国内外新型煤化工及煤气化技术发展动态分析_汪寿建

Dynamic Analysis for Development of New Type Coal Chemical-Engineering and Coal Gasification Technology at Home and Abroad
WANG Shou-jian （ China National Chemical Engineering Group Corporation， Beijing 100007 China）
廉， 且技术经济性高等众多优点受到广泛重视 。 目前国内开发的煤制乙二醇工艺技术， 首先由 CO 气相氧化偶联得到草酸二甲酯， 草酸二甲酯再 加氢制乙二醇。 采用该技术建设的乙二醇中试装
图4 煤直接液化工艺流程
3 项关键催化剂的主要性能指标均达到国际先 置， 进水平， 草酸二甲酯转化率大于 99% ， 乙二醇选择 乙二醇产品质量达到国家标准， 污染 性大于 98% ， 物排放达到国家和企业要求。 2.5 煤制人工天然气工艺 从能源和燃料的整体结构分析， 将煤尤其是劣 使其 质煤制成人工天然气（ 高甲烷含量的合成气 ） ， 成为洁净能源， 前景看好。 该技术采用鲁奇加压气 化工艺技术或 BGL （ 或碎煤移动床气化工艺 ） 等气 化工艺， 得到甲烷含量较高的粗煤气， 经变换、 低温 甲烷化和精制， 最后得到高甲烷含量的人 甲醇洗、 工合成气。 大唐国际内蒙古赤峰煤制天然气项目 于 2009 年 8 月获得国家发改委正式核准， 第1 个 13 亿 / a 天然气工程项目将于 2012 年前建成投产， 还有一批煤制天然气项目即将核准建设 。
和准确选择， 阐述了国内外 18 种煤气化工艺的技术特点 、 气化效率、 适用煤种和生产运行效果 ； 提出了选择煤气化 技术的 5 项原则。 关键词： 煤化工； 洁净煤气化技术； 选择； 发展动态 中图分类号： TQ53 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 8901 （ 2011 ） 01 － 0001 － 05
图3
煤间接液化工艺流程
煤直接液化是煤制油的另一种工艺技术 。 该 技术将煤制成油煤浆， 于 450 ℃ 和 10 ～ 30 MPa 压力 下催化加氢， 获得液化油， 并进一步加工成汽油、 柴 油及其他化工产品。煤直接液化工艺流程见图 4 。
第1 期
汪寿建
国内外新型煤化工及煤气化技术发展动态分析
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第 49 卷 第 1 期 2011 年 2 月
化肥设计 Chemical Fertilizer Design
Feb． 2011
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专题综论
国内外新型煤化工及煤气化技术 发展动态分析
汪寿建
（ 中国化学介绍了国内外煤化工发展概况和国内新型煤化工技术发展动态 ； 针对洁净煤气化技术的正确把握
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化肥设计
2011 年第 49 卷
（ 4 ） 美国有丰富的煤炭资源， 其储量为 2 500 亿 t， 远大于 64 亿 t 石油和 77 亿 t 天然气的储量。 美国煤化工利用的典型企业是伊斯曼和大平原。 美国伊斯曼（ Eastman ） 公司是以煤化工路线生产碳 1983 年投入 一化学品， 其装置位于美国田纳西洲， 正式运营， 是美国惟一采用煤为原料生产醋酸、 醋 产品总产量达 51 万 t / a。 美国大平 酐的大型装置， 原气化厂位于美国北达科它州， 采用煤生产合成天 1984 年正式投入商业运行， 造气能力 300 万 然气， 3 m / d。