现代煤化工,煤炭清洁高效利用的重要途径

张立宽

2019年11月13日20:21  来源:彩票平台官方网
 

  我国煤炭资源较为丰富,煤炭是我国主体能源和重要工业原料。长期以来,我国十分关注煤炭资源的清洁高效利用。如何清洁高效地利用煤炭资源,对推进国家中长期能源发展战略具有重要意义,而现代煤化工是煤炭清洁高效利用的重要途径。

  现代煤化工发展方兴未艾

  现代煤化工主要以洁净能源和精细化学品为目标产品,包括煤制油、煤制气、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制乙二醇等等,以及煤化工独具优势的特有化工产品,如芳烃类产品。传统煤化工主要指“煤-电石-PVC”、“煤-焦炭”、“煤-合成氨-尿素”三条产业路线,涉及焦炭、电石、合成氨等领领域。

  从技术上看,目前我国现代煤化工已经形成了包括煤制气、煤制油和煤制化工品的现代煤化工技术体系。我国现代煤化工从“九五”起步,目前无论产业关键技术还是核心装备自主化研制都取得了重大突破,以煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制气为主的现代煤化工技术均打通了工艺流程,先后开发了“多喷嘴对置式水煤浆气化”、“航天粉煤加压气化”等先进技术,成功研发出“航天炉”、““神宁炉”、“晋华炉”等先进装置;自主研发了煤直接液化技术,成功运行了世界首套108万吨煤直接液化示范工程;中温浆态床F-T合成煤间接液化技术,实现了世界单体规模最大的400万吨煤间接液化项目运行;以低温浆态床F-T合成技术为核心的100万吨煤间接液化示范项目成功投产;甲醇制烯烃两代工业化技术成功应用,13套工业装置成功投产;甲醇制丁烯联产丙烯技术完成万吨级装置工业性试验。

  “十三五”以来,我国现代煤化工产业一批关键技术装备打破了国际垄断,达到或接近世界先进水平;相继攻克了大型先进煤气化、合成气变换、大型煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制乙醇等一大批世界级技术难题,并实现了关键技术装备的产业化,走在了世界煤化工产业创新发展的最前列。2018年底,煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇产能分别达到1138万吨/年、1112万吨/年、51亿立方米/年、363万吨/年。

  随着国家能源集团鄂尔多斯108万吨/年煤直接液化、国家能源集团宁煤400万吨/年煤间接液化、大唐克旗煤制天然气等一批新型煤化工项目建成投产,以及一批创新成果捷报频传,现代煤化工发展步入一个新阶段。截至2019年上半年,我国现代煤化工行业生产总体平稳,产能利用率处于合理水平,转化煤炭约5570万吨,为保障能源安全和化工原料多元化做出了突出贡献。

  当前,我国现代煤化工项目主要布局在国家规划建设的14个大型煤炭基地和9个大型煤电基地,其中新疆、陕西、宁夏、山西、内蒙古、河南等省份煤炭深加工发展速度较快,培育了宁东能源化工基地、鄂尔多斯能源化工基地、榆林能源化工基地等多个煤炭深加工产业集聚区,现代煤化工产业基地化格局初步形成。全行业可实现煤炭年转化能力2.5亿吨以上,产业规模、产品产量均实现稳步增长。

  通过在内蒙古和陕西等地调研,笔者了解到,国家能源集团鄂尔多斯煤直接液化示范项目生产负荷持续维持在85%左右,单周期稳定运行突破420天;国家能源集团宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目单位产品新鲜水消耗降至6.1立方米/吨,远低于南非沙索公司12.8立方米/吨的水平;陕西煤业化工集团蒲城清洁能化公司增加聚烯烃新牌号9个,使产品步入高端行列。中国石油和化学联合会会长李寿生告诉笔者,今年上半年,现代煤化工产业主要产品的产量全部实现新的突破,煤制油、煤制气、煤制烯烃及煤制乙二醇四种产品的实际产量同比增长分别达到14.1%、25.5%、10%及56.4%,现代煤化工发展呈现出方兴未艾之势。

