煤制油-煤化工一体化技术

煤制油-煤化工一体化技术CTL-CTCCogenerationCycle(4C)房根祥西北化工研究院NorthwestResearchInstituteofChemicalIndustry(NWRICI)website:针对我国煤炭资源尤其是烟煤较为丰富、煤化工发展的总体态势和国内已有的技术优势，提出了符合能源化工发展方向的煤制油-煤化工一体化技术方案。煤制油-煤化工一体化技术，可实现煤炭-清洁燃料-化工的协调发展，对于促进我国资源合理利用具有现实意义。摘要我国能源资源的特点是煤炭资源丰富，而石油、天然气资源相对贫乏。据国土资源部2004年6月发布的统计报告，截至2002年年底，中国探明可直接利用的煤炭储量为1886亿吨，煤炭资源可以保证开采上百年。截至2003年年底，我国累计探明可开采石油储量仅65亿吨。与此同时，我国已成为石油消费大国，2005年石油进口量突破1亿吨，预计2010年石油消费量将达到3.96亿吨，缺口将突破1.5亿吨。石油对外依存度达40%~50%。背景石油短缺在我国已经成为必须面对的现实，对我国国民经济发展和国家能源安全构成严重威胁。因此，发展以煤为原料的煤制油和煤化工产业，不仅可实现化学工业的原料路线替代（煤代油），而且有利于保障我国的能源领域尤其是车用燃料领域的可持续发展。背景神府煤田圈包括陕西、内蒙、宁夏、山西，煤炭资源十分丰富，远景储量在1万亿吨以上。煤质为低磷、低硫、低灰、中高发热量的烟煤，煤的气化和转化活性好，煤液化油收率比较高，可作为优质的动力用煤、化工用煤和液化用煤。背景针对我国资源、能源和化学工业的基本态势和发展需求，尤其是神府煤田烟煤资源丰富、品质优良的特点，结合我国已有的技术优势，提出煤制油-煤化工一体化技术方案，旨在形成煤炭-清洁燃料-煤化工协同发展的格局。对于节约原生资源、实现资源综合利用、保护环境、促进该经济圈经济发展具有重要意义。方案的提出煤制油技术是先进的煤炭转化技术之一，是以煤为原料制取液体烃类产品的技术。煤制油技术分为直接液化和间接液化两大类。煤的直接液化是煤直接催化加氢转化成液体产物的技术，主要包括煤的处理、加氢液化、固液分离、油品炼制、制氢、液化残渣处理等过程。典型工艺有：德国IGOR工艺，日本NEDOL工艺和美国HTI工艺。国内在煤直接液化技术方面已取得重大进展，神华集团煤制油一期工程3.2Mt/a装置已进入建设，同时在上海建立煤制油技术研发中试基地。技术现状：煤制油煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2）为原料，在一定温度和压力下，定向地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺，包括煤气化制取合成气、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。技术现状：煤制油煤间接液化技术主要有：南非萨索尔（Sasol）费托合成法，主要是合成烷烃及少量的合成烯烃；美国莫比尔法（Mobil），用煤制成合成气，经催化合成甲醇，再将甲醇转化成汽油；直接合成法，用低H2/CO比值（0.6～0.7）的合成气作原料气，直接合成高辛烷值汽油。中科院山西煤化所开发的MFT法，提出将传统的F-T合成与择形分子筛相结合的两段法改进F-T合成汽油新技术，已完成中间试验，正进行产业化推进。技术现状：煤制油目前我国煤化工主要以生产合成氨、合成甲醇以及合成气制其他化工产品为主，存在产品结构单一、布局不合理、生产规模小、投资和运行成本高等不足。技术现状：煤化工经过几十年的努力，我国在煤化工领域的技术开发取得了引人注目的成就，形成了系列技术集群，主要集中在煤气化、合成气净化和变换、甲醇合成催化剂和反应器技术、合成氨成套技术以及C1化学下游产品生产技术等。