煤化工专题煤化工包括煤制甲醇、MTO、MTP、二甲醚、氮肥,媒制油等。 世界煤化工发展趋势 煤化工已有近百年的历史了。它的兴衰沉浮始终与地球上的另一个资源石油和天然气紧密相关。 上世纪初,由于炼焦和冶金工业的迅速发展,使焦化工业得以起步,成为炼焦工业、冶金工业的辅助产业。此后,出现了世界煤化工迅速发展的 新态势,煤成为有机化学工业的主要原料,运用分离和合成技术,为化学工业提供了苯、焦油、焦炉气、合成气、乙炔等化学品。以至于在上世纪中叶,进入了全球煤化工的黄金时代。但随着石油化学工业的兴起与腾飞,煤逐渐被石油和天然气替代。然而,到了20 世纪60 、70 年代,全球性的能源紧张出现了,石油价格飞涨“, 能源危机”初见端倪。各种化学原料短缺,严重地制约了化学工业的发展。这时,人们开始思考这种制约化学工业发展的能源危机为什么会产生? 答案是十分清楚的:地球上能源贮量结构与人类能量消费结构出现了失调。人们开始认识到:只有使能量消费结构适应能源贮量结构,只有采取能源和化工原料多元化战略,才能使化学工业源远流长,健康发展。出现以煤逐步取代部分石油的战略趋势,已成为21 世纪的必然。 1 继续开发煤炭洁净气化技术,为煤化工发展提供基础原料毫无疑问,煤的气化是现代煤化工的核心。通过气化,可以得到合成气(CO 和H2) ,再进一步生产各种基本有机化工产品和精细化学品,谓之“碳一化工”。碳一化工的产品链十分庞大,包括甲醇、甲醛、甲酸、醋酸、氢氰酸等。 洁净煤气化技术目前典型技术有二。一是已投入工业生产20 余年的德士古水煤浆汽化技术;二是晚些时候投产但运行良好的英荷Shell 干粉 煤气化技术。它们的特点是高压熔渣气化、单炉生产能力大,分别吃煤2 000 t/ d、2 400 t/ d 以上。而且转化率高,能够实现连续运行。煤炭洁净气化技术的开发一是朝着更大型化方向走,二是改进设备结构,提高脱硫、除尘、净化效率,实现清洁生产工艺。 2 对能源安全和环境保护最具影响的马达燃料成为煤化工产业化重 点所谓马达燃料,就是各类机动车发动机使用的燃料。马达,机动车发动机量大面广,遍布全球,对世界能源安全及温室效应等环境要素影响 极大。新世纪煤化工的一个明显的趋势就是把煤变成马达燃料,实现产业化。 煤制油,历来就有直接法和间接法两种方法。 直接法就是把煤在高温、高压、催化条件下与氢气反应直接转化成油品的工艺方法;间接法则是先把煤气制成合成气,然后再将合成气进一步合成为液体油品的工艺方法。 直接法煤制油技术始于上世纪初,由德国人Bergius 获得世界上第一个煤直接液化的专利。 上世纪中叶,中东地区廉价石油的大量开采,使煤液化失去竞争力,煤制油技术发展很慢。1973 年中东战争爆发导致了能源危机,石油价格暴涨,煤 制油技术又开始活跃起来,美、俄、德、日、英等国开发出许多新的直接法煤液化技术。它们的共同特点是反应条件温和、成本有所降低、有些还采取了石油渣共处理技术。但由于经济及某些技术因素,目前国外煤炭直接液化的实验装置已经全部停运或拆除,部分相对成熟的技术处于封存和储备状态。至今,没有一个国家实现煤直接液化技术生产石油的工业化生产。 间接法煤制油技术的开发晚于“直接法”。上世纪后半叶,南非Sasol 公司陆续建起了几套合成油装置,成为全球最大的煤化工企业,年耗原煤近 5000 万吨。和直接法煤制油不同,间接法煤制油技术已经实现了工业化, 如英荷Shell 公司的SMDS 工艺、Sasol 公司的SSPD 工艺都是十分成熟 的制油技术。 