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众所周知,中国是一个幅员辽阔,地广物博的文明古国。在已发现的142种矿物中,煤炭占有特别重要的位量,资源丰富,分布广泛,煤田面积约55万平方公里,居世界产煤国家之前列。煤炭成为经济生产活动和人们如常生活中不可缺失的主要原料和燃料。据悉,我国的煤炭生产和消费占一次能源构成的 75%。然而,对经济繁荣的向往,使得人类能源的需求日益增加,以化石燃料为代表的传统能源由于其的不可再生性,同能源需求产生了严重的供需矛盾。
一、新型洁净煤化工技术
由于环保意识的增加,新型洁净煤化工技术在当前颇受关注。其是指在煤炭开发和利用过程中,尽可能减少污染和提高效率能源,即将最大限度的开发煤能源的潜能,且将煤释放的污染控制在最低水平, 从而达到能源开发与环境保护相协调的状态,图1 给出了煤化工经济示意图。目前有下列3种新型煤化工技术路线:其一是煤气化技术,它是煤化工产业发展过程中最重要的单元技术,主要以“鲁奇”、“德士古”、“壳牌”等炉型最为普遍,我国生产合成气和化工产品时曾先后引进了上述炉型;其二是以煤为原料生产甲醇及多种化工产品。据不完全统计,当前国外的甲醇生产主要以天然气为主;其三是以煤为原料合成烃类。我国多年来一直致力于对甲醇裂解制烯烃的研究工作,积累了许多宝贵的经验,为中国科学院大连化学物理研究所达到世界领先水平奠定了扎实的基础,其甲醇转化率高达到100%,而对烯烃的选择性高达85%~90%。 图1 煤化工经济示意图
二、新型煤化工的核心技术
1.煤液化技术
1.1技术
煤直接液化技术的开发可追溯至20世纪20年代。20世纪30-40年代德国率先将该技术应用于工业化生产之中;到了20世纪70年代,国外的优秀科学家们历经30多年,终于完成了对该技术的的改进、创新工作。在煤化工领域,煤直接液化称得上是当前最先进的技术发明了。通过将煤制成油煤浆,放置在 450℃左右和10~30MPa压力的环境中,进行催化加氢,可获得液化油,还能够将其进一步加工成汽油、柴油及其他化工产品。尽管没有大规模工业化应用实例,但对新技术的应用已经是大势所趋,我国神华集团正在引进国外核心技术建设示范工厂。此外,我国有关研发机构在跟踪研究20多年的基础上,正致力于研发具有自主知识产权的煤炭直接液化新工艺及专用高效催化剂等关键技术。煤液化技术的前景一片明朗。
1.2煤间接液化技术
煤间接液化也是目前市场上较为先进的能源转化技术。它是通过气化煤制得合成气(CO、H2),然后通过F-T合成,得到发动机嫩料油和其他化工产品的过程。据需,南非于20世纪50年代便开始投入大量资金建设商业化工厂,由于经验丰富,时至今日南非已形成了年产高达700万吨产品的生产链。目光回转国内,我国对科技的重视日益显现。对间接液化技术我们也有着20多年经验积累,而目前科学界正调整重心,积极开发浆态床低温合成工艺及专用催化剂。此外,立足之身科研外,我国还引进了不少国外技术建设工业示范厂的前期研究。
2.煤气化技术
在煤化工所有技术中,煤气化占据着举足轻重的地位。它对投资和成本都有较大影响。当前,我国双管齐下,不仅重视引进国外先进技术、消化吸收,还致力于自主开发等多种途径,在解决煤气化技术升级的问题上取得不少实质性突破。俗话说,事有轻重缓急。考虑到国家经济发展的需要,目前我国将重点支持推广水煤浆气化技术、碎煤加压气化技术,常压灰熔聚流化床气化技术,恩德炉粉煤气化技术;研究干煤粉气化,加压灰熔聚流化床气化技术,加压碎煤熔渣气化技术及气体净化技术;建设加压粉煤气化等第二代煤气国产化炉;水煤浆气化和固定床加压气化发展方向是降低投资、大型化、提高煤种适应性、节能降耗;粉煤气化和灰熔聚气化还需要在工业运行和放大方面做大量工作;煤制天然气将得到快速发展。
3.一步法合成二甲醚技术
二甲醚在化工领域具有重要作用。它既可以代替柴油作为发动机燃料,又可以替代LPG作为民用燃料。在制取方法上,当前最受关注的莫过于“一步法”了。传统的制取方法是以甲醉为原料分两步合成,而一步法,则是以合成气为原料合成二甲醚,该技术具有效率高、工艺环节少、生产成本低的优点,成为我国当前重点研究的方向之一。
4.煤化工联产系统
煤化工联产系统是当前在化工领域重点建设的项目,也是新型煤化工发展的重要方向。其致力于通过利用不同技术途径的优势和互补性,将不同工艺优化集成,达到资源、能源的综合利用,减少工程建设投资,降低生产成本,减少污染物或废弃物排放。例如,F-T合成与甲醉合成联产、煤焦化与直接液化联产等。这在一定程度上同新型洁净煤化工的技术所提倡的目标交相辉映。
关键词:煤化工;煤炭;新型煤化工技术
1煤化工技术的发展
1.1煤化工技术的发展现状
煤化工技术是将煤作为加工原料,利用一些化学手段将煤转化为气体、液体和固体燃料以及其他用于生产生活的化学品的过程。煤化工主要包括煤气化、煤液化、煤干馏等化学加工方法。煤化工的发展历史比较长,早在18世纪后期,全球已经进入煤化工时代,并且在19世纪煤化工技术已经发展完善形成完整成熟的煤化工体系。虽然,在20世纪时,因为石油、天然气的利用削弱了煤炭化工产业的发展速度和规模,但是随着石油、天然气资源的日渐枯竭,煤炭化工产业又逐渐开始复兴。煤炭能源是我国能源结构中重要的组成部分,是确保我国能源安全以及利用的最重要的基础能源之一。所以,煤化工技术在我国的发展比较成熟,同时,在煤化工技术开发研究中,我国也处于比较先进阶段。我国目前仍以煤炭资源为基础能源的能源利用结构不能在短期内改变,因此,更好地发展探索新型煤炭技术是一个急迫而重要的挑战。如今,我国的煤化工产业发展基本处于集约化发展阶段,这样可以保证我国煤炭技术的充分研究利用,并且能够保证资源的合理有效分配,是适合我国发展实际的煤化工发展方式。
1.2煤化工技术
