煤化工产业分析

进入21世纪以来，能源、化工品的需求出现较高的增长速度，煤化工在能源、化工领域中已占有重要地位。新疆是中国七大煤化工基地之一，准东地区是新疆今后发展煤电煤化工产业的主战场之一。而奇台县准东将军庙煤电煤化工基地又是准东产业带的重要组成部分，其煤炭储量占准东产业带的70％以上。煤炭资源不仅储量多，而且品质好，适宜发展煤化工。同时，由于受运力限制，准东将军庙的煤开采出来要运往华东很困难，只能就地转化。因此，当地发展煤化工产业的潜力很大，吸引了一大批国内外能源巨头前来投资。近年来，在国家政策和大量资金的推动下，奇台县准东将军庙煤电煤化工基地基础设施日趋完善，投资环境进一步优化。奇台县按照“工业园区化、园区产业化、产业集群化”的发展要求，积极引进大企业大集团参与煤电煤化工的开发，已有神华、鲁能、华电、开滦等28家国内大企业落户准东将军庙煤电煤化工基地，目前已经开工建设的企业达11家，一些企业已建成投产。奇台县成为新一轮大规模煤制油和煤电煤化工企业投资的热土。2010年5月在中央政府召开的新疆工作座谈会上，决策层就推动新疆跨越式发展和长治久安作出重大决策部署，新疆迎来历史性发展机遇。2010年6月，中国华能集团公司一期40亿立方米/年煤制天然气项目在奇台县开工；新疆宜化低碳循环经济产业园项目在吉木萨尔县奠基。计划投资350亿元、325亿元的两大煤化工项目在新疆准噶尔盆地启动，意味着煤化工产业将在新疆的大开发、大发展战略中担纲重任。第一章煤化工的相关概述1.1煤化工的介绍1.1.1煤化工的定义煤炭是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能团的大分子结构。煤化工主要是指以煤为原料经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程。包括煤的高温干馏、煤的低温干馏、煤的气化、煤的液化、煤制化学品及其它煤加工制品。煤化工产业链煤焦化煤气化直接液化焦炭电石乙炔合成氨煤焦油粗苯精制焦炉气制氢BDO氮肥甲醇烯烃二甲醚间接液化合成气醋酸烯烃汽柴油传统煤化工现代煤化工各类油品烯烃醇、醛、酮、酸车用燃料1.1.3煤化工产业的基本特点解析煤化工产业是以煤炭为主要原料生产化工和能源产品的产业，具有技术、资金、资源密集型特征，涉及煤炭、电力、石化等领域，对能源、水资源的消耗较大，对资源、生态、安全、环境和社会配套条件要求较高。煤化工产业可分为传统煤化工和现代煤化工，传统煤化工主要包括合成氨、甲醇、焦化、电石等子行业；现代煤化工则是以生产石油替代产品为主的产业，主要包括二甲醚、煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇等产品。目前现代煤化工还处在示范阶段，大部分项目正在建设中，尚未形成产业化。传统煤化工行业今年以来经济运行呈现以下四个特点：一是部分产品生产恢复。二是部分价格低位震荡。三是部分产品进口激增，出口减少。四是部分产品开工率较低。新型煤化工特点：一是产品－以洁净能源和可替代石油化工产品为主二是技术系统－采用高新技术并优化集成三是产业规模－建设大型联产企业和产业基地四是煤炭资源的有效、合理利用五是经济最优化六是清洁生产与环境友好1.2煤化工的重要战略地位1.2.1发展煤化工是中国的必然选择煤炭资源丰富“富煤少油缺气”是我国的基本国情。我国含煤面积55万平方公里，资源总量55965.63亿吨，资源保有量10077亿吨，资源探明率18%，经济可开发剩余可采储量1145亿吨。在世界已探明的化石能源储量中，中国的煤炭占世界总量的15%，石油占2.7%，天然气占0.9%。中国化石能源总量(约46万亿吨标准煤)中，95.6%为煤炭，3.2%为石油，1.2%为天然气。据统计，2005年中国总的能源消费量达21.1亿吨标准煤，其中，煤炭占68%，石油占23.45%，天然气占3%，水电和核能共占5.45%。基于我国的能源情况，以煤为原料的煤化工产业对我国的发展有着举足轻重的战略意义。