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新型煤化工技术和经济竞争力分析

来源:李秀峰(山西焦化股份有限公司,山西 洪洞 041606) 浏览次数: 日期:2013-08-22 18:33:10

 

    煤化工是以煤为原料,经化学加工,使煤转化为气体、液体和固体并进一步加工成一系列化工产品的工业过程。

    传统的煤化工产业主要包括煤的气化、液化、干馏以及焦油加工和电石乙炔化工等,相应的产品主要为合成氨、焦炭、电石、煤焦油、醋酸等。

    有别于传统的煤化工产业,近年来逐渐兴起和成熟的一些以煤为原料的化工产业和技术被称为新型煤化工(也称现代煤化工),主要包括煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制二甲醚、煤制乙二醇、煤制PTA(对苯二甲酸)等,产品主要有汽油、柴油、乙烯、丙烯、天然气、二甲醚、乙二醇、PTA等。

    新型煤化工产业是技术、资金、资源、能源密集型产业,技术复杂,流程较长,对资源、生态、安全、环境和基础设施配套等条件要求较高。

    传统煤化工与新型煤化工的分类并没有严格的界定,只是一些约定俗成的概念,业内有关专家和专业人员对此存在不同的见解。从本质上理解,新型煤化工和传统煤化工的最主要区别在于两者的经济规模和所采用的核心技术不同[1]

煤化工产业的主要技术

1.1  煤的气化

    按照气化炉中物料和气流运动方式的不同,煤的气化技术可分为固定床、流化床、气流床气化炉3种类型。

    固定床气化炉使用块煤或块焦为原料,适用于较小的容量规模。典型炉型有魏尔曼—格鲁夏煤气发生炉、UGI煤气发生炉、鲁奇炉。

    流化床气化炉使用煤粒为原料,规模介于固定床和气流床之间。典型炉型有温克勒气化炉、鲁奇公司的循环流化床(CFB)炉、中科院山西煤化所ICC灰团聚气化炉。

    气流床气化炉使用粉煤为原料,适用于大规模生产。典型炉型有KT气化炉、德士古气化炉、Shell气化炉、GSP气化炉。

1.2  煤的液化

    根据化学反应过程的不同,煤的液化技术分为直接液化和间接液化2种类型。

    煤的直接液化是煤在较高温度和压力下与氢反应,使其降解和加氢,从而转化为液体油类的工艺,又称加氢液化。根据溶剂油和催化剂、热解方式和加氢方式以及工艺条件的不同,煤的液化可分为溶解热解液化法、溶剂加氢抽提液化法、高压催化加氢法、煤和渣油联合加工法、干馏液化法和地下液化法等。代表性技术有德国的IGOR工艺、日本NEDOL工艺、美国HTI工艺和中国神华工艺。2008年成功投产的神华集团百万吨级煤制油示范项目就是采取的具有自主知识产权的直接液化法。

    煤的间接液化,首先将煤气化产生合成气,再以合成气为原料合成液体燃料或化学产品。煤的间接液化工艺国内外均已成熟,代表性的技术包括南非Sasol公司技术、荷兰Shell公司的合成中间馏分油技术(SMDS)和中科院山西煤化所高温浆态床费托合成技术。2008年生产出合格油品的潞安集团16t级煤制油项目就是采取具有自主知识产权的间接液化法。

1.3  煤的干馏

    煤的干馏是指煤在隔绝空气条件下受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程,也称炼焦或焦化。按照加热最终温度的不同,可分为3种:低温干馏(500600)、中温干馏(700900)、高温干馏(9001100)。

    低温干馏的主要方法是气流内热式干馏,主要产品为焦油(6%~25%)、半焦(50%~70%)、煤气(80m3t200m3t)。

    中温干馏主要是利用外热立式炉进行,产生的煤气热值较高。

    高温干馏是指煤在焦炉内隔绝空气加热到1000左右,获得焦炭、化学产品和煤气。此过程也称为高温炼焦,简称炼焦。

1.4  煤制烯烃

    煤制烯烃技术主要为煤经甲醇制烯烃技术(MTO)和煤经甲醇转化成二甲醚再制丙烯技术(MTP)。

    MTO的代表技术,国外主要有UOPHydroMTO工艺,国内仅有中科院大连化物所开发的DMTO-Ⅰ和DMTO-Ⅱ技术。于2010年成功投产并已商业运行的神华集团包头60ta煤制烯烃技术即采用的DMTO-Ⅰ技术。目前,国内除了陕西蒲城清洁能源公司正在建设的70ta煤制烯烃项目为全世界首套采用DMTO-Ⅱ技术的煤制烯烃装置外,在建的煤制烯烃项目几乎全都采用DMTO-Ⅰ技术。

