煤化工基礎化學知識(煤化工基本常識)
1.煤化工 基本常識
煤化工coal,chemical processing of以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。
主要包括煤的氣化 、液化 、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。煤化工開始于18世紀后半葉，19世紀形成了完整的煤化工體系。
進入20世紀，許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產，煤化工成為化學工業(yè)的重要組成部分。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工發(fā)展迅速，很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學工業(yè)中的地位。
煤中有機質的化學結構，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種官能團的大分子結構，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉化為各種燃料和化工產品。焦化是應用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭 ，同時副產煤氣和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。
煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產城市煤氣及各種燃料氣 ，也用于生產合成氣 ；煤低溫干餾、煤直接液化及煤間接液化等過程主要生產液體燃料。
2.煤化工知識
煤化工按其產品種類分可分為傳統(tǒng)煤化工和新型煤化工。
傳統(tǒng)煤化工的是指煤制焦炭、電石、甲醇等歷史悠久，技術成熟的產業(yè)。新型煤化工是指煤制油、煤制天然氣、烯烴、二甲醚、乙二醇等以煤墓替代能源為導向的產業(yè)。
一、傳統(tǒng)煤化工：產能過剩，將嚴控傳統(tǒng)煤化工在油價大幅度攀升的背景下確立了一定的成本優(yōu)勢。傳統(tǒng)煤化工產業(yè)的發(fā)展對于緩解我國石油、天然氣等緊缺能源供求的矛盾，促進鋼鐵、化工、農業(yè)等下游產業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮了難以替代的作用。
經過幾十年的發(fā)展，我國煤炭能源化工產業(yè)已經擁有雄厚基礎。前瞻產業(yè)研究院《2015-2020年中國煤化工產業(yè)發(fā)展前景預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告前瞻》顯示，截至2012年底，我國焦炭產量為4.43億噸，電石產量1869萬噸，合成氨產量為5459萬噸，甲醇產量為2640萬噸，均位居世界前列。
然而，這幾個領域技術門檻較低，進入者眾多，同時能耗大、污染嚴重。2004年以來，焦炭、電石行業(yè)的產能利用率一直處于較低水平，都已屬于產能過剩行業(yè)。
目前國內不僅煤炭、尿素產能過剩的局面已持續(xù)日久，電石和焦炭產能也仍大大高于市場需求。產能過剩會引發(fā)企業(yè)間的惡性競爭，導致產品的價格下降，經營風險顯著上升，增長空間受到一定的限制。
因此，國家發(fā)改委已經出臺了相應的產業(yè)結構調整政策，進行了干預和引導，已經將其列為限制發(fā)展的范圍?？傮w上來說，傳統(tǒng)煤化工領域由于技術含量低、政策限制等因素的影響，雖然相對石油化工仍然具備一定的成本優(yōu)勢，但是增長潛力比較有限。
二、新型煤化工：政策日漸明朗，前景向好現(xiàn)代新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主，包括煤制天然氣、煤制烯烴、煤制油、煤炭分質利用、煤制芳烴、煤制乙二醇等，其產品附加值高，市場缺口大，是我國優(yōu)化能源結構、保障能源安全的重要途徑之一。由于我國新型煤化工還處于行業(yè)發(fā)展初期，存在投入高，技術不穩(wěn)定等特點，相關配套體系遠沒有完善，排放物的回收也沒有得到解決，行業(yè)發(fā)展具有很高的不確定性。
鑒于此，2009年后國家收緊了新型煤化工政策。2013年，我國對新型煤化工的政策導向日漸明朗，從“嚴格控制”轉為“鼓勵發(fā)展”。
自3月以來，10多個新型煤化工項目相繼獲國家發(fā)展改革委“路條”，其中包括了煤制天然氣、煤制烯烴和煤制油等項目。專案獲批從中可以看出新一屆政府對發(fā)展新型煤化工的積極態(tài)度。
目前，大多數(shù)新型煤化工項目仍處于產業(yè)化示范和開發(fā)研究階段，預計部分項目將在未來3-5年內建成并投產。
3.煤化學是什么
煤化學簡介 煤是一種不能再生的資源，且含有多種寶貴成分，經加工后還可以生成更多用途更廣泛的物質。
