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燃料化工是指以煤、石油、天然氣、油頁岩等化石燃料為原料的化學加工工業,主要根據資源條件、煤種性質和煤氣的主要用途(城市煤氣、工業煤氣或合成原料氣)決定生產方法。

1 燃料化工 -燃料化工

 

2 燃料化工 -正文

  以煤、石油、天然氣、油頁岩等化石燃料(礦物燃料)為原料的化學加工工業,加工過程(包括熱加工、催化加工)中化石燃料發生物理和化學變化,獲得的產品主要有兩大類:一為油品類,包括汽油、噴氣燃料、柴油、燃料油、潤滑油等,為交通運輸和機械動力部門提供各類液體燃料和潤滑劑;一為化學品類,包括乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、煤氣、合成氣等各種產品,為基本有機化工、高分子化工、精細化工以及合成氨工業等提供原料,也包括用於冶金工業的大量焦炭。燃料化工主要包括石油煉製工業、石油化工、煤化工、天然氣化工、頁岩油工業等幾個方面。
  沿革  燃料化工萌芽於18世紀,到19世紀有了初步基礎;20世紀有了較大的變遷和發展。
  燃料化工的形成  人類利用煤、天然氣和石油等作為熱源和其他用途已有較長的歷史,但化石燃料的加工形成工業則始於產業革命時期,燃料化學工業的形成和發展包含著能源和化學品生產兩個方面。18世紀蒸汽機的發明,使人類從依靠人力、畜力和以木柴為主要能源,逐步轉向以煤為主要能源,燃煤產生蒸汽作為交通運輸、機械加工的主要動力,而後又以蒸汽發電,促進了各類工業的發展。至19世紀末,世界進入了「煤炭時代」,隨著冶金工業的形成和發展,需要大量的焦炭用於煉鐵,在歐洲產生了煉焦工業,隨後並從副產煤焦油中製取染料。歐美還先後建立起煤乾餾的工廠,生產煤氣用於城市和家庭照明,世界有機化學工業原先以木材、糧食、農副產品為基本原料,至19世紀末,這些原料大部分為煤的熱加工產物所代替,從而形成了以煤的焦化、乾餾、氣化為主的煤化學工業。19世紀上半葉,歐洲建立起若干油頁岩乾餾製取頁岩油的工廠,生產照明用煤油和石蠟。在此期間,俄國和美國先後從原油生產照明用煤油,而後將重油用作鍋爐燃料,並開始生產潤滑油,這成為石油煉製工業的開端(見石油煉製工業發展史)。
  燃料化工的變遷  第一次世界大戰期間,鋼鐵工業需要大量焦碳、火炸藥工業需要大量的氨、甲苯等作為原料,促使煤的煉焦化學工業的發展。第二次世界大戰前,德國開發了煤低溫乾餾、煤直接液化和煤間接液化等技術(見煤化工發展史),建設了自煤製取人造石油的工廠,大戰期間年產汽油等輕質油品數百萬噸。由於自煤生產液體燃料的技術複雜,投資和成本都較高,在經濟上不能與廉價的石油產品相競爭,所以德國戰敗后,人造石油的生產趨於停頓。在此期間,蘇聯和美國則大量開採廉價的石油,並採用熱裂化和催化裂化等煉油工藝。特別是40年代,流態化技術用於催化裂化,人們可從原油中提煉出更多的、質量更高的汽油等輕質油品。另一方面,隨著石油煉製工業的大規模發展,美國利用裂化工藝副產的氣態烯烴製取有機化工產品。例如20年代由丙烯合成異丙醇,是第一個石油化學品(見石油化工發展史)。40年代,開發了催化重整技術,自石油輕質餾分生產甲苯作為三硝基甲苯炸藥的原料,以滿足戰爭的需要。與此同時,美國發展了自天然氣生產合成氨等技術,從而建立起天然氣為原料的化學工業(見天然氣化工發展史)。
  第二次世界大戰以後,特別是在50~60年代期間,世界發達國家進入了「動力革命」階段,內燃機廣泛用於交通運輸及國民經濟各部門,甚至很多電站鍋爐和工業鍋爐,也以油代煤作為燃料,石油和油品較煤炭運輸方便、可燃性好,單位熱值高,越來越多地成為工農業、交通運輸業的能源,其消費量增長速度遠遠超過其他能源,而以中東為代表的亞非拉產油國家的崛起,使世界石油的探明儲量和原油產量大幅度提高,從而滿足了世界石油消費量的巨大增長。當時,國際石油市場價格很低,甚至比煤便宜,這就更加速了以油代煤的進程,至1965年石油在世界能源消費結構中的比例超過了煤而居第一位,世界進入了「石油時代」。在此期間,石油已不僅是主要能源,而且逐步代替煤成為各類化學工業的重要原料來源,特別是自從以石油中的輕質餾分油(石腦油等)和天然氣中的乙烷、丙烷等為原料,採用管式爐裂解工藝,生產出大量的乙烯、丙烯、丁烯以及苯、甲苯、二甲苯等輕質芳烴,使得石油化工不再依附於石油煉製工業而形成了大規模的獨立體系。甚至建立了石油化工聯合企業,從石油化工和天然氣化工所提供的產品,生產大量的有機化學品(見基本有機化工),以及合成氨、合成纖維、塑料和合成橡膠等。石油化工和天然氣化工的興起,使煤化工的發展受到很大的影響,只有煤的焦化工業仍然在世界範圍佔有一定的位置。
