向现代煤化工企业2号站推荐一批新技术
2023-08-07 15:09
我国现代煤化工已形成包括煤制油、煤制气、煤制化工品产业技术体系，先后开发和掌握了具有我国自主知识产权、世界领先水平的大型煤气化、百万吨级煤直接液化、400万吨/年煤间接液化、60/120 万吨/年煤制烯烃、40万吨
我国现代煤化工已形成包括煤制油、煤制气、煤制化工品产业技术体系，先后开发和掌握了具有我国自主知识产权、世界领先水平的大型煤气化、百万吨级煤直接液化、400万吨/年煤间接液化、60/120 万吨/年煤制烯烃、40万吨级煤制乙二醇、百万吨级低阶煤分级分质利用、10万吨级二氧化碳捕集与封存等产业化技术。现代煤化工产品产量折原油当量已达到4000万吨级，为提高国家能源战略安全保障能力、促进石化原料多元化作出了积极贡献。其中，煤（合成气）路线乙二醇产能占我国乙二醇总产能的38.1%，煤（甲醇）路线乙烯产能占我国乙烯总产能的20.1%，煤（甲醇）路线丙烯产能占我国丙烯总产能的21.5%。同时，逐步形成了宁东能源化工基地、鄂尔多斯能源化工基地、榆林国家级能源化工基地等多个现代煤化工产业集聚区，产业园区化、基地化发展的优势初步显现。
但是，现代煤化工发展中存在的问题同样突出。
第一是部分企业效益欠佳，整体竞争力不强。煤制油企业总体税负已接近销售收入的40%，在很多方面缺少话语权，不能实现产品优质优价，享受不到油品零售环节的利润。煤制天然气项目成本与价格倒挂，多数企业长期巨额亏损，举步维艰。煤制乙二醇产品质量仍有局限，项目整体效益欠佳，投资风险加大。第二是产品同质化、低端化问题较为突出。费托合成产品同质化，竞争加剧。煤制烯烃产品以中低端为主，高端专用料牌号基本空白。煤制乙二醇产品结构单一，下游用于聚酯的比例不高。第三是生态环境矛盾依然突出。现代煤化工项目规模大，三废等污染物产生量大、处理利用难。产业示范区空间有限、环境容量不足、承载能力较弱，生态环保和节能降耗压力大、任务重。第四是技术缺乏，产业高质量发展受限。近年来自主开发的煤气化、煤直接液化、间接液化、煤经甲醇制烯烃和煤制乙二醇等大型合成技术均实现工业化，技术水平走在世界前列，但前瞻性技术创新、核心工艺包开发、关键工程问题解决等仍然缺乏自主创新能力，新一代信息技术应用不足，科技创新对产业发展的支撑变弱。第五是节水降碳任务重。与石油化工相比，煤化工原料路线长，生产条件苛刻，资源耗用量大。2020年煤化工碳排放合计17566万吨，占石油和化工行业的13.01%，煤制油、气、烯烃、乙二醇等四大类主产品单位产品水耗均在5～20吨/千标方。
综上分析，未来我国煤化工发展的重点任务主要有5个∶
一是科学规划、优化布局，促进产业集聚发展。综合考虑煤炭资源、水资源、环保条件、土地供应、物流条件、投资等要素，在国家规划的14个大型煤炭基地和能源运输通道节点上，按照重大基地+关键节点布局方式，推动产业集聚发展，逐步形成世界一流的现代煤化工产业示范区。
二是大力加强科技创新，突破核心关键技术。要加大科技投入，加强产学研用协同创新，围绕制约现代煤化工产业发展的重大关键共性技术和重大装备积极开展科技攻关。包括大型节能型煤气化技术、煤制化学品短流程技术、产品高端化技术、产业内多种生产工艺耦合技术、与相关产业耦合技术、低阶煤低碳低能耗利用技术、碳捕集封存与资源化利用技术。
