煤化學工業
煤化學工業(簡稱煤化工)是指以煤為原料,經過化學加工以生產化工產品的工業。
煤化工的領域很廣,先用煤為原料進行氣化、液化、煉焦等一次加工,以生產合成氣、城市煤氣、工業用燃料氣、液態烴、焦炭、焦爐氣、煤焦油等產品;再用這些產品為原料,進行化學加工和深度加工,以生產合成氨、甲醇、電石、油料、芳烴和種類繁多的化肥、農藥、染料、醫藥、炸藥、有機原料、塑料、塗料、合成纖維、合成橡膠等產品。煤化工是化學工業的重要組成部分。
我國的化學工業是從煤化工起家的,盡管六十年代開始發展了一些石油化工,但煤化工在整個化學工業中仍然占有很大的比重。一九八三年化學工業部門總產值中,煤化工約占三分之二。主要有以下四個係列:
合成氨。我國生產的合成氨,有三分之二是以無煙煤或焦炭為原料生產的,主要用以製造化學肥料,小部分用以製硝酸及其他許多有機和無機化工產品。
甲醇。甲醇既是重要的化工原料,也是大有前途的液體燃料,又是“碳一”化學的重要起步產品。用煤氣化製成甲醇後,可以生產一係列的有機化工產品。
電石及乙炔。以焦炭為原料生產電石,用電石製乙炔,再以乙炔為原料生產大量的合成材料和有機化工產品。
焦化產品。從煤焦油中提煉出苯、甲苯、萘、酚等化工原料,以生產農藥、染料、醫藥等一係列化工產品。焦爐氣可供作城市煤氣。
煤的液化技術在我國發展較少。煤炭經過直接或間接液化製得的化工產品,可以再加工為各種類型的油料和化工原料。油料中的主要產品為液體燃料。
由於煤化工的產品種類繁多,化肥、農藥、染料、塗料、塑料和有機合成化工等都已在有關章節中分別敘述,因此,本章隻介紹煤的氣化,煤的液化,煤焦油工業和電石乙炔工業四個方麵。
▓煤的氣化
我國的煤氣化工業主要由合成氣、城市煤氣和工業用燃料氣三個部分組成。
一、合成氣
我國最早生產合成氣的工廠是日本人辦的滿洲化學株式會社(大連化學廠前身),於一九三三年創立,一九三五年投產,生產能力為年產合成氨5萬噸,折合合成氣(CO+H2計)1億立方米。有一座煉焦爐,用焦炭生產的水煤氣與焦爐氣一起經低溫液氮淨化精製後作為合成氨的原料氣。
一九三四年南京永利化學工業公司铔廠(後稱永利寧廠,後改名南京化學工業公司氮肥廠)開始建設,一九三七年投產,生產能力為日產合成氨39噸,折合年產原料氣能力約3,000萬立方米;但從一九三七至一九四九年年產氣量從未達到過2,000萬立方米。在原料方麵,最初用進口焦炭,後用山東省棗莊一帶的土焦為原料,由於棗莊土焦供不應求,還買其他地區的土焦補充。抗日戰爭勝利以後,焦炭供應更加困難,不得不從台灣、四川購買土焦來維持生產。解放初期,人民政府從山東和東北調來焦炭,使生產有很大的發展。不久,因冶金工業和其他行業的用焦量增大,焦炭供應又趨緊張。
一九五四年六月二十九日重工業部化工局要求永利寧廠摻燒焦炭小粒(約8毫米)並進行用無煙塊煤代替焦炭的試燒工作。八月二十五日開始試燒焦作無煙塊煤。一九五五年二月又進行了第二次試燒。試燒表明,用焦作無煙塊煤來生產合成氨原料氣,不但技術上可行,而且經濟上也是有益的。兩次試燒以後,永利寧廠逐步增加了焦作無煙煤的用量,並對原有的設備作了一些必要的改造,逐步掌握了用焦作無煙塊煤造氣的工藝操作條件。一九五八年開始全部使用焦作無煙塊煤生產合成氨的原料氣,煤氣爐的氣化強度和單位氣量的消耗定額都比用焦炭好,走出了一條適合我國國情的合成氣生產路線。
一九五八年,化學工業部化工設計院在編製中型和小型合成氨廠的定型設計時,采用焦作無煙煤為原料,造氣車間的設計數據,主要參照永利寧廠造氣車間的操作數據。考慮到還可能有其他煤礦的無煙煤用於生產合成氣,在設計書中說明,用無煙塊煤為造氣原料,必須在間歇式工業煤氣爐內進行氣化試驗,以取得設計需要的數據。一九五八年以後,按照化工設計院定型設計建設的中型和小型合成氨廠,絕大多數用無煙煤為原料。
