重新聚焦煤化工.

清华大学化工系金涌2015.4RefocussingCoalChemicalEng.重新聚焦煤化工煤化工动向规模要求门槛增高。2014年7月22日《关于有序推进煤制油示范项目建设的指导意见》煤制气规模：20亿m³/年煤制油规模：100万吨/年西部从鼓励类产业目录中取消了煤化工。2014年8月22发改委网站大唐启动转让煤化工板块。油价跌破盈亏点。最严环保法2014年4月24日人大通过。项目油价煤制气65-70美元/桶煤制油75-85美元/桶烯烃65-70美元/桶芳烃65-60美元/桶2030年二氧化碳排放达到峰值（中美声明2014.11.12）中国CO2排放:《国际能源署IEA》环球网报道2013年已达到104.4亿吨。碳税越走越近2010年72.14亿吨2013年95.2亿吨2030年102.39亿吨投资1600亿元/1千万吨油，资金回报率低，设备折旧费占成本的30%-50%耗水量：1~1.2亿吨/1千万吨油排放CO2：1.83亿吨/1千万吨油中国原油峰值：6.8亿吨（2027年）其中，柴油1.75亿吨汽油1.7亿吨成品油消费税2014~2015年三次加税，从1元/升提到1.52元/升，上升52%我国税负处于世界中等水平。成品油税负：英国59%德国56%韩国52%中国46%日本41%美国15%2013年原油产量2.1亿吨2013年原油消费量5.14亿吨全球原油贸易额23亿吨/年美国能源自给率10年上升10.7%中东石油市场：中国、印度、日本，要慎重以依存度来说事。中国进口份额占25%以下，经济上是安全的。原油对外依存：2013年对外依存为59.2%2014年对外依存为60.1%炼油能力：7.15亿吨/年2014年原油加工量为5.02亿吨，年增加5.3%。2013年煤在一次能源中，生产占76%，消费占66.9%。其中84.3%煤用于发电、冶炼。世界煤利用（2012年）中国36.5亿吨标煤北美38.5亿吨标煤欧洲+俄国41.8亿吨标煤中国2013能源消费总量37.5亿吨标煤（7000KCal/kg）GDP占全球的12.3%能耗占全球的21.5%能耗/GDP是美国的2.3倍，日本的3.8倍，世界平均的1.8倍。2020年总能耗目标48亿吨标煤2014年能耗增量要到3.5%以下2020年能耗增量要到3.1%以下对可再生能源发展、煤化工替代技术成熟。低碳CO2减排等，石油功能被弱化。美国岩页油气成本高，65美元/桶，俄罗斯成本高于40美元/桶，中国成本也高中国、欧、日需求不畅岩页油气开发量大，美国能源自给计划高油价、刺激光、风、可再生能源发展，电动车等对石油需求下降打击俄、伊朗、危地马拉非OPEC国家保持市场份额优质油储减少，采油成本高。油气供应长期偏紧。化石（特别油）主要能源难变OPEC经济强劲，可支撑低油价。OPEC从长远看要市场份额。油价油价波动分析：•难再暴利。•波动难免，稳定于基本利润面。•中国多储油，不要放松可再生能源，石油替代技术。减产，可提高油价。OPEC市场份额下降，可保留资源。2014.12.1160美元/桶沙特驻OPEC代表阿尔马迪，第二届海湾石化媒体论坛，页岩油企业是高成本商，从高油价中受益，使高成本商将低成本商挤出市场是不公平的。沙特产量1250~985万桶/天，美国产量942万桶/天，20年后世界人口从70亿上升至90亿，需求上升30%，需40万亿美元投资于石油新井的开发。2014年运行中的煤制油：2015年预计投产100万吨。