对我国煤基能源化工发展的思考

对我国煤基能源化工发展的思考“世界洁净煤论坛，中国聚焦2011”能源----人类面临的首要问题世界当前面临的十大问题:1.能源6.恐怖与战争2.水7.疾病3.食物8.教育4.环境9.民主5.贫困10.人口(11.恐怖活动)亨利基辛格博士的一句名言“如果你控制了石油，你就控制住了所有国家;如果你控制了粮食,你就控制住了所有的人;如果你控制了货币,你就控制住了整个世界。”我国石油对国外依赖度及予测•年份进口量,亿吨依赖度%预测%•20030.91136.5•2005~1.2~38.0•20082.177注50.9•2010~1.45~45•2020~4.0~55•2030~4.88~82•摘自“中国石油和化工”2004.NO.5注:2008年实际数据，进口量包括原油和油品。5我国一次能源消费预测Ⅱ010203040506070200520102020203020402050亿吨标准煤其它可再生能源可再生发电水电核电天然气石油煤炭20.7%68.9%2.9%1.9%6.3%1.9%7.1%20.6%59.3%5.2%3.1%6.5%4.3%8.0%20.1%52.9%7.2%6.2%5.2%9.9%9.4%18.2%43.9%Ⅱ来源：替代能源研究，国务院能源办公室，20072050能源消费总量：63亿tce2005-2050总煤耗量：1158亿tce当前面临的能源化工问题“后石油时代”必需面对：▲车用、民用清洁燃料的补充和接替?1.世界石油需用数量及地质储量的矛盾;2.使用汽油.煤油.柴油对环境的污染严重;▲石油化工原料的补充和接续?世界燃料面临的问题•汽油、煤油、柴油是导至环境较严重的污染源!•据测算大、中城市大气污染中汽车占~60%；(第二位是燃煤供暖和民用)•北京市非采暖期机动车对大气污染物CO、HC、NOX的分担率分别达80.3%、79.1%、54.8%；•上海市机动车对大气污染物CO、HC、NOX的分担率已分别达86%、90%和56%；•大气中微颗粒有8%来自各类机动车的尾气；复旦大学课题组我国首次对雾霾进行测定量化雾霾主要污染物为多环芳烃:1.11月3日----在环境监测》发表题为《雾—雨事件中的多环芳烃的污染特征》的文章;2.课题组发现:上海市区采集到的雾水，萘、蒽、菲等化合物占雾水中多环芳烃总量的80%左右;3.雾霾的主要污染物是多环芳烃(重芳烃)，而且在大雨前后的雾霾污染物含量要差500倍;4.上海大雾中的多环芳烃多来自本地化石燃料的燃烧;5.为我国控制化石燃料及汽车尾气排放的发展战略及降低大雾带来的危害提供了科学依据;摘自2011年11月9日“文汇报”煤基清洁能源汽车替代燃料应符合以下条件•1、需要有长期、稳定、大量原料来源。•2、对环境友好。•3、基础设施投资少，易于大面积推广。•4、汽车的动力性和经济性好，用户愿意接受。•5、油品质量稳定。6、燃料成本低，从燃料生产到输配网络，加油站及用户均留有合适的利润空间。我国的替代能源可再生能源:不可再生能源1.太阳能;1.核能(裂变、聚变);2.风能;2.燃煤发电;3.水能(含水电);3.新型煤基能源:4.地热;煤(直或间接)制油;5.潮汐能;煤制合成天然气;6.生物质能:甲醇制汽油(MTG);乙醇、生物柴油;甲醇车用汽、柴油;沼气、秸秆等;二甲醚燃料:(柴油、LPG)可再生能源和清洁能源可再生能源:生物质能、太阳能、风能、潮汐能等，总体还处于应抓紧、加大科技研发、完善、为大规模市场运行提供有竞争力的技术经济基础(包括能量储存技术)!清洁能源:核能应以可控核聚变为方向，可控核聚变是人类的福音!清洁发电使电成为真正的清洁能源!“甲醇经济”书中提出后石油时代中甲醇能源化工发展的路线图是现实的选择，对中国更适用!煤基清洁能源1.煤直接法制油;2.煤间接法制油;3.煤经合成气制合成天然气(SNG);4.煤制甲醇车用汽油:(M15、M30、M85、M100汽油);5.煤经甲醇制汽油(MTG、JMPG);6.