新型煤化工产业发展近况与思考

新型煤化工产业发展近况与思考

程宗泽;张十川

【摘 要】我国煤化工行业经过几十年的发展,已在化学工业中占有及其重要的地位.以煤为原料,合成氨、甲醇为两大基础产品,延伸加工50多种下游产品的煤化工产业已约占化学工业总产量的50%(不包括石油、石化).2008年上半年,国际油价长期维持在100美元以上,使得以煤气化为龙头,运用以碳一化工技术为基础,合成、制取各种化工产品和燃料油的新一代煤化工产品更具竞争优势.即便在当前油价大幅下挫的情况下,由于我国目前贫油、少气、富煤的特殊能源结构以及对于国家能源安全的技术储备来看,煤炭能源化工产业特别是煤炭洁净利用技术为代表的新型煤化工产业将在我国能源的可持续发展、利用中扮演越来越重要的角色,并将逐渐成为今后20年的重要发展方向.这对于我国减轻燃煤造成的环境污染、合理利用能源、降低对进口石油的依赖仍有着重大意义.

【期刊名称】《煤》

【年(卷),期】2009(018)006

【总页数】4页(P39-42)

【关键词】煤炭;煤化工;煤气化;多联产系统

【作 者】程宗泽;张十川

【作者单位】郑州煤炭工业集团有限责任公司,河南,郑州,450006;郑州煤炭工业集团有限责任公司,河南,郑州,450006

【正文语种】中 文 【中图分类】TQ53

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。煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的工业化过程。煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。

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。

1.1 煤制油

1.1.1 煤直接液化制油

煤的直接液化技术是指在高温(450 ℃)和高压(20～30 MPa)下，通过加氢使煤中复杂的有机化学结构直接转化成为液体燃料的技术。其典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制，以及液化残渣气化制取氢气等部分，特点是对煤种要求较为严格，投资规模巨大，但热效率高，液体产品收率高。一般情况下，1 t 无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油，加上制氢用煤约 3～4 t 原料产 1 t 成品油，液化油在进行提质加工后可生产洁净优质的汽油、柴油和航空燃料等。

世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL 工艺、德国的IGOR 工艺和美国的HTI 工艺。国内， 神华集团与中国煤科院北京煤化所共同开发了并具有我国自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺” (CDCL液化技术)， 设计年油品108万t，年用煤量345万t。目前，神华集团煤直接液化一期工程的商业化示范生产线已进入工程建设末期。

1.1.2 煤间接液化合成油

煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以煤基合成气(一氧化碳和氢气)为原料，在一定温度和压力下，将其催化合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺，包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。约5～7 t 煤产 1 t 油。煤炭间接液化技术主要有3 种，

即南非的萨索尔( Sasol) 费托合成法、美国的莫比尔法( Mobil) 和正在开发的直接合成法。

在国外只有南非SASOL公司进行大规模工业化生产。该公司1999年至2006年8年的运行数据显示，1999年油价最低时，平均每桶约为10.5美元，每吨合成油的平均营业利润仍然达到42美元，营业利润率达到21.9%。2006年(2005年6月31日至2006年6月31日)公司经营情况最好时，煤制油部门产品价格折合原油价在57.5美元/桶，每吨成品油营业利润为281美元。

间接液化技术在国内还处于中间试验后的产业化示范阶段。

2004年11月，山东兖矿集团自主研发的万吨级低温费托合成煤间接液化和100

t/a费托合成催化剂中试成功。兖矿集团率先自主研发建设了年产100万t的间接液化项目(兖矿榆林100万t/a煤间接液化制油工业示范项目)数据报道已获“突破性”进展。

中国科学院山西煤炭化学研究所目前具有年产16万t的工艺技术，分别与山西潞安矿业集团、内蒙古伊泰集团合作建设了煤制油项目。其中，潞安集团在山西的16万t煤基合成油(煤炭间接液化)工程，已于2008年12月正式“出油”。该示范项目是我国煤间接液化自主技术产业化的第一个项目，标志着我国“煤制油”产业化试验取得了阶段性成果和重大突破。 1.2 煤气化制甲醇

煤气化制甲醇是以煤为原料通过气化转化生成甲醇，其中煤气化技术是关键。大型煤制甲醇的典型流程是由煤经煤气化制取合成气，再由合成气在铜基催化剂条件下经合成装置生成甲醇。煤制甲醇所运用的煤气化技术按气化炉的形式来划分， 主要有固定床、流化床和气流床。从技术先进性、能耗、环保等方面考虑， 对于大型甲醇煤气化应选用气流床气化为宜。有代表性的气流床气化方法有：德士古水煤浆和壳牌干粉等。德士古水煤浆气化技术的应用较早， 技术较成熟， 国内外的工业化装置较多， 但其气化效率不高， 而氧耗很高。壳牌干粉气流床气化技术由于热效率高、煤种适应范围宽， 最近两年在国内应用比较多， 已有10 多个煤化工项目采用， 但投资相对较高。不同原料的煤气化技术路线，见图1。

1.3 煤制合成气生产二甲醚、烯烃

该方向的主要工艺过程包括：煤气化制合成气；合成甲醇或二甲醚; 甲醇脱水制二甲醚；甲醇或二甲醚催化合成烃类产物(MTO,MTP)。

1.3.1 煤→甲醇→烯烃产业链

以煤制甲醇为原料，引进鲁奇公司甲醇制丙烯、UOP公司甲醇制乙烯等关键技术，重点发展乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸及酯、丁辛醇等下游加工产品，形成甲醇-烯烃煤化工产业链。根据河南省煤化工产业发展现状及“十一五“发展规划，到2010年，形成年产140万t丙烯及下游产品的生产能力，年消耗甲醇160万t，转化煤炭约400万t，实现销售收入75亿元。 煤为原料生产二甲醚、乙烯、丙烯的工艺流程，见图2、图3、图4。

