我国是一个贫油多煤的国家,以煤代油、发展煤炭的洁净转化和高效利用、保持环境友 好是保证我国长期能源战略安全的基本国策。
神华集团是我国最大的煤炭生产企业,将逐渐由资源型企业向效益型企业转变。在保 持煤炭生产稳步发展的同时,下大力气推进煤炭的升值和洁净转化步伐,高速发展煤炭洁净 转化产业。
1 神华集团总体发展战略
神华集团成立于1995年,集煤矿、电厂、铁路、港口、航运于一体,实施跨地区、跨行 业、多元化经营,是我国以煤炭为基础的重要国有骨干能源企业,也是我国最大的煤炭企业 。集团公司成立几年来,坚持“高起点、高技术、高质量、高效率、高效益”的“五高”方 针,坚持生产结构调整、投资结构调整和产品结构调整,积极推进产业升级,集团经济取得 了高速发展。
煤炭作为神华集团的主导产业,生产和销售得到了超常规、跨跃式的发展,煤炭生产和销售 连续四年实现了每年1000万t以上的高速增长,2003年煤炭产量超过1亿t。
以煤发电作为煤炭清洁转化的重要手段之一,目前已经成为神华集团继续保持高速发展 的重要板块和支柱产业。已经运营的全资及控股电厂装机容量为476万kW,在建电厂规模3 60万kW,多家电厂获得NOSA认证。自有电厂的建设,为煤炭的生产提供了稳定的市场和发展的空间。
神华集团所开发的煤炭资源主要分布在我国西部(目前的主力矿区为神府东胜矿区,位 于陕西和内蒙境内),地处陕西省榆林地区和内蒙古鄂尔多斯市境内,含煤面积达3.12万 km2,已探明储量达2236亿t,居世界第八位。该煤田具有结构简单,煤层埋藏浅,煤层 厚(一般在3~5m,最厚达13m),开采条件好,适合于机械化高效率开采,生产成本低等 优点。该煤田的煤质为:低磷、低硫、低灰、中高发热量的烟煤;煤的气化和转化活性好, 是良好的气化用煤;煤液化油收率比较高,比较适合煤直接液化制取油品。因此,可作为优 质的动力和化工用煤。
丰富的煤炭资源为神华集团发展煤炭的清洁转化产业提供了良好的资源条件。结合我国 的能源战略和能源结构调整,神华集团一直致力于煤炭的清洁利用、综合利用和增值利用方 面的开发研究和探索,并结合企业自身长远发展的需要,提出了采用世界先进技术、建设煤 炭液化项目的设想,得到了我国政府的大力支持。目前,神华集团已经把发展煤炭液化/煤 化工产业作为核心业务的一个板块和实现“二次创业、再造辉煌”战略目标的重点来抓。
神华集团始终坚持以发展为第一要务,在保持跨跃式发展势头的基础上调整结构,从以煤炭 的生产、销售为主,逐步向煤炭的深加工和煤化工为主转化,提高发展的质量和效益,增强 企业竞争力。集团的发展战略目标是:到2010年,神华集团煤炭生产将超过2亿t,自营和控 股发电装机容量达到2000万kW,煤炭液化形成油品及煤化工产品能力1000万t/a;到2020年 ,煤炭生产将起过3亿t,电厂装机容量达到4000万kW,煤炭液化形成油品和煤化工产品能力 3000万t/a。神华集团将为了顺利推进煤液化和煤化工事业,神华集团从国内外相关行业汇集了一大批专业技术 和管理骨干人才,注入20亿元资本金设立了中国神华煤制油有限公司。目前,神华集团在内 蒙古建设的煤炭直接液化项目,自2002年8月国家批准可行性研究报告后,先期工程的各项 建设准备工作进展顺利,已进入全面的建设实施阶段;拟在陕西建设的煤炭间接液化项目目 前已经启动;大型煤化工基地也正在积极筹划之中。
1 神华煤直接液化项目
1.1 煤炭直接液化工艺概况
煤炭直接液化是煤炭在高温、高压和催化剂作用下的加氢过程。典型工艺有:德国的 二段液化(IGOR)工艺,美国的氢煤法(H-coal)工艺和日本的NEDOL工艺。
神华煤直接液化项目的主要特点如下。
(1) 设备超大型化:第一条生产线原料煤处理能力达6000t/d,相应的煤处理、煤浆制备 、液化反应器、煤浆加料泵、煤浆循环泵均为超大型设备;煤制氢能力达24万Nm3/h,相 当于3套年产30万t合成氨的合成气制备装置。
(2) 先进的煤液化工艺,温和的反应操作条件:反应器操作压力约18MPa,操作温度 约445~455℃;在已有的液化工艺中,操作压力和温度较低;相应的材料选择、设备制造等 要简单和节省些。
(3) 新型高效的煤液化催化剂:催化剂的加入量少于传统催化剂添加量的1/3,催化 剂的活性高、生产成本低,煤的液化转化率较高,液化残渣量少,煤液化油产率高,优化了 产品结构。