煤化工技术主要是对煤炭资源的再加工生产过程,主要的加工方式有:(1)煤干馏。其实更准确地说是煤焦化,也就是利用煤进行蒸馏加工后生产的焦炭、焦油以及焦炉气等。这些产品一般在化工、医药、农药等产业广泛应用。(2)煤气化。这是生活中比较常见的一种煤化工产品,没有普及天然气的地区,一般都会用煤气作为重要的燃料满足生活中的燃料需求。(3)煤液化。煤液化主要分为直接液化和间接液化。煤液化是将有机质转化为流质产物,利用煤液化产品的碳氢化合物可以代替石油以及石油相关的产品。因此,目前煤液化技术是新型煤化工技术的主要研究发展方向。
2新型煤化工技术的发展现状和发展前景
新型煤化工技术是在煤化工技术的基础上,利用高新技术,获取洁净能源以及产品的新兴技术手段。新型煤化工不仅可以提高煤炭资源的利用率,并且可以使煤化工产品对环境和空气的污染降至最低,新型煤化工技术最重要的研究探索方向是煤化工产品可以代替石油及其相关产品。
2.1我国新型煤化工技术的发展现状
目前我国的新型煤化工产业发展状况比较好,以煤制油、煤制烯烃和煤制天然气为代表的新型煤化工技术已经实现商业化示范运行,并且在重要工艺阶段以及关键技术拥有完整自主知识产权。根据我国煤化工产业的规划来看,我国的煤化工产业主要集中于新疆、内蒙、陕西省区,因此,这三个重要的煤化工产业地区也是我国新型煤化工技术的重点发展区域。
2.2新型煤化工的发展前景
新型煤化工技术的主要优势就是清洁能源以及有效利用煤炭资源。目前我国的新型煤化工产业发展前景较为乐观主要是因为以下几方面原因:(1)资源丰富。我国的石油和天然气储量虽然相对不足,但是煤炭储量较为丰富,可以满足新型煤化工产业的充足的煤炭资源需求。除此之外,我国的水资源也比较丰富,可以适应煤化工产业的耗水需求。(2)交通便利。目前我国的高速公路、铁路组成的陆上运输网较为广阔,可以保证煤化工产品能够快速方便的运输,而且我国还有专门的煤炭运输铁路,可以确保新型煤化工产业的运输需求。
3结语
新型煤化工技术的发展可以有效利用煤炭资源,并且可以代替石油资源,这在很大程度上可以缓解我国石油资源不足的情况,所以,新型煤化工技术的发展极其重要。随着科学技术的提高,对新型煤化工技术也会有所帮助,能够对煤炭资源进行更充分的利用,这需要我国煤化工技术人员的不停探索和创新。
作者:张洁 单位:山东港通工程管理咨询有限公司
参考文献:
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
[关键词]新型煤化工 现状 发展趋势
1.世界能源结构现状
当前世界能源的消费结构仍以化石能源消费为主,其中石油消费占30-32%,天然气消费占17%-19%,煤消费占27%-28%,其余为原子能、水能 、风能消费等。根据化石能源的蕴藏量以及开采情况,许多专家预计, 21世纪中叶,石油消费在能源消费结构中将逐步减少,天然气消费的比重将大幅度上升,煤炭消费比重基本持平。总的能源形势将从石油为主逐步转化为以天然气为主,进而发展为以煤炭为主。
2.煤化工的发展历史
煤化工是指以煤为原料经化学加工转化成气体、液体和固体并进一步加工成一系列化工产品的工业过程。煤化工开始于18世纪后半叶,19世纪形成完整的工业体系。传统煤化工是以炼焦工业为基础的包括伴生的煤焦油和焦炉煤气回收利用产业,它的主要产品是作为燃料和冶金原料的焦炭。第二次世界大战后,石油化工发展迅速,很多化学品的生产从以煤为原料转移到以石油和天然气为原料,传统的煤化工产业受到严重冲击。20世纪70年代以后, 尤其是进入20世纪90年代,石油大幅度涨价,煤化工又开始以较快的速度向前发展。
3.我国煤炭利用现状
中国是一个富煤、贫油、少气的国家。能源结构以煤炭为主,煤炭资源总量为5.6万亿吨,占总能源的90%,能源总消费量中煤炭约占70%。煤炭提供了全国80%以上的电力生产燃料,提供了85%以上的化工(包括焦化)原料,大约80%以上的煤炭作为燃料消耗。我国也是世界煤炭消费量最大的国家,煤炭一直是我国的主要能源和重要原料,在一次能源生产和消费构成中煤炭始终占一半以上。
煤炭是我国的主要化石能源,我国目前能源生产结构中煤炭产量约占3/4,在目前能源消耗结构中煤炭占消耗总量约2/3。在全球对替代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下,煤炭能源化工产业在我国能源的可持续利用中扮演愈发重要的角色。
新型煤化工以碳一化工技术为基础,煤气化为龙头,组合应用催化合成、分离、生物化工等先进的化工技术生产可替代石油的洁净能源和各类化工产品如:成品油、甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等。进而发展以煤气化技术为核心的多联产系统,最终形成煤炭-能源-化工一体化的新型煤化工产业。
4.发展新型煤化工产业的意义
经济的飞速发展促使能源需求不断增加,能源安全的最重要标志是能源的供给要满足国民经济和社会发展的需求。能源安全是国民经济安全的关键,它直接影响到国家安全、社会稳定及可持续发展。发达国家已根据本国的能源特点加快开发矿物燃料替代能源的研究步伐,我国也在高度重视有关能源安全这项日益严峻的课题。大量直接的燃烧原煤已给环境造成严重破坏,已经影响到了国民经济的可持续发展。面对我国以煤为主的能源结构现实及存在的问题,充分利用国内丰富的煤炭资源,发展新型煤化工产业乃是当务之急。
5.我国煤化工发展近况与趋势
5.1我国新型煤化工发展的合理性
我国目前还处于工业化、城市化和现代化的发展过程中,发展仍然是首要任务,煤化工发展符合我国国情和能源发展战略。目前,我国传统煤化工产品均处于阶段性供大于求状态,产能均有一定的过剩(主要是结构性过剩),但程度有所不同,新型煤化工产品主要是替代石油产品,市场容量大,发展前景好,我国新型煤化工技术处于世界前列,一批拥有自主知识产权的现代煤化工技术也正在产业化之中,随着传统煤化工产业结构优化调整和新型煤化工项目投产,我国煤化工产业总体水平和竞争力也会相应的提高,竞争力会进一步增强。
