煤炭企業(yè)來發(fā)展煤化工若干問題的探討

2005/6/13 9:16:47

    發(fā)展煤化工是促進煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。目前煤制油項目，煤制甲醇、二甲醚等項目在煤炭企業(yè)已蓬勃開展。為讓讀者更多地了解煤化工項目在煤炭企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)品前景及其需注意的主要問題，借鑒成功發(fā)展煤化工企業(yè)的經(jīng)驗，我們組織了這期專題，旨在推進煤化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
目前煤炭企業(yè)發(fā)展煤化工的技術(shù)路線和產(chǎn)品方向主要有：以生產(chǎn)發(fā)動機燃料油和其它化工品為主的煤直接液化和間接液化，以生產(chǎn)含氧燃料為主的煤氣化合成甲醇與二甲醚，以生產(chǎn)焦炭為主的煤焦化等。在煤化工項目策劃、前期研究以及工程實施過程中，產(chǎn)品取向與市場定位、技術(shù)選擇與資金籌措、企業(yè)經(jīng)濟效益與工程配套條件等均是普遍受到關(guān)注的問題，有的問題對項目可行性具有重要影響。
1　關(guān)于煤液化技術(shù)路線與工程項目進展
1.1　煤直接液化
    煤直接液化技術(shù)和工藝研究已列入國家“863”高科技發(fā)展計劃。在直接液化催化劑方面，煤科總院北京煤化工研究分院建成了高分散催化劑的連續(xù)制備試驗線，成功獲得納米級催化劑產(chǎn)品，并于100kg/d直接液化連續(xù)試驗裝置上進行了煤直接液化試驗。結(jié)果表明：與普通超細(xì)粉碎天然礦物催化劑相比，該催化劑加入量僅約3/4，液化油收率就能提高約4％（干煤基）。在液化工藝方面，結(jié)合神華集團100萬t煤直接液化示范工程的技術(shù)路線優(yōu)化試驗研究，基本形成“神華煤直接液化新工藝”，正在建設(shè)的每天處理6t煤的PDU試驗裝置將對該工藝作進一步開發(fā)驗證，并作為國內(nèi)第1條煤直接液化工業(yè)示范生產(chǎn)線的技術(shù)基礎(chǔ)。
    神華集團于2003年成立煤制油公司，完成了對示范工程基礎(chǔ)設(shè)計的審查和論證，對煤直接液化百萬噸級示范工程進度進行了調(diào)整，目前正在加緊進行工程技術(shù)基礎(chǔ)的進一步優(yōu)化研究、設(shè)計和工程前期準(zhǔn)備工作，預(yù)計到2007年完成第1條示范生產(chǎn)線的建設(shè)并投入試運行。第1條生產(chǎn)線的建設(shè)和投產(chǎn)將對神華集團乃至我國煤直接液化的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到至關(guān)重要的示范和促進作用。
1.2　煤間接液化
    煤間接液化技術(shù)與工藝開發(fā)也得到了國家“863”高科技發(fā)展計劃的支持。中科院山西煤化所于2001年建成每年生產(chǎn)1000t產(chǎn)品的漿態(tài)床合成油試驗裝置和配套的催化劑制備裝置，2002～2003年進行了多次連續(xù)運行試驗，并得到合格的合成產(chǎn)品，在工藝開發(fā)、催化劑研制、運行條件優(yōu)化及自動控制等多方面取得了一些重要成果。
    兗礦集團在實驗室開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，于2003年下半年開始建設(shè)每年生產(chǎn)萬t級合成油的開發(fā)裝置和配套催化劑制備裝置，預(yù)計2004年建成并投入試驗運行。
    神華集團、寧夏煤業(yè)集團分別在建設(shè)每年生產(chǎn)320萬t產(chǎn)品的間接液化商業(yè)化工廠的工程前期研究方面取得進展，2個項目均擬以引進國外成熟的大型合成油技術(shù)為主，主要產(chǎn)品為發(fā)動機燃料油和石油化工替代產(chǎn)品。目前，2個項目均在進行工程前期的技術(shù)與商務(wù)談判準(zhǔn)備工作，預(yù)計于2008～2010年前完成項目建設(shè)。
2　煤化工產(chǎn)品取向及其市場前景
