中國現(xiàn)代煤化工復(fù)盤+前瞻資料

中國現(xiàn)代煤化工復(fù)盤+前瞻2015.61我國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展處于十字路口如何我國現(xiàn)代煤化工，是目前大家討論比較多得問題，現(xiàn)在的形勢有幾個特征：逢煤必化，投資幾千億的煤化工項目在沒有批準(zhǔn)的情況下同時開展。未來部分產(chǎn)品的產(chǎn)量將會嚴(yán)重過剩。自2013年開始至今年初,據(jù)統(tǒng)計,包括中石化等諸多能源大佬的煤化工項目總投資約達(dá)5000億元,共計22個煤化工項目,獲得國家發(fā)改委準(zhǔn)許開展前期工作的“路條”。而各地上報發(fā)改委欲獲得“路條“的煤化工項目達(dá)104個,總投資額估計在2萬億元左右。一部分現(xiàn)代煤化工項目運行不佳，只有極少數(shù)項目能夠達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能。有的虧損嚴(yán)重。不少煤化工項目污染嚴(yán)重，媒體曝光后人民群眾對此不滿。眾多能源集團(tuán)紛紛自愿撤離,包括以大唐為代表的電力集團(tuán),還有以中海油為代表的石油石化集團(tuán)等,更讓人關(guān)注的是,還有很多項目因缺水而被迫停工。最近國家發(fā)改委發(fā)布的“西部地區(qū)鼓勵類產(chǎn)業(yè)目錄”中沒有煤化工項目，這給煤化工的發(fā)展?jié)娏艘慌枥渌Ｒ虼?，我國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展處于十字路口。圖1煤化工處于十字路口2我國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展曾經(jīng)輝煌(1)總體發(fā)展曾經(jīng)輝煌經(jīng)過幾十年的艱苦努力，在‘十一五’和‘十二五’期間，我國化學(xué)工業(yè)從以焦炭、合成氨等傳統(tǒng)煤化工向以煤為原料的現(xiàn)代煤化工轉(zhuǎn)變，取得了巨大的成績。這些成績主要表現(xiàn)在多種煤氣化、低溫甲醇洗凈化、費托合成單元(F-T)、甲醇制低碳烯烴(MTO)、煤直接加氫等單元技術(shù)方面等關(guān)鍵技術(shù)方面實現(xiàn)了重大突破，取得了一批具有重大意義自主知識產(chǎn)權(quán)的成果；設(shè)備制造實現(xiàn)四化(國產(chǎn)化、大型化、現(xiàn)場化、成套化)等關(guān)鍵技術(shù)方面實現(xiàn)了重大突破；從而導(dǎo)致了煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制甲醇、煤制乙二醇等五大成套工藝裝置大批建立，部分成套工藝技術(shù)已經(jīng)成熟、示范廠達(dá)到設(shè)計能力；甲醇制汽油、煤制低碳醇、煤制芳烴、甲醇經(jīng)醋酸制乙醇等工業(yè)化示范試驗有良好進(jìn)展，現(xiàn)代煤化工的技術(shù)水平總體上處于國際領(lǐng)先地位。(2)什么叫技術(shù)成熟？投資者需要了解：判斷技術(shù)成熟的標(biāo)志是什么？化學(xué)工業(yè)的技術(shù)必須做到“安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷”地運行。安全：包括生產(chǎn)安全、環(huán)境安全。穩(wěn)定：生產(chǎn)自動化控制，沒有大的起伏，不能開開停停。長周期：每年8000小時運行，可以有備用設(shè)備。