

高钠煤燃前预处理工艺新疆准东煤中钠含量高，在热转化利用过程中造成设备严重黏污、积灰和结渣等问题。针对准东高钠煤的燃烧问题，主要的一种解决方法是燃前脱钠，即对入炉前原煤进行一定的预处理，将煤中的钠转移到溶液中然后脱除。目前采用的预处理溶液主要有水和硫酸、盐酸等酸溶液，但水洗对有机钠含量高的煤的脱钠效果有限，且酸洗成本较高，因此迫切需要一种经济适用高效的燃前脱钠方法从根本上解决高钠煤钠含量高的问题。

华中科技大学尝试采用CO2-H2O作为脱钠提取液，考察了CO2-H2O在常温常压条件下预处理煤的脱钠效果。他们在一定固液比的煤水混合物中持续通入过量CO2气体，使煤样浸洗于弱酸性溶液中，其中的氢离子置换出与羧基结合的有机钠，从而实现对煤中水溶钠及大部分有机钠的脱除。实验结果表明，CO2-H2O作为脱钠提取液能有效脱除准东煤中88%的钠，经过CO2-H2O预处理的煤样在热解过程中钠的释放量减少，其燃烧特性也优于原煤与酸洗煤，表明CO2-H2O预处理是一种高效的高钠煤燃前脱钠方法。