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现代煤化工简介煤炭在能源中的地位煤炭的组成、分类和分布现代煤化工项目概述现代煤化工技术简介现代煤化工存在的问题一、煤炭在能源中的地位煤炭是世界上储量分布昀广的化石能源。分布在世界76个国家和地区。64%18%18%煤炭石油天然气世界化石能源剩余可采储量煤炭产业链WEC认为,在2020年以前,世界一次能源供应仍将以化石能源为主,其中煤炭主要用于发电、燃料和化工,世界电力的45%~50%由燃煤电站提供。预计20年后,随着油、气资源的减少,煤液化技术和洁净煤技术的发展,煤炭将再次成为世界主要能源。中国能源结构2014年1月,国土资源部发布《全国煤炭资源潜力评价》报告显示,中国2000米以内煤炭资源总量为5.9万亿吨,其中探获煤炭资源储量2.02万亿吨,预测资源量3.88万亿吨。我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点决定了煤炭资源将在很长一段时间内作为能源主体被开发和利用。中国一次能源消费构成64%30%3%3%煤炭石油天然气水电、核电从中国的能源资源条件和能源安全方面考虑,应立足于发展洁净煤技术,通过煤代油、煤制气、煤制烯烃等现代煤化工产业的发展,降低对石油的依赖,减少能源和战略风险。二、煤的组成、分类和分布煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学,物理化学作用转变而成的。煤主要由有机物和无机物构成,有机物主要含C、H、O、N、S等5个元素。无机物为125种矿物质,伴生Hg、As、F、Cl、Cr、Cu、Pb、Mo和Ni等元素。煤的分子结构a褐煤b次烟煤c无烟煤煤的分类和分布分类按煤化程度主要分:褐煤、烟煤、无烟煤褐煤:是一种相对年轻的煤种,介于植物和烟煤、无烟煤之间的一种物质。含水多。主要分布在内蒙古东部、云南东部、东北和华南也有少量。烟煤一般为粒状、小块状,也有粉状的,多呈黑色而有光泽,质地细致,含挥发分30%以上,燃点不太高,较易点燃;含碳量与发热量较高,燃烧时有大量黑烟,燃烧时间较长。烟煤储量丰富,用途广泛,可作为炼焦、动力、气化用煤。烟煤燃烧多烟容易造成空气污染。我国大同、平朔、淮南、抚顺、义马等矿产烟煤。无烟煤:俗称白煤,有粉状和小块状两种,呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少,质地紧密,固定碳含量高,可达80%以上;挥发分含量低,在10%以下,燃点高,不易着火,但发热量高。我国京西、阳泉、焦作、金竹山等矿产无烟煤。三、现代煤化工项目概述什么是现代煤化工?突破传统的行业界限,由单一的产品向多联产的模式发展,采用多项现代先进技术组合,对煤炭进行综合利用,昀大限度地提高能源利用率,洁净无害化、环境友好。国内现代煤化工产业政策导向在鼓励引进消化吸收的基础上,积极功课关键技术难关。提出以现金煤气化技术为基础的煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制芳烃、低阶煤提质等项目为代表的现代煤化工示范工程。强化产业政策,规范发展,审慎支持。煤化工产品路线中国煤化工产业分布1、煤制油目前煤制油的生产技术主要有三大类:直接液化(DCL)、间接液化(ICL)和甲醇制汽油(MTG)。煤直接液化和间接液化的主要产品均为柴油,而且间接液化的柴油品质要好于直接液化,十六烷值高,可以作为柴油的调和剂使用;甲醇制汽油(MTG)的产品主要为汽油,品质较高,可以作为汽油的调和剂使用。中国“十二五”期间重点推广的技术为间接液化;直接液化还存在一定的技术缺陷,目前神华鄂尔多斯二线和三线计划和间接液化共建互补,目前处于总设计中;政策研究表明甲醇制汽油一直没有被列入国家鼓励类项目。目前中国正在运行的示范装置已获“路条”的煤制油项目,万吨其他规划的煤制油项目伊泰煤制油运营情况截止到2013年伊泰示范项目已经实现无计划停车稳定运行352天。是3家示范项目中运行昀好的。2013年产量达到18.16万吨,营业收入达12.93亿元,实现净利润1.93亿元。