技术现状：煤化工无论对于煤制油，还是对于煤化工，其关键的龙头技术为煤气化制合成气（或氢）技术。国内在气化方面，主要采用固定床：UGI，Lurgi流化床：灰熔聚，U-Gas，恩德炉气流床：干法气化（Shell，GSP），湿法气化（水煤浆，多元料浆）技术现状：煤气化从技术成熟性、投资、建设周期、技术经济指标和环保友好等方面考虑，湿法气流床加压气化技术是一种值得优先选择的先进技术。技术现状：煤气化多元料浆气化技术（MCSG）■西北化工研究院经过30多年的努力开发成功■经历探索性基础研究、承担国家“六五”、“七五”、“八五”和科技部科研院所技术开发专项几个阶段■成功应用于年产3~30万吨合成氨、20~60万吨甲醇和40万吨煤制油装置。■取得8项国家专利。技术现状：煤气化本技术的最大特点是以煤、石油焦、石油沥青等含碳物质和油（原油、重油、渣油等）、水等经优化混配形成多元料浆，经加压气流床气化炉气化生产合成气（CO+H2）。本技术采用急冷流程，料浆在加压条件下，含碳固体颗粒与氧发生部分氧化反应，生成以CO和H2为有效组分的粗合成气，可用于合成氨、合成甲醇、制氢、合成油品、联合循环发电等。技术现状：煤气化发达国家和地区在煤炭综合利用方面地发展趋势，是以洁净煤技术为先导，充分利用化学这一个物质相互变换的手段，建立既环境友好，又综合发展，高效益、多联产的新一代煤炭-清洁燃料-化工为一体的产业园。技术现状：国外经验南非Sasol的“世纪工程”，采用循环流化床技术和F-T合成技术，从合成气出发进行合成化工产品和合成油，向煤制油-煤化工一体化方向发展。技术现状：国外经验美国能源部（DOE）提出的Vision21（展望21）能源系统，其基本思想是以煤气化为龙头，利用所得合成气制氢，再通过高温固氧化物燃料电池和燃气轮机组成的联合循环发电系统产生电能，合成气制氢产生的CO2可综合利用。技术现状：国外经验Shell合成气园（SyngasPark），是以煤为主要原料的气化为核心，制取合成气生产甲醇、醋酸、醋酐及合成氨、化肥等高附加值的化工产品，与洁净联合循环发电相结合以及生产城市煤气等供给用户，同时还可供应用户生活用热水等。由此可见，煤炭的综合利用正是朝煤炭-清洁燃料-化工一体化、系统化、产业园式的方向发展。技术现状：国外经验煤油浆制备煤液化分离系统粗油油品炼制煤催化剂煤液化残渣制浆气化合成气水添加剂气体分离净化H2H2合成氨尿素甲醇二甲醚F-T法合成油CO2CO2O2汽油，柴油，煤油等产品煤COCO2变换CO煤制油-煤化工一体化技术对于采用直接液化的煤制油过程来说，除制油技术本身之外，还必须解决两个重要问题，一是液化残渣的处理问题，二是液化所必需的氢气制备问题。如用液化残渣制氢，用于液化过程加氢，其使用的合成气量仅占液化过程产生残渣量制备合成气量的35%，还有65%左右的合成气过量，需进一步用于生产化工产品。煤制油-煤化工一体化技术（1）煤制油技术国内神华集团在上海建立了6t煤/d处理能力的煤直接液化中试装置，为神华集团320万t油/a装置配套进行开发研究，最终可形成具有自主知识产权的煤制油技术。煤科总院北京煤化所长期以来致力于煤直接液化技术的研究，取得了卓有成效的业绩。煤制油-煤化工一体化技术（2）残渣制备合成气（氢）技术对于煤液化残渣的综合利用问题，国内尚无这方面的相关研究报道。西北化工研究院承担了国家科技部科研院所技术开发研究专项，根据液化残渣的特性，进行了相关技术的开发。