2.1　發(fā)動機燃料油　　發(fā)動機燃料油主要指汽油、柴油和航空煤油。2002年我國進口石油中，原油約占87%，汽油和柴油為凈出口，航空煤油和燃料油為凈進口，2003年我國油品凈進口超過1億t。
    交通運輸是石油的主要消耗部門，國內(nèi)2000年公路運輸消費汽油4410萬t、柴油1970萬t，鐵路柴油消費499萬t，民航油耗494萬t。今后20年，交通運輸?shù)哪茉聪M將快速增長，且主要以汽油、柴油、航空煤油為主（預(yù)計到2020年占交通能耗的95％以上）。預(yù)計到2020年，汽油、柴油、航空煤油需求量達到2.1～2.9億t,約為2000年的2.4～3.4倍，占到石油總消費量的50％以上，其中民航的航空煤油需求量將是2000年的8～12倍（達4000～6000萬t）。汽油、柴油、航空煤油等發(fā)動機用油將成為石油短缺的主要因素，國內(nèi)市場發(fā)展的需求量巨大。
2.2　乙烯、丙烯類產(chǎn)品
    目前我國石油化工產(chǎn)品的進口量占需求量的60%以上，乙烯、丙烯是生產(chǎn)聚乙烯和聚丙烯或其它聚合物的化工原料。近年來，國內(nèi)聚乙烯、聚丙烯消費的增長速度大于產(chǎn)量增長的速度，進口量呈不斷增長趨勢。2003年乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氯乙烯、苯乙烯等凈進口量合計達1071.5萬t，丙烯、聚丙烯凈進口量合計294.8萬t，總計達1366.3萬t。
    預(yù)計到2005年，我國乙烯當(dāng)量消費量將達到1760萬t/a，同期乙烯生產(chǎn)能力將達到830萬t/a；2010年乙烯當(dāng)量消費量將達到2400～2500萬t/a，乙烯當(dāng)量石化產(chǎn)品仍然短缺；到2020年，我國石化產(chǎn)品需求的年增長率仍至少達7.2%。專家認(rèn)為，我國未來對乙烯的需求量巨大，受原材料短缺制約，開發(fā)新技術(shù)和通過發(fā)展煤化工增加乙烯產(chǎn)量十分重要。“九五”期間丙烯的消費量年均增長率高達18.2%。預(yù)計今后10年仍維持這種增長勢頭。聚丙烯是丙烯最重要的下游產(chǎn)品，消費增長速度大于產(chǎn)量增長速度，自給率基本在50%～60%之間。預(yù)測2005年我國聚丙烯需求量為580萬t，2010年為785萬t，屆時仍將出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。
    通過煤直接液化和間接液化得到的石腦油是制取乙烯的優(yōu)質(zhì)原料，間接液化產(chǎn)品中還可直接和間接得到占合成產(chǎn)品一定比例的丙烯，該類產(chǎn)品的未來市場需求量都很大。通過煤液化獲得乙烯、丙烯或制取乙烯、丙烯的原料，不僅與獲得發(fā)動機燃料油同樣具有替代石油及石化產(chǎn)品的重要意義，而且具有較好的經(jīng)濟效益。
2.3　甲醇、二甲醚產(chǎn)品
    表1為近年來我國甲醇的供需狀況�？梢�，甲醇的產(chǎn)量、消費量及進口量均增長較快，2002年進口量達到180萬t。2003年我國甲醇進口量為140萬t。預(yù)計到2010年，國內(nèi)甲醇需求量分別為：基本有機化工原料方面200萬t/a以上，精細(xì)化工和高分子化工原料方面約80萬t/a，發(fā)動機燃料方面達200萬t以上，生產(chǎn)甲醇蛋白100萬t/a�？紤]到甲醇作為替代燃料的應(yīng)用和基本化工合成的發(fā)展，預(yù)計需求量將達800～1000萬t/a。到2020年，甲醇需求量預(yù)計達5000萬t左右。
    表1　我國甲醇供需情況（略）
    目前，國內(nèi)二甲醚的生產(chǎn)能力約為3萬t/a。近年來考慮二甲醚代用LPG和發(fā)動機燃料使用，正在開發(fā)一步法合成二甲醚技術(shù)，有的企業(yè)正在建設(shè)和規(guī)劃建設(shè)二甲醚生產(chǎn)線，總能力估計在200萬t/a以上。二甲醚作為替代能源使用的前景受到關(guān)注，如替代LPG作為罐裝民用燃料，用作燃?xì)廨啓C燃料，分布式供電、供熱燃料，替代柴油，其它化工原料等，有的利用方向尚在進一步研究之中。
    表2　我國LPG產(chǎn)量、貿(mào)易及消費狀況（略）
    表2是近年來我國LPG的生產(chǎn)、貿(mào)易及消費狀況。
