煤化工属于高排放、高耗能行业,在今后的发展中一方面应加大力度研究先进的技术手段,提高效率,降低污染物排放,另一方面应该建立生态补偿机制,降低环境污染。中国未来煤化工的发展方向是建成技术先进、大规模、多种工艺集成的新型煤化工企业或产业基地。
1我国新型煤化工发展现状
以煤气化技术为龙头,以C1技术为基础,合成、制取化工产品和燃料油的新型煤化工产业,产品可包括煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等,大多属于石油化工产品的替代品。
1.1煤制天然气
煤制天然气与其他经煤气化生产煤化工产品相比具有其较大的优势:煤制天然气技术成熟可靠,工艺简单,投资风险低,产生的废水废物相对较少,且易于处理,合成率高且废热能够循环利用。
国家至今已批复4个煤制天然气项目,包括辽宁大唐国际阜新40亿m3/a项目、内蒙古大唐国际克旗40亿m3/a项目、内蒙古汇能16亿m3/a项目和新疆庆华55亿m3/a项目,总产能151亿m3/a,大唐克旗和伊犁庆华煤制天然气项目均在2012年12月底投产。内蒙古汇能采用GE水煤浆气化工艺,其他3个项目均采用碎煤加压气化工艺。
1.2煤制油
煤制油分为煤直接液化与间接液化。直接液化装置规模相对较小、投资较少、原煤消耗较低,液化油收率高,但操作条件苛刻、合成的油品质量较差,而且对煤炭种类依赖性强,只适用于褐煤、次烟煤等;间接液化技术建设投资较高、设备体积庞大、运行费用高,但具有原料适应强、油品质量好等优点,国外已有大规模商业化运营的成功经验。
国际上已开发出的煤加氢液化工艺有10多种,比较有 代 表 性 的 有 德 国 的IGOR工 艺、日 本 的NEDOL工艺、美国的HTI工艺。以德国的IGOR工艺最为成熟,转化率可达97%.国内神华集团开发出了自己的煤直接液化工艺路线和催化剂合成技术,神华煤制油化工公司鄂尔多斯100万t/a直接液化煤制油项目于2008年试车成功,2012年产油86.5万t.项目第二、第三条生产线计划投资240亿元,预计2018年全部建成投产。
煤炭间接液化技术主要有南非的萨索尔 (Sa-sol)费托合成法、美国的Mobil(甲醇制汽油法)和荷兰SHELL的SMDS(以天然气为原料)间接液化工艺,在国外都建有工业化装置。国内的中国科学 院 山 西 煤 化 所 经 过 多 年 的 研 究 和 攻 关,于2007年形成了针对低温合成催化的重质馏份合成工艺LTSFTP和针对高温合成催化剂的轻质馏份合成工艺HTSFTP.
2007年,兖矿集团高温费托中试装置一次投料开车成功。中石化石科院也致力于费托合成催化剂、反应工程、系统工程等方面的研究工作,并取得一定成绩。
2008年12月22日上午,国内具有自主知识产权的煤基合成油示范项目在山西潞安集团正式出油,这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。目前,我国有3个煤炭间接液化示范项目产出合格油品,分别是神华18万t/a、伊泰和潞安的16万t/a示范装置。
1.3煤制甲醇
世界 上 大 型、超 大 型 甲 醇 合 成 专 利 技 术 有Lurgi、Davy、Topsoe、Casale等,国内华东理工大学、杭州林达化工技术有限公司在中小型甲醇生产装置方面也有一定的业绩。
国内规模从年产几万吨到上百万吨不等。年产几万吨到几十万吨的煤制甲醇工艺技术基本实现了国产化,但百万吨级以上的甲醇装置主要工艺技术仍需引进。已投产的神华包头DMTO、大唐国际MTP和神华宁煤MTP 3个煤制稀烃项目,煤制甲醇 的 规 模 分 别 为180万t/a、167万t/a和167万t/a,除一氧化碳变换和甲醇精馏技术之外,空分、气化、气体净化和甲醇合成等主要工艺技术均由国外引进。
近年来我国甲醇产量连年增长,2006年甲醇产量突破1000万t,2007年突破2000万t,2010年突破3000万t,导致甲醇产能严重过剩。据统计,2012年国内甲醇产能约5200万t/a(包含无效、产粗醇以及新投产装置但未有商品量产能),产量3129万t,煤基单 醇产能占甲醇总产 能的45.2%,是我国甲醇行业的主导。2012年,煤基单醇产量达到1516万t,开工率达到65.1%.
1.4煤制烯烃
煤制烯烃即煤基甲醇制烯烃,包括煤气化、合成气净化、甲醇合成以及甲醇制烯烃4个过程。世界上具有工业化条件的甲醇制烯烃技术主要有美国环球油品公司和挪威Hydro公司共同开发的甲醇制低碳烯烃 (MTO)工艺、德国Lurgi公司的甲醇制丙烯 (MTP)工艺、中国科学院大连化学物理研究所的甲醇制低碳烯烃 (DMTO)工艺、中石化自主研发的SMTO技术。
截至2014年7月份,中国已投入运行7个煤(甲醇)制烯烃项目,分别是神华包头60万t/a项目、神华宁煤50万t/a项目、大唐多伦46万t/a项目、宁波禾元60万t/a项目、中石化中原石油20万t/a项目、惠生 (南京)清洁能源股份有限公司30万t/a项目、大唐国际 (榆林)60万t/a项目,总产能326万t/a.其中一体化甲醇制烯烃产能216万t/a,部分外购甲醇制烯烃30万t/a,完全外购甲醇制烯烃80万t/a.
1.5煤制乙二醇
目前煤制乙二醇工艺技术,都是从煤制得合成气出发制乙二醇,主要分为直接工艺和间接工艺。直接工艺是由合成气直接进行合成制得乙二醇;间接工艺间接法合成乙二醇是从一氧化碳出发,偶联得到草酸二酯,然后经草酸二酯催化加氢制乙二醇。这一路线是近来被公认为技术性和经济性较好的一种工艺路线。
截至2014年6月,中国已建成7套合成气经草酸酯路线制乙二醇项目,产能共计110万t/a,包括通辽金煤化工一期20万t/a、河南煤化集团3套装置60万t/a、新疆天业5万t/a和华鲁恒升5万t/a、中石化湖北化肥20万t/a.
1977年日本宇部提出的常压气相合成草酸酯技术,以Pd/AL2O3为催化剂,在100℃下通入混合。草酸二甲酯的收率达到98%.国内的技术主要有中科院福建物构所-丹化科技技术、天津大学技术、东华理工-安徽淮化-上海浦景技术、五环工程-华硕科技-鹤壁宝马技术、上海戊正技术、中石化技术等,都取得了不同阶段的中试或工业化成果。