滿負(fù)荷：小時產(chǎn)能為設(shè)計值的100%左右，并達(dá)到年度的設(shè)計能力。是否優(yōu)化？不一定。我們要對現(xiàn)在的工藝不斷進(jìn)行技術(shù)改造、不斷進(jìn)行技術(shù)進(jìn)步，在能效、產(chǎn)品成本、投資、環(huán)境治理方面不斷提高。因此，優(yōu)化是無止境的，在沒有做到“安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷”地運行之前，一開始就要求優(yōu)化是不合理的。(3)現(xiàn)代煤化工的分項成就，成套工藝技術(shù)方面：(a)煤制油煤制油分直接液化和間接液化工藝，直接液化是煤加氫變成液化油，然后分離出柴油、石腦油和液化氣。間接液化是煤經(jīng)過氣化成合成氣，在經(jīng)過費托合成過程得到油品，然后分離出柴油、石腦油和液化氣。他們的區(qū)別在于產(chǎn)品的性能有一定的區(qū)別。已經(jīng)有3個間接液化煤制油裝置投產(chǎn)，其中伊泰年產(chǎn)16萬噸煤制油裝置是截止2013年底唯一的達(dá)到設(shè)計能力的現(xiàn)代煤化工裝置，2013年產(chǎn)量為18.16萬噸油品，并且有盈利。這個廠已經(jīng)達(dá)到“安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷”地運行，工藝過程‘五臟俱全’，標(biāo)志著我國間接液化煤制油技術(shù)已經(jīng)成熟。正在建設(shè)的的有9套間接液化的煤制油裝置，總共產(chǎn)能為1450萬噸/年，見表1，其中兗礦在榆林的裝置即將開車。在建裝置中大部分已經(jīng)得到發(fā)改委的路條，但是尚未批準(zhǔn)。表1在建間接液化裝置目前已經(jīng)投產(chǎn)的神華煤直接液化項目，設(shè)計能力見表2。其中，煤制氫裝置采用殼牌粉煤加壓氣化+廢熱鍋爐技術(shù),由2條投煤量為2000t/d、生產(chǎn)能力為31.3t/ｄ的純氫生產(chǎn)線組成。表2直接液化項目設(shè)計能力這套裝置從研發(fā)到投入生產(chǎn)，國內(nèi)有關(guān)單位做出了巨大的努力，2009年整個項目累計運行時間僅61天生產(chǎn)油品6.5萬噸，目前生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計值的82％左右，見表2，基本上是成功的。(b)煤制烯烴已經(jīng)有9個煤制烯烴裝置投產(chǎn)，見表3，其中神華包頭年產(chǎn)60萬噸煤制油裝置今年將達(dá)到設(shè)計能力裝置，并且從2013年開始就有盈利。目前有幾十套裝置正在建設(shè)，各地建設(shè)的熱情很高。表3已經(jīng)投產(chǎn)的MTO-MTP項目(c)煤制天然氣已經(jīng)有4個煤制天然氣裝置投產(chǎn)或即將投產(chǎn)，非常遺憾的是內(nèi)蒙克什克旗的裝置今年開車的時候出了一點事故，影響不好。由于用魯奇爐氣化，污水處理比較困難，因此，國內(nèi)對煤制天然氣裝置的建設(shè)產(chǎn)生懷疑，信心受到影響。十二五期間計劃開工的煤制天然氣項目，包括已經(jīng)批準(zhǔn)建設(shè)和發(fā)改委給出路條的項目共14個，見表4。表4十二五期間開工的煤制天然氣項目14個項目的總投資約為5500億元(不包括管道在內(nèi))，耗水約為4.7億噸，耗煤約為2.7億噸。也許還會有其它項目開工，但這14個項目全部完成投產(chǎn)并能達(dá)到年產(chǎn)能，估計最早在2020年。屆時，全國天然氣總量約為3500-4000Nm3/a。