神华（鄂尔多斯）108万吨（直）18万吨（间）伊泰（鄂尔多斯）16万吨（间）潞安16万吨（间）晋煤10万吨（间）先锋（云南）20万吨（间）∑190万吨化石能源热值比：发热量比25.9:36.78=1:1.5~1.6价格比300元:3000元=1:10CO2排放0.117:0.085=1:0.78品种热值二氧化碳排放原煤25.9MJ/kg0.117KgCO2/MJ生物质18.86MJ/kg0.925KgCO2/MJ(O净排放)柴油36.78MJ/kg0.085KgCO2/MJ天然气55.74MJ/kg0.049KgCO2/MJ应重点关注的项目：煤炭分质利用：——粉煤提质：多种技术选优，长周期运行（防堵塞等）——焦油（胶质、沥青质）：全馏程加氢（焦油收率10%-18%）——焦油全裂解：氢等离子体乙炔的原料电石法乙炔电耗3320~3200kw•h/t电石等离子法乙炔电耗少30%~35%氢等离子法装置2MW氢等离子体煤裂解制乙炔装置图节水煤化工I.乙炔+醋酸→醋酸乙烯酯——已成为行业主流技术。II.乙炔+氯化氢→氯乙烯——1万吨/年装置已运行一年10万吨/年装置年底建成III.由天然气生产苯工艺IV.乙炔→丁二烯→乙二腈→尼龙666CH4+9H2分子筛单程转化率10%，在冷凝苯后，CH4+H2混合气进一步制氢，中试中。甲醇2013年生产能力5696万吨/年2013年产量3585万吨/年：煤制67%、焦炉气制17%、天然气制16%2013年开工率62.9%2013年进口：485.8万吨/年；出口：77.2万吨/年表观消费量：3993.6万吨/年，其中分别利用于：MTO（15%）、二甲醚（18.4%）、甲醇汽油（11.8%）MTO煤→气化→脱硫→甲醇MTP→深加工MTA2020年乙烯产量2800万吨，缺口1200万吨。芳烃PX产量1560万吨，缺口1200万吨。延伸产业链，提高附加值煤制油：附产16烷→16烷基苯石蜡、石脑油、α-烯烃煤制乙二醇：联产草酸、草酸酯煤制烯烃、芳烃：向最终产品延伸FMTP工业试验装置FMTA工艺P=300kpaT1=450℃（甲醇芳构）T2=550℃（轻烃芳构）烃基收率氢气2.24%干气21.99%（C2、C2）芳烃74.47%焦碳1.29%甲醇转化率99.9%=0PX2025年2020年2013年能力1820万吨1560万吨1102（产量830）需求3320万吨2760万吨缺口1500万吨1200万吨905万吨（进口）18万吨（出口）3万T/年FMTA中试分离单元汽提器轻烃芳构化再生器甲醇芳构化芳烃产品轻烃循环烟气干气甲醇消耗：3.07T甲醇/T芳烃干气中C2返回制甲醇时，单消耗可降至2.38T甲醇/T芳烃干气中C2可以与苯合成苯乙烯榆林华电建300万吨甲醇，100万吨芳烃，总投资381亿元。庞华（内蒙）10万吨/年MTO建设中。焦化二甲苯的产量仅占总产量的2%以下。FMTA示范装置乙烯聚乙烯环氧乙烷乙醛烷基化卤化水合羟基化低密度PE、薄膜、电缆高密度PE、薄膜、管材乙丙橡胶轮胎、管材、涂层共聚物塑料乙二醇、聚醚、表面活性剂乙酸、乙酸乙烯溶剂、氯乙酸（除草）苯乙烯烷基铝（催化剂）塑料丁苯橡胶ABS塑料二氯乙烷————偏氯乙烯、偏氟乙烯乙醇丙醛、丙酸（除草剂、溶剂）**********PVC丙烯聚丙烯丙烯腈乙丙橡胶水合异丙苯丙烯醛羟基合成塑料、膜材、纤维（纤维）橡胶异丙醇——丙醇——双酚A（树脂）苯酚（溶剂）丙酮丙烯酸酯（溶剂）丁醛——丁醇、辛醇**********丁烯丁二烯已二腈——尼龙66顺矸（增塑剂、农药）正丁烯——丁二烯异丁烯正丁烷顺丁、丁苯、丁腈橡胶、ABS树脂MTBE（汽油添加）丁基橡胶（共聚）氨氧化——甲基丙烯腈——MMA异戌二烯——合成天然橡胶丁二烯顺矸裂解C2C3==*****苯（苯酚）甲苯酚醛树脂双酚A硝化——苦味酸（炸药）硝基苯——苯胺————苯、二甲苯——二甲苯间二甲苯——异构二甲苯邻二甲苯——异构——PTA——PET、PTT、PBT（聚酯）——环乙醇——乙二酸——尼龙66己内酰胺——=加H2C2歧化甲醇异腈酸酯苯乙烯甲醛丙酮*******尼龙6******对二甲苯***煤化工重点需完善的技术：乙醇汽油、甲醇汽油、二甲醚DMM+柴油大规模市场准入设备国产化废水处理废渣利用配套二氧化碳利用利用技术二甲醚在柴油机的消耗情况柴油添加组份——聚甲氧基二甲醚PODE2-6①（甲醇）→（甲醛）CH3OH+½O2→HCHO+H2O②2CH3OH+HCHO→CH3OCH2OCH3（甲醇）+（甲醛）+H2O（甲缩醛）③HCHO+H2O→HOCH2OH+Hhcho（甲醛）（甲醛）→HO（CH2O）n+1H（多聚甲醛）④CH3OCH2OCH3+（n-1）HCHO→CH3O（CH2O）nCH3（聚甲氧基二甲醚）甲醇甲醛甲缩醛多聚甲醛（三聚）聚甲氧基二甲醚《CH3O(CH2O)n-CH3》n=3-5添加量10%~20%，十六烷值提高10%以上。