因此，煤雖然可直接用作燃料，但只有對煤實行綜合利用才是不失為合理使用自然資源的舉措。高中化學課本中介紹的煤的干餾是其中的措施之一。
除此之外，再簡介部分其他的措施。其中“煤的氣化，煤的液化”在新編高中化學第一冊第21面中已順便提到，但具體內容未作介紹。
一、煤的氣化 煤的地下氣化：在100多年前，偉大的化學家門捷列夫就提出了設想：將地下的煤就地氣化，然后用管道輸送到地面。當時許多人對此想法予以嘲笑，認為這是異想天開。
然而豐富的想象卻是創(chuàng)新的條件之一。到20世紀70年代初石油危機發(fā)生后，煤的地下氣化被化學家所重視。
其中前蘇聯(lián)最感興趣，并在它解體前終于創(chuàng)新出了向煤層加壓通氧的地下氣化法，投資費用比采煤低50%。其原理為：先在地面上每隔一定距離向地下煤層打進氣孔和排氣孔，然后通過進氣孔向煤層鼓入空氣或氧氣，使煤層發(fā)生燃燒，結果就產生了CO2,CO2沿著煤層的縫隙向還沒有燃燒的煤層移動并反應生成CO，將CO由排氣孔引到地面。
煤的地面氣化：即常見的將煤與有限的空氣和水蒸氣反應，就得到稱為半煤氣的混合氣體：水蒸氣+煤+空氣→CO+H2+N2。因其中N2的含量過高而增加運輸負擔，故又將煤在高溫下與水蒸氣反應生成水煤氣，又稱為合成氣。
C+H2O(g) CO+H2。半煤氣中的N2和H2及水煤氣中的H2的另一用途是作為合成氨的原料，CO和H2還有更具前途的應用，即作為后文介紹的一碳化學的原料氣。
二、煤的液化 將煤由固體變成液體，最早開始于20世紀初期：將煤加熱到450℃，并加以2.02*107Pa的壓力，煤就變成了類似石油的可燃性液體，發(fā)明者吉烏斯（德）將其稱為人造石油。同樣在20世紀70年代的石油危機后，人們才重新認識人造石油。
為什么固體的煤能變成像石油一樣的液體呢？煤、石油分別是古代地球上的植物和低等動物在漫長的時間內經過地殼內的高溫高壓的作用形成的，其中化學元素相同，只是煤中的氫元素比石油中的少一些。因此，往煤中加入氫元素，再經加熱加壓就成為與石油差不多的物質了。
現(xiàn)代煤的液化最常用的方法有直接液化法和間接液化法。直接液化法是把煤粉和煤在液化過程中產生的油跟氫氣混合，在高溫下經催化劑催化，進行加氫解聚反應及脫硫、脫氮、去氧、異構化等反應，生成固液混合物，分離得到的液體即人造石油。
間接液體先把煤氣化，再將得到的CO,H2在催化劑存在下加熱轉化為人造石油： nCO+2nH2→（H2）+nH2O 2nCO+nH2→（H2）+nCO2 nCO+(2n+1)H2→nH2n+2+nH2O 其優(yōu)點是操作簡單便更利于工業(yè)化大量生產?？梢姡诿阂夯扇嗽焓偷倪^程中，還將對人有害的硫等元素除去，減少了對環(huán)境的污染，這是煤的液化受到人們重視與歡迎的另一原因。
據(jù)最近報道，我國科學院將啟動“煤變油”項目。關鍵技術催化劑研究一旦獲重大突破，萬噸“煤變油”裝置將崛起山西，這必將大大優(yōu)化我國的能源結構，并促進中西部經濟發(fā)展與改善大中城市的生態(tài)環(huán)境。
三、一碳化學 一碳化學也是因20世紀70年代的石油危機而引發(fā)的另一重大課題。上述的煤的間接液化制人造石油的反應也屬于一碳化學的反應，即以CO和H2在催化劑作用下合成長鏈的烷烴、烯烴等石油成份的化合物。
目前一碳化學快速發(fā)展，還用于合成醇類等物質，例如nCO+2nH2→CnH2n+1OH+(n-1)H2O。現(xiàn)在一碳化學不僅包括CO為原料的化學，且也包括一個碳原子的非一氧化碳物質如CH3O,CO2等為原料的化學，如美國飛馬公司利用新型催化劑以CH2OH為原料合成汽油，產率非常高。
一碳化學正在逐步展示出美好的前景，所以將煤加工成CO再以其一碳化學為基礎也可以更大地提高煤的綜合利用的經濟價值。 煤是一種不能再生的資源，且含有多種寶貴成分，經加工后還可以生成更多用途更廣泛的物質。
因此，煤雖然可直接用作燃料，但只有對煤實行綜合利用才是不失為合理使用自然資源的舉措。高中化學課本中介紹的煤的干餾是其中的措施之一。
除此之外，再簡介部分其他的措施。其中“煤的氣化，煤的液化”在新編高中化學第一冊第21面中已順便提到，但具體內容未作介紹。
一、煤的氣化 煤的地下氣化：在100多年前，偉大的化學家門捷列夫就提出了設想：將地下的煤就地氣化，然后用管道輸送到地面。當時許多人對此想法予以嘲笑，認為這是異想天開。
然而豐富的想象卻是創(chuàng)新的條件之一。到20世紀70年代初石油危機發(fā)生后，煤的地下氣化被化學家所重視。
其中前蘇聯(lián)最感興趣，并在它解體前終于創(chuàng)新出了向煤層加壓通氧的地下氣化法，投資費用比采煤低50%。其原理為：先在地面上每隔一定距離向地下煤層打進氣孔和排氣孔，然后通過進氣孔向煤層鼓入空氣或氧氣，使煤層發(fā)生燃燒，結果就產生了CO2,CO2沿著煤層的縫隙向還沒有燃燒的煤層移動并反應生成CO，將CO由排氣孔引到地面。
煤的地面氣化：即常見的將煤與有限的空氣和水蒸氣反應，就得到稱為半煤氣的混合氣體：水蒸氣+煤+空氣→CO+H2+N2。因其中N2的含量過高而增加運輸負擔。