我国有相对丰富的煤炭资源作保障,煤炭资源中适合作直接液化的原料煤有年轻褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等低变质烟煤,其数量可占煤炭资源储量的58%,适合间接液化和制醇醚燃料的原料煤,除低硫炼焦煤以外,其它煤类均可使用,数量约占80% ,适宜新型煤化工利用的煤类和数量相当丰富。国家发改委牵头组织开展替代能源发展战略研究,为安排“十一五”规划中替代能源的推广工作提供参考。特别要对煤制油、甲醇、 二甲醚等煤基替代能源,进行更全面、深入、客观而且口径统一的技术经济评价,力争对各种煤基替代能源给出明确的、定量化的定位。
我国政府在新型煤化工产业发展的政策上也给予了大力的支持,2006年初,出台了“国家中长期科学和技术发展规划纲要”,明确要优化研究煤炭液化技术等洁净煤技术,不但改善环境保护而且改善合理的能源结构;2006年 7月国家发改委颁布了“关于加强煤化工项目建设管理,促进产业健康发展的通知”,及时设定了合理的煤化工项目的经济规模;2007年初国家发改委颁发了我国 《煤炭工业“十一五”发展规划》,结合当前我国煤工业的发展情况,指出其中存在的问题,分析了今后的发展形势,并客观制定了相应的政策措施,明确提出了我国煤炭工业的发展任务和目标,大力扶植行业龙头企业,推动行业整合;今年3月份国家能源局《煤炭工业发展“十二五”规划》,《规划》提出,在内蒙古、陕西、山西、云南、贵州、新疆等地选择煤种适宜、水资源相对丰富的地区,重点支持大型企业开展煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等升级示范工程建设,加快先进技术产业化应用。
5.2近年来我国新型煤化工发展状况
近几年来,我国新型煤化工行业发展迅速,其重点是生产煤基液体燃料 (如煤炭液化合成油、煤基醇醚、煤制烯烃等)。目前国内首屈一指的是神华集团。2008年正式投产的内蒙古鄂尔多斯煤制油项目备受关注,这也是世界上第一个煤直接液化技术,由神华集团自主研发。除了内蒙古外,神华在宁夏、陕西等地也有煤化工项目。中煤集团是继神华之后的国内第二大煤炭企业,自2006年8月成立“中煤集团能源及煤化工技术中心”后,哈尔滨60万吨烯烃、220万吨甲醇项目相继实施,预计投资达到百亿元。另外,中煤也开始推进在鄂尔多斯的煤化工项目。另据中宇不完全统计,国内目前在建及获批待建甲醇制烯烃项目10个,总能力540万吨。其中在建甲醇制烯烃项目7个,总能力430万吨/年。同时规划中的项目能力接近1700万吨/年,其中石化系统参与建设项目占新扩建总能力的约20-30%。建设项目地点涵盖河南、浙江、山西、内蒙、宁夏、贵州、黑龙江、陕西、河北、安徽等省份。在我国煤化工项目建设大力推进的同时,全国各地逐渐出现了盲目发展的势头。为规范煤化工行业发展,去年发改委下发《关于规范煤化工产业有序发展的通知》。通知规定,在新的核准目录出台之前,禁止建设以下:年产50万吨及以下煤经甲醇制烯烃项目、年产100万吨及以下煤制甲醇项目、年产100万吨及以下煤制二甲醚项目、年产100万吨及以下煤制油项目、年产20亿立方米及以下煤制天然气项目、年产20万吨及以下煤制乙二醇项目。
关键词:中国石化 煤炭化工技术 研究进展
中图分类号:TQ54 文献标识码:A 文章编号:1003-9082(2017)02-0301-01
国际油价的持续走低和徘徊不前并未阻碍中国企业在煤炭化工领域,尤其是在煤制油、煤制烯烃等新兴煤化工领域的探索。我国煤炭资源储量较大,但是面临着开发不合理,资源浪费严重和煤炭产能过剩的局面,利用全新的科学技术探索煤炭资源的全新用途是当前我们需要重点解决的难题。煤化工分为传统煤化工和新型煤化工,传统的煤炭化工技术是将煤炭资源制成化肥、煤炭焦化后做成电石和乙炔,而新型的煤炭化工技术是利用煤炭作为生产材料生产出多种清洁能源和基础化工原料。目前我国在煤炭化工技术方面做了大量的研究,并取得很大的突破,在新型煤化工技术和装置方面已经获得国际领先地位。
一、中国石化煤炭化工技术最新研究进展
1.S-MTO技术实现工业转化应用
S-MTO技术是以煤炭、天然气等作为石油代替资源生产化工产品的一条新型的工艺路线,目前,该项技术已经成为新能源资源技术研究开发热点和难点之一。进入新世纪以来,中国石化的很多企业不断开展S-MTO技术试验,相继完成了甲醇进料规模为每年1.67万吨的DMTO工业试验。同时在连续多年的实践过程中,在SAPO-34分子筛选催化材料合成技术,流化床催化剂制备技术和反应再生工艺研究方面获得了全新的创新成果。通过对这项技术的研究,在抑制SAPO-34分子筛硅岛的形成、分子筛形貌控制等关键技术方面取重大突破。此外,通过对分子筛模板剂和合成工艺进行创新,能够更好的对分子的形貌进行控制,能够极大的促进反应物的扩散速率。随着分子筛晶粒的减小,反应物分子的扩散速度逐渐加快。降低催化剂晶体颗粒直径,能够显著推升乙烯和丙烯的选择性。2007年中国石化在实验室充分研究的基础上,开展当时世界规模最大的每年3.6万吨的S-MTO技术中试研究,研究结果显示S-MTO催化剂具有催化效率高、活性强、选择性好、高热稳定性等特点,甲醇转化率、乙烯和丙烯选择性分别高达100%和80%以上,为今后的深入研究奠定坚实的基础。
2.S-MTP催化剂以及工艺技术的研究开发
S-MTP技术是甲醇生产低碳烯烃产品的另外一项具有核心竞争力的技术路线。最近几年,中石化高度重视S-MPT技术的研究,强化技术研究和装置建设。在S-MTP技术开发研究过程中,核心问题就是加快高选择性、高水热稳定性的ZSM-5分子筛选催化剂材料的研究。中石化在这方面研究过程中解决了两个关键性的技术。一个是对酸性的调节。在S-MTP催化剂中如果酸量过多,所生成的产物如果控制不好很可能会产生第二次化学反应,从而影响到整个反应体系的反应速率,生成过多的多碳高分子化合物,如汽油、烷烃等副产品,并且目的产物丙烯的选择性不高。如果催化剂中酸量不足,就不能保证甲醇全部转化,催化剂再生周期就会变短。我们通过对分子筛硅铝比进行适当的调整,就可以很好的控制分子筛催化剂的酸量。另一个就是提高了催化剂中的扩散性能。在反应体系中,丙烯能否在较短的时间内扩散的相应的孔道就成为影响丙烯吸收率和催化剂稳定性的一个重要原因。分子筛的孔道越短,直径越大,催化剂扩散也就越容易,因此,研究合成小分子筛技术是S-MTP催化剂应用的关键。此外,采用温和手段的碱处理方法对高硅ZSM-5沸石进行介孔化处理,保证沸石表面能够形成规则性的孔穴Y构,从而进一步缩短扩散通道的长度,提高反应物和产物的扩散性能。通过试验表明在整个反应体系内添加了软模板剂合成的样品,已经存在明显的介孔,而经过碱处理之后,在样品的将介孔结构更加明显。因此通过温和的碱处理所得到的样品在MTP反应体系具有优异的丙烯选择性,丙烯和乙烯质量比能够到达10:1。
