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燃料化工chemical processing of fossil fuel

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
以煤、石油、天然氣、油頁巖等化石燃料（礦物燃料）為原料的化學(xué)加工工業(yè)，加工過程（包括熱加工、催化加工）中化石燃料發(fā)生物理和化學(xué)變化，獲得的產(chǎn)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(yùn)輸和機(jī)械動力部門提供各類液體燃料和潤滑劑；一為化學(xué)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(chǎn)品，為基本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工以及合成氨工業(yè)等提供原料，也包括用于冶金工業(yè)的大量焦炭。燃料化工主要包括石油煉制工業(yè)、石油化工、煤化工、天然氣化工、頁巖油工業(yè)等幾個方面。
　　沿革 　燃料化工萌芽于18世紀(jì)，到19世紀(jì)有了初步基礎(chǔ)；20世紀(jì)有了較大的變遷和發(fā)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(yè)則始于產(chǎn)業(yè)革命時期，燃料化學(xué)工業(yè)的形成和發(fā)展包含著能源和化學(xué)品生產(chǎn)兩個方面。18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明，使人類從依靠人力、畜力和以木柴為主要能源，逐步轉(zhuǎn)向以煤為主要能源，燃煤產(chǎn)生蒸汽作為交通運(yùn)輸、機(jī)械加工的主要動力，而后又以蒸汽發(fā)電，促進(jìn)了各類工業(yè)的發(fā)展。至19世紀(jì)末，世界進(jìn)入了“煤炭時代”，隨著冶金工業(yè)的形成和發(fā)展，需要大量的焦炭用于煉鐵，在歐洲產(chǎn)生了煉焦工業(yè)，隨后并從副產(chǎn)煤焦油中制取染料。歐美還先后建立起煤干餾的工廠，生產(chǎn)煤氣用于城市和家庭照明，世界有機(jī)化學(xué)工業(yè)原先以木材、糧食、農(nóng)副產(chǎn)品為基本原料，至19世紀(jì)末，這些原料大部分為煤的熱加工產(chǎn)物所代替，從而形成了以煤的焦化、干餾、氣化為主的煤化學(xué)工業(yè)。19世紀(jì)上半葉，歐洲建立起若干油頁巖干餾制取頁巖油的工廠，生產(chǎn)照明用煤油和石蠟。在此期間，俄國和美國先后從原油生產(chǎn)照明用煤油，而后將重油用作鍋爐燃料，并開始生產(chǎn)潤滑油，這成為石油煉制工業(yè)的開端（見石油煉制工業(yè)發(fā)展史）。
　　燃料化工的變遷 　第一次世界大戰(zhàn)期間，鋼鐵工業(yè)需要大量焦碳、火炸藥工業(yè)需要大量的氨、甲苯等作為原料，促使煤的煉焦化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)前，德國開發(fā)了煤低溫干餾、煤直接液化和煤間接液化等技術(shù)（見煤化工發(fā)展史），建設(shè)了自煤制取人造石油的工廠，大戰(zhàn)期間年產(chǎn)汽油等輕質(zhì)油品數(shù)百萬噸。由于自煤生產(chǎn)液體燃料的技術(shù)復(fù)雜，投資和成本都較高，在經(jīng)濟(jì)上不能與廉價的石油產(chǎn)品相競爭，所以德國戰(zhàn)敗后，人造石油的生產(chǎn)趨于停頓。在此期間，蘇聯(lián)和美國則大量開采廉價的石油，并采用熱裂化和催化裂化等煉油工藝。特別是40年代，流態(tài)化技術(shù)用于催化裂化，人們可從原油中提煉出更多的、質(zhì)量更高的汽油等輕質(zhì)油品。另一方面，隨著石油煉制工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，美國利用裂化工藝副產(chǎn)的氣態(tài)烯烴制取有機(jī)化工產(chǎn)品。例如20年代由丙烯合成異丙醇，是第一個石油化學(xué)品（見石油化工發(fā)展史）。40年代，開發(fā)了催化重整技術(shù)，自石油輕質(zhì)餾分生產(chǎn)甲苯作為三硝基甲苯炸藥的原料，以滿足戰(zhàn)爭的需要。與此同時，美國發(fā)展了自天然氣生產(chǎn)合成氨等技術(shù)，從而建立起天然氣為原料的化學(xué)工業(yè)（見天然氣化工發(fā)展史）。
　　第二次世界大戰(zhàn)以后，特別是在50～60年代期間，世界發(fā)達(dá)國家進(jìn)入了“動力革命”階段，內(nèi)燃機(jī)廣泛用于交通運(yùn)輸及國民經(jīng)濟(jì)各部門，甚至很多電站鍋爐和工業(yè)鍋爐，也以油代煤作為燃料，石油和油品較煤炭運(yùn)輸方便、可燃性好，單位熱值高，越來越多地成為工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)的能源，其消費(fèi)量增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他能源，而以中東為代表的亞非拉產(chǎn)油國家的崛起，使世界石油的探明儲量和原油產(chǎn)量大幅度提高，從而滿足了世界石油消費(fèi)量的巨大增長。當(dāng)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(jìn)程，至1965年石油在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例超過了煤而居第一位，世界進(jìn)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(xué)工業(yè)的重要原料來源，特別是自從以石油中的輕質(zhì)餾分油（石腦油等）和天然氣中的乙烷、丙烷等為原料，采用管式爐裂解工藝，生產(chǎn)出大量的乙烯、丙烯、丁烯以及苯、甲苯、二甲苯等輕質(zhì)芳烴，使得石油化工不再依附于石油煉制工業(yè)而形成了大規(guī)模的獨立體系。甚至建立了石油化工聯(lián)合企業(yè)，從石油化工和天然氣化工所提供的產(chǎn)品，生產(chǎn)大量的有機(jī)化學(xué)品（見基本有機(jī)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(fā)展受到很大的影響，只有煤的焦化工業(yè)仍然在世界范圍占有一定的位置。