煤为原料生产二甲醚的工艺流程图：

在我国由大连化物所、中石化洛阳石化工程公司及陕西新兴煤化工科技发展有限公司共同研发的甲醇制低碳烯烃DMTO技术于2006年8月取得了重大的突破，在日处理能力甲醇50 t的工业化装置上实现了接近100%的甲醇转化率，乙烯选择性为40.1%，丙烯选择性为39.0%，低碳烯烃(乙烯+丙烯+丁烯)选择性超过90%，为世界上首套万吨级甲醇制烯烃的工业化试验装置，技术处于国际领先水平。国内甲醇制丙烯的技术也进展顺利，由大唐公司引进鲁奇技术建设的国内第一套甲醇制丙烯项目，已快要建成。由中科院大连化物所联合另外两家公司共同完成的甲醇制取低碳烯烃技术开发项目通过了技术鉴定，从而为神华集团建设60万t/a甲醇制烯烃装置提供了可靠的工艺技术。

甲醇价格是影响MTO烯烃生产成本的关键。MTO制低碳烯烃生产成本中原料甲醇费用占到76%以上，因此甲醇价格是制约因素。要降低甲醇的原料费用：一是煤制甲醇装置要大型化；二是煤炭的价格。对于煤基MTO工艺，煤炭原料价格每增加50元/t，甲醇生产成本将增加100元/t左右，低碳烯烃的生产成本就将增加300元/t。

1.3.2 煤→甲醇→碳一化工产业链

从煤到碳一化工产业链，是一个经过优化组合的产品网， 是指以煤气化技术为“龙头”， 组合了多种生产工艺来进行跨行业、跨部门的联合生产， 以得到多种具有高附加值的化工产品、液体和气体燃料( 如F-T 合成燃料、城市煤气、人工天然气等) 、其他工业气体( 如CO2， H2， CO 等)，以及充分利用工艺过程的热并进行发电的能源系统。目前该产业链可根据不同的产品取向分为以油品和化工产品为主的煤化电多联产、以生产二甲醚和甲醇重整气为主的煤化电多联产和以燃料为主的煤化电多联产。多联产没有固定的模式， 实际中根据具体情况进行优化组合，

多联产的近期目标是基于目前工业成熟的单元工艺， 实现包括煤气化、燃气轮机发电、车用液体燃料生产和化工产品合成的初级多联产系统; 远期目标是通过进一步研究开发， 除涵盖煤气化制氢、燃料电池发电、液体燃料生产、化工产品合成之外， 以实现CO2 捕集埋藏、生产无污染的氢能利用及燃料电池发电为最终目标，

实现煤炭利用的近零排放。 为了保证我国的能源供应，逐步建立合理的能源消费结构，大力发展现代煤化工，研究开发以替代油气的燃料和化工原料为主要目标的煤现代化利用技术，是我国发展现代煤化工的政策基本取向。

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要改善合理的能源结构；注重发展IGCC技术提高能源利用效率；大力开发煤气化、煤液化、煤化工等技术；以煤气化基础的多联产系统技术，强调减少中间环节和综合利用来降低煤化工的生产成本。

为了控制前几年我国有煤化工发展过热的倾向，国家有关部门考虑合理科学地利用我国煤炭资源及宝贵水资源，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。将年产规模300万t以下的煤制油项目列为限批项目，将年产规模100万t以下的甲醇、二甲醚项目以及60万t以下的煤制烯烃项目列为不应批准的项目。

2007年初国家发改委颁发了我国《煤炭工业“十一五”发展规划》。《规划》总结了我国煤炭工业的发展情况，分析了我们所面临的形势，指出了目前存在的各类问题，客观地提出了我国“十一五”煤炭工业发展目标和任务，制定了相应的政策措施，明确提出要制定生产和使用煤制油、醇、醚等替代燃料的财税优惠政策。

《规划》指出，2006年至2020年，中国煤化工总计投资1万多亿元，其中装备费用占50%，技术费用占10%。从征求意见稿来看，煤制甲醇、二甲醚、煤烯烃和煤制油在今后十五年将获得大发展。国家针对煤化工的产业政策，就是推动行业整合，扶植行业龙头企业，限制小企业。

《规划》提出，计划在全国打造7大煤化工产业区，分别是黄河中下游、内蒙古东部、黑龙江东部、苏鲁豫皖、中原、云贵和新疆。

具体来说：黄河中下游地区、新疆和蒙东地区、黑东地区，将形成大规模甲醇、二甲醚和煤制油生产基地，到2020年形成：煤制油1 100万t/a；二甲醚700万t/a；甲醇1 500万t/a；中原地区和云贵地区：煤制油各600万t/a的规模。

同时，为解决这些地区的煤化工产品的运输问题，规划修建4大管线，分别是蒙东至锦西、宁东至京津唐港、伊宁至独山子、多伦至北京的管线。

在国家有关政策信息的刺激下河南省提出围绕甲醇→烯烃、煤焦化→焦油深加工、煤制合成氨→精细化工等产业链发展煤化工，提出建设五大煤化工产业基地。