1、发展精细煤化工产业链 本报记者 李晓岩“当前以煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等为代表的现代煤化工并未实现煤炭的高效转化利用。与石油和天然气相比，煤炭的有机质主要由大分子组成，富含缩合芳环和杂原子。这就决定了它作为洁净能源利用存在先天不足，但通过精细加工作为获取高附加值化学品和材料的原料利用却得天独厚，这种高效利用煤炭资源的精细煤化工才是我们今后应该大力倡导的发展模式。” 在 7 月 1820 日召开的 2013 中国煤化工产业发展研讨会上，中国矿业大学魏贤勇教授关于精细煤化工的演讲让人们对煤化工未来有了更多思考。传统方式资源利用效率低传统的煤转化技术包括燃烧、炼焦、液化和气化等，它们的共同点是热
2、加工，需要在高温下进行，存在的共同问题是反应条件苛刻，能耗大，投资和运行成本高，但产品的附加值低。这些都说明了现有的煤转化技术对煤炭的利用效率并不高。魏贤勇教授指出，煤炭资源开发和利用的技术对煤炭的利用效率并不高。魏贤勇教授指出，煤炭资源开发和利用的科学发展观应该包括两方面内容，一是有限度地开采煤炭资源，不应该像目前这样大规模开采；二是高效利用煤炭资源。尽管大家对高效利用煤炭资源的观点都认可，但目前的关键是怎样做才算是高效利用。煤化工最初是以生产合成氨、焦炭和电石为主的传统煤化工。目前发展如火如荼的煤制油、煤制天然气、烯烃、二甲醚和乙二醇等所谓的现代煤化工，在魏贤勇教授看来，尽管它们部分解决了
3、生产中的污染，但存在投资成本高、产品附加值低等问题，并非煤炭利用的合理方式。今后应该大力倡导的是精细煤化工，即首先要在温和条件下实现煤的定向转化；此后再通过精细加工转化中间产品为高附加值的终端产品，如精细化学品和高性能碳材料，进而形成精细煤化工产业链。这样不仅实现了煤炭的高效利用，同时还可降低煤化工项目的市场风险。煤制油“碎片”重组走“弯路”魏贤勇教授以煤制油为例详细介绍了现代煤化工与精细煤化工在模式上的不同。现有的煤液化技术得到的主要产品是液体燃料，但煤液化存 式上的不同。现有的煤液化技术得到的主要产品是液体燃料，但煤液化存在的问题很多，无论是直接液化还是间接液化其产品都为液体燃料，产品品种
4、单一，且投资和运行成本高，建设周期长，市场风险大。上述问题很大程度上源于煤液化高达 450的高温反应条件。为什么温度要求这么高？魏贤勇教授解释说，煤液化反应后残渣和催化剂混在一起，催化剂无法回收，只能使用可弃型的催化剂。而可弃型催化剂一般活性较低，要想加快反应速度只有提高反应温度和压力。但反应温度升高会带来三个后果，一是加剧了生成气态小分子和结焦的反应，降低了液体产物的选择性，长期运行则可能因结焦严重而堵塞管路，酿成重大事故或造成全系统停车；二是液体产物组成复杂，分离困难，难以作为化学品利用；三是对设备材质要求非常高，直接导致设备投资加大。虽然通过煤液化可以获得液体燃料和其他化学品。但从全过程
5、分析，煤炭在高温下与气化剂反应，被分割成最小的“碎片”CO、CH4 和H2，然后组合这些“碎片”得到燃料油和化学品，实际上是走了一条弯路，有得不偿失之虞。为避开煤液化技术存在的上述问题，魏贤勇认为，精细煤化工模式下的煤高效液化工艺应该是操作条件温和，煤中的有机质能够充分利用，产品多样化、附加值高且应用领域广泛，所用的催化剂、溶剂和水易于回收和循环使用。高效利用体系初具雏形 基于这一思路，经过多年研究，魏贤勇教授带领课题组探索并形成了煤炭高效利用体系雏形。即煤炭首先经过超临界热溶得到热溶物和热不溶物，热溶物中几乎不含无机矿物质，可以用于制备碳材料，也可以通过温和条件下高活性的固体超强酸催化加氢裂
6、解，将热溶物转化为便于利用的裂解产物。如果裂解产物成分比较简单，可通过重结晶等分离过程得到以缩合芳香族化合物纯品为主的精细化学品；如果裂解产物十分复杂，则可以通过金属催化加氢得到多环烷烃混合物，这种混合物可用作高速战机和导弹的燃料。对于热不溶物则可以通过低温氧化解聚过程得到含氧有机混合物，再通过精细分离得到精细化学品含氧有机化合物纯品，这样就构成了煤的高效利用体系。在实际的研发工作中，魏贤勇教授从多种煤的氧化反应混合物中成功分离出了一系列含氧有机化合物纯品苯多酸。苯多酸用途广泛，比如苯甲酸钠是常用的试剂，邻苯二甲酸是增塑剂，间苯二甲酸的附加值要比邻苯二甲酸高得多，均苯三甲酸附加值更高，苯四甲酸二酐则可以生产聚酰亚胺固化剂甚至航天材料。而这些附加值很高的化学品都可以从煤中分离得到。煤炭转化得到的精细化学品附加值到底有多高？魏贤勇教授以萘为参照物给我们做了直观比较：萘是高温煤焦油中含量较高的化合物，广泛存在于各种煤中。精萘的价格约为每吨 1 万元，但煤中许多成分的价格远远高于萘。例如，苯并苝也广泛存在于多种煤中，但作为化学试剂，苯并苝的价格是萘价格的 12 万倍！由此看来，目前我们对煤炭资源的利用还仅只是冰山一角，精细煤化工理论的提出为煤炭资源的高效利用指明了方向。相信随着科研人员的不懈探索，我们一定会步入精细煤化工时代。