不难看出,21 世纪,由于间接法煤制油技术已十分成熟,将成为大规模产业化的主流;而具有工艺流程简单、设备台数少、投资相对较低优势的直接法技术还要不断进行工业化试验,突破产业化技术难关,完全能够与“间接法”并驾齐驱,甚至取而代之。 3 煤化工将朝着以碳一化学为产业 链的化工多联产集合的方向发展所谓煤化工,首先要煤气化。通过气化,有了CO ,有了H2 ,这就是合成气。以碳一化学为产业链的化工产品多联产集合,是煤化工企业的必然选择。在新的世纪里,甲醇合成技术的走势是解决单程转化率低、脱硫设备庞大的问题,开发高效催化剂、开发新合成甲醇反应器。例如美国公司开发了10 万t/ a 浆态床合成甲醇装置。 甲醇制烯烃是非石油化工路线生产乙烯和丙烯的技术,对平衡全球能源结构,意义重大。目前虽然尚未实现工业化,但前景很是乐观。下一步的趋势是研发寿命长于1 年、选择性、耐磨性高的合成低碳烯烃催化剂。预计甲醇制丙烯催化剂及技术的工业化要晚于甲醇制低碳烯烃(乙烯+ 丙 烯) 。 羰基合成制醋酸采用甲醇与一氧化碳合成法,早已应用多年。但采用煤化工生产碳- 化学品醋酸、醋酐的大型装置在全球只有一家美国伊斯曼公司。可以予见,本世纪将有更多的类似装置出现。毫无疑问,所谓“化工产品多联产集合”,决不是仅此而已。除上述外,还有含氮化合物如氢氰 酸、二甲基甲酰胺、异氰酸酯等等。煤化工企业将会在自己的市场环境中,做出更广泛的选择。 4 煤电化三位一体是本世纪煤化工 的新趋势本世纪煤化工明显成为趋势的模式是在原煤、化两位一体的基础上,将发电列入,实现煤电化三位一体的发展模式,即IGCC 模式。它由煤 炭气化和净化及燃气?蒸汽联合循环发电两部分组成。 煤气化后,经过净化,除去煤气中的硫化氢和粉尘,将固体燃料转化成清洁的气体燃料,供燃气轮机燃用。其排气经余热锅炉产生的高压蒸汽可再驱动再热式汽轮机。大大地提高了燃料中能量的转换效率。IGCC 和煤化工结合成多联产系统, 能同时生产电、热、燃料气和化工产品,便于与生产甲醇、醋酸、氨、尿素等化工过程结合,使煤得以充分利用,大大地降低了生产成本。目前,欧美各相继建成了多座300 MW 的一体化电站。美国已建成气化煤能力900 t/ d、联合循环发电系统由发电机组、余热锅炉组成,出力可达100 MW。 本世纪IGCC 发电的煤气化技术的首要问题仍然是煤的气化技术。煤的气化泛指煤与载氧的气化剂(空气、O2 、H2O、CO2) 之间的也很有限,这为以后研究的广度和深度提供了广阔的发展空间。
对我国煤基能源化工品发展的思考 一、问题的提出 煤化工是以煤为原料,经过化学反应生成化工、能源产品的工业,是煤炭的深加工产业。近几年来,我国煤化工发展逐步升温,呈现无序、过热的态势。各产煤省(地)纷纷抛出了庞大的煤化工发展规划,不仅以合成氨、甲醇、PVC等为代表的传统煤化工产品的产能急剧膨胀,而在建和规划中的产品主要定位在煤制油、甲醇/二甲醚和甲醇制烯烃等方面。各类企业、各种资金纷纷进入煤化工产业,包括煤炭企业、电力企业、化工企业,国有资金、民间资金、国内资金、国际资金等。投资之巨,规模之大,出手之快,令人咂舌。令人真正感到担心的不光是规模,而是正在出现的建设高潮。 国家对发展煤化工有若干政策规定。近几年来,煤化工发展出现的一些情况值得关注: ■煤化工是规模效益非常明显的产业。