煤制油與煤氣化制甲醇技術(shù)的比較與選擇

中外能源●26SINO-GLOBAL ENERGY2009年第14卷煤制油與煤氣化制甲醇技術(shù)的比較與選擇李瓊玖,杜世權,廖宗富,周述志,申同賀(基玖能源化T. I.程開(kāi)發(fā)設計科技公司,四川成都610012)摘要煤炭液化制油技術(shù)投資大、煤耗高.耗水多、污染嚴重,以日前的技術(shù)水平,生產(chǎn)It油往往需要4~51煤.折算其熱能利用率為50% ,蕎按南非的煤耗(6)計,其熱能利用率儀為33.3%。改用煤炭氣化制甲醇技術(shù),采用6MPa純氧高厭氣化制合成氣(Co+H),合成氣可產(chǎn)奴倍的甲醇,則1t甲醇的煤耗儀為1.3-1.5t.甲醇用作汽車(chē)發(fā)動(dòng)機燃料時(shí),以1.3-1.51甲醇相當于It汽油作功計算,則煤炭的熱能利用率可以達到66%-76%。如果配套水電解制氡技術(shù).還可以.實(shí)現CO2的零排放。中國每年有20x10%的煤炭產(chǎn)量,如果將其中的12x104納入煤炭氣化制甲醇產(chǎn)業(yè)鏈,可每年創(chuàng )造產(chǎn)值約2.67萬(wàn)億元,可臧排CO2約30x104。關(guān)鍵詞煤制油煤制甲醇技術(shù)經(jīng)濟刨新技術(shù)1前育化成油需加人大鼂的氫(H),而且煤中的氧也需要由于油價(jià)上漲，自2001年開(kāi)始發(fā)展煤制油的加氫生成水(H2O)脫除,又要增加氫耗。煤制油加入技術(shù)路線(xiàn)以來(lái),全國各地紛紛立項。鑒于煤制油技的氫來(lái)源于煤炭純氧氣化制取CO+H2,并將90%有術(shù)路線(xiàn)投資大、煤耗高、耗水多,污染大,國家發(fā)改效氣體變換而得。而煤氣中CO占70%(體積分數),委先后三次叫停煤制油項目。直至2008年9月5H2僅有30%(體積分數),CO義需進(jìn)行水煤氣變換日發(fā)文宣布:經(jīng)國務(wù)院同意,除神華已建煤直接液成H2 (CO+H20- +CO2+H2)， 然后將CO2脫除而取得化項|,以及寧夏煤間接液化項日需要認真進(jìn)行可氫。煤制It油品所需的煤制氫就大約有3.6t的CO2行性研究按程序報批外,所有煤制油項目一律停止的排放,若包括發(fā)電.蒸汽和煤液化等環(huán)節,則產(chǎn)生實(shí)施。神華煤制油工藝技術(shù)路線(xiàn)的探索示范將有待并排放的CO2為8.8t。那樣的話(huà),建設300x10%/a煤于生產(chǎn)實(shí)踐檢驗,能否推廣目前尚不能預料。制油項目一年就要排放出1008x104 的CO2。此外,2煤炭液化制油的技術(shù)經(jīng)濟剖析煤貞接液化工藝還排放出含油煤渣600x101,由于2.1能效與污染含油煤渣熱值很低，難以用作燃料而只能堆存,堆按南非煤變油技術(shù)資料報導的數據,煤炭液化存除占地外,還會(huì )受雨水作用而將油污慢慢滲透到產(chǎn)油760x104,耗煤4590x104,折成每噸油耗煤地下造成地下水污染。6.04t;按設計轉化效率最高的神華煤直接液化制油2.2投資與效益分析工藝，產(chǎn)1t油采用優(yōu)質(zhì)煤(熱值為7kcal/kg, 約合煤直接液化成油的投資費用按年產(chǎn)1x104油29.3kJ/kg)為3t,折成熱值約21kJ/kg煤的耗煤最為品的固定資產(chǎn)投資約為1億元計,則建設經(jīng)濟規模4.2t。據估算,以目前的煤制油技術(shù)水平,生產(chǎn)1t油300x10t/a以上項目的投資將超過(guò)300億元，屬高往往需要4~5t煤,按41煤(熱值約21kJ/kg)的熱值投入項目。據業(yè)內人士測算，如果按照煤炭?jì)r(jià)格相當于2t油,所以熱能利用率約為50%,若按南非400元/t、20年固定資產(chǎn)折舊和7%的利息成本測的煤耗6t計,其熱能利用率僅為33.3%。煤制油熱能利用率之所以很低,是由于油品組成是無(wú)氧的碳作者簡(jiǎn)中國煤化工員.1950年畢業(yè)于.氫化學(xué)結構,一般分子式為C.H2-15。由煤炭轉化廣東省:YHCN M H G設、生產(chǎn)工程技術(shù)工成油品時(shí),因煤中元素組成主要是碳(C),并含少量作,主編《合成氨與碳一化學(xué)).<醇醚燃料與化工產(chǎn)品鏈工程技氧(0),以及其他硫化物、水分和灰分(約15%),煤液*>專(zhuān)蕭,發(fā)表論文百多篇。