石油、石化企业综合利用煤、油、气资源途径初探

1石油、石化企业综合利用煤、油、气资源途径初探达建文（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，山东淄博，255400）摘要：近年来我国原油进口数量急剧增加，石油安全问题引起广泛关注，而我国煤炭与天然气资源相对比较丰富。统筹规划并合理利用煤、油、气资源，通过煤化工、石油炼制、石油化工3个行业技术上的互相借鉴，资源上的互相替代，产业链的互相补充，尽量减少石油的消耗，以减轻对进口原油的依赖。关键词：煤炭石油天然气综合利用20世纪90年代以前，我国作为原油净出口国和煤炭资源大国，对发生在70年代的第一次石油危机没有切肤之痛。随着我国国民经济的持续高速发展，自1993年以来，我国由石油净出口国变为净进口国，而且对进口原油的依赖度愈来愈高，2003年我国进口原油90Mt以上，2004年预计将超过100Mt。如何解决我国能源问题，避免能源危机出现，实现可持续发展就是一个亟待解决的重大课题。近几年我国国民经济持续快速发展，国民生产总值大幅度增加，经济繁荣。然而，由于多年来经济结构性矛盾的积累，出现了一些值得注意的问题。其中最突出的就是煤、电、油、运全面告急，且持续至今。与此同时，由于经济发展的不平衡，环保问题也比较突出。按照科学的发展观进行经济社会发展的统筹考虑已经成为全民的共识。作为国民经济支柱行业的煤炭、石油石化、天然气化工行业，如何实现全面、协调、可持续发展成为一个迫切需要认真考虑的问题。1背景近年我国的炼油工业发展很快，到2003年底，我国的炼油能力已经达到226.405Mt/a。位列世界第4。2003年我国消耗的原油为250～260Mt。然而由于我国原油资源严重不足，自给能力已近极限，再要增产，困难重重。但是我国的煤炭和天然气资源却相对丰富。我国是煤炭资源大国，截至2002年底，中国探明可直接利用的煤炭储量为188.6Gt。我国目前是世界上最大的煤炭生产国，年产量达1.2Gt，占世界煤炭总产量的1／3，年出口煤炭量30Mt，约占世界煤炭贸易量的6％。因此充分利用煤炭资源是适合国情的重要举措。但是煤炭利用中的重要问题是环境污染。传统的煤炭加工与煤化工行业主要以提供能源或经过简单的分离得到初级化工原料（如萘系产品），缺乏深加工，环境污染问题时有发生（煤焦油污染水资源、焦炉气排大气、粉尘污染等等）且日益严重，由煤加工过程引起的污染已经对当地社会生活和经济运行产生严重影响。然而，这些导致污染的气液物质往往含有重要的化工原料。借鉴石油炼制的过程将上述副产品的深加工利用技术升级换代不仅可以解决污染问题，而且可以增加化工产品的原料来源。我国的天然气资源目前主要用来解决燃料问题，以天然气为主的C1化学工业刚刚起步，需要进一步发展。天然气不仅仅是一种优良的燃料，而且通过部分氧化、二氧化碳重整、水蒸气重整等技术生产合成气，进而通过羰基合成官能团化替代石油化工可以得到化工产品或清洁燃料。天然气也是优良清洁的常用燃料，代替石油产品的技术也已经成熟。2综合利用煤、油、气资源的主要思路作为经济高速发展的发展中国家，由于我国的人口基数大，经济总量庞大。产业基础薄2弱，迄今为止，GDP的增长主要还是靠投资拉动。单位国民生产总值的能耗远远高于发达国家。我国经济与社会的长期持续发展必须建立在能源可持续供给与协调发展的基础上，也就是统筹规划、合理利用现有的资源，通过技术上的互相借鉴、资源上的互相替代，产业链的互相补充，尽量减少对进口能源的依赖。煤、油、气、化一体化应着重解决以下几个问题。（1）能源与资源并重，统筹解决以非煤能源替代煤发电，以煤代油生产合成气，以油发展化学品，以天然气为主发展C1化学。在我国的能源消费结构中，目前煤炭作为火力发电的主要能源承担着重要角色，而风能、太阳能、核能、水力等清洁能源所占的比例很小。因此，建议国家从宏观调控的战略高度通过税收杠杆等措施加大非煤清洁能源的开发和投入力度，特别是民间资本、国际资本与国家投入并重，尽量减少化石资源的消耗，既能减少资源短缺的依赖问题，又能解决环境污染问题。