一些在建或规划中的煤化工项目多数达不到国家规定的规模。一些企业往往受资金、技术等某些条件的制约采取将规划做大,分期实施的方式,化整为零、以小堆大,这样做不仅有利于顺利通过审查,而且可圈占更多的资源,但并不能体现出规模效益。 ■煤化工是高耗水行业。发展要量水而行,以不与农、民、生态争水为前提,严格控制在缺水地区建设煤气化或煤液化项目。但一些产煤省区为了发展经济,以资源为手段,不顾及生态和环境的承载能力,大举招商引资,甚至在同一地区,同一开发区内引进多个结构雷同的大型煤化工项目;在许多严重缺水地区布置了多个大型煤化工项目。有关水利部门已警言,在黄河中段建设超越水资源承载能力的重化工业,很可能引发工业、农业、生态间的“争水大战”,并对黄河下游省份取水构成严重威胁。 ■不少地区以建设煤化工项目为名,行圈占和攫取资源之实,大量夺取煤炭资源,以牺牲资源为代价,片面追求产业快速发展。不少地区煤化工产业刚刚起步,煤资源就已被瓜分殆尽。 ■不少国外大公司正在与有关方面接触,直接参股大型煤化工项目。我国《外商投资产业指导目录(2007年修订)》规定:大型煤化工产品生产由中方控股。资料称,目前外资的投入已占到我国“十一五”期间煤化工计划投资的相当大的部分。各种变相的由外商控股、相对控股的项目相继而出。 ■我国的煤化工热,带来新的一轮大型煤气化技术无序的重复引进热。某干法煤气化技术在国外仅用于循环发电,并未应用于化工生产。但国内一些企业却不顾风险争相引进,截至2007年底已引进20多套。据报道,使用该技术正在运行的几套装置,至今尚没有一套能够实现长周期稳定运行。 ■世界上几乎所有的煤气化技术(有些技术并不成熟)在我国都有引进。我国已成为多个国外煤气化技术首例应用于化工领域的试验(或放大或改进或示范,使其适用、成熟)基地,承受着巨大的付出和风险的代价。 ■我国煤化工过热的突出表现就是“逢煤必化”。为谋求把资源优势转化为经济优势,几乎所有煤产地甚至煤炭调入地区都要大力发展煤化工(全国约有近20个省、区规划,把煤化工“打造”成支柱产业),寄希望于煤化工的GDP。至今全国到底有多少个在建或规划中的煤化工基地和煤化工项目?总投资是多少?产品的产需平衡如何?煤化工发展所需的各方面的条件是否匹配?以上种种恐怕是很少有人能够说得清楚。 为统筹规划、合理布局、科学引导和规范煤化工产业的发展,切实纠正一些地方不顾资源、生态、环境等方面的承载能力,盲目规划、竞相建设煤化工项目,可能对经济社会持续、健康、稳步发展将产生潜在的负面影响,国家发改委于2006年7月7日发出了《关于加强煤化工项目建设管理,促进产业健康发展的通知》。其后又相继出台了一系列相关的政策和规定,使煤化工的无序发展得到一定程度的遏制,但远未达到预期的目标。由于种种原因,无序、过热的发展态势并未完全得到遏制(编者注:国家对煤化工项目的控制可能进一步加强)。 以上种种煤化工产业的超强、超高速度的发展引起了业内人士的深思。这种情况符合科学发展观吗?对国民经济可持续发展和能源安全是喜是忧? 发展煤化工是有条件的。不是逢煤就应“化”、就能“化”得起来的,亦不是有钱就能办到的,不能不顾条件“逢煤必化”。 二、对煤基能源化工品的思考 1、煤制油 高油价催生我国的煤制油产业 各地发展煤制油的热情很高,凡是有煤炭资源的省份都纷纷开展大型煤制油项目前期研究和规划及集资建设。据不完全统计,截至2006年底全国已有15个煤制油项目规划。