三是积极发展高性能、高附加值产品，推动产业高端发展。煤直接液化，重点发展特种油品和超清洁油品，航空煤油、军用柴油等；煤基碳素材料，航空航天用高模量碳纤维、超级电容器用活性炭、高性能储能电池负极等高端碳素材料。煤间接液化，高碳α-烯烃、高端润滑油、高端镁托蜡、高碳酒醇等。煤制烯烃，与α-烯烃共聚的聚乙烯及丙丁共聚聚丙烯、副纳溶聚丙烯、高结晶度聚丙烯等高端聚烯烃牌号技术。煤制乙二醇，发展草酸二甲酯等中间产品、聚乙醇酸（PGA）等生物可降解材料等。低阶煤分级分质利用，重点发展碳基材料、含氧化学品、军用特种油品等。
四是着力实施协同耦合，推动产业多元发展。
首先，积极发展煤油气原料耦合，实施碳氢互补。我们可以与国际国内相对先进的煤制甲醇技术对标，达到水耗降70%、碳排放降低60%、二氧化硫排放降低60%、整体投资降低25%，碳资源利用率提升17%、能源转化效率提升16%。
其次，积极开展产业内工艺耦合，实施多元发展。利用煤直接液化石脑油芳烃潜含量高和间接液化石脑油直链烷烃含量高的特点，优化石脑油裂解反应和甲醇制烯烃反应热平衡，提高能效，生产烯烃同时联产对二甲苯，进一步生产高附加值化工品。热量耦合，强放热反应+强吸热反应，能耗降低1/3∶反应耦合，石脑油原料利用率提高10%以上；缩短流程，建设投资降低20%。
最后，切实推动与煤炭电力、石油化工、冶金、化工等产业耦合。按照循环经济的理念，大力推动现代煤化工与关联产业融合发展，延伸产业链，扩大产业集群，减轻煤炭利用对生态环境的负面影响，提高资源转化效率和产业竞争力。比如，结合新疆、陕西、宁夏、内蒙古等电源点建设，2号站信誉油泵厂发展媒化电热一体化，实现现代煤化工与电力联产和负荷的双向调节，提高资源能源利用效率。又比如，发展煤制芳烃、乙二醇产业化，推动化纤原料多元化，打通煤基化纤原料产业链。还比如，集中转化高铝煤炭资源，推动粉煤灰提取氧化铝产业化，大力发展粉煤灰制建材产品，探索利用合成气直接生产还原铁。特别是发挥现代煤化工与原油加工中间产品互为供需的优势，煤化工平台产品主要是一氧化碳、氢气、甲醇、合成氨等碳一化工产品，石油化工平台产品主要是乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等多碳化工产品。煤化工与石油化工联合发展，可弥补石油化工生产路线的结构性缺陷，还可通过建设集油品化工煤基油品与石油基油品的调和，促进成品油质量升级）、发电、制氢于一体的石油和煤化工联合装置，大幅提高原子利用率和能源转化效率。
五是绿色节能减排多措并举，推动产业低碳发展。
这里具体推荐从几个技术角度入手∶
1.优化存量（优化工艺、节能改造、转型升级），提高现有装置能效。现代煤化工项目大多属于示范项目，系统优化集成不够，主体化工装置与环保设施之间、各单元化工装置之间匹配度不够，低位热能、灰渣等资源综合利用水平有待提高。随着现代煤化工项目的大型化、一体化发展，项目规模和复杂程度远高于传统煤化工，换热系统优化空间很大。通过优化换热系统，提高激冷水、乏汽等低品味热利用效率，合理利用热泵技术手段有效提高煤化工整体能效。
建议企业及时引进先进节能技术装备，如大型反应器、裂解炉、压缩机、换热器、气化炉等高效节能设备，热泵、热夹点、热联合、电气化等过程和系统节能技术。
