探析我国煤化工产业技术路线

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摘要：本文从煤化工的含义及相关概念入手,阐述了当前我国煤化工现状及分类,分析了现代煤化工产业技术发展的方向是发展新型煤化工,并提出了发展新型煤化工产业关键技术的建议。

中国的资源禀赋是油、气短缺,煤炭相对丰富。中国煤炭工业协会统计数据:2007年,全国煤炭产量25.23亿t;2008年,产量为27.16亿t,同比增加1.93亿t,同比增长7.65%。2007年我国原油产量18665.7万t,2008年原油产量达1.89亿t,海关总署统计数据:2008年我国净进口油品近2亿t,其中原油进口17472万t,成品油进口2182万t,原油对外依存度已达48.5%,逼近50%的警戒线水平。2007年,我国天然气产量693亿m3,进口量39亿m3,表观消费量732亿m3;2008年,天然气产量达761亿m3。据中国煤炭工业协会预计,2010年我国煤炭需求量将达30亿t以上;另据有关资料介绍,2009年至2011年的3年内,我国原油目标产量分别是1.92亿t、1.96亿t和1.98亿t;天然气目标产量分别为860亿m3、1050亿m3和1200亿m3。在我国这样一个煤炭资源大国,其主要化工产品完全由石油作原料生产是不现实的。尽管我国煤化工产业的发展目前面临一系列问题,例如结构不合理,行业的中小企业较多而大型现代化高新技术企业较少;布点太多,造成产业结构雷同;产品附加值较低,有些后续应用技术没有跟上等,但发展煤化工符合我国国情,且国家政策总体上持支持态度。

一、我国煤化工现状及分类

(一)我国煤化工现状

我国煤化工发展速度相对较慢,同世界先进水平相比,我国的煤焦油工业较落后,主要表现为设备加工能力小,工艺水平低,产品品种少,能耗高,环境污染严重等。造成这种现象的主要原因是煤焦油分散加工,形不成规模。目前上海正着手筹建国内一流的煤焦油蒸馏装置,必将大大提高技术水平和生产能力。代表煤化工技术水平的煤气化技术也落后于一些发达国家。我国是一个农业大国,合成氨产量居世界第一,无烟煤或焦碳合成氨的生产能力约占全国合成氨生产能力的65%左右,但生产工艺落后,能耗高,污染严重。我国甲醇的现有生产能力为300万t/a,其中规模最大的装置有上海太平洋集团公司以煤为原料的生产装置,年产20万t甲醇;齐鲁石化公司第二化肥厂引进的10万t/a生产装置。其余的装置年生产能力为几千吨到几万吨不等,且技术落后、规模小、能耗高。另外,以煤为原料合成碳酸二甲酯、甲酸甲酯等可望实现工业化。

(二)分类

1.传统产品领域

要对与石油化工路线相比具有比较优势的煤化工的产品领域大力进行技术改造,并促使企业改制、改组,设法做强做大,增强国际竞争力。加大产品结构的调整力度:对与石油化工路线相比具有劣势的产品领域宜加速淘汰、关闭或转产;降低高能耗煤化工产品在行业的比重,收紧、缩减高能耗产品的出口;限制和淘汰一批能耗高,污染重的企业。

2.能源替代品

这一部分是煤化工的潜在市场,市场前景广阔是发展的重点。以煤制油(直接液化、间接液化)。甲醇的主要潜在市场是作燃料:燃料甲醇(掺烧或全烧);甲醇转化为二甲醚(替代液化石油气和柴油)中型燃气轮机发电的燃料;燃料电池;甲醇制烯烃(MTO);甲醇制丙烯(MTP)。

二、现代煤化工产业技术发展的方向

传统的煤化工技术包括焦油化工、煤合成气化工及电石乙炔化工等等。煤的气化技术在煤化工的发展中占有重要的地位,先进的催化合成技术、分离技术、生物化工技术、节能减排技术、环保技术与大型工业装备制造技术是现代煤化工的发展基础,新型煤化工技术就是以煤气化为龙头组合应用现代先进的化工生产技术,生产可替代石油的洁净能源和各类化工产品为成品油、甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等,进而发展为煤气化技术为核心的多联产系统。已经形成煤炭——能源——化工一体化的新兴产业。