  進入70年代,發生了中東戰爭以後,亞非拉等產油國提高了原先過低的國際石油價格,結束了廉價石油的時代,西方石油煉製和石油化工面臨著成本的提高和原油的供應問題,主要發達國家的經濟普遍進入「低增長」時期。進入80年代,儘管原油價格有了相當幅度的降低,西方石油化工仍停滯不前,開工率僅56%~65%左右。蘇聯和中國的石油化學工業則繼續增長,一些發展中國家,特別是產油國的石油煉製和石油化工則正在崛起。在煤化工和油頁岩加工方面,當前只有南非有自煤間接液化生產液體燃料的工廠,中國和蘇聯仍存在有頁岩油工業(見頁岩油工業發展史)。
  在國民經濟中的地位  燃料化工作為能源和化學品的生產,在世界經濟中佔有十分重要的地位,甚至對世界政治和軍事也有很大的影響。
  1984年世界化石燃料作為能源約佔整個能源消費的90%左右,水電、核電等非化石燃料約10%,石油的百分比從1965年起超過了煤,至1978年達整個能源的50%,進入1984年,降為39.5%,仍高於煤(後者為30.3%)。世界天然氣的比率則逐年有所增長,1984年約20%。對於中國來說,煤仍為主要能源,佔70%以上,石油20%以上。化石燃料總計佔95%以上,水電低於5%(1985)。在油品的消費方面,西方主要國家主要是汽油、噴氣燃料和柴油等輕質油品,1984年美國輕質油品約佔原油消費的77.8%,日本約58%。作為鍋爐燃料的重油,比例不大,美國約10.6%,日本28.2%。中國燃料油的消費則高達原油產量的三分之一左右。為得到更多的輕質油品,更好地利用石油資源,原油深度加工(見石油煉製過程)已成為全球性煉油技術的發展方向。
  燃料化工特別是石油化工,還為國民經濟各部門提供大量的化工原料。世界化工產品中有85%是有機化工產品,原料絕大部分來自化石燃料,而發達國家的有機化工產品中,以石油、天然氣為來源的產品佔90%。按銷售額計,以石油和天然氣為來源的化工產品約佔全部化工產品的45%以上。乙烯主要來自石油,也有相當一部分來自天然氣中的乙烷和丙烷裂解;苯主要來自石油餾分的催化重整和烴類裂解,煤焦化所生產的苯,在苯的總產量中,美國和日本都只佔9%左右;甲苯、二甲苯絕大部分來自石油;此外,世界甲醇產量約有70%來自天然氣,其餘來自石油,煤制甲醇只佔不到 1%(1981)。應該指出的是,合成氨是以化石燃料為來源的產量很大的重要化工產品,1980年世界合成氨總產量約96Mt,其中以天然氣為原料的佔80%,以煤為原料的佔10%,後者的一半生產能力在中國。總之,在當前世界上,化工產品主要來自石油和天然氣,煤化工在整個化工生產中所佔的地位不大,用於煉焦的比例也不大,煤主要用於發電和工業鍋爐。1980年,中國的煤用於煉焦約 9.8%,用於制合成氨約5.6%,兩者約15.4%,這是煤化工的主要用量。由焦化所得煤焦油中製取的萘、蒽等稠環化合物是有機化工重要原料。當前,世界上從煤焦油中分離出來的化工產品,約有200餘種,主要用於制防腐劑、塑料助劑、染料、溶劑、香料及橡膠助劑等。
  發展前景  各國燃料化學工業,儘管其資源儲量和開採速度不成比例,石油日益減少,但據世界各種估計,今後半個世紀內,石油及天然氣,特別是後者,仍將在世界能源和化工產品的生產構成中佔據主要地位,然而在消費結構的比例上可能會相對地逐漸下降。因此,石油煉製將趨向深度加工,以充分利用資源。石油化工也有同樣的趨勢,其中重質油的催化加工(包括催化裂化和加氫裂化)和重質餾分油的裂解就是具有代表性的例子。
  天然氣的利用,主要仍沿著作為高質量的燃料氣方向發展,以天然氣為基礎的化工產品也會相應地增加。
  燃料化工的發展實質上是能源工業的重要組成部分。化石燃料的使用雖然會帶來自然環境的污染和生態平衡的破壞,但具有長遠意義的太陽能和熱核聚變能仍非近期可以依靠的能源,因此人們尋找石油和天然氣的替代能源時,自然會看到潛在而資源豐富的各種煤炭、油頁岩和油砂,從數量上遠遠超過石油和天然氣。
  冶金工業所用的焦炭,迄今仍依賴於煤煉焦這一有悠久歷史的工業,煉焦的方法有多種爐型,其原料也從焦煤擴展到其他煤種從而擴大其來源。隨著煉焦工業的發展,煉焦化學品為化學工業提供上百種原料,今後仍將是石油及天然氣難於代替的主要領域。
  把固體燃料,包括所有各種類型的煤、含油率不等的油頁岩和油砂,變成液體燃料的可能性取決於社會的經濟和政治的因素。關於煤的氣化,仍將是煤炭加工的一個主要方面。主要根據資源條件、煤種性質和煤氣的主要用途(城市煤氣、工業煤氣或合成原料氣)決定生產方法。

 

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