二、新型煤化工技术创新能力提高
煤炭行业要想实现可持续发展,首先要提高煤化工技术的创新能力,为煤炭行业的长远发展奠定坚实的物质基础。最近几年,通过不断努力,我国在煤化工技术创新方面的能力进一步得到提升,改变了过去轻视理论、重视试验操作的研究模式,在兼顾理论研究的同时,将理论付诸实践。上述两种技术的发展和应用是煤化工技术创新能力提升的主要体现。我国的煤化工技术经过多年的努力已经形成了一套自主研发的科学体系,并做着眼于煤炭行业的发展趋势和发展要求,追求经济效益和环境效益的协同发展。但是我们应该清除的认识到,煤化工技术是一项长远发展过程,我国煤化工技术研究存在很多不足之处,在今后的研究过程中需要我们继续借鉴国外先进的理论经验和技术手段,不断更新研究理念和方法,采用先进煤气化技术,利用劣质煤造气,通过电、气、化工产品优化组合,即多联产方案是煤炭高效、洁净利用的最佳途径。
总之,当前我国煤化工发展已呈现出过热状态。低水平重复建设,不考虑环境承载力、生态平衡、二氧化碳排放、资源消耗,盲目扩大各类煤化工产品的产能,不是煤化工产业的发展方向。需要我们进一步大力发展煤制油、煤制甲醇对缓解我国石油对外依存度过高的现状,促进煤炭领域真正实现可持续发展。
参考文献
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孔铭:不敢当,送礼这事最不好干,小礼送不出手,大礼又难觅,好在上天有眼,本周送来一份好礼,我就做个顺水人情,送给大家做国庆大礼。
《动态》:既然有礼物,那就不要拖延,快快道来。
孔铭:本周东华科技(002140)公布与中煤鄂尔多斯能源化工有限公司签订总承包合同公告。承揽中煤鄂尔多斯能源化工有限公司200万吨/年合成氨、350万吨/年尿素项目(一期工程)公用装置设计、采购、施工的EPC总承包。合同总额为10.42亿元,占东华科技2010年度经审计营业收入的56.77%。
《动态》:金额是不少,但这类合同要到几年后才会体现业绩,等得花儿都谢了,怎么赶趟呢?
孔铭:这合同的履行的确不会对东华科技2011年度的经营业绩构成重大的影响。但合同的签订延续了东华科技今年强劲的接单势头,翻查一下今年的公告,超过或者接近10亿的订单并不只这一单,1月14日签订贵州黔希煤化工项目30.47亿,1月28日签订伊犁新天煤制气项目14.14亿,6月9日签订内蒙古蒙大新能源化工基地项目9.06亿,公司2011年上半年累计新签合同额56.62亿元,同比增长11.05倍。2010 年底的在手订单约26 亿,而截至目前,公司在手合同金额接近100亿元,2010年营业收入18.35亿,目前在手订单是年营业收入的5.45倍;换句话说,即便以后不签订新的订单,未来三年也有足够业务可做。庞大的在手订单也保证净利润复合增长率保持约66%快速增长,所以,公司未来收入高增长有充分保障。
《动态》:哦,能保证未来三年有饭吃,还能吃好,这样的公司还真的难找,但我还是更看重今年的业绩。
孔铭:作为工程总承包和设计企业,公司的收入和利润主要集中在下半年,上半年占比相对较小。以去年为例,半年报营业收入和净利润分别为6.46亿和0.74亿,占全年比例分别为0.35%和0.37%;今年公司上半年整体经营业绩要好于去年,半年营业收入7.23亿同比增11.88%,净利润:1.04万,同比增40.20%。随着今年下半年的逐步结算,公司三、四季度将有稳定的业绩高增长。
《动态》:从数据上是比较不错,公司还有哪些值得关注的地方?
孔铭:新型煤化工技术难度高、工艺非常复杂,具有典型的技术密集、设计先导特征。公司今年以来签订有4个设计合同,金额达到2.79亿元,由设计带来的后续总包订单有望持续增长。其中,7月份与中电投新疆能源有限公司签订的伊南3X20亿立方米/年煤制气项目一期设计合同有着重要的意义。这个设计合同金额不大,仅有3315万元。但中电投新疆伊南60亿立方米/年煤制天然气项目总投资274亿,另一个同样位于新疆伊犁州的霍城60亿立方米/年煤制天然气项目总投资263亿,因而,成功签订中电投伊南一期设计合同,为开拓中电投两个煤制天然气项目的后续设计以及总包合同开了一个好局。可以说,大蛋糕还在后面呢。
【关键词】煤化工;环境保护;循环经济
引言
化工行业发展的历史久远,种类繁多,生产的工艺技术含量也愈加高,但是化工行业生产材料本身的性质,使得生产过程中会产生许多污染物质,为保护环境增加了困难[1]。煤化工是以煤炭为原料进行化学工艺处理,在这一化学反应过程中会产生一些气态的、液态的、固态的产品以及副产品,在此基础上进行深加工,会进一步转换成化工产品和能源。煤化工产品在我们的日常生活中非常普遍,例如液化气、洗衣粉、衣服布料等都是煤化工的产物。
一、煤化工行业的发展现状
煤化工行业是我国煤炭产业链中的一个重要环节,是能源供给的重要来源之一。近年来,随着我国对能源需求的增加,煤化工产业迎来了巨大的发展机遇。生态环境保护是当今世界的一个共同主题,而解决好煤化工行业的环境保护问题是煤化工行业的重要课题,强化节能减排,创建资源节约型、环境友好型企业则是煤化工行业的发展方向,也是我国经济发展的一大趋向。只有勇于探索,不断进行行业技术革新,才能实现煤化工行业的可持续发展。
(一)传统煤化工的发展现状