    MTP是指甲醇首先转化成二甲醚(DME),然后再将二甲醚直接转化成丙烯的工艺。MTP工艺具有易于放大、风险小、投资少、反应物停留时间一致等特点,可使产物选择性达到最大值。代表技术主要有德国Lurgi公司的MTP技术和国内清华大学开发的EMTP流化床技术。国内已建成的神华集团宁煤52ta MTP项目和大唐集团内蒙多伦46taMTP项目均采用了德国Lurgi公司技术。

1.5  煤制天然气

    煤制天然气可分为直接法和间接法。直接法是在一定的温度和压力下用煤直接制取甲烷气的工艺。该工艺没有明显的煤气化和甲烷化2个过程,在一个反应器内直接制得甲烷。间接法也称两步法工艺,指煤经过气化产生合成气,经净化和调整H2CO后再进行甲烷化反应,制得天然气。

    直接法的代表技术有国外的LugriTopsoeDavy等公司的技术,国内中科院大连化物所和西北化工研究院也在进行相关的研究。目前,国内已开工建设的大唐集团克旗40亿m3a煤制天然气项目和庆华集团伊犁55亿m3a煤制天然气项目均采用国外技术。

1.6  煤制二甲醚

    煤制二甲醚(DME)工艺主要有液相甲醇脱水法、气相甲醇脱水法和合成气一步法。其中,合成气一步法生产二甲醚为近年来新研究的技术。目前,国内还没有较大规模的煤制二甲醚装置,已建成投产的最大规模为20ta

1.7  煤制乙二醇

    煤制乙二醇技术是以煤生产合成气,再以合成气为原料采用直接或者间接的方法合成乙二醇。合成气经草酸酯加氢合成乙二醇技术是目前进展较快的工艺路线。中科院福建物质结构研究所研究开发的具有自主知识产权的煤制乙二醇全新工艺流程和核心催化剂已在内蒙古通辽20ta煤制乙二醇示范项目中得到了成功的应用,并实现了工业化生产。

1.8  煤制对苯二甲酸

    精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯的原料。煤制PTA过程是煤气化生成合成气,合成气制甲醇,甲醇再制PTA,属于煤制芳烃的范畴。主要技术有国内清华大学的甲醇制芳烃(FMTA)技术。大唐国际在内蒙古多伦规划建设的100ta精对苯二甲酸(PTA)项目即计划采用该技术。

新型煤化工产业的基本竞争力分析[23]

2.1  煤制油(汽、柴油)

2010年,全国原油加工量约为4.23亿t,汽、柴油产量约为2.35亿t,国内汽、柴油净出口超过800t。从区域上看,各地供需差异较大。东北和西北地区油品过剩,中南和西南地区缺口量较大,表现为“北油南运、西油东调、逐次递推、互相渗透”。预计至2015年,国内炼油能力将达到6.5亿t以上,汽、柴油产量约2.83亿t,汽、柴油的国内需求量约2.84亿t,供需基本平衡,地区差异也将无明显变化。   

因此,煤制油在短期内不具备与石油化工相竞争的成本优势,从市场供需上也不具备优势,生产成本及零售网络将成为竞争力的主要因素。

2.2  煤制天然气

    2010年,国内天然气产量为945亿m3,表观消费量为1042亿m3,进口量为130亿m3。我国天然气的消费主要集中在天然气资源地和经济发达地区。随着天然气骨干网络的建设,将逐步形成“西气东输、北气南下、就近外供、进口补充”的供应格局。近10年,我国天然气的年均消费增长率约16%,而天然气产量的年均增长率约13%。预计到2015年,国内常规天然气产量将达到1500亿m3,而消费量将达到2300亿m3