黑烟排放从0.04下降到0.02，下降一半。CO排放下降35%PODE流程甲醇甲醛甲缩醛三聚甲醛反应器精馏塔（除甲缩醛）精馏塔（脱三聚甲醛）精馏塔（三聚甲醛）PODE3-4PODEn＞4甲醇甲醛甲缩醛三聚甲醛反应器精馏塔（除甲缩醛）精馏塔（脱三聚甲醛）精馏塔（三聚甲醛）PODE3-4PODEn＞4甲醇甲醛甲缩醛三聚甲醛反应器精馏塔（除甲缩醛）精馏塔（脱三聚甲醛）精馏塔（三聚甲醛）PODE3-4PODEn＞4反应器、催化剂、固体酸（B酸）P=2~3atuT=50~95℃（60℃），反应器采用多层逆流三相流化床。收率＞50%总单耗1.2~1.3t甲醇/tPODEn，要求PODE3占70~80%。二步法：气化→甲烷化→催化气化：气化加氢气化：煤催化气化氧化、甲烷化鲁奇炉10%→→10%61.91.37元/m³CH4收率利用率成本25%72.61.15元/m³50%79.61.03元/m³HCE.LLCMelvilleNy10747GPE工艺反应热：气化（-64kcal/mol）变换（+8kcal/mol）甲烷化（+54kcal/mol）2C+H2O=CH4+CO2-2kcal/mol催化剂K–Na–Li（分解焦油）利用850℃水蒸气供热Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O（CO2捕集）反应T=750℃,t=6hr，P=4.0MPa热解（干馏）500℃催化气化750℃残渣气化、燃烧/气化煤催化剂生物质K2CO3，K-Na，K-CaH2O，O2灰渣甲烷、焦油P=35at，床层高度16米。收率甲烷0.5m³/kg碳碳转化率99%催化剂回收：[K2CO3(4000元/吨)]水洗回收70%Ca(OH)2消解回收30%总回收率91~96%GreatpointEnergy工艺放热反应与吸热反应耦合、节能70%的甲烷直接生成。大大降低氧需求量脱除S、N等采用单一催化剂，同时三个反应总反应-2Kcal/mol2C+2H2O→CH4+CO22C+2H2O2CO+2H2强吸热反应-64kcal/molCO+H2OH2+CO2+8kcal/molCO+3H2CH4+H2O强放热反应+54kcal/mol++汽化变换甲烷化加氢气化→甲烷~800℃~850℃煤粉（长稻煤挥发份＞30%）1100℃H2H2O210~12%芳烃80%甲烷（气相产品除H2回收外，余为CO、CO2…50%半焦）氢耗1立方米H2产出1立方米CH4总煤耗0.5立方米CH4/1T煤半焦50%→去生产H2反思：技术+资本≠成功而是市场导向=成功福布斯没有一项原创技术是以市场需求，技术功能集成之路。对石油市场份额的强有力的竞争者为：煤→电→电动车大力发展电动车电动机的电机械功的转换效率为75~80%汽油机和柴油机的转换效率仅为25%~30%仅在使用环节，煤制油路线比电动车路线耗能多2倍以上。电动车是城市交通能源最佳选择。种植不同工业应用生物质→燃料乙醇发酵法燃料乙醇开汽车加油站生物质燃烧发电电动汽车充电站15000英里英亩收获物8000英里英亩收获物燃料乙醇车与电动车的比较2014年中国电动机保有量为12万量，2015年1月《科技部重点研发计划》2020年实现500万辆。车辆使用费用：北汽E150EV车，15千瓦·小时/百公里，约13-6.24元/百公里。汽油车6升油/百公里，约