(4) 采用先进成熟的单元工艺技术的优化组合,降低了项目风险,提高了运行 可靠性和经济性。
该工厂由神华集团独资建设和经营,厂址地点在内蒙古鄂尔多斯市马家塔,规划规 模为500万t/a生产能力,分期建设,一期(300万t/a)第一条生产线(先期工程)的设计生 产能力 为年产液化油100万t。
1.2 煤直接液化的前景
神华煤炭直接液化工艺集成了当今石油化工领域成熟的单元技术,具有投资和消耗低的 优势。2007年第1条生产线示范投产成功后,根据其运行情况,神华集团计划以在上海建设 的煤炭直接液化PDU装置(日加工煤炭6t,2004年7月投产)为手段,开展有针对性地系统攻 关,采取一系列的优化设计,降低投资,进一步优化溶剂体系,降低能耗,使神华煤炭 直接液化技术更加完善。同时,提高产品的技术含量和附加值,以改进煤炭直接液化技术的 经济性, 为今后推广应用神华煤直接液化技术,设计和建设规划中的其它煤直接液化工厂铺平道路。
2 神华煤间接液化项目
2.1 煤炭间接液化工艺现状
煤的间接液化技术是先将煤气化,然后合成燃料油和化工产品。煤间接液化的核心技 术为F- T合成。当前,煤炭间接液化技术主要有:南非SASOL公司的F-T合成技术,荷兰Shell公司的 SMDS技术,Mobil公司的MTG合成技术等。国外还有一些先进的合成技术,如丹麦Topsoe公司 的Tigas法和美国Mobil公司的STG法等,但都未商业化。
F-T合成产物包括:油相产物:为F-T合成粗油,即长链烃混合物,包括油品和石蜡,送 炼油装置加工。气相产物:为未转化的CO、H2和甲烷等不凝轻烃气体。送尾气处理装置回 收LPG、氢气、轻烯烃、燃料气等产品。水相产物:为F-T过程合成的生成水及含氧有机化合 物。送合成水处理装置回收水相中的含氧化合物。
南非SASOL公司于1955年建成第1座由煤生产燃料油的SASOL-I厂。20世纪70年代石油危 机后,于1980年和1982年又相继建成了SASOL-Ⅱ厂和SASOL-Ⅲ厂。主要产品有汽油、柴油、 蜡、乙烯、丙烯、聚合物、氨、醇、醛、酮等113种,年总产量达760万t,其中油品占60% 左右。该公司先后开发应用了Arge固定床、Synthol循环流化床和SAS固定流化床反应器及浆 态床反应器。
Shell公司开发的中间馏分油(SMDS)工艺由合成石蜡烃(HPS)和石蜡烃的加氢裂解或加氢 异构化(HPC) 2个反应过程制取发动机燃料。合成过程使用的是固定床反应器。
该技术已于1993年在马来西亚建成以天然气为原料,生产能力为50万t /a的合成油工厂,主要产品为柴油、煤油、石脑油和蜡。
美国Mobil公司开发的甲醇转化为汽油的MTG过程,其技术关键是将ZSM-5沸石分子筛用 于甲醇转化汽油的反应过程中。利用该技术已在新西兰建成1 座以天然气为原料的年产57万t合成汽油生产厂。
此外,中国科学院下属的山西煤炭化学研究所于2002年6月建成投产了设计规模为年产千 吨 级合成油的煤炭间接液化中试厂。其合成技术具有如下主要特点:采用浆态床反应器, 可以在线补加催化剂,始终保持转 化活性恒定,反应器的负荷率弹性大,反应条件控制和产品分布稳定;催化剂的制造成本比 较低;系统的H2/CO比的波动弹性范围大,适应性强、操作灵活性大;甲烷化率低,系统 反应效率高;合成油产品中约70%以上为石蜡烃,柴油十六烷值高达70。
2.2 神华煤间接液化项目概况
神华煤间接液化项目建设地点拟在陕西省榆林市,以榆神矿区储量丰富、质量优良和便于开 采的煤炭资源为依托,建立坑口煤炭间接液化工厂。建设规模为液化产品600万t/a,分2期 进行建设,每期工程年产液化产品总量为300万t,项目远 景规划规模为1500万t/a。
关键技术选择初步考虑采用先进的煤气化技术与先进的F-T合成技术的组合。产品结构将考 虑以油品(石脑油、柴油、航空煤油、蜡下油和LPG等)和化学品(液体石蜡、软蜡、硬蜡 、聚丙烯和含氧化合物等)相结合的产品方案。最终产品结构将根据市场需求和专利商所提 供的技术综合确定。
目前,神华煤间接液化项目各项准备工作已全面展开。间接液化与直接液化在产品结构和质 量方面,具有优势互补性。神华集团建设成间接液化工厂后,将大大提高结构优化和对市场 的应变能力。
3 神华大型煤化工基地项目