  现代煤化工能有效保障能源安全

  国际能源署(IEA)报告指出,提升能源效率是全球经济有效和安全转型的关键。基于我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点,煤炭一直以来都是我国的主体能源和重要原料。2018年,我国煤炭产量36.8亿吨,进口量2.81亿吨;我国原油产量1.89亿吨,进口量4.62亿吨,对外依存度高达70%;天然气产量1610亿立方米,进口量1254亿立方米,进口依存度达45.3%。

  当前,我国现代煤化工发展已经取得长足进展,煤替石油、天然气成效明显且潜力可观。李寿生告诉笔者,目前我国现代煤化工有相当一部分技术处于国际先进或领先地位。煤直接液化技术和粉煤中低温热解及焦油轻质化技术为国际首创,煤制烯烃、煤制芳烃、低温费托合成、煤制乙二醇以及煤油共炼技术皆处于国际领先。另外,示范或生产装置运行水平也不断提高。例如,以宁煤400万吨/年为代表的百万吨级煤间接液化项目实现了长周期稳定运行;陕西未来能源采用自主开发高温流化床费托合成关键技术大大丰富和改善了煤制油产品方案,其10万吨级高温费托合成工业示范装置取得成功;数十套50-60万吨/年用大连化物所研发技术的MTO项目在全国实现了商业化运行;年产50万吨的煤制乙二醇装置实现了满负荷稳定等等。

  与此同时,一批先进煤气化技术正向大型化、长周期迈进。延长石油开发出双流化床超大型粉煤气化技术、粉煤热解气化一体化氧气气化技术;中科院上海高等研究院等合作开发的二氧化碳甲烷多重整制合成气关键技术,对缓解能源危机和减少二氧化碳排放具有重要意义。

  按照国家确定的现代煤化工有序发展基调测算,在规模和项目投产率适中的情况下,2020年煤制石油替代效率有望提升至75%,降低石油依存度1.8个百分点;煤制天然气替代效率有望提升至67.4%,降低天然气依存度2.6个百分点。

  现代煤化工可实现煤炭清洁高效利用

  煤炭是我国基础能源和重要工业原料,长期以来我国高度重视煤炭清洁高效利用。而作为我国特色化工产业的现代煤化工是煤炭工业转型升级发展的必由之路,是清洁能源和石油化工的重要补充,同时也煤炭清洁高效利用的重要途径。

  中国工程院副院长、院士谢克昌指出,基于我国当前能源结构与供给关系,使得发展现代煤化工势在必行。由于煤炭为主的格局长期来看不会改变,我国能源转型的主要任务和主要立足点是推动煤炭清洁高效利用。谢克昌认为,煤炭虽然是化石能源,但完全可以实现清洁高效利用,而实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源,现代煤化工是煤炭清洁高效利用的有效途径。

  对于现代煤化工产业的清洁化发展,谢克昌提出要以环保标准为优先考虑因素,建立绿色化现代煤化工产业体系,同时要发展高效污染物脱除技术、多污染物协同控治技术、废水零排放技术以及“三废”资源化利用技术。另外,还要加快制定科学完善的现代煤化工清洁生产标准与相关环保政策,综合考量大气环境、水环境与土壤环境后科学布局现代煤化工产业,建立现代煤化工项目审批、全过程监管以及后评价的清洁生产管理体系。

  国家能源集团总经理助理张继明向笔者介绍,现代煤化工由于原料禀赋带来的高水耗问题长期被业内外所诟病,一度也成为阻碍行业发展的最大难题,如今项目水耗不断降低,目前已做到低于全国工业行业平均水平,比如国家能源集团宁煤煤间接液化项目的吨油水耗从12吨降至6-7吨,60万吨/年煤制烯烃项目吨产品水耗由设计值36.5吨降至20吨以下。另外,笔者在国家能源集团鄂尔多斯煤制油公司调研时该公司总经理王建立告诉笔者,公司将经过净化处理的煤矿疏干水用于煤直接液化生产,实现了煤直接液化先期工程工业水源替代。在保护地下水资源的同时,解决了煤矿疏干水的综合利用难题;而且,公司集成采用先进的污水处理工艺,摸索出‘清污分离、污污分治、分质回用’的治理方法,吨油水耗由设计的10吨降到6吨以下,可以说煤制油是水耗极低的煤化工项目。