替代能源潜力巨大受国际原油、天然气价格上涨以及国内油气资源不足，石油进口日益增加的影响，开发石油替代品已成为煤化工发展重点。目前比较有发展潜力的煤化工发展方向有醇醚燃料、煤液化、甲醇制烯烃。醇醚燃料：醇醚燃料的应用包括甲醇汽油(掺烧或全烧)、甲醇转化为二甲醚、燃料电池等。在国际原油价格徘徊于70美元/桶上下、国内煤炭价格短期难有明显下跌的预期下，甲醇价格保持高位运行，2006年4月华南市场价格在2700元/吨左右。预计2006年国内甲醇价格维持相对稳定的概率较大。二甲醚(DME)代替液化石油气有较大的应用空间。如果2005年我国所消费的液化气都掺烧20%的二甲醚，对二甲醚的需求将达到320万吨以上；如果全部使用二甲醚燃料，仅取代进口石油液化气就需二甲醚1000万吨以上。甲醇制烯烃———烯烃低成本之路。随着甲醇生产成本的下降，以及甲醇制烯烃技术的突破，甲醇制烯烃已面临大型工业化。我国烯烃缺口量很大，以煤炭为原料通过生产甲醇制烯烃，无疑将是一项有重大意义的突破。1.2.2发展煤化工的战略意义综述目前，我国尚处于工业化、城市化和现代化的发展过程中，发展仍然是第一要务，煤化工发展符合我国国情和能源发展战略；传统煤化工（焦化、合成氨、电石和甲醇）是国民经济的重要支柱产业，其产品广泛用于农业、钢铁、轻工和建材等相关产业，对拉动国民经济增长和保障人民生活具有举足轻重的作用；1.3煤化工产业的技术概况1.3.1煤化工技术发展综述煤是地球上含量最为丰富的化石燃料,我国煤炭资源不仅储量丰富、产量大,而且煤种比较齐全。在我国能源结构中，过去和现在都是以煤为主，预测表明，至少在今后20年内，一次能源以煤为主的格局在很长时期内难以改变。而传统煤化工是以低技术含量和低附加值产品为主导的“三高一低”行业，因此，发展新一代煤化工技术势在必行。煤化工主要是指以煤为原料，经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程，包括煤高温与低温干馏、煤气化、煤液化、煤制化学品及其他煤加工制品。其中煤焦化、煤制乙炔、煤气化合成氨属于传统煤化工技术，而煤直接液化、煤间接液化、煤气化制醇燃料、煤制氢、煤制烯烃等技术属于现代新型煤化工领域。1.3.2传统煤化工技术介绍煤化工始于18世纪后半叶，19世纪形成完整工业体系。二战后，由于石油化工发展迅猛，很多化学品生产从以煤为原料转移到以石油和天然气为原料，传统煤化工受到严重冲击。直到20世纪70年代，由于中东战争以及随之而来的石油大涨价，使得以煤生产液体燃料及化学品的方法重新受到重视，煤化工又开始以较快速度向前发展。1．1煤焦化煤焦化简称炼焦，指煤在隔绝空气条件下，加热至950～1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩、成形等阶段，最终制得焦炭。炼焦始于16世纪，经过许多年发展，已取得很大进步。蓄热式焦炉、捣固焦炉、湿法熄焦、半湿法熄焦、干法熄焦等较早开发的工艺技术在生产实践中逐渐完善;巨型焦反应器、无回收焦炉、立式连续层状炼焦工艺等技术的开发运用加快了工业化进程。我国也开发了捣固炼焦技术、配型煤炼焦技术、煤调湿技术等工艺。1．2煤制乙炔传统煤制乙炔方法是水解电石法，存在着工艺流程长、能耗高以及环境污染严重等问题。因此，目前国内外研究重点是煤等离子热解直接生产乙炔法，它可以解决“三废”环境污染问题，同时能有效降低能耗。吕永康研究了等离子体热解煤制乙炔及热力学和动力学研究，同时全面总结了国内外等离子体快速裂解制乙炔的研究进展;杨巨生对煤等离子体热解制乙炔装置进行优化，建立等离子体反应器热流场计算流体力学模型，为其产业化打下基础;程易指出下行床用于煤等离子氢气热解制乙炔的工业应用。1．3煤气化合成氨煤气化是煤转化技术最主要方面，它历史非常悠久，甚至早于发电，但煤气化技术迅猛发展期却始于20世纪70年代。目前，煤气化合成氨技术已十分成熟，并且能耗低。目前这项技术研究热点是寻求煤气化合成氨装置产量最大化。