煤经甲醇制二甲醚(代液化石油气LPG、柴油);7.煤制甲醇车用柴油;8.煤经甲醇制MTBE(汽油辛烷值添加剂);9.煤经甲醇制DMM3-8(柴油十六烷值添加剂);甲醇用作清洁燃料1.甲醇掺入汽油:低比例为M10~M30;•高比例为M80~M100;•2.甲醇制二甲醚(DME)替代柴油;•3.甲醇制二甲醚替代液化石油气(LPG);•4.甲醇制二甲醚替代溶解乙炔；•5.甲醇替代柴油:低比例掺混(5~20%);•高比例配制(≥85%);•6.甲醇用作锅炉燃料;•7.甲醇作燃料电池燃料;•8.甲醇制汽油、柴油添加剂:MTBE、DMM3-8等;•9.其他甲醇燃料;•不同比例时甲醇汽油与93#汽油的替代比(DF型甲醇汽油为大发实业公司产品)0204060801001201401601800%10%20%30%40%50%60%70%80%90%甲醇汽油中甲醇含量甲淳汽油与汽油消耗比值%通常甲醇汽油DF型甲醇汽油高海拔地区道路经济性试验结果项目93#汽油M85甲醇汽油行驶里程（km）6767行驶时间（min）9676平均车速（km/h）4253实测油耗（L）9.559.30M85甲醇汽油/93#汽油替代比0.97:1.00说明:1、表中对比数据是在平均海拔~3900米试验数据;2、用M85甲醇汽油时车速比用93#汽油时车速高了20%;(使用93#汽油时车速已无法再高，而使用M85甲醇汽油时车速仍有余地)3.在~3900米高海拔条件下，使用大发实业公司M85车用甲醇汽油后，相对于93#汽油，车辆的牵引力（爬坡度）增加(提高)了16.8%;4.甲醇汽油添加剂不同，调配甲醇汽油的性能和替代比将不同;甲醇燃料在高空条件的独特优势1.替代高级喷气机航空煤油(含氧50%):在高空用会产生强大推动力!续航能力也好!据透露、美国军方经八年研究，已列装!2.替代液氢等用于火箭和航空燃料的前景;3.有关方面称:甲醇已用于巡航导弹的燃料(美国);4.国际甲醇协会信息:美国波音公司和曰本藤仓公司合作，使用直接燃料电池(DMFC)用于飞机，计划2012年3月进行商业飞机试验;计划在2015年推广应用;甲醇替代车用柴油1.低比例的甲醇柴油(M10~M15):(可以不改汽车)2.高比例的甲醇柴油(M85~M100):美国研发创新了一种点燃式柴油发动机，即在压缩到一定程度时增加电点火措施，美国研发单位已将此技术准许我国无偿使用;配套生产或改造压缩与点燃相结合的“甲醇柴油车”。3.研制高十六烷值的DMM3~8添加剂是关键;(DMM3~8是聚甲氧基甲缩醛);4.二甲醚(甲醇脱水制成)替代柴油(需改车);甲醇替代车用柴油已有一些公司对甲醇柴油进行研究:1.低比例的甲醇柴油(M10~M15~M20):⑴.研制专用添加剂也是技术关键;⑵.已基本解决，尚待全面考核和完善;⑶.不需改车;2.中等比例的甲醇柴油(M30~M50):很难!⑴.研制性能更好的专用添加剂是技术关键;⑵.研发高十六烷值的DMM3~8添加剂;⑶.争取不改柴油车;建议:甲醇柴油以发展低比例和高比例为宜!甲醇燃料和汽油的危害比较表指标甲醇汽油着火性可能性特定露天空间49密闭空间8（2-4）2着火后的危害火灾危害程度310可灭火性710火焰可见度81毒性吸入低浓度时毒性1010可能性34吸入高浓度时毒性1010可能性34皮肤接触时毒性98可能性33口服时毒性1010可能性8（2）3煤制甲醇燃料与煤制油对比项目直接制油间接制油甲醇汽油甲醇柴油≥M85二甲醚(替代柴油)低海拔M15~M85高海拔M85选用煤种烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤烟煤无烟煤煤耗吨/吨产品~3.64.0~4.5~1.5~1.5~2.1产品吨/吨当量油~3.64.0~4.51.0~1.6~1.02.0~1.0煤耗吨/吨当量油~3.64.0~4.51.5~2.40~1.53.0~2.1反应压力Mpa17~302.0~5.05.0~10.05.0~10.0~0.6反应温度℃350~