传统煤化工与新型煤化工

1.传统煤化工

根据产业的成熟情况,煤化工可以分为传统煤化工和新型煤化工。 传统煤化工主要是煤焦化产品链,包括电石乙炔和合成氨等行业,下游主要为钢铁、房地产和农业。 我国传统煤化工发展较早,目前已经是全球最大的煤化工生产国,焦炭、电石、合成氨产能分别占全球的60%、93%和32%。 由于重复建设严重,加上下游需求的不景气,传统煤化工各产品均处于产能过剩的局面,未来需经过漫长的整合和淘汰落后产能的过程。 传统煤化工,未来发展的趋势是走向一体化、环保化和精加工,以实现对资源的有效利用及下游产业链的衍生和拓展。

煤焦化是指将煤炭在隔离空气条件下高温加热至1000℃左右,分解为焦炭、煤焦油和焦炉气的过程。 煤焦化产生的焦炭主要用于高炉炼铁。 焦炉气有两种用途:一是作为燃料;二是做化工原料,主要用来合成氨、甲醇等化学品。 煤焦油是一种含上万种组分的复杂混合物,主要用来加工生产轻油、酚油、萘油及改质沥青等,再经深加工后制取苯、酚、萘、蒽等多种化工原料,其产品数量众多,用途十分广泛。

未来炼焦企业要向煤—焦—化一体化方向发展,延长产业链,实现可持续发展;要求合理控制新增焦炭产能,彻底淘汰土焦和改良焦。 煤焦化行业的发展方向主要有以下3点:

(1)注重规模效应,装置大型化。 装置大型化,实现规模效应是实现炼焦行业节能减排、可持续发展的一条重要途径。

(2)注重煤焦油加工技术的开发,加大深加工产品和精细化工产品的研发投入。

(3)将焦炉煤气“吃干榨净”。 采用焦炉气直接还原铁效益最佳,是钢铁联合企业焦炉煤气的发展方向;焦炉煤气生产甲醇技术成熟可靠,进而合成二甲醚,生产人造汽油,是独立焦化企业的最好选择;变压吸附制氢(PSA)值得关注和发展,是采用苯加氢精制技术企业的必选;利用焦炉煤气发电产生的效益也不容忽视。

2.新型煤化工

新型煤化工主要包括煤制油、烯烃、天然气、乙二醇和醇醚(甲醇、二甲醚)几种产品。 其中大部分产品是化工产业的重要原料和燃料,其发展受到国家政策支持。 由于我国原油资源的匮乏,这些化工原料多数均依赖于进口。 以烯烃为例,2010年我国乙烯和丙烯的国内保障度分别为48%和63%,而乙二醇的进口依赖度则接近70%。 因此,新型煤化工的产品需求空间大,有望顺利实现进口替代,有效降低大宗石化原料的进口依赖度。

(1)煤制天然气

煤制天然气是指煤经过气化产生合成气,再经过甲烷化处理,生产热值大于8000 kcal/m3的代用天然气(SNG)的技术。从宏观上讲,以煤为原料生产天然气,将会作为LPG和常规天然气的替代和补充。

天然气作为一种清洁绿色能源,其消费量越来越大,而且国内价格目前偏低,具有上涨空间。 使用低质煤炭生产替代天然气(SNG),因其生产流程短,技术可靠、能源利用效率高等优点,具有广阔的发展前景。 因此煤制天然气,是继煤制油、煤制烯烃之后引起煤化工行业关注的大型煤化工发展项目。

(2)煤制甲醇

甲醇是由一氧化碳与氢气(合成气)在催化剂存在的情况下进行化学反应而制得。 煤、焦炭、天然气、炼厂气、石脑油(轻油)、渣油(重油)、焦炉气和乙炔尾气等均可用来制造一氧化碳和氢气(合成气),作为合成甲醇的原料。 因此根据原料来源的不同,甲醇生产可以分为煤基甲醇、天然气基甲醇和石油基甲醇。 在我国煤基甲醇产量占约78%,而天然气基甲醇和石油基甲醇仅占22%。 由煤气化制得的合成气在一定条件下可合成甲醇,目前常用的甲醇合成工艺主要有ICI低压合成工艺和鲁奇低压法合成工艺。

