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      向現代煤化工企業推薦一批新技術

      作者: 2022年03月28日 來源: 瀏覽量:
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      我國現代煤化工已形成包括煤制油、煤制氣、煤制化工品產業技術體系,先后開發和掌握了具有我國自主知識產權、世界領先水平的大型煤氣化、百萬噸級煤直接液化、400萬噸/年煤間接液化、60/120萬噸/年煤制烯烴、40萬噸

        我國現代煤化工已形成包括煤制油、煤制氣、煤制化工品產業技術體系,先后開發和掌握了具有我國自主知識產權、世界領先水平的大型煤氣化、百萬噸級煤直接液化、400萬噸/年煤間接液化、60/120萬噸/年煤制烯烴、40萬噸級煤制乙二醇、百萬噸級低階煤分級分質利用、10萬噸級二氧化碳捕集與封存等產業化技術?,F代煤化工產品產量折原油當量已達到4000萬噸級,為提高國家能源戰略安全保障能力、促進石化原料多元化作出了積極貢獻。其中,煤(合成氣)路線乙二醇產能占我國乙二醇總產能的38.1%,煤(甲醇)路線乙烯產能占我國乙烯總產能的20.1%,煤(甲醇)路線丙烯產能占我國丙烯總產能的21.5%。同時,逐步形成了寧東能源化工基地、鄂爾多斯能源化工基地、榆林國家級能源化工基地等多個現代煤化工產業集聚區,產業園區化、基地化發展的優勢初步顯現。

        但是,現代煤化工發展中存在的問題同樣突出。

        第一是部分企業效益欠佳,整體競爭力不強。煤制油企業總體稅負已接近銷售收入的40%,在很多方面缺少話語權,不能實現產品優質優價,享受不到油品零售環節的利潤。煤制天然氣項目成本與價格倒掛,多數企業長期巨額虧損,舉步維艱。煤制乙二醇產品質量仍有局限,項目整體效益欠佳,投資風險加大。第二是產品同質化、低端化問題較為突出。費托合成產品同質化,競爭加劇。煤制烯烴產品以中低端為主,高端專用料牌號基本空白。煤制乙二醇產品結構單一,下游用于聚酯的比例不高。第三是生態環境矛盾依然突出?,F代煤化工項目規模大,三廢等污染物產生量大、處理利用難。產業示范區空間有限、環境容量不足、承載能力較弱,生態環保和節能降耗壓力大、任務重。第四是技術缺乏,產業高質量發展受限。近年來自主開發的煤氣化、煤直接液化、間接液化、煤經甲醇制烯烴和煤制乙二醇等大型合成技術均實現工業化,技術水平走在世界前列,但前瞻性技術創新、核心工藝包開發、關鍵工程問題解決等仍然缺乏自主創新能力,新一代信息技術應用不足,科技創新對產業發展的支撐變弱。第五是節水降碳任務重。與石油化工相比,煤化工原料路線長,生產條件苛刻,資源耗用量大。2020年煤化工碳排放合計17566萬噸,占石油和化工行業的13.01%,煤制油、氣、烯烴、乙二醇等四大類主產品單位產品水耗均在5~20噸/千標方。

        綜上分析,未來我國煤化工發展的重點任務主要有5個:

        一是科學規劃、優化布局,促進產業集聚發展。綜合考慮煤炭資源、水資源、環保條件、土地供應、物流條件、投資等要素,在國家規劃的14個大型煤炭基地和能源運輸通道節點上,按照“重大基地+關鍵節點”布局方式,推動產業集聚發展,逐步形成世界一流的現代煤化工產業示范區。

        二是大力加強科技創新,突破核心關鍵技術。要加大科技投入,加強產學研用協同創新,圍繞制約現代煤化工產業發展的重大關鍵共性技術和重大裝備積極開展科技攻關。包括大型節能型煤氣化技術、煤制化學品短流程技術、產品高端化技術、產業內多種生產工藝耦合技術、與相關產業耦合技術、低階煤低碳低能耗利用技術、碳捕集封存與資源化利用技術。

