新型煤化工产业链

当前,煤化工已成为国家能源发展战略重点之一和国家重点推进的产业。煤化工可分为传统煤化工和新型煤化工。传统煤化工主要包括煤焦化和煤气化制合成氨,这是我国目前的主要煤化工产业。新型煤化工包括煤气化制取甲醇、二甲醚及其下游产品,煤间接液化制油和烯烃,以及煤直接液化制液体燃料等过程。新型煤化工是煤化工产业的主要发展方向。下面介绍几个主要的新型煤化工产业链。

1煤气化制甲醇及下游产品

这条产业链的主要工艺过程包括:煤气化制合成气;合成甲醇或二甲醚;甲醇脱水制二甲醚;甲醇或二甲醚催化合成烃类产物(主要为丙烯)

煤气化技术按气化炉的形式来划分,主要有固定床、流化床和气流床。从技术先进性、能耗、环保等方面考虑,对于大型甲醇煤气化应选用气流床气化为宜。有代表性的气流床气化方法有:德士古水煤浆、壳牌干粉和华东理工大学的多喷嘴水煤浆。德士古水煤浆气化技术的应用较早,技术较成熟,国内外的工业化装置也不少,但其气化效率不高,而氧耗很高。壳牌干粉气流床气化技术由于热效率高、煤种适应范围宽,最近两年在国内应用比较多,有10多个煤化工项目采用,但投资相对较高。华东理工大学的多喷嘴水煤浆气化技术也有工业化应用,较单喷嘴水煤浆气化碳利用率有所提高,但多喷嘴多路控制系统增加了设备投资和维修工作量。

甲醇是由合成气在催化剂条件下合成,甲醇合成已实现商业化大规模生产。目前采用的甲醇合成方法以固定床为主,浆态床还在开发阶段。合成塔应用最多的是列管式合成塔,但投资较大,大型厂宜用水管式合成塔、多床内换热式合成塔和固定管板的列管式合成塔。甲醇是重要的化工原料,主要广泛应用于精细化工、塑料、医药、林产品加工等领域的基本有机化工原料,也可作为

发动机代用燃料,甲醇燃料消费已经成为驱动甲醇需求的主要动力之一。

二甲醚可以通过甲醇液相或气相脱水两步法制得,也可以由合成气一步法合成。与两步法相比,一步法技术具有效率高、工艺环节少、生产成本低的优点,大型二甲醚制备基本都采用一步法。二甲醚在制药和农药等化学工业中有许多独特的用途,更重要的是二甲醚可作为车用柴油替代燃料,也可以替代LPG作为民用燃料。

以甲醇为原料生产低碳烯烃的MTO技术,成为发展新型煤化工产业、实现国家“以煤代油”战略的必由之路,其乙烯、丙烯产品及下游的乙二醇、丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯等产品市场广阔,经济潜力巨大。UOP/Hydro的MTO技术已经具备工业化条件,中科院大连化物所也正在进行该技术的开发。鲁奇公司的甲醇制丙烯的MTP技术也已经完成了工业化装

置的工艺设计,进入工业化实施阶段。

2煤直接液化制油

通过对煤加热、加压、催化加氢,获得液化油,并进一步加工成汽油、柴油及其他化工产品,被称为煤的直接液化。其典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制以及液化残渣气化制取氢气等部分,特点是对煤种要求较为严格,但热效率高,液体产品收率高。世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。国内,神华集团与中国煤科院北京煤化所共同开发了并具有我国自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”,目前,神华集团煤直接液化一期工程的商业化示范生产线已进入工程建设末期,预计2022年初建成投运,设计年油品100万t/a。据预测,我国煤炭直接液化产业化在2022年后将有突破性的更大发展。

3煤间接液化合成油

煤间接液化是将煤气化并制得合成气(CO,H2),然后在一定温度和压力下,将其催化合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺,包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。其主要产品有:石脑油、柴油和蜡、乙烯、丙烯、醛、醇、酮等化工产品。

煤间接液化的特点是适用煤种广、总效率较低、投资大。煤炭间接液化技术主要有3种,即南非的萨索尔(Saol)费托合成法、美国的莫比尔法(Mobil)和正在开发的直接合成法。目前,煤间接液化技术在国外已实现商业化生产。我国从20世纪80年始,中国科学院山西煤化所及充矿集团承担工业化开发工作。目前,我国已经具备建设万吨级规模生产装置的技术储备,在关键技术、催化剂的研究开发方面已拥有了自主知识产权。

4多联产系统

煤的多联产不是一个简单的产品链,而是一个经过优化组合的产品网,是指以煤气化技术为“龙头”,组合了多种生产工艺来进行跨行业、跨部门的联合生产,以得到多种具有高附加值的化工产品(如甲醇、醋酸、乙烯等)、液体和气体燃料(如F—T合成燃料、城市煤气、人工天然气等)、其他工业气体(如CO2,H2,CO等),以及充分利用工艺过程的热并进行发电的能源系统。

目前多联产系统可根据不同的产品取向分为以油品和化工产品为主的煤化电多联产、以生产二甲醚和甲醇重整气为主的煤化电多联产和以燃料为主的煤化电多联产。多联产没有固定的模式,实际中根据具体情况进行优化组合,达到能源的最大利用率、规模经济效益最大化是

多联产的目的。多联产的产品方向还是以甲醇、氨、合成油、氢气、燃气、发电为主要产

品。多联产的近期目标是基于目前工业成熟的单元工艺,实现包括煤气化、燃气轮机发电、车用液体燃料生产和化工产品合成的初级多联产系统;远期目标是通过进一步研究开发,除涵盖煤气化制氢、燃料电池发电、液体燃料生产、化工产品合成之外,以实现CO2捕集埋藏、生产无污染的氢能利用及燃料电池发电为最终目标,实现煤炭利用的近零排放。5结语

发展新型煤化工技术,建设新型煤化工产业对延伸传统煤炭产业链,提升和改造煤炭工业,建设新兴产业,实施可持续发展有重要战略意义,是煤炭工业走新型工业化道路的重要发展方向。以上几条新型煤化工产业链中,煤制甲醇技术基本成熟,正向大型化和高效率方向发展;一步法合成二甲醚是未来二甲醚生产技术的发展方向,目前还不具备大规模商业化生产的条件,有待进一步开发;MTO/MTP技术已具备工业化应用的条件,但世界上还没有实际运行的工业化装置,投资建设要逐步推进;煤炭直接液化和间接液化变油将是今后相当长一段时期内我国发展煤化工产业永恒的主题,目前主要处于商业化工程示范阶段,预计2022年后会逐步形成煤炭高技术转化的新兴产业;多联产已成为国际上未来煤炭高效、洁净利用技术发展的趋势和方向。