世界上目前拥有的新型煤化工技术主要有——煤气化技术,以煤为原料生产甲醇的技术,煤路线合成烃类的技术。最令人关注的是煤制油合成气生产烯烃的技术,IGCC技术在国外也是煤气化技术发展的一个热点。我国从上世纪80年代起开始引进国外煤气化技术,但国产化的煤气化技术与国外相比还有较大差距,可以预见以生产可替代石油的洁净能源和化工产品为主的现代煤——能源——化工一体化产业,即将在我国兴起并得到可持续发展。

现代煤化工是属于技术密集型和投资密集型的产业,应采取最有利于提高经济效益的建设及运行方式。现代煤化工的发展要坚持一体化、基地化、大型化、现代化和集约化,真正转变经济增长方式。

坚持一体化。就是把大型煤化工装置和煤矿结合起来(当然亦可以采取煤—电—化一体化联产模式)。把煤气化装置建在矿上(或临近矿区),力求减少煤炭运耗及费用,实施资源优化配置,合理使用煤炭资源(按煤质资源优质优用,劣质劣用,各得其所)。只有形成煤化工与煤矿一体化的利益机制,才能减少日后的价格、运输和布局的风险。

坚持基地化。化学工业内在的固有特性适宜于综合利用和深加工。基地是企业群体的集称。基地内集中布置相关企业,可以充分、高效、合理利用各种资源,提高资源配置效率和效益,发挥企业的集聚效应。总之,煤化工发展实施基地化布局最重要的目的是实施以市场为基础的高度资源优化配置,谋求集约化经营。

坚持大型化、现代化。只有采用一流的技术、一流的设备、一流的管理,建设大型规模效益的装置才能形成一流的煤化工基地,谋求跨越式发展,具备国际竞争力。煤化工如不具备国际竞争力,则无法忍受国际油价波动,和经济全球化带来高度的市场竞争的冲击。

由于煤本身的固有的特性(碳多氢少,矿物杂质多,固态且难以溶化、溶解等),要把从不清洁的能源转为清洁的化工原料,所经过的流程长、环节多、技术要求高、难度大,因而必然导致投资大。煤化工的投资高亦是发展的制约因素之一。为此,一方面应积极采用先进技术,发展规模装置,谋求减少单位投资成本,另一方面依靠优质低价煤的稳定供应以及先进的节能降耗技术,谋求降低生产原料成本。经济效益是考核煤化工能否发展的最基本因素之一。

三、新型煤化工

新型煤化工是以煤炭为基本原料(燃料),C1化工技术为基础,以国家经济发展和市场急需的产品为方向,采用高技术,优化工艺路线,充分注重环境友好,有良好经济效益的新型产业。它包括了煤炭液化(直接和间接),煤炭气化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃等技术,以及集煤转化、发电、冶金、建材等工艺为一体的煤化联产和洁净煤技术。其中煤炭焦化、煤气化-合成氨-化肥已经是我国主要的煤化工产业,随着科学技术的快速发展和市场的巨大需求,煤炭焦化、煤气化-甲醇、煤制油、烯烃及下游化工产品也得到了快速发展。新型煤化工实际上是建立在传统煤化工基础上的,与传统煤化工密不可分。其特点如下。

(一)以清洁能源为主要产品。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、电力、热力等以及煤化工独具优势的特有化工产品,如芳香烃类产品。

(二)煤炭-能源化工一体化。新型煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向,紧密依托于煤炭资源的开发,并与其它能源、化工技术结合,形成煤炭-能源化工一体化的新兴产业。