甲醇工业的主要发展方向有以下两点:

①大力生产和发展甲醇下游产品

甲醇的下游产品种类很多,结合市场需求,发展国内市场紧缺,特别是可以替代石油化工产品的甲醇下游产品,是未来大规模发展甲醇生产,提高市场竞争能力的重要方向,不仅可以为当前甲醇装置的过剩产能寻找一条出路,而且可以为我国能源和化工原料提供一条煤炭基路线,缓解我国对石油资源的过分依赖。

②大力开发甲醇能源技术

积极推进甲醇掺烧汽油和柴油的应用,同时加快直接甲醇燃料电池的研发工作,为甲醇的应用开辟新的道路。

(3)煤制二甲醚

煤制二甲醚的工艺包括两种:一步法和两步法,其中两步法又分为甲醇气相脱水法和甲醇液相脱水法。 一步法是指由煤气化生成的合成气直接生成二甲醚。 两步法是先由煤气化生成的合成气(CO、H2)制备甲醇,然后甲醇进一步脱水即生成二甲醚。其中,一步法二甲醚技术已经完成工业试验,但目前还没有工业化装置进行运转;二步法二甲醚制备技术尤其是二步法气相法甲醇脱水技术是目前工业界的主流技术。

阻碍燃料二甲醚发展的关键问题是二甲醚的价格问题。 满足燃料生产大宗化、低成本的客观需要,未来燃料二甲醚参与市场竞争的唯一出路在于采用先进工艺,建设(超)大型化生产装置。

(4)煤制烯烃

煤制烯烃是指以煤为原料,先气化制成合成气,然后合成气在催化剂的作用下反应生成甲醇,然后由甲醇在一定条件下反应生成烯烃,以乙烯、丙烯为目的产物的工艺称为MTO工艺,以丙烯为目的产物的工艺称为MTP工艺。 甲醇制烯烃技术目前正在进行工业试验。

甲醇制低碳烃类工艺的实现开创了丙烯生产的非石油路线,这是烯烃生产的巨大进步,尤其是在石油资源日益紧张的形势下,前景非常可观。

(5)煤制乙二醇

乙二醇(简称EG)是一种重要的化工原料,其主要用途是作防冻剂和制造聚酯树脂的原料。 以煤为原料,通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到一氧化碳和氢气,其中一氧化碳通过催化偶联合成及精制生产草酸酯,再经与氢气进行加氢反应并通过精制后获得聚酯级乙二醇的过程。

(6)煤的液化

煤的液化技术主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。 煤直接液化是指煤在氢气和催化剂的作用下,催化加氢裂化生成液体烃类及少量气体烃,脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。 裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。 因煤直接液化过程主要采用加氢手段,故又称煤的加氢液化法。 煤的间接液化是指以煤为原料,先气化制成合成气,然后合成气在催化剂的作用下反应生成液体燃料的过程,该过程又称为费—托合成。

煤制油项目投资巨大,一个百万吨的煤制油工厂,其前期固定资产投入就要100亿元。煤制油在技术上也存在高风险,应坚持通过煤制油示范工程建设,全面分析论证,确定适合我国国情的煤制油技术发展主导路线,在总结成功经验的基础上再确定下一步工作。

(7)整体煤气化联合循环(IGCC)

整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,简称IGCC)发电系统,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。 它由两大部分组成,即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。 第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置),第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。 IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气透平做功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。 IGCC工艺的优点是联合循环、效率高且提高的空间大,在转化过程中治理污染物、脱除效率高、可实现资源化回收,可实现近零排放。

煤炭除了可以用来发电,还可以用来大规模生产液体燃料和化学品,而IGCC多联产可以将这两个方面完美地结合起来,成为未来石油后时代过渡时期最主要的能源和化学品生产方式。 发展IGCC多联产,将有助于能源和资源利用效率的大幅提升,同时减少水资源消耗和二氧化碳排放,实现循环经济。