煤制油-煤化工一体化技术（1）液化残渣原料特性项目单位原料特性Aadwt%15.39Vadwt%36.28发热量Qb.adJ/g31580灰熔点变形温度DT℃1130熔化温度ST℃1150流动温度FT℃1160反应活性900℃%38.81000℃%62.71100℃%89.2煤制油-煤化工一体化技术（2）成浆性试验结果浓度wt%流动性s表观粘度/mPa.sD=15.89-1702.0289.7725.2628.5747.7935.67615.11357.0煤制油-煤化工一体化技术（3）液化残渣多元料浆气化指标（以残渣最低制浆浓度70%计算）料浆浓度/%70CO/mol%51.96H2/mol%36.19CO2/mol%10.57CH4/mol%0.10H2S+COS/mol%0.76N2+Ar/mol%0.42碳转化率/%96.0冷煤气效率/%78.3CO+H2含量/mol%88.15产气率/Nm3(干气)/kg(干物料)2.17比氧耗/Nm3/1000Nm3(CO+H2)335.6比物料耗㎏/1000Nm3(CO+H2)523.2煤制油-煤化工一体化技术总之，液化残渣灰熔点低、反应活性好、发热量高、制浆浓度高，特别适合应用于多元料浆气化技术，技术成熟可靠，有利于实现装置长周期安全稳定运行，不仅适合制取煤直接液化过程所需的氢气，而且适合制取合成气，用于生产甲醇、合成氨、费托合成制油等煤化工、煤制油过程。煤制油-煤化工一体化技术（3）CO2制CO技术在CO2回收利用方面，西北化工研究院开发了“CO2还原制CO技术”，以CO2和煤反应制备CO。对于能源重化工基地，既解决了CO2的环保问题，又利用丰富的煤炭资源，实现资源本地化和CO2的载能再利用。在煤制油-煤化工一体化系统中，煤液化、油品炼制和气体分离过程均产生CO2，通过CO2制CO技术，制取的CO作为化工产品合成气源，减少大气中CO2的排放量，社会效益和经济效益明显，已成功在山东、四川等地实现工业应用。煤制油-煤化工一体化技术（4）各类转化、净化技术西北化工研究院在气体净化、变换、甲醇合成等方面，开发研究了各类催化剂、净化剂如加氢转化催化剂、脱硫剂、甲醇合成催化剂、变换催化剂等，已成功应用于国内数百家石化、化肥、炼油企业，可为煤制油-煤化工一体化提供配套技术支撑。煤制油-煤化工一体化技术（5）其他技术在产品合成技术方面，如合成氨、合成甲醇等技术，国内已有许多成套技术，在技术经济对比分析、论证基础上，可采用现有先进、成熟的技术。煤制油-煤化工一体化技术煤制油-煤化工一体化技术不仅实现了煤炭-清洁燃料-化工一体化发展，还增加了能源化工产业的集中度和集约度，减小了产业发展对环境的影响，具有显著的经济效益和社会效益。通过液化残渣多元料浆气化技术和CO2还原制CO技术，可实现废弃物的资源化利用，提高经济效益，减小环境污染。同时，采用先进成熟的单元工艺技术的优化组合，降低了技术风险，提高了运行可靠性。结语（1）以生产甲醇为例，由于生产甲醇的工艺流程和设备简化，甲醇生产成本可下降35％～40%；由于一体化产生的规模效应及CO2的回收利用，合成气价格可下降46～50%。（2）以年产320万吨煤制油企业为例，液化产生的残渣若用多元料浆气化制合成气（氢），产生的经济效益包括节省技术引进费用数千万元，节省制氢原料费用（煤）为7.76亿元（以200元/吨煤计），节省环保处理费用7760万元（处理费用以20元/吨残渣计）。结语（3）煤炭资源就地转化为高附加值产品，促进当地经济发展。（4）煤制油-煤化工一体化，实现了废弃物的资源化利用，降低资源消耗，提高经济效益，减少了对环境的影响。（5）煤制油-煤化工一体化，是一种新型的产业园区式煤化工发展模式，尤其对神府煤田圈丰富的煤炭资源加工利用具有重大意义。结语谢谢！Thanks!地址：西安市临潼区火车站街1号邮政编码：710600联系部门：科技发展部电话：[phone]Email:[e-mail]：