适宜直接液化与间接液化的煤炭可以作为生产清洁燃料的原料，同时利用水煤浆气化等技术替代渣油造气与发电供热，每减少1000kt原油的消耗，就相当于减少2.25亿美元以上的外汇消耗。而石油则可用来深加工，延长产业链，大力发展以乙烯为龙头的石油化学工业，使产品大幅度的增值。天然气也可通过部分氧化、水蒸气重整或二氧化碳重整生产合成气作为化肥、羰基合成制高碳醇的原料，进而生产化工产品。传统的炼油厂以原油为原料，经过一系列加工程序生产出不同规格的燃料和众多的化工原料。在原油的加工过程中，大量的加热、发电、蒸汽发生、制氢等过程也都消耗大量的副产渣油或干气。而加氢精制改质等过程所需要的氢气也多由石脑油蒸汽重整而获得，为此消耗了大量的石脑油资源。与煤炭、天然气相比，无论是从石油分馏加工过程得到的石脑油，还是作为副产的渣油和干气，都富含烯烃、芳烃等重要的化工原料，而且其加工利用与煤炭、天然气作为化工起始原料相比要容易得多。正因为如此，迫使我们必须重视石油资源的利用并且在多种资源综合利用的前提下加以考虑。不要使得本来就可以作为化工原料或清洁燃料资源的烃类被浪费。（2）技术上相互解决、相互替代，大力发展氢能源，燃料电池、太阳能转化、生物质转化，多种车用燃料油替代技术。由于条块分割的原因，过去对煤炭、石油、天然气工业以及化工产品的生产缺少全面考虑，技术上互相隔离，使得能源与资源的利用效率低下且浪费严重。而我国日益增长的原油进口局面迫切需要开发多种替代资源解决能源与资源短缺问题。中国富煤气贫油的现状也决定了煤油气化工业互相借鉴、相互融合的重要性。上述过程在技术上也可以互相借鉴和互相取代的。如用于油品改质的加氢技术可以在煤液化过程中加以应用。通过合成气路线分离出来的氢气可以作为燃料电池的原料、由合成气生产的甲醇以及通过生物过程得到的乙醇可以作为清洁排放的车用燃料。煤化工转化过程的环保技术也可以和加工过程的技术相互借鉴，如脱硫技术、硫磺回收技术、气体净化技术、污水处理技术等等。（3）开发循环经济、绿色化学、原子经济，解决可持续发展问题，煤加工与利用过程的副产品应成为重要的化工原料，而不是污染之源。通过经济增长方式的转变即走内涵式的发展道路已经成为全国上下的共识。2004年许多科学家倡导的“绿色化学”、“原子经济”应当成为全社会的共识。绿色化学(GreenChemistry)又称环境无害化学(EnvironmentalBenignChemistry)，是指在反应中尽量减少或彻底消除使用或产生有毒、有害物质的化学，在其基础上发展的技术称为环境友好技术(EnvironmentalFriendlyTechnology)或洁净技术(CleanTechnology)。它所研究的中心问题是使化学反应及其产物具有以下特征：①采用无毒、无害的原料；②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；③具有原子经济性，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”；④产品应该是环境友好的。此外，它还应当满足物美价廉的传统标准。因此，绿色化学可以看成是最高层次的化学，发展绿色化学离不开原子经济。原子经济的概念是由斯坦福大学的BarryTrost教授提出的，其目标是开发这样的合成反应，即反应中绝大多数甚至全部的反应物原子都被引入目标产物，产生极少甚至不产生副产物，以达到“零排放”的目的。原子经济化的目的就是物尽其用，更具体来说，便是一个节约自然资源和防止环境污染的问题。3在煤化工和石油化工过程中往往会产生一些废气、废液、废渣，这些污染物通过适当的转化必然会成为有用的资源。如利用煤矸石生产吸附剂、分子筛等；利用煤焦油分离出化工产品；酸性气回收制硫磺等等。当然，政府鼓励及税收政策的倾斜对开发环保产业是最大的动力。（4）石油应该成为重要的化工原料，生物技术、C1化学等的发展为原油接替提供支撑。俄国化学家门捷列夫早在19世纪就讲过这样一句话：“将石油作为燃料，无疑是和用钞票生炉子一样，浪费宝贵的资源。”