(三)高新技术及优化集成。新型煤化工根据煤种、煤质特点及目标产品不同,采用不同煤转化高新技术,并在能源梯级利用、产品结构方面对工艺优化集成,提高整体经济效益,如煤焦化-煤直接液化联产、煤焦化-煤气化合成联产、煤气化合成-电力联产、煤层气开发与化工利用、煤化工与矿物加工联产等。同时,新型煤化工可以通过信息技术的广泛利用,推动现代煤化工技术在高起点上迅速发展和产业化建设。

(四)建设大型企业和产业基地。新型煤化工发展将以建设大型企业为主,包括采用大型反应器和建设大型现代化单元工厂,如百万吨级以上的煤直接液化、煤间接液化工厂以及大型联产系统等。在建设大型企业的基础上,形成新型煤化工产业基地及基地群。每个产业基地包括若干不同的大型工厂,相近的几个基地组成基地群,成为国内新的重要能源产业。

(五)有效利用煤炭资源。新型煤化工注重煤的洁净、高效利用,如高硫煤或高活性低变质煤作化工原料煤,在一个工厂用不同的技术加工不同煤种并使各种技术得到集成和互补,使各种煤炭达到物尽其用,充分发挥煤种、煤质特点,实现不同质量煤炭资源的合理、有效利用。新型煤化工强化对副产煤气、合成尾气、煤气化及燃烧灰渣等废物和余能的利用。

(六)经济效益最大化。通过建设大型工厂,应用高新技术,发挥资源与价格优势,资源优化配置,技术优化集成,资源、能源的高效合理利用等措施,减少工程建设的资金投入,降低生产成本,提高综合经济效益。

四、对发展新型煤化工产业关键技术的建议

(一)煤炭液化技术

无论是引进技术还是自主开发,建设煤直接液化或间接液化工厂都需要国内有大量技术配套方面的研究和工程。另外,一次性投资较大也是其共有的特点。因此,现阶段国家部署在少数条件适合的企业和地区进行工程化和商业化示范项目,可以在技术开发、工程化推进以及商业化运作等方面积累丰富的经验,为今后大规模产业化发展奠定扎实的基础。同时,开发具有自主知识产权的煤液化技术也是当前和未来几十年产业化持续发展的客观需求。目前,国内拟建的煤液化项目多采取跨行业、多元化联合投资和多渠道融资的方式解决资金筹措问题,这是今后煤液化项目建设的发展方向。

(二)甲醇和二甲醚合成技术

目前,国内已经建设或拟建设的甲醇生产项目很多,据不完全统计,新上项目的总生产能力不低于1000万t/a。国外的研究认为,甲醇和二甲醚作为代用发动机燃料(不是少量掺烧),到达用户的全成本大于煤基合成油(煤间接液化),同时二甲醚代替柴油也有相关技术问题需要进一步研究。因此,今后新建甲醇、二甲醚工程项目应充分重视市场需求和供求变化。

(三)煤炭焦化

新建煤炭焦化工程项目应立足煤炭企业原料煤特点,采用大型焦炉和能够提高焦炭质量的先进技术以及必要的环保技术,以应对未来优质炼焦煤不足、焦炭市场变化和日益严格的环保政策带来的更加激烈的竞争。

(四)煤化工多联产

煤液化、煤基甲醇、二甲醚、煤炭焦化等煤化工技术在单元工艺(如煤气化和气体净化)、中间产物(如合成气、氢气)、目标产品等方面具有很大的互补性。研究表明,将不同的工艺(包括产品再加工,如甲醇制取醋酸等)进行优化组合实现多联产,并与尾气发电、废渣利用等形成综合联产,有利于降低工程项目的建设投资及目标产品的平均生产成本,提高整体项目的经济性和抗风险能力。因此,多联产是煤炭企业今后发展大型煤化工和能源综合产业的技术方向。

总之,我国发展新型的煤化工产业要因地制宜,学习世界的先进经验和技术,形成多元化的产品链条,增强自身发展能力和发展后劲。在发展重点上,要适应市场需求,创造名牌产品,增强市场竞争能力,确立煤化工在世界化工行业中的地位和作用。