煤制天然氣只能是礦物天然氣的補充，代價很大。(d)煤制乙二醇中科院福建物結(jié)所近30年的不懈努力，采用草酸酯氧化偶聯(lián)法制取乙二醇，開發(fā)了偶聯(lián)和加氫催化劑，并先后進(jìn)行了300t級和1萬噸級的合成工藝試驗。一個年產(chǎn)20萬噸(8*2.5萬噸)煤制乙二醇示范項目由福建物構(gòu)所、上海金煤化工新技術(shù)有限公司等多方合作建設(shè)，該裝置總投資22億元，于2009年底建成投產(chǎn)，裝置至今沒有達(dá)標(biāo)。與此同時，國內(nèi)乙二醇的科研比較活躍，有多套實驗裝置正在建設(shè)和開始運行，見表5。新疆天業(yè)5萬噸級示范項目，去年達(dá)到近90%的開工率。目前沒有一個裝置已經(jīng)達(dá)到設(shè)計能力，尚不具備大規(guī)模推廣的條件。但是目前在建的裝置很多，總能力至少達(dá)到500萬噸，2015年有大批裝置投產(chǎn)。表5國內(nèi)乙二醇的科研狀況(e)煤制芳烴甲醇制芳烴起源于上世紀(jì)八十年代新西蘭成功工業(yè)化的甲醇制汽油(MTG)工藝，經(jīng)過催化劑的調(diào)整和反應(yīng)床層形式的改變，達(dá)到產(chǎn)物中芳烴含量最大化和能夠持續(xù)運行的目的。目前國內(nèi)有兩個成果，一個是固定床轉(zhuǎn)化技術(shù)，另一個是流化床技術(shù)，它們的反應(yīng)產(chǎn)物中都可以得到75％左右的芳烴、25％的液化氣和干氣?；旧隙际?t甲醇制取1t烴產(chǎn)物。用不同的催化劑和不同的反應(yīng)條件，試驗得到的產(chǎn)物芳烴是一組復(fù)制的混合物。針對具體的催化劑，反應(yīng)的產(chǎn)物不同，后續(xù)的分離工藝也不同。為了建立一個合理的煤制芳烴工業(yè)裝置，這就需要加重工業(yè)試驗的分量，需要消耗一定的時間。煤制芳烴是現(xiàn)代煤化工中期望的第五種工藝，如果能夠成功，將對化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生較大的影響。目前正在工業(yè)化試驗中，是處于大規(guī)模工業(yè)化成功的前夜。(4)單元技術(shù)方面的成就(a)煤氣化國內(nèi)煤氣化技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入實際應(yīng)用階段，多噴嘴水煤漿、航天爐是典型的代表，多噴嘴水煤漿已經(jīng)有36臺投入運行，規(guī)模最大的有3000噸/d，合同已經(jīng)有103臺，是國內(nèi)煤氣化開發(fā)成功的代表。(b)低溫甲醇洗國內(nèi)大連理工大學(xué)提供工藝，由原化工部各設(shè)計院設(shè)計，已經(jīng)建成幾十套低溫甲醇洗裝置，上海國際化建公司開發(fā)了半貧液流程，均已經(jīng)工業(yè)化成功并正常運轉(zhuǎn)。(c)費托合成單元(F-T)國內(nèi)開發(fā)的費托合成也有30多年的歷史，山西煤化所采用鐵基催化劑，已經(jīng)建成3個年產(chǎn)16萬噸的裝置，伊泰合成油廠2013年產(chǎn)量為18.16萬噸，達(dá)到設(shè)計能力。兗礦研究所采用鈷基催化劑，即將在陜西榆林投產(chǎn)1個年產(chǎn)100萬噸的裝置。(d)甲醇制低碳烯烴(MTO)中科院大連化物所研究甲醇制烯烴也有30多年的歷史，采用SAPO-34催化劑，神華集團(tuán)在包頭建成1個年產(chǎn)60萬噸烯烴裝置，采用洛陽工程公司的設(shè)計，2010年投產(chǎn)，該廠2013年產(chǎn)量為54.5萬噸，預(yù)計2014年達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能。