众多煤制油项目中,除神华320万吨/年、兖矿100万吨/年、潞安16万吨/年3个项目得到发改委的批准外,其余项目均属于地方或企业规划。在建(132万吨/年)和规划中的煤制油项目总规模达到4017万吨/年。 充分重视发展煤制油的风险 以煤制油最大的动力是煤的储量比油、气资源相对要多,其次按现有油价,煤制油可能有利可图。然而煤制油是一项巨大的系统工程,涉及煤资源、水资源、生态、环境、技术、资金以及诸多社会配套要求,且条件要求较高。应高度重视煤制油产业的风险性。 ??在技术方面,国内没有运行中的工业化装置可以借鉴直接法煤制油技术连国外也没有可借鉴的工业化装置。神华的直接液化的煤制油工业化装置在世界范围内是首次建造,存在着从工程放大、装备制造、催化剂性能、生产工艺控制等诸多工程风险。南非沙索公司虽有成熟的间接法技术,但转让费过高。兖矿和潞安的间接法技术正处在工业示范阶段。我国的煤制油技术均没有达到大规模工业化推广阶段。 ??在投资方面,建设1万吨/年煤制油装置就需要1亿元的投资建设一套百万吨级以上的煤制油装置,动辄投资数百亿元。投入产出比过低,造成产品成本核算中摊入的设备折旧费和银行贷款利率偏高。煤制油的成本居高不下。 ??在成本方面,以立项时的油价和煤价进行比较,建设大规模的煤制油项目预期可获得巨大的经济利益然而油价涨,煤亦会相应涨价。随着国家资源费、环保费新政策的出台,税费增加,煤炭价格亦相应提高。煤炭的价格每上涨100元/吨,煤制油的成本就相应增加5~8美元/吨。时至今日,煤炭价格已经比评估时涨了多倍,今后煤价还会继续上涨。此外,装置建成投产时,水、电、汽、运输等公用工程的费用和人工费也远远超出评估时的费用。煤制油的成本还将面临国际油价波动的市场风险。 启动煤制油项目初期阶段布点应从严控制 基于国情,国家有必要从能源安全战略的高度将煤制油列入能源安全战略储备项目中。为规避风险,国家在启动煤制油项目的初期阶段应集中财力,选择不同的装置规模、不同的工艺路线、不同的技术来源分别建设一套工业化示范装置,待装置建成后,由专家对这些示范装置进行综合评估,从中选出技术经济指标最佳的煤制油工艺,择时适度推广。目前我国的煤制油产业正处在工业试验示范阶段,在首套技术没有通过评审之前,不宜再开工建设同类新项目。 我国应掌握煤制油的核心技术 在部署煤制油项目时,要统筹引进技术和采用国内技术。加大力度,重点扶植自主创新的国内新技术。神华的直接法煤制油技术、中科院山西煤化所等开发的间接法技术均有明显进展,应组织力量推动国内技术的示范试验的进程,争取早日掌握煤制油的核心技术。 审时度势、权衡利弊、适度发展 随着高油价时代的到来,发达国家都很重视煤制油技术的研发,美国、欧洲、日本等国家和地区虽然已掌握了煤制油的核心技术,但缺少工业示范装置,没有达到工业应用阶段。据报道[4],美国至今没有煤制油项目。由于投资太大,而且技术风险、市场风险也很大,企业目前还在观望。另外,妨碍煤制油发展的重要因素是环境污染问题,生产过程中产生大量的废水、废气、废渣,污染严重。 当前,我们要集中力量进行产业化技术开发,工业示范装置要力求做到先进、可靠,搞好技术储备,并全面深入研究发展煤制油的问题。要统观国内外情况,审时度势,权衡利弊,稳健决策。我国在替代能源的战略安排上,不能主要盯着自己仅有的那些不可再生的资源上,应把重点放在可再生的清洁能源上。 