　　進(jìn)入70年代，發(fā)生了中東戰(zhàn)爭以后，亞非拉等產(chǎn)油國提高了原先過低的國際石油價格，結(jié)束了廉價石油的時代，西方石油煉制和石油化工面臨著成本的提高和原油的供應(yīng)問題，主要發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)普遍進(jìn)入“低增長”時期。進(jìn)入80年代，盡管原油價格有了相當(dāng)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(lián)和中國的石油化學(xué)工業(yè)則繼續(xù)增長，一些發(fā)展中國家，特別是產(chǎn)油國的石油煉制和石油化工則正在崛起。在煤化工和油頁巖加工方面，當(dāng)前只有南非有自煤間接液化生產(chǎn)液體燃料的工廠，中國和蘇聯(lián)仍存在有頁巖油工業(yè)（見頁巖油工業(yè)發(fā)展史）。
　　在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 　燃料化工作為能源和化學(xué)品的生產(chǎn)，在世界經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，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占整個能源消費(fèi)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(dá)整個能源的50％，進(jìn)入1984年，降為39.5％，仍高于煤（后者為30.3％）。世界天然氣的比率則逐年有所增長，1984年約20％。對于中國來說，煤仍為主要能源，占70％以上，石油20％以上?；剂峡傆嬚?5％以上，水電低于5％（1985）。在油品的消費(fèi)方面，西方主要國家主要是汽油、噴氣燃料和柴油等輕質(zhì)油品，1984年美國輕質(zhì)油品約占原油消費(fèi)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(fèi)則高達(dá)原油產(chǎn)量的三分之一左右。為得到更多的輕質(zhì)油品，更好地利用石油資源，原油深度加工（見石油煉制過程）已成為全球性煉油技術(shù)的發(fā)展方向。
　　燃料化工特別是石油化工，還為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供大量的化工原料。世界化工產(chǎn)品中有85％是有機(jī)化工產(chǎn)品，原料絕大部分來自化石燃料，而發(fā)達(dá)國家的有機(jī)化工產(chǎn)品中，以石油、天然氣為來源的產(chǎn)品占90％。按銷售額計，以石油和天然氣為來源的化工產(chǎn)品約占全部化工產(chǎn)品的45％以上。乙烯主要來自石油，也有相當(dāng)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(chǎn)的苯，在苯的總產(chǎn)量中，美國和日本都只占9％左右;甲苯、二甲苯絕大部分來自石油；此外，世界甲醇產(chǎn)量約有70％來自天然氣，其余來自石油，煤制甲醇只占不到 1％(1981)。應(yīng)該指出的是，合成氨是以化石燃料為來源的產(chǎn)量很大的重要化工產(chǎn)品，1980年世界合成氨總產(chǎn)量約96Mt，其中以天然氣為原料的占80％，以煤為原料的占10％，后者的一半生產(chǎn)能力在中國?？傊?，在當(dāng)前世界上，化工產(chǎn)品主要來自石油和天然氣，煤化工在整個化工生產(chǎn)中所占的地位不大，用于煉焦的比例也不大，煤主要用于發(fā)電和工業(yè)鍋爐。1980年，中國的煤用于煉焦約 9.8％，用于制合成氨約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制取的萘、蒽等稠環(huán)化合物是有機(jī)化工重要原料。當(dāng)前，世界上從煤焦油中分離出來的化工產(chǎn)品，約有200余種，主要用于制防腐劑、塑料助劑、染料、溶劑、香料及橡膠助劑等。
　　發(fā)展前景 　各國燃料化學(xué)工業(yè)，盡管其資源儲量和開采速度不成比例，石油日益減少，但據(jù)世界各種估計，今后半個世紀(jì)內(nèi)，石油及天然氣，特別是后者，仍將在世界能源和化工產(chǎn)品的生產(chǎn)構(gòu)成中占據(jù)主要地位，然而在消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比例上可能會相對地逐漸下降。因此，石油煉制將趨向深度加工，以充分利用資源。石油化工也有同樣的趨勢，其中重質(zhì)油的催化加工（包括催化裂化和加氫裂化）和重質(zhì)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(zhì)量的燃料氣方向發(fā)展，以天然氣為基礎(chǔ)的化工產(chǎn)品也會相應(yīng)地增加。
　　燃料化工的發(fā)展實質(zhì)上是能源工業(yè)的重要組成部分?；剂系氖褂秒m然會帶來自然環(huán)境的污染和生態(tài)平衡的破壞，但具有長遠(yuǎn)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、油頁巖和油砂，從數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石油和天然氣。
　　冶金工業(yè)所用的焦炭，迄今仍依賴于煤煉焦這一有悠久歷史的工業(yè)，煉焦的方法有多種爐型，其原料也從焦煤擴(kuò)展到其他煤種從而擴(kuò)大其來源。隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，煉焦化學(xué)品為化學(xué)工業(yè)提供上百種原料，今后仍將是石油及天然氣難于代替的主要領(lǐng)域。
　　把固體燃料，包括所有各種類型的煤、含油率不等的油頁巖和油砂，變成液體燃料的可能性取決于社會的經(jīng)濟(jì)和政治的因素。關(guān)于煤的氣化，仍將是煤炭加工的一個主要方面。主要根據(jù)資源條件、煤種性質(zhì)和煤氣的主要用途（城市煤氣、工業(yè)煤氣或合成原料氣）決定生產(chǎn)方法。  
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