传统的煤化工产业是我国国民经济的一项支柱产业,我国的合成氨、焦炭等化工产品的的产量是全球最高的,广泛应用于农业、工业的各个领域。随着经济社会的不断发展和科学技术日新月异的变化,传统煤化工产业受到了巨大的影响,特别是我国环境保护意识的加强使日益落后的传统煤化工产业面临着巨大的挑战。
(二)新型煤化工的发展现状
新型煤化工主要包括煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇等,我国新型煤化工的发展目前仍然处于起步阶段,其主要包括的技术有空分技术、气化技术、合成技术等[2]。虽然新型煤化工产业的发展时间还不长,但是基于传统煤化工产业的资源和经验的支持,在我国“十一五”期间得到了较大的发展,取得了煤化工领域的世界性突破,在全球首次实现了煤基路线烯烃的生产。
二、煤化工产生的环境问题及对策
(一)煤化工产生的环境问题
煤炭中含有无机物和有机物,在煤化工的气化、焦化、液化的过程中,会产生废气、废水、废渣等很多废弃物,这些废弃物会污染空气、土壤以及水资源。煤化工的流程比较复杂,在生产过程中会不可避免地产生一些环境污染的问题。例如,在焦化时,装运煤炭的过程会产生粉尘污染,这些在户外产生的粉尘很难实现收集利用,它们飘散在空气中,会损害到附近作业人员的身体。在炼化过程中,会产生有毒气体和废水,虽然经过了澄清和分离之后再排放,但是仍然含有有害的残留物,很难彻底清除。气化是将固体燃料和液体燃料在气化剂的作用下合成能源的一个过程,在气化的过程中也会产生不同程度的污染。相对来说,液化的过程产生的废气物较少[3]。
(二)对策
在生产过程中,如何保护环境,归根结底需要减少污染物的排放,同时加强对污染的治理。因此,除了在煤化工的污染物排放上下功夫外,还要在各个环节上加强预防和治理,最好能从循环利用的角度出发,加强回收利用,努力变废为宝,重要不仅能减少环境污染,还能节约能源,增加效益。
创建环境友好型产业可分五个阶段:源头预防阶段、过程控制阶段、污染治理阶段、循环利用阶段、环境管理阶段。源头预防是指保证煤化工生产达到一定的清洁标准,从源头上就开始防治污染。过程控制则是在生产过程中对产品、半产品、副产品以及废弃物进行监测,在保证产品质量的同时,使排放的废弃物符合排放标准。污染治理阶段仍然是一个很关键的环节,要求煤化工排放的废物符合国家规定的指标,为后面的循环利用环节奠定基础。循环利用阶段是至关重要的一环,在这个阶段主要是将物质流、水流和能流整合,经过处理并合理利用,使整个生产环节实现系统的有机循环,这样既做到了节约成本,又实现了环境保护的双重目的[4]。环境管理阶段除了管理排放物、产品和流程外,还要培养和管理工作人员的环保意识,加大节能减排、低碳生态的宣传。
三、煤化工生产工艺节能减排技术分析
(一)煤炭高效洁净利用的化工技术
加强研究煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等化工技术,加大对煤气化、液化、气化联产技术等洁净煤利用的核心技术研发,推动多种煤炭转化技术开发,通过对化工和热工过程的集成优化,实现煤基多联产,同时,获得脂肪烃、芳香烃等多种高附加值的化工产品和气体燃料、液体燃料、电等多种洁净的二次能源,既达到低污染排放,又使化工产品或清洁燃料的生产过程耗能更低,使煤炭资源达到梯级综合性利用,为洁净煤产业提供技术支持。
(二)煤焦油深度加工及产品多元化技术
对于煤焦油加工工艺落后、环境污染严重、加工深度不够等一系列现实问题,要进一步加强分离技术研究,加快新技术的转化应用,延长煤焦油加工产业链条,向精细化工、医药等方面的高附加值深加工产品方面发展。研究采用冷热流体换热、低温减压蒸馏、多级循环水、热量回收利用等新技术,降低煤焦油加工中的能源消耗量。加强研发焦油加工过程中产生的废弃物的处理技术。
(三)煤层气、焦炉煤气洁净转化及优化利用
加强研发煤层气化工技术,推进煤层气非催化转化制甲醇技术,完善煤层气转化制合成气技术。开发煤层气生产合成氨及其相关产品、合成油及甲烷氯化物等有机化学品、合成甲醇及其下游产品,以及煤层气深加工技术的研发。通过对脱硫、脱氰、除尘等焦炉煤气洁净利用技术革新,推进焦炉煤气制备天然气工艺创新,集净化、合成、分离为一体的工艺,以及焦炉煤气高温热裂解制氢与部分氧化重整制氢技术,焦炉煤气用于生产化肥、甲醇及其衍生物化学品技术。
(四)现代化工过程强化新技术及其节能环保新技术
以改造生产设备、降低能耗、减少污染、资源回收为目标,结合煤化工的特点,加强研究化工过程强化技术,一是开发新型反应器、热交换器以及新型塔板等化工装备技术。二是强化生产工艺过程,如反应和分离的耦合、分离过程的耦合,研究推广煤化工过程的新技术、新工艺,从而实现节能、环保的目标。
四、结语
综上所述,煤化工是我国的一项支柱性产业,与我们生活密不可分,煤炭化工行业在生产出大量的工业和生活产品的同时,也造成了很大程度的污染,给我国脆弱的生态环境增加了很大的负担,为生态环境保护带来了极大的压力。因此,在煤化工产业快速发展的同时,怎样解决好环境污染问题,从而实现经济发展与环境保护同时进行,成为了当前的重要课题。按照科学发展的要求,促进煤化工行业的可持续发展,实现经济发展与环境保护的双赢,努力创建资源节约型和环境友好型的煤化工产业。
参考文献
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(1.贵州省煤矿设计研究院,贵阳 550025;2.中国运载火箭技术研究院 航天材料及工艺研究所,北京 100000)
摘要:近年来由于煤炭价格持续低迷、全社会对燃煤污染的高度重视以及对未来天然气市场的良好预期,煤制气项目得到了快速发展,然而,煤制气属于高水耗、高能耗项目,且伴随有废水量大、难以治理等环境问题。贵州煤炭资源丰富,但生态环境较为脆弱,地表水环境容量小,不宜大规模发展煤制气项目。结合贵州实际,对发展煤制气项目的优势及存在问题进行了全面分析,提出适度发展的建议,为今后全省煤化工产业规划提供参考和依据。