        三是積極發展高性能、高附加值產品,推動產業高端發展。煤直接液化,重點發展特種油品和超清潔油品,航空煤油、軍用柴油等;煤基碳素材料,航空航天用高模量碳纖維、超級電容器用活性炭、高性能儲能電池負極等高端碳素材料。煤間接液化,高碳α-烯烴、高端潤滑油、高端費托蠟、高碳醇等。煤制烯烴,與α-烯烴共聚的聚乙烯及丙丁共聚聚丙烯、融熔聚丙烯、高結晶度聚丙烯等高端聚烯烴牌號技術。煤制乙二醇,發展草酸二甲酯等中間產品、聚乙醇酸(PGA)等生物可降解材料等。低階煤分級分質利用,重點發展碳基材料、含氧化學品、軍用特種油品等。

        四是著力實施協同耦合,推動產業多元發展。

        首先,積極發展煤油氣原料耦合,實施碳氫互補。我們可以與國際國內相對先進的煤制甲醇技術對標,達到水耗降70%、碳排放降低60%、二氧化硫排放降低60%、整體投資降低25%,碳資源利用率提升17%、能源轉化效率提升16%。

        其次,積極開展產業內工藝耦合,實施多元發展。利用煤直接液化石腦油芳烴潛含量高和間接液化石腦油直鏈烷烴含量高的特點,優化石腦油裂解反應和甲醇制烯烴反應熱平衡,提高能效,生產烯烴同時聯產對二甲苯,進一步生產高附加值化工品。熱量耦合,強放熱反應+強吸熱反應,能耗降低1/3;反應耦合,石腦油原料利用率提高10%以上;縮短流程,建設投資降低20%。

        最后,切實推動與煤炭電力、石油化工、冶金、化工等產業耦合。按照循環經濟的理念,大力推動現代煤化工與關聯產業融合發展,延伸產業鏈,擴大產業集群,減輕煤炭利用對生態環境的負面影響,提高資源轉化效率和產業競爭力。比如,結合新疆、陜西、寧夏、內蒙古等電源點建設,發展煤化電熱一體化,實現現代煤化工與電力聯產和負荷的雙向調節,提高資源能源利用效率。又比如,發展煤制芳烴、乙二醇產業化,推動化纖原料多元化,打通煤基化纖原料產業鏈。還比如,集中轉化高鋁煤炭資源,推動粉煤灰提取氧化鋁產業化,大力發展粉煤灰制建材產品,探索利用合成氣直接生產還原鐵。特別是發揮現代煤化工與原油加工中間產品互為供需的優勢,煤化工平臺產品主要是一氧化碳、氫氣、甲醇、合成氨等碳一化工產品,石油化工平臺產品主要是乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等多碳化工產品。煤化工與石油化工聯合發展,可彌補石油化工生產路線的結構性缺陷,還可通過建設集油品化工(煤基油品與石油基油品的調和,促進成品油質量升級)、發電、制氫于一體的石油和煤化工聯合裝置,大幅提高原子利用率和能源轉化效率。

        五是綠色節能減排多措并舉,推動產業低碳發展。

        這里具體推薦從幾個技術角度入手:

        1.優化存量(優化工藝、節能改造、轉型升級),提高現有裝置能效?,F代煤化工項目大多屬于示范項目,系統優化集成不夠,主體化工裝置與環保設施之間、各單元化工裝置之間匹配度不夠,低位熱能、灰渣等資源綜合利用水平有待提高。隨著現代煤化工項目的大型化、一體化發展,項目規模和復雜程度遠高于傳統煤化工,換熱系統優化空間很大。通過優化換熱系統,提高激冷水、乏汽等低品味熱利用效率,合理利用熱泵技術手段有效提高煤化工整體能效。

        建議企業及時引進先進節能技術裝備,如大型反應器、裂解爐、壓縮機、換熱器、氣化爐等高效節能設備,熱泵、熱夾點、熱聯合、電氣化等過程和系統節能技術。

        電氣化水平提高有助于提高能源利用效率,節約能源。研究表明,電氣化水平提高1個百分點,能源效率提高4%左右。隨著可再生能源的發展,綠電所占比例不斷提高,通過電力驅動動設備代替蒸汽驅動,可以有效降低氮氧化物、二氧化硫、粉塵等污染物和碳排放強度。在雙碳目標引領下,電氣化將是能源中長期發展的主要方向和推動經濟社會全面綠色轉型的有效途徑。