电气化水平提高有助于提高能源利用效率，节约能源。研究表明，电气化水平提高1个百分点，能源效率提高4%左右。随着可再生能源的发展，绿电所占比例不断提高，通过电力驱动动设备代替蒸汽驱动，可以有效降低氮氧化物、二氧化硫、粉尘等污染物和碳排放强度。在双碳目标引领下，电气化将是能源中长期发展的主要方向和推动经济社会全面绿色转型的有效途径。
大力发展数字化、信息化、智能化技术，推动生产过程智能化，实现污染物实时监测以及经营决策的科学化等。
2提升增量，对标最先进的能效标准，
2号站怎么样?引入战略性新兴产业。如中国科学院大连化学物理研究所三代甲醇制烯烃（DMTO）技术甲醇转化率99.06%，乙烯和丙烯的选择性85.90%，吨烯烃（乙烯+丙烯甲醇单耗为2.66吨，刷新行业纪录。清华大学山西清洁能源研究院水煤浆水冷壁废锅气化炉技术蒸汽产量在半热回收流程基础上能够再增加20%～30%，节能减排效果明显。青岛联信催化材料有限公司低水/气（一氧化碳比耐硫变换新工艺显著降低蒸汽的消耗和外排冷凝液的量，节能效果显著。上海兖矿能源科技研发有限公司自主开发的高温费托合成技术α-烯烃含量高，可以利用碳9~碳11α-烯烃合成聚α-烯烃、利用高温费托合成油制重烷基苯等高附加值化工产品。
3.积极推动与可再生能源的耦合。以煤制烯烃项目为例。通过太阳能、风能新能源发电，再通过电解水制取绿氢、绿氧。氢气进入储氢罐后通过氢压机提压补入有效合成气，相应减少一氧化碳变换反应深度和气化炉原料煤消耗。氧气进入储氧罐通过氧压机提压后送入气化炉，相应替代空分装置氧气用量，减少空分汽轮机蒸汽用量和锅炉燃料煤用量。通过分阶段实施绿能和绿氢、绿氧计划，最终将实现变换生产氢气的全置换。变换、空分和燃煤锅炉等装置可以全停，最大程度降低碳排放。通过与可再生能源的高±合，煤制烯烃流程设计中可以取消变换保留热回收）、空分、动力岛等高耗能单元，减少煤气化单元规模，大幅降低资源能耗，减少碳排放等。碳排放可降低90%，氮氧化物减排75%、二氧化硫减排99%。
4.积极实施碳捕集驱油与封存。二氧化碳捕集与封存（CCS），可从化石能源利用产生的尾气中捕集二氧化碳，将其液化运输至埋存地，注入地质结构中进行封存。我国已开展全国范围的二氧化碳地质封存潜力评估，形成了初步的评估标准和指南。二氧化碳捕集与封存是实现大规模减少二氧化碳向大气中排放的重要措施之一，长期安全性、可靠性仍是地质封存技术发展的主要挑战。碳捕集与封存潜力巨大，是未来减少煤化工碳排放的有效途径。煤化工产业能够产生80%～98%高浓度二氧化碳，便于低成本实施二氧化碳捕集、封存和利用。
二氧化碳捕集驱油封存技术可部分抵消二氧化碳捕集与封存成本。国内外应用实践表明，二氧化碳驱油可提高原油采收率10%左右。注入1～4吨二氧化碳可以采出1吨原油，具有良好的经济性。我国已建成约35个二氧化碳捕集与封存利用（CCUS）示范项目，年捕集能力超过300万吨。
在二氧化碳资源化利用技术方面，如中科院上海高研院等5000吨级工业侧线、中科院大化所千吨级试验的二氧化碳加氢制甲醇，中科院上海有机化学研究所与山东潍焦集团联合攻关的千吨级二氧化碳合成二甲基甲酰胺（DMF），辽宁奥克化学股份有限公司与中科院过程所合作的3万吨级二氧化碳合成碳酸二甲酯联产乙二醇工业装置，中国科学院上海高等研究院等8000万标方/年工业侧线的富二氧化碳-甲烷干重整制合成气、碳能科技化京消限公司与天津大学等合作的30吨二氧化碳电解制合成气中试装置，以及二氧化碳制芳烃、汽油、橡胶、生物基化学品及二氧化碳生物转化制乙醇等技术都具有前瞻意义。