关键词 :煤化工;煤制天然气;煤炭;产业发展
中图分类号:F427 文献标识码:A 文章编号:1008-9500(2015)07-0057-04
收稿日期:2015-05-03
作者简介:肖 维(1984-),女,湖北孝感人,硕士,从事环境规划与管理及环境影响评价工作。
煤制天然气是煤化工最核心的技术之一,其原理是在高温条件下借助气化剂作用将固体碳转化为可燃气体或气体混合物的热化过程[1]。受我国“富煤贫气”资源赋存特征的约束、以及大气污染防治要求不断加强,天然气将变得更为稀缺,供不应求现象将长期存在。因此近年来一些化工企业在富煤区建设煤制天然气项目,随着煤炭价格日益下滑,煤制气的生产成本已明显低于管道天然气或LNG,这一核心优势加大了煤制气项目建设的热情。
1煤制天然气发展现状
煤制气是一种新型煤化工技术,属于煤炭深加工方式之一。相对于其他方式——煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制二甲醚等而言,由于其能量转化率较高,单位能量水耗低、投资小,工程建设简单成熟、制气成本低。且随着天然气需求量不断增加,全国富煤地区均在积极推进煤制气项目建设。
随着国家《天然气“十二五”规划》及《煤炭工业十二五规划》出台,其中明确指出富煤地区应发展煤制气项目作为管道天然气的气源补充。据石化行业相关统计资料显示,截止2014年12月,处于计划之中的煤制气项目全国有60多个,获发改委核准建设的约17个,主要分布于新疆、内蒙等区,其规划总产能可达1 162亿m3/a。然而,目前已投入商业运行的项目仅有1家——大唐国际克旗煤制天然气公司。其余项目均处于工程建设或前期手续论证阶段,且随着环保要求愈加严格,受环境容量、水资源等条件的约束,部分项目未能获得国家环保部的批准,随着公众对环保的关注不断加强,未能获得环保部批准的项目已经放慢了建设进程。
由此可见,我国煤制气尚处于初步发展阶段,2011年~2013年发展较快,自2014年以来,随着煤制气存在的技术风险、资源消耗大、能源转化效率低、环保压力大等方面质疑声逐渐增大,其发展速度严重受阻。
2贵州省发展煤制气的意义
贵州属于富煤区,尽管煤层气含量丰富,但由于甲烷浓度含量低、集中开采利用成本较高,始终难以形成规模化。而贵州受产能过剩及用电量下降的影响,目前,大部分矿井存在“堆煤难售”的现象。在此背景下,引进煤制气项目一方面可消耗大量煤炭以扶持煤炭企业渡过难关,另一方面,高硫煤通过煤制气项目可减少对大气环境的污染。然而煤制气项目存在的水耗大、废水治理难等环境问题在生态环境相对脆弱的贵州显得更加突出。因此,在贵州发展煤制气需要更充分的论证。
2.1煤炭工业发展的需要
贵州煤炭资源赋存丰富,有“西南煤海”之称。煤炭工业一直是贵州省主要支柱产业之一,经过2002~2012年10年间的快速发展,贵州各地(尤其是六盘水、毕节、黔西南、遵义等富煤地区)社会经济实力得到了极大的提升,但与此同时对煤炭行业的依存度也随之增加。随着国家经济发展速度放缓、产业结构的优化升级,以及安全生产成本不断攀升等因素影响,煤炭产业受到了较大的冲击。贵州半数以上煤炭企业面临生存困难,同时对地方财政收入、就业稳定等方面也造成了一定的不利影响。从根本上看,贵州煤炭产能过剩的问题依然严重,而电厂耗煤有所减少。因此,原煤外售已然成为限制贵州煤炭工业健康发展的关键环节。
煤制气项目耗煤量较大,且适宜于高硫煤、低热值煤。以40亿m3/a项目为例估算,年消耗原煤1 424万t/a,相当于1~2个县的全部产煤量。由此可见,发展煤制气对于地方的煤炭工业发展有积极意义。
2.2煤化工产业发展的重要选择
现阶段,贵州煤化工生产企业仍以传统的煤焦化、合成氨(化肥)、乙炔为主,生产规模小、产品单一、工艺设备落后、能源资源浪费严重、环境污染大等问题较为突出。因此,贵州省在十二五期间规划了3个煤化工基地,即毕清煤化工基地、六兴基地、黔北基地,拟发展新型煤化工。截止2015年3月,贵州省共引进大型项目5个。
贵州新型煤化工项目建设情况见表1。
不论从国家能源战略调整,还是产业结构升级的要求看,新型煤化工都将成为助推煤化工产业新一轮快速发展的必然趋势。而煤气化技术是新型煤化工最核心技术之一,一方面,乙二醇、烯烃等产品均需通过煤制气生成甲醇后制得,另一方面,煤制气可作为原料为化工企业提供天然气,因此,煤制气也是贵州发展煤化工的关键。
2.3天然气的市场前景
随着能源结构的升级改造,天然气的需求量将不断增长,供不应求的状况将长期存在。贵州天然气主要由中缅油气长输管线与中卫-贵阳联络管线供给。目前,贵阳、遵义、安顺、都匀等4个城市支线管网已基本全部覆盖,规划至2020年建设管网覆盖全省9个地州市。然而,目前中缅管线天然气进口价格约合2.68元/m3,考虑输气成本后,到贵阳境内其用气成本约3.2元/m3,高昂的用气成本以及气源受制于人可能存在的能源安全隐患,使得煤制气更具比较优势。以现有规划建设的煤制气项目估算统计[7],在煤价为500元/t时,煤制天然气生产成本约2.49元/m3。而目前贵州省煤炭价格平均不到350元/t,预计同规模生产成本不足2元/m3,从投入产出看,贵州发展煤制气的经济效益相当可观。
2.4有利于原煤清洁利用
根据火电厂及锅炉污染物排放标准可知,煤制天然气作为清洁能源利用,其主要污染物SO2、NOX以及烟尘的排放量相对直接燃煤较小,对大气环境保护有积极意义。
热能不同利用方式主要污染物排放标准见表2。
贵州以无烟煤和烟煤为主,高硫煤所占比例较高,而煤制气项目可通过酸性气体脱除回收硫磺,不仅可实现煤的清洁利用,还能获得副产品,以提升煤炭附加值。此外,还可通过碳补集与封存(CSC)技术大大减少CO2的排放,对于减排温室气体有较好的效果。
3贵州发展煤制气存在的问题
3.1水资源不足且分布不均
煤化工属于高水耗行业,煤制气项目也不例外。根据《国家“十二五”煤化工示范项目能效和能源目标》可知,煤制气单位水耗不得超过6.9 t/km3,以年产25亿m3煤制气项目为例估算,其日耗水量高达2 156 m3/h。