根据市场需求情况,神华集团在发展煤制油产业的同时,正积极筹划建设以煤的高效洁净转化为主要特 征的新一代煤化工产业,拟建设以甲醇为中间体的C1化学品深加工基地,形成煤制油、煤化 工一体化协同发展的战略格局。
3.1 规划建设大型煤制甲醇生产基地
甲醇是C1化工的基础原料,又是清洁代用燃料。在世界基础有机化工原料中,甲醇消费量仅 次于乙烯、丙烯和苯,居第4位。
自1923年开始工业化生产以来,甲醇合成的原料路线经历了很大变化。20世纪50年代以 前多以煤和焦碳为原料;50年代以后,以天然气为原料的甲醇生产流程被广泛应用;进入60 年代以来,以重油为原料的甲醇装置有所发展。从我国的资源背景看,煤炭储量远大于石油 、天然气储量,随着石油资源紧缺、油价上涨,在我国大力发展煤炭洁净利用技术的背景下 ,煤将成为甲醇生产中最重要的原料。
煤制甲醇一般包括4个步骤:煤气化制合成气,合成气净化,甲醇合成,甲醇精馏。其中最 重要的工序是甲醇合成工序,其关键技术是合成甲醇的催化剂和反应器。
世界上典型的甲醇合成工艺主要有ICI工艺、Lurgi工艺和三菱瓦斯化学公司(MCC)工艺 。
目前,国外正在工业示范的液相甲醇合成新工艺具有投资省、热效率高、生产成本低的 显著优点,尤其是LPMEOHTM工艺,采用浆态反应器,特别适用于用现代气流床煤气化炉生产 的低H2/(CO+CO2)比的原料气,在价格上能够与天然气原料竞争。
近年来,我国甲醇工业有很大发展,但与国外甲醇工业相比,还存在很大差距, 主要体现在生产规模相对较小,效率偏低。随着煤制甲醇装置规模的扩大,投资和产品成本 将 显著降低。结合中国资源禀赋条件和国内甲醇工业发展空间巨大的实际情况,选择适宜的合 成工艺和地点,建设大规模煤制甲醇装置将具有很强的竞争力。
神华集团根据市场需求和国内外甲醇合成工艺及装备状况,依托神华煤炭生产基地,建设百 万吨级以上煤制甲醇大型装置,建立以甲醇为基础的煤基化学品深加工基地具有良好的基础 条件。
3.2 以甲醇为中间体的煤基化学品深加工产业
从甲醇出发生产煤基化学品是未来C1化工发展的重要方向。神华集团发 展以甲醇为中间体的煤基化学品深加工,目前初步考虑利用 先进成熟技术,发展“甲醇-醋酸及其衍生物”;利用国外开发成功的MTO或MTP先进技术, 发展 “甲醇-烯烃及衍生物”的2大系列,形成神华超大型煤基化工基地的框架。
3.2.1 甲醇-醋酸及其衍生物路线〖HT〗〖ST〗 醋酸是一种重要的基本有机化工原料,由其可衍生出几百种下游产品,如醋酸乙烯、醋 酸纤维、醋酐和对苯二甲酸(PTA)等。由于醋酸广泛用于基本有机合成、医药、农药等诸 多行业,醋酸及其衍生物的生产与消费也日益引起世界各 国的普遍重视。
醋酸合成工艺路线主要有:液态烃液相氧化法、乙醛氧化法和甲醇 羰基合成法。其中甲醇低压羰基化合成醋酸的技术经济指标极具竞争力。
表1 不同生产工艺合成醋酸的比较(略)
在20世纪90年代中期,国内醋酸市场货紧价扬,给许多企业带来了巨大利润。因 此在最近几年纷纷扩建、新建甲醇低压羰基化法醋酸装置。综合国内醋酸及其下游衍生物的 总体需求(特别是醋酸及其下游衍生物的进口量逐年增长)来看,中国国内市场仍有很大潜 力,关键是要加快下游衍生物的开发。表1示出了近几年我国醋酸及其下游产品进口情况。
表2 近几年我国醋酸及其下游产品进口情况(略)
3.2.2 甲醇-烯烃及其衍生物路线
低碳烯烃中乙烯、丙烯是现代化学工业的基本有机原料,其需求量越来越大。 乙烯、丙烯的传统制取路线是通 过石脑油裂解生产,这种路线的缺点是过分依赖石油;由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃(Met hanol-to-Olefin,简称MTO)是最有希望替代石脑油为原料制烯烃的工艺路线,目前工艺技 术开发已趋于成熟。甲醇制烯烃技术的工业化,开辟了由煤炭或天然气经气化生产基 础有机化工原料的新工艺路线,有利于改变传统 煤化工的产品格局,是实现煤化工向石油化工延伸发展的有效途径。
神华集团密切关注甲醇制烯烃技术工业化的进展,目前正在开展对此项技术的调研论证 ,适时开展前期准备工作。在利用丰富的煤炭资源发展百万吨级以上煤制大甲醇项目的基础 上,神华集团将在国内建设大规模甲醇制烯烃装置,以煤代油生产基础有机化工原料,探索 缓解中国石油资源短缺的新途径。
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