(5)設(shè)備制造四化(a)國產(chǎn)化起始于上世紀(jì)80年代的化工裝備國產(chǎn)化，經(jīng)過20多年的努力已經(jīng)實現(xiàn)，目前，現(xiàn)代煤化工的主要非標(biāo)設(shè)備，幾乎完全國內(nèi)自己制造，國外引進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，也已經(jīng)基本上實現(xiàn)國產(chǎn)化。(b)大型化單臺設(shè)備重量在千噸以上，已經(jīng)能夠制造并且運行良好，例如神華直接液化的煤直接加氫反應(yīng)器，單重2250噸，已經(jīng)運行6年。目前設(shè)計的費托合成50萬噸/a反應(yīng)器，重量約為2000-3000噸左右，即將運行。(c)現(xiàn)場化單臺超大型設(shè)備在現(xiàn)場加工制造，已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工設(shè)備制造的主要手段，不用為公路、橋梁的承載能力而發(fā)愁。(d)成套化從煤到產(chǎn)品的全套裝置，包括大型空分等單元裝置，也已經(jīng)能夠成套地在國內(nèi)建造。這就是我們幾代煤化工人所取得的成就。3煤化工的發(fā)展遇到什么問題(1)環(huán)境問題-污水處理和CO2排放理論上，工廠的設(shè)計中已經(jīng)把三廢處理得天衣無縫，實際上并不完善。其中最主要的是廢氣的排放和處理不盡的污水排放，是造成影響環(huán)境的主要罪魁禍?zhǔn)住Ｒ悦褐铺烊粴鉃槔?，廢氣的處理量很大，例如，一個年產(chǎn)40億m3/的煤制天然氣項目，排放廢氣的量很大，見表6。表6年產(chǎn)40億m3/a的煤制天然氣項目排放量用另外一個數(shù)據(jù)來描述，即在該裝置中消耗掉的(原料+燃料+電)中，每年排放到空氣中的的CO2(100%)量約達(dá)到600億Nm3左右。目前除了發(fā)展森林外，沒有更好的實用辦法消除它們。污水的處理難度比較大，目前的工藝中采用魯奇爐，煤中的輕質(zhì)組分在氣化過程中轉(zhuǎn)化為焦油、酚、氨、烷烴類、芳香烴類、雜環(huán)類、氨氮和氰、砒啶、烷基吡啶等物質(zhì)與煤氣同時產(chǎn)生。在隨后的煤氣洗滌、冷卻、凈化過程中，上述物質(zhì)中的絕大部分進(jìn)入煤氣水中。經(jīng)過酚氨回收后的煤氣冷凝水需采用物化+多級生化處理的工藝進(jìn)行處理。考慮到循環(huán)系統(tǒng)日積月累，其雜質(zhì)或鹽份將逐漸增高，因此仍需要排出一部分污水送多效蒸發(fā)濃縮處理。但實際上，鑒于經(jīng)多效蒸發(fā)濃縮處理后的濃液采用焚燒方式處理，將消耗大量能源，從節(jié)能減排角度考慮，將其送蒸發(fā)塘，見圖3。圖3魯奇爐煤氣化污水處理圖工業(yè)廢棄物約有600噸/a，見表7，都要填埋處理。表7魯奇爐煤制氣工業(yè)廢棄物顯然，煤制天然氣的污染是客觀存在的，其中廢氣和污水問題是最嚴(yán)重的。(2)優(yōu)先發(fā)展問題-能源和化工誰優(yōu)先？在煤化工優(yōu)先發(fā)展什么產(chǎn)品問題上，國內(nèi)學(xué)者有不同主張，主要是：一部分人主張發(fā)展化工產(chǎn)品，例如甲醇、烯烴、芳烴，二甲醚，DMM3-8等，另一部分人主張發(fā)展能源產(chǎn)品，例如煤制油、煤制氣等。這個問題的爭論已經(jīng)影響到國家的決策。14億人口的大國，究竟最需要什么，最難解決什么？這個問題真是難以搞清嗎？