    可見，LPG產(chǎn)量逐年有較大幅度增長，凈進口量大約在200～600萬t/a之間波動，但總趨勢是上升，預(yù)計今后我國LPG需求量還將進一步增長。二甲醚作為LPG的替代品將有較大的市場空間。
2.4　焦炭產(chǎn)品
    我國焦炭產(chǎn)量于1997年達到1.39億t，1998～2000年在每年1.2～1.3億t徘徊，2002年產(chǎn)量回升，2003年市場出現(xiàn)貨源緊張、價格上升的形勢，估計產(chǎn)量超過1.4億t。同時，2003年有大量新建機械化焦化廠開工建設(shè)或投入生產(chǎn)。國內(nèi)焦炭市場需求與鋼鐵工業(yè)發(fā)展緊密相關(guān)，預(yù)計在2006年以前，市場需求將會維持在較高水平。
    我國焦炭出口近十幾年一直呈上升趨勢，是國際焦炭貿(mào)易中最主要的供應(yīng)國。2003年國內(nèi)需求增加價格上升對焦炭出口起到抑制作用。預(yù)計今后出口量還會逐步增加，主要市場在北美、歐洲及日本。
3　煤制油技術(shù)及其產(chǎn)品質(zhì)量
3.1　煤直接液化
    從20世紀(jì)70～90年代中期，國外開發(fā)并建設(shè)了100～600t/d級較大規(guī)模工業(yè)試驗裝置的代表性工藝是：德國IGOR工藝、美國H-Coal工藝和日本NEDOL工藝，有的還完成了建設(shè)商業(yè)化工廠的可行性研究和基礎(chǔ)設(shè)計。近年來，由于世界石油資源、市場供應(yīng)基本相對穩(wěn)定，同時考慮經(jīng)濟性等問題，國外研究開發(fā)工作逐步放緩或停止，部分相對成熟的技術(shù)處于封存和儲備狀態(tài)。
    我國從70年代末開始煤直接液化技術(shù)研究，已對上百個煤種進行了煤直接液化研究，對數(shù)十個煤種進行了0.1t/d連續(xù)裝置的直接液化運轉(zhuǎn)試驗，開發(fā)出了納米級高分散煤直接液化專用催化劑，并在實驗室成功地將煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。目前，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國煤直接液化技術(shù)已完成基礎(chǔ)研究，正在工程化開發(fā)之中。
煤直接液化粗油中石腦油餾分約占15%～30%，且芳烴含量較高，加氫后的石腦油餾分經(jīng)過較緩和的重整即可得到高辛烷值汽油和豐富的芳烴原料，汽油產(chǎn)品的辛烷值、芳烴含量等主要指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB17930-1999）,硫含量大大低于標(biāo)準(zhǔn)值（≤0.08%），是合格的優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。中油約占全部直接液化油的50%～60%，芳烴含量高達70%以上，經(jīng)深度加氫后可獲得合格柴油。重油餾分一般占液化粗油的10%～20%，有的工藝該餾分很少，由于雜原子、瀝青烯含量較高，加工較困難，可以作為爐窯燃料油使用。煤液化中油和重油混合經(jīng)加氫裂化可以制取汽油，并在加氫裂化前進行深度加氫以除去其中的雜原子及金屬鹽。
    日本在50桶/d規(guī)模中試裝置上進行液化粗油的提質(zhì)加工運轉(zhuǎn)結(jié)果表明：經(jīng)過二次加氫的柴油十六烷值可達42，催化重整后汽油的辛烷值可達90（ROM）以上。德國有關(guān)研究機構(gòu)對云南先鋒煤試驗研究的結(jié)果是：油收率可達53%，液化油中S、N含量很低，石腦油餾分可以直接作為重整原料用于生產(chǎn)高辛烷值汽油，柴油餾分的十六烷值達到48.8，滿足柴油標(biāo)準(zhǔn)要求。
    國內(nèi)對依蘭煤液化粗油在2L加氫反應(yīng)器裝置上進行了柴油以上餾分加氫裂化，得到的柴油十六烷值可達50，汽油辛烷值為70。神華煤液化油中的石腦油餾分的硫含量小于0.5ppm、氮含量小于0.7ppm，可脫除部分芳烴后加工成合格汽油，也可以作為乙烯原料出售；柴油餾分中硫含量1～2ppm 、氮含量0.4～11ppm，加工后可獲得十六烷值達到45的合格柴油。
3.2　煤間接液化