    因此,煤制天然气在市场需求上存在较大的空间,主要竞争对手为陆地天然气及进口天然气。最大的障碍是天然气的输送问题。目前,国内天然气的主干管网全部为中石油和中石化两家公司所有。由于煤制天然气的技术已相对成熟,因此生产成本及输气管道为影响竞争力的关键因素。在控制好成本和解决好输送问题的前提下,煤制天然气具有良好的市场前景。

2.3  煤制烯烃(乙烯、丙烯)

    截止2010年底,我国乙烯总产能为1512.5t2010年,乙烯产量为1418.8t,表观消费量为1496.9t。预计到2015年,我国乙烯总产能将达到2360t,产量为2124t,表观消费量为2000t,当量消费量为3500t,国内缺口1376t

    截止2010年底,我国丙烯总产能约为1500t2010年,丙烯产量为1220t,表观消费量为1370t。预计到2015年,我国丙烯总产能将达到2200t,产量为1980t,表观消费量为2100t,当量消费量为2600t,国内缺口620t

    因此,煤制烯烃具有较大的市场空间,国内已建成示范项目,并已成功商业运行,技术上成熟可靠。

主要竞争对手为石化企业,成本和运费是制约其竞争力的关键因素。

2.4  煤制二甲醚

    以煤为原料生产洁净二甲醚(DME)燃料,作为石油资源的补充,对我国具有重要的战略意义,同时也具有广阔的市场前景。

    目前,我国在二甲醚工艺开发和规模化装置建设方面均走在世界前列,两步法生产二甲醚的全套技术拥有完全自主知识产权,技术水平已达到世界先进水平,并具备建设百万吨级两步法工艺二甲醚装置的能力。到2015年和2020年,我国二甲醚年产量将分别达到1200t2000t。影响市场竞争力的主要因素取决于应用领域的扩大和原料成本的控制。

2.5  煤制乙二醇

    2010年,国内乙二醇总产能为356t,产量约280t,生产装置主要集中在中石油、中石化和中

海油三大石化企业。2010年,消费量约994t,净进口量约664t。预计到2015年,国内乙二醇产能将达到630t700t,产量将达到530t600t,消费量将达到约1350t,仍有750t820t的缺口。因此,煤制乙二醇市场空间较大,与目前的原煤价格与石油价格相比较,还具有较强的煤价承受能力,与石油制乙二醇相比具有较强的竞争力。

2.6  煤制对苯二甲酸(PTA

    2010年,我国PTA总产能约1500t,产量约1350t,表观消费量约2000t。预计到2015年,我国PTA的生产能力将达到2500t,需求量将达到2800t。因此,煤制PTA市场空间较大,决定其竞争力的关键因素为原煤和原油的价格。

结束语

    总体而言,新型煤化工产品属于国内市场规模大、发展前景好的产品,适度有序发展新型煤化工是解决国内石化产品短缺的有效途径之一。在目前石油价格持续较高的情况下,利用优势煤炭资源建设定位准确的新型煤化工装置具有较强的市场竞争力;水资源、环境保护和产品运输是制约新型煤化工发展的关键因素;由于新型煤化工吨产品投资普遍大大高于石油化工,折旧费用、财务费用及维修费用等固定成本费用所占比例较高,因此装备的大型化是提高项目竞争力的有效途径。

参考文献:

[1] 郭树才.煤化工工艺学[M].北京:化学工业出版社,2001143-266.

[2] 李君发.中国新型煤化工产业竞争力及发展模式探讨[C].第七届中国新型煤化工论坛资料集.乌鲁木齐:诺本公司,2011.

[3) 牛新祥.新型煤化工项目竞争力分析[C].第六届中国煤化工产业发展论坛论文集.海口:中国煤炭加工利用协会,2011.

 

New technology of coal chemical industry and its economic competitiveness analysis

LI Xiu-feng

Shanxi Coking Co.Ltd.Hongdong Shanxi 041606China

AbstractAnalysis on coal chemical industry are conductedespecially the classification and the main techniques of new coal chemical industry. Analysis and comparison are particularly done to the competitiveness of the various industries of new coal chemical. It may provide reference for the enterprise planning to invest on new coal chemical project.

Key wordscoal chemical industrynew coal chemical industryclassificationcompetitiveness analysis

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该资讯的关键词为:煤化工;新型煤化工;分类;竞争力分析 

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