2、甲醇/二甲醚 国际市场甲醇供需格局发生变化,煤制甲醇价格能否与天然气制甲醇的进口价相抗衡值得关注 世界各国的甲醇生产主要以天然气为原料。2006年世界甲醇总产能为4695万吨/年。2007~2010年全球甲醇产能年增长率为4.5%~5.0%,到2010年产能将达到5800万~6000万吨/年。 进入本世纪以来,新建装置集中在中东、拉美和东亚等地天然气资源丰富的地区,谋求以成本优势占领市场。装置的规模也呈现出大型化(5000~12000吨/天)的趋势。世界甲醇生产格局的变化导致消费格局发生重大变化。美国、欧洲、日本等发达国家和地区甲醇消费已由自给逐步转变为依靠进口。中国也成为世界甲醇生产商的目标市场。 在全球经济一体化的今天,国际贸易竞争己进入中国市场。我国在发展甲醇产业时,应统筹考虑两个资源、两个市场。我国煤制甲醇能否与天然气制甲醇的进口价相抗衡值得关注,特别在东南沿海地区。同时亦要密切关注甲醇主产地在西部,而主市场在东部的地域不平衡带来的运输问题。 国内甲醇呈高速、无序发展的态势 我国甲醇生产以煤为主要原料,产业结构不尽合理,装置规模偏小,企业数目过多,原料路线和工艺技术五花八门。由于对醇醚燃料需求的高度期待,我国甲醇发展过热,几乎“遍地开花”。据报导[5],2000~2007年我国甲醇产能年均增长率为24.8%,2007年我国共有甲醇生产企业177家,总规模已突破1600万吨/年。目前在建、拟建甲醇项目有34个,到2010年总产能将达到2600万吨~3060万吨/年。我国规划中的甲醇产能已超过同期世界其他各国的总产能。 2007年下半年甲醇出口激增。而煤基甲醇是资源消耗型产品,是低附加值产品,依靠大量出口来消化过剩的产能是不妥的。 要采取措施遏制甲醇产能过快增长,有些项目应缓建。与此同时,宜加速淘汰一批能耗高、污染重、规模小的落后企业。努力推行“关小建大”总量平衡的方针。甲醇装置规模效益非常明显,要力推甲醇装置的大型化。 随着标准的出台,二甲醚已进入高速发展期 《城镇燃气用二甲醚》行业标准已获批准,《城镇燃气用二甲醚混合气》国家标准也有望在2008年内颁布。随着标准的出台,二甲醚正迎来新一轮的建设热潮。目前国内二甲醚的有效产能已超过120万吨/年,2007年新开工的二甲醚项目有13项,总产能近700万吨/年。预计2008年二甲醚的消费量将达到220万吨左右;2010年总产能将达到1000万吨/年。 醇醚燃料发展过快,可能面临的风险 大面积推广甲醇汽油尚有待标准出台和时间的考验据悉,低比例甲醇燃料标准已送审,高比例甲醇燃料标准送审稿也将于2008年一季度完成。山西等省市多年试用甲醇汽油积累了经验,但大面积推广甲醇汽油过程中能否避开甲醇毒性、对环境的影响及对发动机的损害等问题,均有待实践的考验。 二甲醚生产面临成本偏高与低价进口甲醇冲击的市场风险以目前甲醇市场价格3000元/吨计,二甲醚的生产成本要超过5000元/吨。LPG与二甲醚的热值比为1:1.6,即1.6吨二甲醚相当于1吨LPG。目前LPG的到岸价在7000元/吨左右,不考虑贮运费用,二甲醚的生产成本只有低于4400元/吨才能被市场所接受。此外,二甲醚的主要生产基地在西北部,而消费市场在东南部。一旦中东甲醇冲击中国市场,东南沿海地区采用低价进口的甲醇生产二甲醚,则对西北地区的二甲醚生产构成威胁。
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