从地表水系分布看,贵州省相较东部区域而言,西部地区水资源相对匮乏,尤其在枯水期。而贵州煤炭资源多覆层于中西部,如安顺、六盘水、毕节、遵义、黔西南等地。富煤地区主要地表河流为:黔南及六盘水市北盘江,毕节地区三岔河及六冲河,贵阳北部乌江,遵义地区赤水河,以及这些河流的一级支流。其中赤水河大部分河段为长江珍稀鱼类保护区、且部分河段涉及茅台酒厂上游取水保护区范围,三岔河、六冲河及下游的鸭池河(乌江)大部分河段涉及黔中水利枢纽工程,其水环境十分敏感,在该流域发展煤化工项目在环保上不可行;而北盘江常年径流量相对较小,且水质较差。由此可知,富煤地区水资源量相对较小。
3.2环境风险高、管理难度大
煤制气项目最大的环保问题是废水治理呈现“两高两难”态势——即废水排放量大,处理难度大,污染物浓度高,运行成本高。煤气化生产废水主要来源于洗涤、冷凝和分馏工段,其中主要污染物COD浓度高达3 000~5 000 mg/L、总酚600~900 mg/L、氨氮200~500 mg/L、TOC浓度1 000 mg/L、TDS浓度2 000~4 000 mg/L,油类150~200 mg/L,此外,还含有氰化物、生化有毒物质及抑制性生化物质,属于典型的高浓度、高污染、有毒、难降解的工业有机废水。由于废水中含有大量难降解的多环、杂环化合物,对微生物具有一定的毒性抑制作用,造成可生化性差;氨氮浓度高,造成油水分离困难;表面活性剂使得废水易发泡、污染物处理效果差[10-11]。目前国内生产企业及科研院所虽然研发了一些可适应性的处理方案,但尚未有稳定成熟的处理工艺,这将极大地增加环保管理风险。
贵州生态环境较为脆弱,水土流失及石漠化问题较为突出,矿井聚集区域地表河流污染较为严重,且大部分河流流量小,环境容量有限;而对于煤制气项目而言,水环境承载能力是其能否建设的重要衡量指标,因此,地表水环境容量将成为在贵州发展煤制气的主要约束因素。此外,煤制气项目还将产生大量灰渣,其堆存可能对岩溶地区地下水环境造成较大的污染影响。而煤炭多分布于喀斯特区域,如毕节、黔北等地,地下岩溶十分发育,这势必给灰渣场的选择以及环保管理方面增加压力。
3.3节能减排压力大
3.3.1能源有效利用率比较分析
煤直接发电的热能有效利用率为40%~43%,若仅用于供热,其热能利用率约54%。按照国家标准,煤制气的热能有效利用率不低于52%,煤制气用于供热的热能利用效率为85%,而煤转气再用于供热(蒸汽),其热能有效利用率仅为44.2%;若用于发电,其综合能效仅30%。
原煤能源利用方式效率比较见表3。
由表3可知,煤制气不论作为供热或是发电,煤的热能转换效率均相对较低。有关专家指出[12],煤化工的方向是材料而不是燃料,这是煤化工发展的必然选择。由此可见,煤制气作为天然气的补充不宜大力鼓励或支持。
3.3.2碳排放比较分析
现有煤制气主要的生产工艺基本都需要CO 变换、酸性气体脱除、高温甲烷化等环节,而这一环节将排放大量的CO2。Chi-Jen Yang等人研究表明[13],煤制气的全生命周期 GHG 排放是常规天然气开采的7倍。Paulina Jaramillo等人研究发现[14],与利用煤炭直接发电方式相比,煤制气与项目的温室气体及污染物排放有所差别。
煤制气与原煤直接利用(发电)主要污染排放比较见表4。
由表4可知,煤制气项目单位热值CO2排放量比煤炭直接利用发电高;此外,由于煤制气项目中碳的转化率较高,为减少CO2直接外排,目前均采用较为成熟稳定的工艺——CCS(CO2 Capture and Storage),以实现CO2的捕捉与封存。然而,在贵州多数地区轻工业、新技术的研发与应用配套设施均相对落后,CO2实现大规模利用的可能性较小。
因此,从减少温室气体排放角度看,煤制气项目不利于贵州地区大气减排。
4结论与建议
4.1结论
随着天然气的需求矛盾增加,煤炭价格持续下降,煤层储层丰富地区均加大了煤制天然气项目建设的热情。贵州属于富煤区,煤炭工业是其经济发展的重要支柱,在贵州发展煤制气不仅有利于气源得到充分保障,也有利于缓解煤炭企业原煤难以销售的困难局面,同时还有利于煤炭的清洁利用,减少大气污染物排放。然而,煤制气项目水耗高、污水处理难度高、环境风险管理难度大,能源利用率低、CO2排放量大等问题,严重的制约了该类项目在贵州大范围推广。因此,贵州不适宜大规模发展煤制气项目。
4.2建议
根据矿井集中分布及煤炭运输、天然气现有供应情况、水资源的丰富程度、地表水环境容量,地下水环境是否敏感等多个条件,从明确规划适宜发展区域,严格把控项目选址。如赤水河流域的仁怀地区,岩溶发育的织金、黔西等地,均不适宜发展该类项目;而北盘江流域的水城、盘县等地相对合适。
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【关键词】煤化工,技术发展,路线
中图分类号: P618 文献标识码: A
一、前言
随着当今社会的不断发展,中对我国现代煤化工技术的要求也日益渐高。因此,积极采用科学的方法,不断完善煤化工技术管理就成为当前一项十分紧迫的问题。
二、我国煤化工产业发展现状
1、我国传统的煤化工产业优势项目主要是煤炭焦化和煤气化。
(一)、煤炭焦化项目
据中国炼焦行业协会初步统计,2011年,我国又新增80多家焦化企业,至此我国焦化企业达到330多家,焦炭的年产量可以达到3.77亿吨,2011年焦炭产量达到了4.28亿吨,比去年同期增长11.78%。全国大中型企业新增48座焦炉,预计焦炭产能2622万吨,其中炭化室高5.5米捣固、6米顶装及以上焦炉42座、焦炭产能2424万吨。各种设备、焦化技术也达到世界较高的水平,出产的焦炭质量也在逐年提高。
(二)、煤气化技术项目