1997 年增加了 1 套 900 t / d 的合成氨装置， 2000 年建成了 1 条 328 km 的 CO2 管道， 每年往加拿 大输送 140 万 t CO2 注入油田采油。CO2 的注入使油 田产量从 2 000 桶 / d 增加到 9 000 桶 / d， 在煤炭清 洁利用方面探索了一条成功的道路 。 （ 5 ） 中国在车用石油燃料替代方面一直十分 关注。发展车用石油燃料替代的目的是解决汽车 快速发展所带来的石油资源短缺和环保问题， 最大 限度地减少汽车对石油资源的过度依赖。 中国在 以保证能源安 煤制油项目建设方面发展十分迅猛， 全和实现汽车工业可持续发展。 （ 6 ） 甲醇和乙醇燃料作为液体燃料在储运、 分 使用上都与传统的汽油相近。美、 德、 加、 法、 日、 配、 巴西、 瑞典、 新西兰等发达国家政府和汽车公司都开 展过应用与发展工作， 多个国家已经过中等规模车队 二甲醚发 应用阶段。二甲醚是理想的柴油替代产品， 且动力性 动机能够满足目前世界上清洁的排放标准， 能较好， 丹麦、 瑞典、 日本等国在车用二甲醚方面开展 世界上还没有大型的二 的工作较多。但到目前为止， 甲醚生产装置， 也没有二甲醚汽车的商业化生产， 同 基础设施投入较大， 也 时由于二甲醚需要加压储运， 是推广二甲醚燃料的难点之一。 从国内外煤化工发展历程及发展趋势分析， 煤 化工的兴衰始终与石油和天然气化工紧密相关， 在 煤化 世界石油供应紧张和价格居高不下的压力下， 。 工才可能成为替代石油供应的重要选择
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国内外煤化工发展概况
煤化工是以煤为原料， 经过化学加工使煤转化
为发动和维持战争， 大规模开展由煤制取液体燃料 的研究工作， 加速发展液体燃料的工业生产， 并分 别于 1923 年和 1931 年发明了一氧化碳加氢合成液 体燃料的费托合成法和煤直接液化制取液体燃料 技术。1939 年， 采用这 2 种技术的液体燃料产能超 过 170 万 t。同期， 德国还建立了大型的煤低温干馏 1944 年低温干馏煤焦化产能达到 94． 5 万 t。 工厂， （ 3） 南非煤化工产业发展独具特色。由于受到 石油制裁， 南非被迫以煤为原料生产油品， 并取得成 功。自 1955 年起， 先后有 3 套煤制油装置投入运行， 距今 最 近 的 装 置 是 1982 年 建 成 的 SASOL － Ⅲ。 SASOL公司的 3 套煤制油装置生产的化工产品超过 130 种， 总产量 710 万 t / a， 其中油品 430 万 t / a， 占南 SASOL 公 非油品消耗的 40% 。20 世纪 80 年代后期， 司借鉴煤化工技术， 开始在天然气合成油方面进行较 大的投入。
为过渡性混合燃料， 还是再加工成为下游产品或燃 都有着较好的前景。 煤气化后 料电池的重要原料， 得到的粗煤气 （ CO + H2 ） 先经预变换， 再经低温甲 压缩、 甲醇合成、 甲醇精馏， 最后得到液体甲 醇洗、 醇。煤制甲醇工艺流程见图 1 。
图1
煤制甲醇工艺流程
二甲醚替代城市民用燃气和柴油， 使用效果较 。 ， 好 以煤 为 原 料 制 合 成 气 时 由 于 其 氢 碳 比 为 0． 5 ～ 1． 0 ， 合成甲醇时需要经过部分变换将氢碳比 调整到 2 ， 以满足甲醇生产工艺的要求。 由于生产 故重整成本较高。 所以用 二甲醚时的氢碳比为 1 ， 合成气制二甲醚燃料比用合成气制甲醇燃料具有 更好的前景。由 CO 和 H2 直接合成二甲醚， 其成本会 ， ， ： 大幅度下降 经济效益较好 反应式如下 3CO + 3H2 CH3 OCH3 + CO2 煤制合成气再合成二甲醚的工艺流程见图 2 。
1982 年毕业于武汉工 作者简介： 汪寿建（ 1956 年 － ） ， 江苏无锡人， 程大学， 教授级高级工程师， 中国化学工程集团公司总工程师， 长期 从事化工工程的设计、 开发及技术管理工作。