石油这种不可再生的资源应该最大程度作为化工原料加以利用才是符合人类长远利益。然而，在替代能源解决之前，石油仍然是重要的燃料来源。如何利用非油资源生产车用燃料来取代石油是工业界、学术界今后研究与开发的方向。因此必须节约与利用并重，重视每一种化石资源，更要重视每一种化石资源的综合利用。3综合利用煤、油、气资源的若干建议能源、资源的综合利用和燃料、化工的协调发展是快速发展的国民经济对工业界和学术界提出的挑战性问题。由此建议以下若干研究或开发课题。（1）煤：水煤浆、水焦浆（炼厂副产物石油焦）替代燃料提供能源，用以造气、发电、产蒸汽（煤代油），尤其是热电循环（IGCC过程）不仅热效率大大提高，而且可提供宝贵的氢气资源供炼厂使用；（2）利用炼油技术进行煤加工副产品的利用：煤焦油加氢改质（煤代油）；（3）天然气部分氧化制合成气；（4）天然气与二氧化碳重整制取合成气；（5）煤（焦）造气；（6）以C1化学为主的化学品、燃料合成技术；（7）合成气→甲醇→汽油（MTG）；（8）合成气→甲醇→低碳烯烃(MTO、MTP)；（9）低碳烯烃结构官能团化生产醚类、醛类、醇类等含氧化合物或含氯化合物；（10）合成气→甲醇→二甲醚（二步法或一步法）→替代LPG或作为柴油调和组分；（11）合成气→氢气（PSA工艺）→加氢精制、加氢改质、加氢处理；（12）廉价氢源开发（如：焦炉气分离）；（13）尽量减少燃料油的生产与使用，使石油产品的价值得到最大程度的发挥；（14）煤间接液化技术；（15）渣油利用技术：RFCC、HCC、CPP、VRDS、焦化、减粘、碳材料合成技术；（16）煤矸石：煅烧、晶化，制备分子筛及催化材料作为石油化工催化剂、助剂；（17）废弃煤矿：地下造气技术。图1是以石油、煤炭、天然气为原料通过互相借鉴生产清洁燃料与化工产品的示意图。有关可替代能源等等方面的课题不在此述及。4煤水煤浆打浆焦化焦碳合成气甲醇MTIMTG烯烃气化清洁燃料馏份油渣油低碳烃类蒸馏原油焦化石油焦化工产品打浆水焦浆气化FCC.DCC.HDS等天然气F-T水汽重整CO重整2H2炼油过程精制改质部分氧化MTBE.TAME.PP.SBR.PE.PS.PVC叔丁醇丙烯酸丁辛醇甲乙酮环氧丙烷等能源-化工协调发展示意图发电CPPHCCVRDS焦化蒸馏炼油过程的精制改质直接液化清洁燃料化学品煤焦油焦炉气焦化焦化馏份油清洁燃料萘系化工品炭黑H2PSA制H2炼钢干气针状焦电极蒸汽裂化膜分离调和汽油图1将煤、石油、天然气加工过程中的部分过程互相结合，实现资源利用的最大化。如石油的利用除了生产清洁燃料以外，尽量最大可能生产烯烃作为化工产品实现增值；煤炭除了传统的加工手段以及作为能源以外也可以通过部分副产品的改质或直接/间接液化生产清洁燃料替代石油资源。天然气通过C1化学的路线生产化工原料是实现资源接替的一个重要战略选择。用于清洁燃料生产过程中所需氢气的生产可以通过煤、石油、天然气加工过程多途径得到，具体做法可以与当地实际情况相结合。需要说明的是上述过程仅仅是示意，许多相关的传统过程及辅助环保技术等略去并不表示这些过程不重要。传统技术的升级换代仍然是技术进步与提高效益的重要途径之一。4综合利用煤、油、气资源的优势4.1实现部分以煤代油、以气代油，节约外汇，实现能源安全石油进口的大量增加使我国经济的对外依存度和风险大大增加，当一个国家石油进口超过一定程度以后就要从战略安全的角度重视替代能源的开发。通过部分以煤代油、以气代油不仅可以缓解石油进口的压力，而且在节约外汇的同时逐步实现能源安全战略。我国目前探明的煤炭和天然气储量可以在相当长的时间内支持工业增长的需求，因此做好煤基能源化工以及天然气的利用意义重大。4.2采用技术基本成熟，可以互相借鉴本文所列举的技术和提出的思路，基本上是对现有技术的整合及相互借鉴，如石油加工与石油化工在煤化工领域的渗透，天然气转化与利用的系统工艺，水煤浆、水焦浆替代渣油造气技术等等，与煤直接液化等投资巨大、回报期长的远景技术可以互相补充。在短期内通过技术改造实现低投入高效益