470220~350220~250220~250~230投资万元/万吨≥1.01.2~1.50.3~0.50.3~0.5制甲醇外另加0.15技术成熟度已工业化已工业化成熟试运行中成熟，但车需改甲醇制汽油(MTG)单位及技术甲醇单耗/吨油LPG选择性%辛烷值MobilMTG2.7~3.0(耗煤4.05~4.5)--------煤化所MTG(一步法)2.48(耗煤3.72)3~493.99江苏院JMPG2.30(耗煤3.45)~297理论值MTG2.273(耗煤3.41)--------江苏院JMPG-1~2.20(耗煤3.30)----≥97注:JMPG-1的技术路线有新的突破，不受碳池反应理论制约。(吨)制取甲醇和乙醇对比项目甲醇乙醇需玉米,吨-----3~3.5需用煤,吨~1.5~0.8规模可大规模规模受原料制约成本,元/吨800~2000~4000~5000替代汽油利润较好需国家补贴毒性有毒*无毒效果好好煤制天然气(SNG)1.我国天然气储量少、供需矛盾大;2.我国民用燃料中燃煤多(＞2亿吨)，效率低;3.民用燃煤效率约~15%，民用天然气效率约34%;4.民用燃煤时效率低、污染大、环境差、分散燃煤的排放污染物难治理;5.煤制天然气时，不但效率高(可节约用煤)，而且集中加工，污染物(硫化物和CO2等)可回收并资源化，节能减排效果好、可改善大(大气)小(家庭)环境!6.煤(含焦炉气)制SNG，技术成熟、投资较少、要求稍低、注意选择技术时对环境影响较小!7.注意:煤制天然气，不是煤转化效率最高的技术路线!煤制甲醇与煤制天然气(SNG)对比项目合成甲醇合成天然气从合成气合成产品理论转化率%10047获得相同热量的燃料排放CO2相对值%72~64100长途管输条件投资低、成本低相对投资高且成本高合成甲醇:2H2+CO=CH3OH+Q(100%)合成天然气:3H2+CO=CH4+H2O+Q(47%)★在有条件的地区，选择煤制SNG技术项目是可行的。新型煤化工石油化工与衣、食、住、行化肥纤维、纺织品烯烃橡胶(乙丙丁烯)塑料石油芳烃工业制品(苯甲苯二甲苯)建材醇醛酸酯等装饰材料交通和运输★.”三烯、三苯”:----构成石油化工系列产品优势的基础!石油化工是现代社会发展的支柱之一汽、煤、柴油、石脑油等燃油;沥青、溶剂等聚烯烃裂解乙.丙.丁烯石油缩聚物重整芳烃(苯甲苯二甲苯)化合物转化合成气氨含氧化合物(醇、醚、醛、酸、酯)分离等煤基甲醇能源化工可以接续石油化工汽、煤、柴油、石脑油等燃油;沥青、溶剂等甲醇燃料聚烯烃裂解乙.丙.丁烯石油缩聚物芳构化芳烃(苯.甲苯.二甲苯)化合物甲醇转化合成气氨含氧化合物煤合成气天然气(醇、醚、醛、酸、酯)分离等先进煤气化技术是基础1.多种先进煤气化技术均已获突破!2.应根据煤种性质选择相应的技术;3.提高煤气化炉能力是未来超大规模装置的需求;4.如煤种性质允许，水煤浆气化技术应是首选;5.提高气化压力，有利于提高能量利用水平;6.保证原料煤质量稳定是气化系统稳定运行前提;7.应关注煤气化系统热量的合理、优化利用;8.粉尘----PM10与PM2.59.劣质和低阶煤的气化技术有待研发更好技术!碳一(煤)化工替代石油化工的里程碑生产醋酸技术路线的演变:1.生物化工:玉米酒(乙醇)醋(醋酸)2.石油化工:石油乙烯乙醛醋酸+H2O乙醇3.甲醇制醋酸----煤(碳一)化工的里程碑:煤合成气甲醇醋酸CO+2H2CH3OH+COCH3COOH煤的清洁利用清洁燃料(汽油、柴油、合成天然气)甲醇燃料系列烯烃(乙、丙、丁烯)煤甲醇芳烃(苯、甲苯、二甲苯)醛、酸、醚、酯等系列单细胞蛋白等生化系列低碳醇系列(乙、丙、丁醇和乙二醇等)化肥直接利用芳烃、稠环化合物的源泉我国乙烯、丙烯生产和需求注:2010年实际乙烯当量消费量为2947万吨，对外依存度为51.9%。1418(实际)遵循碳池效应理论基础:2CH3OHCH3OCH3低碳烯烃高级烯烃实施碳的高效低碳化利用研发方向:1.在一个创新工艺范围内实施分子设计，定向催化