煤气化技术是煤化工产业发展的标志性技术。在我国化工机械、冶金建材等行业广泛应用。在我国气化炉大多为固定床气化炉。而且逐步引进加压鲁奇炉、德士古水煤奖气化炉,用于氨的合成、生产甲醇和城市煤气。其中“九五”期间,兖矿集团与一些高校和科研机构进行合作,在先进气化技术上取得了突破性的成果,成功开发出了能每日处理22吨的多喷嘴水煤浆气化炉中试装置,在考核试验中,其性能优于德士古。标志着我国拥有了达到国际先进水平、与我国能源结构相适应的、具备自主知识产权的煤气化技术,填补了国内空白。
2、煤化工产业整体水平低
同世界发达国家的技术水平相比,我国煤化工产业规模小、整体水平落后,主要表现在设备技术水平低,导致能耗高、加工能力小、产品品种少、而且对环境污染过于严重。因此国家在上海等一些地方筹建高水平的煤化工产业装置,来提升煤化工产业的技术水平与生产能力。
三、我国现代煤化工发展对策
作为石油和石化产业的有效补充和替代产业,现代煤化工产业具备长期发展潜力,但现代煤化工项目普遍投资在百亿元以上,工艺技术相对石油化工复杂,对设备的磨损、水耗普遍高于传统石油化工,国外技术和设备也需经过工程化考验,应有控制地发展。同时需要构建成熟的信息通道和技术经济平台,新上项目尤其须做好市场分析,避免盲目上项目带来的产能过剩。在技术研发和示范运营方面,经过近10年来的大规模建设,不少项目暴露出来一些难以解决的问题,应当重视局部技术的研发和推广,尤其是关系到循环经济和节能减排方面技术的升级,提高大型煤化工的整体经济社会效益。
在发展步骤上,应在示范成功的基础上适度推广,并经过一定经济周期的检验。重点发展煤制化工原料的技术创新工作,通过技术发展提高产品附加值。做好热能梯级利用、各类资源通过循环经济实现物尽其用。积累各种现代煤化工项目的物料平衡、热量平衡和消耗定额数据,重视煤质变化对整套系统的影响。争取到2015年现代煤化工部分产业进入成熟期,水耗大幅降低,产品与石化产品具备成本优势,具备大规模推广的技术、经济、环境条件,到2020年成为石油化工的替代补充产业。
四、现代煤化工的主要技术路线
1、煤制油
煤制油主要指煤的间接液化与直接液化,液化产品包括汽油、柴油、航空油、石脑油及烯烃等。随着国际油价的不断攀升以及我国对石油进口依赖度的逐渐增大,发展煤制油具有重要意义。但由于工艺技术相对复杂,我国煤制油工业化生产还处于起步阶段。间接液化需要进一步解决费托和成浆态床反应器设计与制造、催化剂的研制、反应热回收利用及合成尾气甲烷转化利用等方面的问题;直接液化则面临煤质要求高、设备材质要求高以及催化剂一次性加氢液化活性提高等问题。此外,耗煤耗水量高、投资风险巨大也成为了制约煤制油技术发展的瓶颈,应持谨慎态度发展。
2、煤制天然气
天然气是高热值的清洁能源,又是重要的化工原料。目前,国内“少气”的局面主要依靠国外进口管输天然气和液化天然气解决,因此,发展煤制天然气是有利的缓解途径。煤制天然气的能量效率最高,是最有效的煤炭利用方式,同时,单位热值耗水量低,的排放量也比较低,能够实现大规模长距离管道运输。该技术在开发高效污水处理和回用技术,提高转化效率和工艺装置规模及与煤气化技术组合等方面还有很大的发展空间,随着未来天然气价格的持续走高,煤制天然气将成为现代煤化工技术中的一支潜力股。
3、煤制烯烃
煤制烯烃技术主要有两种,中间都经过甲醇:一种是MTO技术,指甲醇制乙烯、丙烯等低碳混合烯烃的技术。另一种是MTP技术,指甲醇制丙烯工艺。在煤炭资源丰富、烯烃供需缺口巨大、国家政策支持以及经济优势明显等有利形势下,中国已成为亚洲唯一一个发展MTO和MTP项目的国家,预计2012-2015年将有16个项目陆续投产,带来合计约10Mt/a的烯烃产能。虽然煤制烯烃还未实现工业化,但经过多年的努力,我国已拥有大连化学物理研究所甲醇制烯烃二代技术(DMTOⅡ)、中石化甲醇制烯烃技术(SMTO)和流化床甲醇制丙烯技术(FMTP)三项重要的自主研发技术。如能克服水资源消耗量大及运输等问题,煤制烯烃将成为煤清洁高效利用的重要发展方向。
4、煤制乙二醇
乙二醇是一种重要的有机化工原料,主要用于生产聚酯纤维、防冻液、不饱和聚酯、剂、增塑剂、表面活性剂、涂料等。目前,我国仅通辽金煤一项20万吨/年煤制乙二醇项目,产品自给率很低,进口依赖度很大,这使得煤制乙二醇具有广阔的市场发展前景。今后应从生产规模大型化、合成水处理与回用、副产气、尾气的综合利用等方面逐步提高技术水平和产品质量,从而提高与中东低成本乙二醇的竞争力。
5、煤制醇醚燃料
煤制醇醚燃料是指以煤为原料,生产甲醇和二甲醚。甲醇是一种重要的化工原料,含50%的氧,特性与汽油相似。与普通汽油相比,甲醇燃料不仅具有很高的辛烷值,而且对于降低PM2.5中含碳、含氮类有害物质的浓度也起到积极作用。二甲醚是替代柴油的清洁能源,其性质与液化天然气相似,与LPG掺混可作为民用燃料。虽然近些年醇醚燃料的研究受到大力发展并取得了一定的成绩,但不得不承认的是甲醇具有毒性,对金属有腐蚀,遇水容易分层。而二甲醚的沸点常压下仅为-23.7℃,对某些合成材料有很强的溶胀性。安全性与可靠性还有待进一步提高,这些都成为醇醚燃料进行市场推广的主要阻力。同时,为使车辆与燃料匹配,还必须重新开发新车或对现有车辆进行改造。而这部分费用势必最终由消费者承担。因此,醇醚燃料替带油品显然还有很长的路要走。
6、IGCC联合循环发电
IGCC联合循环发电是指煤在加压下气化,产生的煤气经净化后燃烧,高温烟气驱动燃气轮机发电,再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。相较于传统的燃煤发电,IGCC联合循环发电高效、清洁,能将煤化工的“废气、低汽”完全利用,并大大减少冷却水的用量,这使得该技术受到煤化工行业与电力行业的广泛关注。但由于流程长,设备投资大,操作复杂,经济性较差等原因,阻碍了IGCC项目建设的步伐。不过,值得期待的是将大型煤化工装置与IGCC
五、结束语
煤化工技术管理作为工程项目施工管理的核心工作之一。对我国现代煤化工工程方面具有十分重要的作用。我们必须将科学技术和管理方法融合到建筑项目管理工作中。
参考文献
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