  新时代现代煤化工面临诸多问题与挑战

  毋庸置疑,近年来我国现代煤化工发展一枝独秀,异军突起,取得了举世瞩目的骄人业绩,但同时也面临着严峻的问题和不容忽视的挑战。

  首先是战略定位不明确,这是阻碍煤化工行业的重要因素。谢克昌院士认为,当前社会上一些观点对煤炭是中国能源支柱存在认识误区,同时对现代煤化工可以清洁高效部分替代石油化工等认识不到位,对中国煤化工的战略定位一直未能清晰明确。因此,必须尽快明确现代煤化工的战略地位,切实将煤炭绿色高效开发作为能源转型发展的立足点和首要任务。

  二是面临国内外石油化工业的激烈竞争冲击。近年来,我国在沿海地区布局了比较大型的炼化一体化大型项目,这些项目的快速发展使得石油化工与煤化工产品交叉重叠,必然造成更加激烈的市场竞争。不少民营企业主动从下游向上游延伸,打通原油加工、化工产品到纺织品的全产业链,包括“三桶油”在内的央企也打破生产油品的传统模式,积极向下游高附加值的化工品延伸;国际石油、石化巨头也在抢滩中国市场,建设具有世界领先水平的高端炼化一体化项目。因此,对于现代煤化工来说,只有闯出一条可以与石油化工媲美的新路径,才能实现可持续发展。

  三是国际石油价格与供应、资源配置与税收、信贷融资与回报、环境容量与减排等,对现代煤化工也有着不可估量的影响。如果在某一时段和特定区域,这些因素叠加影响将增量放大。因此,优化外部环境是发挥现代煤化工产业比较优势、提升竞争力的重要条件。

  四是要充分体现成本与特色优势。随着大炼化时代到来,我国石油化工产品产能已满足市场需求,部分产品还存在明显过剩,规模小、成本高、同质化的“落后”产能势必被淘汰。与新建的大型炼化一体化项目相比,煤化工并不占优势。后者单位产能投资大,是石油炼化单位产能投资强度的5-10倍;产品结构单一,现有项目因规模限制,只能生产1-2个主产品,缺乏差异性、独特性。张继明指出,类似石油炼化千万吨级一体化基地,在煤化工领域至少需投资1000亿以上,这种成本压力一般企业是很难支撑的,也是无法做到的。另外,在当前条件下,现代煤化工亟需找准行业定位,要加快补齐短板,弥补自身缺陷与不足,根据自身特点比选产品、降低成本,耦合技术路线、优化系统,形成自身特色。

  五是从技术上还要实现新突破。中国的现代煤化工产业在共性关键技术、前沿引领技术、现代工程技术和颠覆性技术上都有待创新和突破。谢克昌院士指出,必须实现技术的颠覆性才能有效促进能源的低碳转型,而部分重大装备、重要材料上的不足也在制约中国煤化工进一步发展,必须加快技术攻关,实现技术进步。

  总之,我国现代煤化工发展到现在,其对石油替代和醇、醚、醛、酸、芳烃、烯烃下游含氧化合物已经成为现代煤化工产品的合理选择。在原料和路线的选择上,要高度重视低阶煤的清洁高效利用。另外,要进一步加强顶层设计,以现代化、大型化、分质联产化、多原料化、标准化和智能化的理念,按照“能源发展替代互补与化工产品高效高值”的思路,“高效利用、耦合替代、多能互补、规模应用”的路线,大力发展中国能源体系下的现代煤化工,实现对煤炭的清洁高效利用。(作者系国家能源局中电传媒能源情报研究中心研究员)

(责编:杜燕飞、王静)
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