    我國在20世紀(jì)50～60年代初曾在錦州運行了規(guī)模達到5萬t/a的煤基合成油廠，80年代開始恢復(fù)煤間接液化技術(shù)的研發(fā)，于90年代完成了2000t/a規(guī)模的煤基合成汽油工業(yè)實驗。近年來，中科院山西煤化所針對新型漿態(tài)床合成反應(yīng)器、共沉淀鐵系催化劑制備等進行了放大開發(fā)試驗，于2002年建成1000t/a中試裝置，并進行了多次運行實驗，取得初步研究成果。
    在技術(shù)開發(fā)的同時，國內(nèi)有關(guān)煤炭企業(yè)針對引進成熟技術(shù)、建設(shè)煤間接液化工廠做了大量的工程前期工作。寧夏煤業(yè)集團、神華集團就建設(shè)煤間接液化商業(yè)化示范工廠進行了煤種評價試驗和建廠預(yù)可行性研究，并就引進技術(shù)、投融資、立項等做了大量前期工作。
    煤間接液化分為高溫合成與低溫合成2類工藝。高溫合成得到的主要產(chǎn)品有石腦油、丙烯、α－烯烴和C14～C18烷烴等，這些產(chǎn)品可以用作生產(chǎn)石化替代產(chǎn)品的原料，如石腦油餾分制取乙烯、α－烯烴制取高級洗滌劑等，也可以加工成汽油、柴油等優(yōu)質(zhì)發(fā)動機燃料。低溫合成〖JP2〗的主要產(chǎn)品是柴油、航空煤油、蠟和LPG等。煤間接液化制得的柴油十六烷值可高達70，是優(yōu)質(zhì)的柴油調(diào)兌產(chǎn)品。表3為我國西北地區(qū)某間接液化工程項目擬考慮的產(chǎn)品方案。
4　關(guān)于技術(shù)成熟度及其經(jīng)濟性
4.1　煤直接液化
    總體上講煤直接液化技術(shù)是成熟的。神華集團首次進行世界上煤直接液化新工藝商業(yè)化示范生產(chǎn)線建設(shè)，其風(fēng)險主要集中在大規(guī)模工程化開發(fā)中，如主工藝與輔助工藝的集成配套性，關(guān)鍵工藝（如油煤漿預(yù)熱、催化加氫反應(yīng)等）的科學(xué)、合理設(shè)計，關(guān)鍵設(shè)備（煤漿泵、減壓閥等）的連續(xù)穩(wěn)定運行等工程問題。這些問題的解決需要在工程基礎(chǔ)設(shè)計、工程設(shè)計、關(guān)鍵設(shè)備性能及備用配置、安全滿負(fù)荷運行和特殊操作等全過程中逐步進行深入研究和技術(shù)攻關(guān)，才能規(guī)避風(fēng)險，取得工程經(jīng)驗。這些問題的解決與任何一個大型天然氣化工、石油化工的工程開發(fā)一樣，需要在基礎(chǔ)工作、工程設(shè)計、設(shè)備選型、開車運行等全過程的探索中逐步進行深入研究和技術(shù)攻關(guān)。
    表3　煤間接液化的產(chǎn)品構(gòu)成（略）
    初步研究結(jié)果表明：建設(shè)1座年產(chǎn)油品100萬t的煤直接液化項目，工程建設(shè)總投資約需70～100億元人民幣，全投資財務(wù)內(nèi)部收益率為12%～14%，投資回收期為9～11年，成品油生產(chǎn)成本為1500～1800元/t，具有較好的經(jīng)濟效益。如果國際原油價格在23～28美元/桶之間波動，我國建設(shè)煤直接液化商業(yè)化工廠將有一定的獲利空間。
4.2　煤間接液化
    煤間接液化技術(shù)國外一直有大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)廠在運行。因此，引進關(guān)鍵技術(shù)在我國建設(shè)商業(yè)化生產(chǎn)廠的技術(shù)風(fēng)險很小。
煤間接液化t/a產(chǎn)品投資約為7000～9000元人民幣，消耗煤炭約是直接液化的1.2～1.4倍，全投資財務(wù)內(nèi)部收益率為11%～13%，投資回收期為10～12年；成品油與化學(xué)品的平均生產(chǎn)成本約為1600～2000元/t。目前，如果采用以生產(chǎn)石油化工替代產(chǎn)品為主的高溫合成工藝，工廠的經(jīng)濟效益會優(yōu)于低溫合成工藝。
4.3　甲醇與二甲醚
    國內(nèi)中小型甲醇合成工業(yè)化技術(shù)成熟，國外60萬t/a或以上規(guī)模的大型合成工業(yè)化技術(shù)也是成熟的，可通過引進關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備進行項目建設(shè)。
    二步法合成二甲醚的工業(yè)化技術(shù)是成熟的，一步法合成技術(shù)正在開發(fā)之中。寧夏擬引進一步法合成二甲醚新技術(shù)建設(shè)示范工程（一條生產(chǎn)線20萬t/a）的前期工作正在進行中。