2013年净利润约为1000元/吨。2013年布伦特原油价格运行价位较高在100-115美元/桶,这也是煤制油盈利的主要原因。煤制油的盈亏平衡点分析不同原油价格下,采用50-140美元/桶,对应的柴油、石脑油和LPG的价格。不同原油价格下、0财务费用下对应的煤炭价格即为煤制油项目的盈亏平衡点。综合分析来看,在目前煤制油项目配套煤炭资源,煤炭价格在300-400元/吨的情况下,长期煤制油盈利的可能性很大。不同原油价格下对应的煤炭含税价格走势图0100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020005060657075808590100110120130140原油价格,美元/桶煤炭价格,元/吨5400大卡5700大卡7000大卡煤制油消费税由于国家规定成品油要缴纳一定的消费税,直接影响了煤制油的经济性。按照产品生产比例,消费税要高达1000元/吨左右。因此当煤制油达到一定规模后,开发生产精细化工品,提高产品附加值的同时避开高额的消费税是一种发展方向。神华宁煤集团的400万吨间接法项目目前已经规划了双烃项目,生产聚烯烃、合成氨等项目,该项目以煤制油和煤制烯烃副产品石脑油、LPG为原料。2、煤(甲醇)制烯烃MTO:美国UOP、大连化物所、美国ExxonMobile、中国石化。主要采用流化床反应器和SAPO类催化剂,主要生产乙烯、丙烯和混合C4。MTP:清华大学、德国Lurgi,主要生产丙烯,副产液化气、汽油等。截止到2013年12月底,中国目前已经工业示范了大连化物所的DMTO技术、德国Lurgi的MTP技术、中石化的SMTO技术和美国UOP的MTO工艺;清华大学的FMTP工艺的项目正在设计中。投产项目情况,万吨神华包头示范项目运营情况神华包头是投产的煤制烯烃示范项目中运行昀好的项目。煤制烯烃装置基本实现了安全、稳定、高负荷运行。自2010年投产以来,2011年开工负荷就达到了83.3%,2012-2013年达到了96%。说明了技术可行性。该项目配套煤炭资源,煤炭价格较低,在300-400元/吨,年利润基本在9亿元左右。假如销售量按照产量54.5万吨计算,则吨净利润为1743元/吨。吨产品价格在11009元/吨,则完全成本小于9266元/吨。而石油制聚烯烃则成本线上下震荡,2012-2013年LLDPE成本约在10000-11500元/吨。煤制烯烃经济性分析2013-2020年石油/甲醇制聚烯烃的比例走势2013-2020年石油和甲醇制PE比例走势图0204060801001202013年2015年2020年年份比例,%石油制PE甲醇制PE2013-2020年石油和甲醇制PP比例走势图0204060801001202013年2015年2020年年份比例,%石油制PE甲醇制PE丙烷脱氢制PP3、煤制天然气近年来我国大气污染情况日趋严重,雾霾已成常态化、困扰了大半个中国,严重损害人民群众身体健康,影响社会和谐稳定。其中,燃煤是大气污染主要源头之一,煤燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘是影响空气中PM2.5浓度的主要污染物。2013年,我国这三项污染物排放总量分别约2044万吨、2227万吨和1500万吨,均位居世界第一。要提高大气环境质量,关键措施之一是降低城市能源结构中煤耗量比重,大力发展清洁能源。2013年9月10日国务院颁发的《关于印发大气污染防治行动计划的通知》(即大气污染“国十条”)要求,到2017年实现我国煤炭占能源消费总量比重降到65%以下。国十条在“加大清洁能源替代”中又专门提到了加大、天然气、煤制气等清洁能源供应,加快推进“煤改气”工程。据国土资源部发布的数据,2011年我国天然气产量首次突破千亿立方米,为1011.15亿立方米,同比增长7.3%;2012年我国天然气表观消费量1471亿立方米,相对2011年增长13.0%。2013年中国天然气表观消费量为1676亿立方米,全年进口量530亿立方米。据《世界能源导报》预测,我国2015年和2020年的天然气需求将增长到1800亿立方和2500亿立方,而相应的供应缺口分别为650亿立方和1000亿立方。