E-mail :hongringcancan@sin .com第7期李瓊玖等。煤制油與煤氣化制甲醇技術(shù)的比較與選擇●27算,煤制油出廠(chǎng)成本對應的油價(jià)大約為60美元/bbl;當甲醇售價(jià)為2500~3000元/t時(shí),投資回收期為6~當煤價(jià)為600元/時(shí),煤制油出廠(chǎng)成本將上升到747a(包括建設期)。美元/bbl。若國際原油價(jià)格維持在80美元/bbl,則煤4我國自主開(kāi)發(fā)的支撐甲醇生產(chǎn)的創(chuàng )新技術(shù).制油盈利空間基本為零。所以國家發(fā)改委再度發(fā)出①焦爐氣、鋼鐵爐氣、煤層氣高溫(1400C)非通知指出,煤制油項目是人才、技術(shù)、資金密集型的催化轉化制甲醇用合成氣合成甲醇工藝，在壓力高投入、高耗能項目,投資風(fēng)險大。目前無(wú)論是產(chǎn)品5MPa下轉化,實(shí)現等壓合成甲醇,不用合成氣壓縮方向、工藝路線(xiàn).技術(shù)裝備,還是運營(yíng)管理、經(jīng)濟效機。該工藝可實(shí)現原料元素充分利用,回收廢棄物益等方面都存在許多不確定因素。煤制油是一項巨和免除環(huán)境污染。每噸甲醇耗焦爐氣1600m' (標大的系統工程,涉及煤資源、水資源、生態(tài)、環(huán)境、技準)。按我國年產(chǎn)焦爐氣量681x104m'計,可產(chǎn)甲醇術(shù)、資金以及諸多社會(huì )配套要求。只有通過(guò)神華的約0.43x104;如焦爐氣用于燃氣輪機發(fā)電,熱效率示范才能對煤制油項目進(jìn)行全面的評估。僅為28%,則損失焦爐氣490x10+m',并排放出CO23煤炭氣化制甲醇的技術(shù)經(jīng)濟分析1.8x109和硫化物等對環(huán)境造成污染。焦爐氣輕烴3.1能效與污染非催化轉化制甲醇工藝技術(shù)已成功在平頂山化肥甲醇系含氧液體燃料，亦是C.H.0組成的有廠(chǎng)工業(yè)化生產(chǎn),并在濰坊化肥廠(chǎng)推廣。非催化轉化機化合物載體,可轉化成多種化工產(chǎn)品。甲醇與油工藝的開(kāi)發(fā)應用,日本還在開(kāi)發(fā)的起步階段。平頂品相似，在常溫常壓下為液體,便于儲存運輸。由固山化肥廠(chǎng)投資1200 萬(wàn)元進(jìn)行技術(shù)改造,項目投產(chǎn)3體煤炭經(jīng)純氧氣化后合成液態(tài)甲醇的T藝流程短.年效果很好。濰坊化肥廠(chǎng)投資1600 萬(wàn)元進(jìn)行技改，設備簡(jiǎn)單,采用6MPa純氧高壓氣化制合成氣(CO+亦已建成投產(chǎn)。該技術(shù)對采煤抽排的瓦斯回收應用H)，再變換脫硫回收硫磺和脫碳后在等壓下合成推廣更具廣泛性。甲醇,不用合成氣樂(lè )縮機。若配套水電解制氫技術(shù),②輕烴(天然氣、煤層氣、煉廠(chǎng)氣等)=一段純還可取消變換和脫除CO2工序,且達到CO2的零排氧轉化制合成氣技術(shù),已在淹南化肥廠(chǎng)投資1.2 億放，合成氣可產(chǎn)雙倍的甲醇，每噸甲醇的煤耗為元興建的12x10%/a 天然氣制甲醇項目成功投產(chǎn)。1.3~1.5t (熱值約29.3kJ/kg 的煤配人氫后，僅為三一段比傳統- -段轉化同最原料增產(chǎn)35%，減排0.65-0.75t)。甲醇用作汽車(chē)發(fā)動(dòng)機燃料,1.3~1.5t甲CO2為85%~90%。該技術(shù)系國內首創(chuàng ),具世界領(lǐng)先醇相當于It 汽油作功,煤炭熱能利用率達66%~水平,也可用于煤層氣(一般煤層氣含CH,約95%，76%。若開(kāi)發(fā)在發(fā)動(dòng)機內甲醇冉催化分解成合成氣與天然氣相近)轉化制甲醇,并已放大推廣。還在鄂(CO+H)的技術(shù),使燃燒溫度達到2000C.提高樂(lè )縮爾多斯蘇里格甲醇廠(chǎng),投資2.2億元增設自熱轉化比作功，則1t甲醇氣化后所作功等于It汽油作的爐改造成33x10*/a甲醇(可增產(chǎn)15x104/a), 總結出功,這樣煤炭的熱能利用率將接近100%(作功增值生產(chǎn)數據可大型化推廣。所致)。