    甲醇是合成多種化工品的原料，也可以作汽油摻混燃料。近年來，國內(nèi)甲醇價格較高，建設(shè)煤基甲醇商業(yè)化生產(chǎn)廠有較大的利潤空間。
4.4　焦炭
    2003年國內(nèi)煉焦煤價格大幅度上漲，但受焦炭價格飚升的拉動，煉焦工廠仍然有良好的經(jīng)濟效益。今后煉焦工廠的利潤空間將取決于煉焦原料煤和焦炭產(chǎn)品價格的變化。有專家認(rèn)為：數(shù)年后國內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉焦煤短缺問題將會更加突出，價格也會維持在較高水平，而焦炭價格受市場影響，會對焦化廠的經(jīng)濟效益形成一定壓力。
5　煤炭企業(yè)發(fā)展煤化工需注意的幾個問題
5.1　煤炭液化
    無論是引進技術(shù)還是自主開發(fā)，建設(shè)煤直接液化或間接液化工廠都需要國內(nèi)有大量技術(shù)配套方面的研究和工程再開發(fā)工作。另外一次性投資較大也是共有的特點，因此，現(xiàn)階段國家部署在少數(shù)條件合適的企業(yè)和地區(qū)進行的工程化和商業(yè)化示范項目，可以在技術(shù)開發(fā)、工程化推進以及商業(yè)化運作等方面積累豐富的經(jīng)驗，為今后大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定扎實的基礎(chǔ)。同時開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤液化技術(shù)也是當(dāng)前和未來幾十年產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展的客觀需求。
    我國煤炭資源豐富，適合于煤直接液化和間接液化的煤種很多，在一些大型礦區(qū)和煤炭基地發(fā)展煤制油產(chǎn)業(yè)的潛力很大，有必要在適當(dāng)?shù)那闆r下進行項目前期研究并進行總體規(guī)劃。
    目前，國內(nèi)擬建的煤液化項目多采取跨行業(yè)（如煤炭與石油、電力、化工等）、多元化聯(lián)合投資和多渠道融資的方式解決資金籌措問題，這應(yīng)是今后煤液化項目建設(shè)的發(fā)展方向。
5.2　甲醇和二甲醚合成
    目前，國內(nèi)已經(jīng)建設(shè)或擬建設(shè)的甲醇生產(chǎn)項目很多，據(jù)不完全統(tǒng)計，新上項目的總生產(chǎn)能力不低于1000萬t/a。國外的研究認(rèn)為：甲醇和二甲醚作為代用發(fā)動機燃料（不是少量摻燒），到達用戶的全成本大于煤基合成油（煤間接液化），同時二甲醚代替柴油也有相關(guān)技術(shù)問題需要進一步研究。因此今后新建甲醇、二甲醚工程項目應(yīng)充分重視市場需求和供求變化。
5.3　煤炭焦化
    新建煤炭焦化工程項目應(yīng)立足煤炭企業(yè)原料煤特點，采用大型焦?fàn)t和能夠提高焦炭質(zhì)量的先進技術(shù)以及必要的環(huán)保技術(shù)，以應(yīng)對未來優(yōu)質(zhì)煉焦煤不足、焦炭市場變化和日益嚴(yán)格的環(huán)保政策帶來的更加激烈的競爭。
5.4　煤化工多聯(lián)產(chǎn)
    煤液化，煤基甲醇、二甲醚，煤炭焦化等煤化工技術(shù)在單元工藝（如煤氣化和氣體凈化）、中間產(chǎn)物（如合成氣、氫氣）、目標(biāo)產(chǎn)品等方面具有很大的互補性。研究表明：將不同的工藝（包括產(chǎn)品再加工，如甲醇制取醋酸等）進行優(yōu)化組合實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，并與尾氣發(fā)電、廢渣利用等形成綜合聯(lián)產(chǎn)，有利于降低工程項目的建設(shè)投資及目標(biāo)產(chǎn)品的平均生產(chǎn)成本，提高整體項目的經(jīng)濟性和抗風(fēng)險能力。因此，多聯(lián)產(chǎn)是煤炭企業(yè)今后發(fā)展大型煤化工－能源綜合產(chǎn)業(yè)的技術(shù)方向。

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