我国每年需要进口大量天然才能满足国内需求。2012年中国天然气消费进口依存度达29%,2013年依存度上升至32%,到2030年天然气消费将达到6000亿立方米,依存度可能超过50%。我国已拿“路条”的项目(2)我国已拿“路条”的项目(2)拟建的煤制气项目(1)拟建的煤制气项目(2)4、煤制乙二醇5、煤制乙醇——正成为热点6、焦炉气制天然气煤焦油加氢制汽柴油焦炉气多联产四、煤化工技术路线1、煤制油CO和H2在催化剂的作用下生成烃类化合物(费托合成),催化剂主要有两种:Co和Fe。南非钴基催化剂研究比较成功,我国铁基催化剂研究比较成功。工艺有浆态床、流化床、固定床等。2、煤制烯烃通过煤气化制合成气,然后通过合成气制成甲醇,甲醇脱水转化制烯烃,烯烃聚合工艺路线生产聚烯烃。简单来说可分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。将煤制成净化合成气后,除了甲醇还能生产出氢气、一氧化碳、合成气、硫磺等产品,而甲醇除了制成烯烃化学品外,还能制成如醇类、醚类、胺类、脂类、有机酸类等化学品,因此大部分煤化工企业都会维持产品的多样性。MTO是methaneltoolefin的简称,就是甲醇制烯烃,是代替石油化工生产乙烯和丙烯,进而生产聚烯烃。催化剂为美国UOP的ZSM-5分子筛,国内大连化物所、石油大学、石科院等单位开展了研究。甲醇制丙烯(methanol-to-propylene,MTP)中国两大煤制烯烃(MTP)项目神华宁煤和大唐多伦的MTP装置均采用德国鲁奇公司MTP工艺技术。Lurgi的固定床MTP工艺,采用改性的ZSM系列催化剂和固定床反应器,首先将甲醇转化为二甲醚和水,然后在三个MTP反应器(两个在线生产、一个在线再生)中进行转化反应,反应温度为400-450℃,压力0.13-0.16MPa。神华宁煤MTP装置3、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,生产代用天然气(SNG)。煤制天然气的耗水量在煤化工行业中是相对较少,而转化效率又相对较高,因此,与耗水量较大的煤制油相比具有明显的优势。煤制天然气过程中利用的水中不存在污染物质,对环境的影响也较小。煤制天然气全流程示意图耐硫变换低温甲醇洗精脱硫主甲烷化1主甲烷化2后续甲烷化1后续甲烷化2降温水分离干燥来自气化粗煤气升温降温脱水TOPSOE循环机DAVY工艺循环机蒸汽或锅炉水产品气TOPSOE第5甲烷化配气甲烷化工艺DAVY公司甲烷化工艺托普索甲烷化工艺流程图甲烷化催化剂DAVY公司催化剂1964年第1个运用CRG催化剂的商业化装置开车,在20世纪60年代,英国燃气公司建设和运行了30个生产城市煤气的工业装置,均采用CRG催化剂。从20世纪70年代末期和80年代初期,BG公司开发了使用CRG催化剂的工艺,将来自煤气化炉的氢气和一氧化碳气体进行甲烷化反应。从20世纪80年代中期起,CRG催化剂开始使用于美国大平原Dakata装置,这也是到目前为止世界上惟一的1个煤制SNG商业化装置,已成功地使用了很多年,充分证明了CRG催化剂在商业化规模的煤制SNG装置上的适用性。该装置在2008年进行了催化剂的更换,换上了Davy/JM的昀新的1代CRG催化剂,提高了装置的产能。在20世纪90年代后期,Davy向市场推出了昀新型的CPO催化剂,即CEG-LH催化剂,该催化剂具有特别的高温稳定性。CRG-S2SR托普索公司催化剂20世纪70年代后期,托普索公司开发的MCR-2X催化剂在托普索中试装置和德国UnionKraftstoffWesseling的中试装置中,均进行了独立测试。在中试时,同一批催化剂在装置上的昀长的运行时间达到10000h,说明MCR-2X是一种具有长期稳定性的催化剂。MCR-2X催化剂累计运行记录超过45000h。托普索公司对甲烷化催化剂的研究也具有很高的水平,其MCR-2X甲烷化催化剂在200~70
本文标题:现代煤化工概述
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