        大力發展數字化、信息化、智能化技術,推動生產過程智能化,實現污染物實時監測以及經營決策的科學化等。

        2.提升增量,對標最先進的能效標準,引入戰略性新興產業。如中國科學院大連化學物理研究所三代甲醇制烯烴(DMTO)技術甲醇轉化率99.06%,乙烯和丙烯的選擇性85.90%,噸烯烴(乙烯+丙烯)甲醇單耗為2.66噸,刷新行業紀錄。清華大學山西清潔能源研究院水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐技術蒸汽產量在半熱回收流程基礎上能夠再增加20%~30%,節能減排效果明顯。青島聯信催化材料有限公司低水/氣(一氧化碳)比耐硫變換新工藝顯著降低蒸汽的消耗和外排冷凝液的量,節能效果顯著。上海兗礦能源科技研發有限公司自主開發的高溫費托合成技術α-烯烴含量高,可以利用碳9~碳11α-烯烴合成聚α-烯烴、利用高溫費托合成油制重烷基苯等高附加值化工產品。

        3.積極推動與可再生能源的耦合。以煤制烯烴項目為例。通過太陽能、風能新能源發電,再通過電解水制取綠氫、綠氧。氫氣進入儲氫罐后通過氫壓機提壓補入有效合成氣,相應減少一氧化碳變換反應深度和氣化爐原料煤消耗。氧氣進入儲氧罐通過氧壓機提壓后送入氣化爐,相應替代空分裝置氧氣用量,減少空分汽輪機蒸汽用量和鍋爐燃料煤用量。通過分階段實施綠能和綠氫、綠氧計劃,最終將實現變換生產氫氣的全置換。變換、空分和燃煤鍋爐等裝置可以全停,最大程度降低碳排放。通過與可再生能源的融合,煤制烯烴流程設計中可以取消變換(保留熱回收)、空分、動力島等高耗能單元,減少煤氣化單元規模,大幅降低資源能耗,減少碳排放等。碳排放可降低90%,氮氧化物減排75%、二氧化硫減排99%。

        4.積極實施碳捕集驅油與封存。二氧化碳捕集與封存(CCS),可從化石能源利用產生的尾氣中捕集二氧化碳,將其液化運輸至埋存地,注入地質結構中進行封存。我國已開展全國范圍的二氧化碳地質封存潛力評估,形成了初步的評估標準和指南。二氧化碳捕集與封存是實現大規模減少二氧化碳向大氣中排放的重要措施之一,長期安全性、可靠性仍是地質封存技術發展的主要挑戰。碳捕集與封存潛力巨大,是未來減少煤化工碳排放的有效途徑。煤化工產業能夠產生80%~98%高濃度二氧化碳,便于低成本實施二氧化碳捕集、封存和利用。

        二氧化碳捕集驅油封存技術可部分抵消二氧化碳捕集與封存成本。國內外應用實踐表明,二氧化碳驅油可提高原油采收率10%左右。注入1~4噸二氧化碳可以采出1噸原油,具有良好的經濟性。我國已建成約35個二氧化碳捕集與封存利用(CCUS)示范項目,年捕集能力超過300萬噸。

        在二氧化碳資源化利用技術方面,如中科院上海高研院等5000噸級工業側線、中科院大化所千噸級試驗的二氧化碳加氫制甲醇,中科院上海有機化學研究所與山東濰焦集團聯合攻關的千噸級二氧化碳合成二甲基甲酰胺(DMF),遼寧奧克化學股份有限公司與中科院過程所合作的3萬噸級二氧化碳合成碳酸二甲酯聯產乙二醇工業裝置,中國科學院上海高等研究院等8000萬標方/年工業側線的富二氧化碳-甲烷干重整制合成氣、碳能科技(北京)有限公司與天津大學等合作的30噸二氧化碳電解制合成氣中試裝置,以及二氧化碳制芳烴、汽油、橡膠、生物基化學品及二氧化碳生物轉化制乙醇等技術都具有前瞻意義。

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