为气体、 液体、 固体燃料以及化学品的过程。 从煤 的加工过程分类， 主要包括干馏 （ 含炼焦和低温干 气化、 液化和合成化学品等。 在煤化工发展历 馏） 、 程中， 炼焦是应用最早的工艺， 并且至今仍然是化 学工业的重要组成部分。 煤的气化在煤化工中占 有重要地位， 用于生产各种气体燃料， 是洁净的能 源， 有利于环境保护。煤气化生产的合成气是合成液 即煤高压加 体燃料等多种产品的原料。煤直接液化， 氢液化， 可以生产人造石油和化学产品。在石油资源 短缺时， 煤的液化产品将替代目前的天然石油。 （ 1 ） 英国的煤炭最初主要用作燃料， 大规模工 业化应用是从炼焦开始。第 1 次世界大战期间， 英国 钢铁工业得到了高速发展， 同时作为火药原料的氨、 苯及甲醇需求量也出现大幅增长， 这就促使炼焦工业 进一步发展， 并形成炼焦副产化学品的回收和利用。 （ 2 ） 德国在第 2 次世界大战前夕及大战期间，
国内新型煤化工发展趋势是以洁净能源和化 应用煤转化高新技术， 建成新型 学品为目标产品， 煤炭能源化工联合产业。 新型煤化工是煤炭工业 调整产业结构， 走新型工业化道路。 中国是世界上 煤化工发展规模最大的国家， 拥有世界上最多的煤 、 制油 煤制烯烃和煤制天然气方面的技术和装置， 以石油替代为目标的现代煤化工产业已经起步 。 2.1 煤制甲醇、 二甲醚工艺 从能源和燃料的整体结构分析， 甲醇无论是作
神华集团一直致力于煤制油技术的工业化， 经 过多年与国外公司合作开展煤直接液化研究和自 神华集团已拥有煤直接液化的自主知识产 主开发， 权技术。2004 年 8 月 25 日神华集团煤炭直接液化 项目在内蒙古鄂尔多斯正式开工建设 ， 计划 2010 年 建成投产第 1 条百万吨级的煤制油生产线。 2.3 煤制 MTO 烯烃、 MTP 丙烯工艺 煤制甲醇再制烯烃技术的开发是基于我国的 资源和产业现状， 以现实的需求为出发点而作出的 选择。一方面， 我国现有的烯烃等低碳烯烃的生产 其生产消耗了大量石油。 技术基本以石油为原料， 然而， 我国石油资源匮乏， 目前已探明的石油储量 1． 2% ， 仅占全球的 消费量却占世界的 9． 7% ， 我国 已成为全球第 2 大石油消费国和进口国。有数据显 2008 年， 示， 我国原油对外依存度接近 50% ， 预计到 2020 年， 对外依存度将超过 60% 。 （ 1 ） 德国 Lurgi 公司开发的甲醇制丙烯 （ MTP ） 工艺， 利 用 固 定 床 甲 醇 生 产 丙 烯， 催化剂采用 Snd-Chemie开发的改性 ZSM5 催化剂， 其特点是甲 甲醇在第 1 个反应 醇经 2 个连续的固定床反应器， 器中首先转化为二甲醚， 在第 2 个反应器中转化为 丙烯。大唐电力公司引进鲁奇 MTP 技术， 在内蒙建 设了 1 套 47 万 t / a 甲醇制丙烯装置。 （ 2 ） 中科院大连化物所经过多年的研究， 开发 出具有自主知识产权的 DMTO 技术。 该中试装置 2006 年 2 月 20 日 1 次投料试 于 2005 年 12 月建成， 车成功， 可满足大型化流化床工业装置设计的基本 要求。采用 DMTO 技术， 神华集团在内蒙古包头建 设了 1 套 50 万 t / a MTO 装置， 预计 2010 年建成投产。 （ 3 ） 由中国化学和清华大学等单位共同研制 开发的甲醇制丙烯 FMTO 工业试验项目， 包括基础 研究、 工 业 放 大 及 工 业 试 验 3 部 分。 实 验 装 置 于 2009 年 10 月投料试车取得成功。 2.4 煤制乙二醇工艺 工业合成乙二醇的主要方法是先经石油路线 合成乙烯， 再氧化乙烯生产环氧乙烷， 最后由环氧 乙烷水合反应得到乙二醇。 此生产工艺的经济效 益受石油价格的影响较大。 以煤制合成气为主要 原料的乙二醇生产工艺， 以其原料来源广泛和低