實際執(zhí)行的結(jié)果是，化工得到了優(yōu)先，2013年基本化工產(chǎn)品過剩，而能源大量缺口，見表8、表9。表82013年基本化工產(chǎn)品過剩表92013年我國天然氣和原油產(chǎn)量和進(jìn)口量(3)布局問題-逢煤必化部分地方政府為發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)，積極推動煤炭就地轉(zhuǎn)化利用，在對煤炭資源、市場和環(huán)境考慮不充分的情況下，積極規(guī)劃和強(qiáng)制要求必須在開發(fā)煤炭的同時，配套建設(shè)大型煤化工項目，這就是逢煤必化現(xiàn)象。逢煤必化是當(dāng)前煤化工的過熱發(fā)展的根源，是一種不健康的發(fā)展模式，如果任其發(fā)展，就會引起行業(yè)產(chǎn)能過剩。(4)示范廠的推廣工作無序煤化工在一種沒有長遠(yuǎn)目標(biāo)規(guī)劃的情況下，無序推廣。表現(xiàn)在：有一些技術(shù)在成功后很難推廣，阻力很大，如煤制油；有一些技術(shù)在基本成功后飛速推廣而沒有總量控制，如煤制烯烴；有一些技術(shù)在示范沒有成功的情況下，提前推廣，如乙二醇；有一些技術(shù)在沒有示范的情況下，高速推廣，如煤制氣；有一些技術(shù)有國際成功先例的情況下，在國內(nèi)被不正常的商業(yè)活動排斥而無法推廣，如甲醇制汽油。顯然，這是一種急功近利的行為。(5)規(guī)模問題-史無前例的單廠大規(guī)模裝置有關(guān)方面制定現(xiàn)代煤化工的規(guī)模必須達(dá)到：煤制油100萬噸/a，煤制烯烴60萬噸/a，煤制天然氣40億標(biāo)米/a。這樣的決定是史無前例的單廠大規(guī)模裝置，是順從化學(xué)工業(yè)發(fā)展規(guī)律的？建設(shè)多大規(guī)模的裝置最合適？以煤制油為例：煤制油裝置規(guī)模多大才合適問題，曾經(jīng)引起業(yè)界的爭論?，F(xiàn)在16萬t/a的示范廠，相當(dāng)于43萬t/a的合成氨廠，規(guī)模已經(jīng)不小了。但是在煉油行業(yè)專家建議、煤代油思維和視南非Sadol合成油廠為榜樣的影響下，有關(guān)部門曾經(jīng)決策規(guī)定新建煤制油裝置的規(guī)模要在300萬t/a以上，后又改為100萬t/a以上，這種做法對煤制油的發(fā)展起了不利的影響。煤制油是化工廠不是煉油廠，它不能像煉油工業(yè)一樣一步到位建設(shè)年產(chǎn)幾千萬噸的大廠。煤制油幾百萬噸級的廠，對煉油來說是小廠，對化工來說是超級大廠，一個540萬t/a煤制油的超級大廠，相當(dāng)于1450萬t/a的合成氨廠，煤氣化的規(guī)模浩大，污染治理很困難，在建設(shè)中困難極大，運行系統(tǒng)也很復(fù)雜，沒有一二十年難以達(dá)到設(shè)計能力。煤制乙二醇廠20萬噸就可以建設(shè)，它相當(dāng)于9萬噸的煤制油廠，為什么這樣小的裝置就可以建了？如果我們在條件(原料、水資源、交通、環(huán)境容量等)合適的地方，建設(shè)16-50萬t/a的裝置，規(guī)模不算小、經(jīng)濟(jì)上合算、解決地方用油問題，卻不可以，這顯然不合理。(6)水資源不能滿足要求我國的煤炭資源與水資源呈逆向分布，煤炭資源豐富的地區(qū)，往往是資源匱乏。我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區(qū)的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區(qū)只占9.7%；而我國水資源分布也以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。