一九六一年,化工部組織了合成氨廠造氣用煤、焦資源調查組,對全國的無煙煤及焦炭資源進行了調查,認為晉東南無煙煤更適合於在間歇式水煤氣爐內生產合成氨,提出了建設晉東南合成氨用原料煤基地的建議。這個建議得到了煤炭部的支持,開始了晉城縣鳳凰山、王台鋪及古書院煤礦的建設。還有湖南的金竹山煤礦和馬田煤礦,福建的龍岩煤礦,河北省的康二城煤礦和郭二莊煤礦的無煙煤,也都得到了開發和利用。
一九六五年,以晉城無煙煤為原料的廣州氮肥廠和衢州化工廠合成氨分廠,先後做到造氣車間的蒸汽自給有餘。每噸氨造氣所消耗的無煙煤在1.2噸左右,爐膛直徑為9英尺的爐子每小時產半水煤氣8,000立方米,達到了同類型工廠的先進水平,經濟效益比用焦炭為原料的工廠好得多。
在六十年代中期和七十年代建設起來的一批中、小型合成氨廠,絕大部分也都以無煙煤為原料,少數廠用重油、焦爐氣、天然氣和煉廠氣造氣。
十年動亂中,我國煤炭工業的生產建設遭到了很大的破壞,晉東南合成氨用原料煤基地的建設處於停頓狀態。但是,即使在這樣的形勢下,由於廣大職工的努力,晉東南無煙煤產量還是逐年有所上升,對合成氨的生產起了很大作用。一九七八年,在化工學會化肥專業學會的成立會上,化工學會向國家提出建設晉東南合成氨用原料煤基地的建議,受到領導同誌的重視,基地的建設重新納入了國家計劃,並在逐步實現。
為了利用豐富的煤炭資源,我國在建設合成氨工廠和甲醇工廠時,采用了沸騰床常壓氣化爐,移動床加壓氣化爐和氣流床粉煤氣化爐。五十年代初期,吉林、蘭州的兩個化肥廠都采用過沸騰床煤氣發生爐氣化當地的劣質煤。利用劣質煤造氣,需要建設空氣分離裝置,投資較高,難以推廣應用。老式的間歇式水煤氣發生爐雖然技術陳舊,但不需要空氣分離裝置,投資較低,因此得到了廣泛應用。七十年代初期,雖然引進了一批以天然氣、輕油和重油為原料的大型合成氨裝置,但並沒有改變我國以煤為主要原料生產合成氨的狀況。一九八三年,我國合成氨的總產量為1,677.1萬噸,其中用無煙煤為原料的占58.36%,用焦炭為原料的占6.51%,用褐煤為原料的占0.53%。即以煤為原料的總共占65.4%,用天然氣、輕油、重油及其他原料所生產的合成氨占34.6%。
二、城市煤氣
我國第一個煤氣廠——上海煤氣廠是由英商建設的。一八六二年籌建,一八六五年建成投產,生產的煤氣主要供租界內少數工商業、公事房的高級職員和資本家使用。煤氣價格昂貴,一般市民用不起。
一九三一年,日本軍國主義侵占我國東北後,在大連、沈陽、長春、哈爾濱等城市建設了城市煤氣,規模都很小。
一九五九年,北京市利用北京焦化廠多餘的煉焦爐煤氣,供應部分居民生活、公共福利設施和工業用,開始了新中國的城市煤氣建設。上海市也在原有煤氣廠的基礎上,逐步擴大了煤氣的生產和供應。沈陽市利用沈北褐煤,建設了加壓氣化爐,生產中熱值煤氣供城市民用及工業用。蘭州、煙台、哈爾濱等城市也準備采用加壓氣化爐建設煤氣廠,有的廠將建設在煤礦附近,利用加壓氣化爐的煤氣壓力將煤氣送往城市,以減少煤炭和爐渣的運輸。
三、工業用燃料氣
由於我國城市煤氣發展較晚,一些必須用煤氣作為燃料的企業得不到煤氣供應,隻好自建煤氣發生站,以解決燃料煤氣供應。這樣做,投資大,人力和物力都有浪費。在城市煤氣中安排一定比例的工業用煤氣是十分必要的,對保證民用煤氣的供應有利,特別是對於那些間斷用煤氣的工業裝置,如能得到城市煤氣供應,不但可以改善工作環境衛生,而且可以提高加熱的質量,降低能耗。
▓煤的液化
二十世紀三十年代,德國建設了以煤為原料生產液體燃料的工業。這一消息,引起了我國愛國知識分子的重視。他們奔赴歐洲和美國,學習用煤製油的技術。但當時根本談不上建設用煤生產液體燃料的工廠。