迄今为止，许多国家成功开发出高效率煤气化合成氨技术，并已投入实际生产美国KRB公司、德国Lurgi公司、丹麦Topsoe公司均推出日产2000t合成氨技术;德国Uhde公司推出日产3300t合成氨技术。与此同时，Texaco水煤浆气化、Shell煤气化、GSP煤气化、Lurgi煤气化、恩德粉煤气化等煤气化技术已在改造和新建中得到广泛应用。传统煤化工虽然具有高能耗、工艺流程复杂、环境污染严重等缺点，但由于历史悠久，加上各个国家(尤其落后国家)在短时间内更新技术、直接转变为新型煤化工还不现实，因此，传统煤化工技术将在很长一段时间占据重要位置，在国民经济发挥重要作用。1.3.3新型煤化工技术介绍2新型煤化工技术新型煤化工技术是指在煤炭开发和利用过程中，尽可能少污染、高效率进行煤炭加工、燃烧、转化等一些列新技术总称。2．1煤气化目前国际上先进煤气化技术包括美国Texaco气化炉(气流床气化)、美国和南非Lurgi炉（加压固定床气化）和壳牌公司干粉煤加料Shell技术，我国煤气化技术研究热点主要集中在四嘴喷水煤浆气化技术、两段炉干煤粉气化技术、灰熔聚流化床气化技术、非熔渣－熔渣分级气水煤浆化技术、干煤粉气流床气化技术、多元料浆气化技术。今后一段时间内新型煤气化技术将继续朝少污染、高效率方向发展，而煤地下气化技术具有安全、高效、环保等优点，已成为新型煤化工技术发展方向，被誉为第二代采煤方法。此外，煤与天然气在固定化气炉中共气化耦合技术，煤与生活垃圾、废弃塑料、木头等废弃生物质在流化床实现共气化，生产后续液体燃料的环保技术，均是煤气化技术研究热点方向。2．2煤液化煤炭液化工艺指将煤中有机物转化为液态产物过程。1913年，德国人F．Bergius发现在400～500℃，20MPa下，可以将高分子物质转化为低分子的液体燃料，之后世界各国逐渐发明了各种煤液化技术。目前煤液化有两种技术路线:直接液化和间接液化，区别在于煤直接液化是煤在高温高压下热解和加氢裂解直接转化为液体，是从固体直接转变为液体的过程;而煤间接液化是先把煤气化转变成合成气，然后在催化剂作用下将合成气合成液体，经历了固－气－液两个转变过程。目前，煤直接液化工艺最具代表性的主要有:德国IGOR工艺;美国SRC工艺、EDS工艺、CTSL工艺;俄罗斯加氢液体工艺、HTI工艺;日本NEDOL工艺、煤共处理工艺、煤液化工艺。这些工艺具有各自优缺点，因此，目前煤直接液化研究热点是相互些工艺具有各自优缺点，因此，目前煤直接液化研究热点是相互间取长补短。煤间接液化主要有以下几种方法:南非Sasol系列工艺(Sasol－Ⅰ、Saso－Ⅱ、Saso－Ⅲ);荷兰壳牌公司开发的SMDS法;丹麦托普索公司开发的TIGAS法。国内外已完成由合成气直接合成液体二甲基丁烷法的中试，准备投入大型化生产。2．3煤制甲醇1923年德国BASF公司首次用合成气(CO与H2)在高温高压、锌铬催化剂下实现甲醇合成工业化，开启了煤制甲醇的工业化先河，此后煤制甲醇工艺不断完善。目前，煤制甲醇工艺基本成熟，正向大型化、高效化、无污染化等方向发展，尤其在低温低压催化剂(金属盐乙酸镍、乙酸钯、乙酸钴、钌、铼等)方面，已成为合成甲醇研究热点。2．4煤制氢煤制氢过程可分为煤直接制氢和间接制氢两种，其中直接制氢主要包括煤焦化制氢以及煤气化制氢两种，间接制氢是指煤经过甲醇重整制氢。国外煤制氢技术主要以煤气化制氢为主，我国煤气化制氢技术还比较落后。目前，煤制氢研究热点主要集中在:进一步改良气化工艺、甲醇重整工艺、更好地实现碳吸收和氢气分离、较少环境影响、提高氢气质量等领域。2．5煤制烯烃煤制烯烃技术路线主要包括:MTO/MTP、DTO以及DMTO。其中最早开发的技术是MTO始于20世纪80年代随后逐渐发展出DTO与DMTO技术。国际上，美孚石油公司、环球石油公司、艾克森石油公司、巴斯夫公司、海德鲁公司等世界石化企业均投入大量人力、财力、物力研发MTO/MTP技术，并且已初步建成大型工业化装置。我国中科院大连物化所、中石化等单位也加大开发煤制氢工艺力