其中，晉陜蒙寧四個地區(qū)的煤炭資源占有量為已查明的資源儲量的67%，甘青新川渝黔占20%，其他地區(qū)僅占13%，晉陜蒙寧四個地區(qū)的水資源僅占全國水資源的3.85%。規(guī)劃中的黃河中下游煤化工基地就位于陜蒙寧交界處，這里顯然屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，在這里發(fā)展煤化工必然會擠占農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水、惡化生態(tài)環(huán)境，危及環(huán)境安全。曾經(jīng)一個幾百萬噸的煤制油項目欲落戶榆林市的一個縣,但因為用水指標(biāo)達(dá)不到這么大規(guī)模,最終縣政府將所有煤化工用水指標(biāo)全給了該項目,才最終成行?，F(xiàn)代煤化工遇到的問題十分嚴(yán)重，這給我們敲響了警鐘，要科學(xué)發(fā)展，要可持續(xù)發(fā)展！4我國現(xiàn)代煤化工可以適度輝煌(1)高度關(guān)注環(huán)境影響目前，煤化工對環(huán)境影響問題被大家關(guān)注，就煤氣化而言，有的技術(shù)污染大，如固定床，有的技術(shù)污染小，如氣流床特別是水煤漿，要優(yōu)先采用對環(huán)境影響小的技術(shù)。解決污水問題，應(yīng)該采用盡量少產(chǎn)生污水或不產(chǎn)生污水的技術(shù)，其次才是采用怎樣處理污水的技術(shù)。(2)突破技術(shù)瓶頸-科技創(chuàng)新①加大科學(xué)研究投入《2012年全國科技經(jīng)費投入統(tǒng)計公報》顯示，2012年，我國研究與試驗發(fā)展經(jīng)費投入首次突破萬億元大關(guān)。中國科研費用規(guī)模排在世界第三，見表10，與美國和日本比尚有不足，提高科研的投入是絕對必須和正確的。表10全國科技經(jīng)費投入統(tǒng)計②科研要開啟開創(chuàng)性的課題我們的科研要擺脫傳統(tǒng)的思維，盡量不要重復(fù)別人的課題，開創(chuàng)出一條新的道路來。這里，筆者提出3個課題來拋磚引玉。(a)褐煤制漿我國的褐煤資源比較豐富，約占全國煤炭儲量的13%，其中含水約占30—40%，揮發(fā)成分大于40%。利用褐煤作為煤化工的原料，始終是一個比較麻煩的問題。目前推薦的辦法是采用魯奇爐，這在煤制天然氣的項目中被認(rèn)定采用，原因是魯奇爐出口的氣體中甲烷的含量達(dá)到8—10%?？梢詼p少甲烷合成的負(fù)荷。但是，這個技術(shù)同時帶來了許多麻煩，主要是煤氣化爐出口氣體中有機(jī)副產(chǎn)品如酚、焦油等的處理比較困難，在后續(xù)工藝中造成污水?dāng)?shù)量大和難以處理。我們需要轉(zhuǎn)變一個觀念，就是不要追求煤氣化出口的高甲烷含量。在后續(xù)工藝中，甲烷合成負(fù)荷大一些是成熟的工藝，能夠回收熱量，損失有限，而污水處理的難度遠(yuǎn)大于甲烷合成的難度，投資也是污水處理遠(yuǎn)大于甲烷合成。因此，如果我們能夠?qū)⒑置褐瞥伤簼{，用水煤漿氣化的辦法來生成合成氣，不僅技術(shù)成熟，而且污染可以明顯降低，不出現(xiàn)有機(jī)副產(chǎn)品如酚、焦油等，使煤制氣的工藝簡單化，不僅可以降低投資，只是稍微提高甲烷的成本，但比進(jìn)口的天然氣便宜多了。因此，褐煤制漿是一個重大課題。目前褐煤制漿的問題在于成漿濃度低，大約在50%左右，不同的褐煤情況也不一樣，國內(nèi)正在進(jìn)行的研究有深度研磨、改善添加劑、添加油品等辦法，這方面的研究