用天然氣=一段轉化節氣減排CO2技術(shù)生產(chǎn)采用高溫粉煤純氧氣化配水電解氫制甲醇,煤合成氣,再生產(chǎn)以下每噸基礎燃料化工產(chǎn)品的天然炭中碳元素的利用率可達99%,硫化物全部同收成氣耗最為:合成氨制尿素470m) (標準);合成甲醇硫磺,煤灰中含炭量為1%,可作高級水泥原料。由760m'(標準)(在5MPa下轉化實(shí)現等壓合成甲醇,不此可見(jiàn),煤制甲醇清潔高效轉化工藝路線(xiàn)應成為煤用合成氣壓縮機);二甲醚1082m' (標準);乙烯清潔化利用的主導發(fā)展方向。1806m2(標準)。該工藝每年利用1000x 10%m2天然氣,3.2投資與效益分析可生產(chǎn)相當于原工藝1300x10*m' 天然氣生產(chǎn)的產(chǎn)煤氣化制甲醇項目投資費用按年產(chǎn)1x101甲品和產(chǎn)值，并減排CO2約1.5x10%(轉化用燃料部分醇的固定資產(chǎn)投資約0.25億元計，建設經(jīng)濟規模的減中國煤化工為120x10/a (60x 10/a煤氣化和60x10U/a 水電解YHC NMH G轉化爐、多氣流制氫合成甲醇)項目的總投資費用為30億元。按煤二段轉化爐及燒嘴.U型管換熱轉化爐,這些設備價(jià)400元/計,甲醇出廠(chǎng)成本價(jià)約在1500~2000元/t,已應用于33x10*/a甲醇和7.2x10*/a合成氨生產(chǎn)中外能源●28.SINO-GLOBAL ENERCY2009年第14卷改造。用于老廠(chǎng)改造或新建廠(chǎng)時(shí)比傳統法增產(chǎn)20%~國發(fā)展煤炭轉化制甲醇產(chǎn)業(yè)鏈方案,以供有關(guān)決策100%，節氣20%~30% ,減排CO2的20%~-80%。者參考,并供有關(guān)專(zhuān)家討論,希望能形成共識。③粉煤氣化配水電解氫制甲醇實(shí)現CO2零排方案設想:投資2.5萬(wàn)億元(僅相當于目前我國放技術(shù),該技術(shù)采用粉煤氣化(1700C)配水電解氫、2萬(wàn)億美元外匯儲備的18%)，在每年生產(chǎn)的20x氧循環(huán)制取合成氣合成甲醇(在6MPa下氣化,實(shí)現104煤炭中，用其中的12x10煤炭生產(chǎn)8x104甲等樂(lè )合成甲醇,不用合成氣壓縮機),可實(shí)現CO2的醇載體增能利用。生產(chǎn)產(chǎn)品:甲醇油4x104,二甲醚零排放,煤炭中的元素基本被全部利用,無(wú)廢棄物1x10%，乙烯、丙烯各0.5x104,化工用甲醛0.5x排放。每噸甲醇耗用煤炭約700kg,耗電133kW.h。104,合成氨0.5x104加工成尿素0.85x10h,煤渣制按1t煤可產(chǎn)1.4t 甲醇計,每年生產(chǎn)12x104甲醇耗水泥4x10r,回收硫磺0.24x104?？擅馊O2排放煤為8.57x104 ,并可減排CO2近22x10%。約30x10。在15年內完成煤制甲醇結構調整,12x由于該項目投資巨大,開(kāi)發(fā)低電耗水電解氫技104煤炭轉化制甲醇產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值可達2.67萬(wàn)億術(shù)和設備需要與生產(chǎn)廠(chǎng)聯(lián)合進(jìn)行,并需經(jīng)實(shí)驗室到元,按帶動(dòng)國民經(jīng)濟5倍計,可達約10萬(wàn)億元,還中間試驗,然后才能用于生產(chǎn)廠(chǎng)的改造,所以需要未計入8x10t煤煉焦生產(chǎn)鋼鐵和發(fā)電(改為燃氣發(fā)前期投人開(kāi)發(fā)資金，并組織有關(guān)部門(mén)合作共同攻電)以及建材、化工等用煤的產(chǎn)值。以2005年國民關(guān)。目前該技術(shù)尚處于基礎理論研究階段,希望能經(jīng)濟總產(chǎn)值18.3萬(wàn)億元為基數,按年增10%計,15創(chuàng )造和爭取條件繼續開(kāi)展攻關(guān),以完成工業(yè)化試驗年后可達50萬(wàn)億元。屆時(shí)煤炭轉化產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值按后用于大工業(yè)生產(chǎn)。該技術(shù)將成為解決我國巨額10萬(wàn)億元計，煤炭能源化工工業(yè)即占總產(chǎn)值的CO2減排的關(guān)鍵技術(shù)。20%以.上。5我國發(fā)展煤炭轉化制甲醇產(chǎn)業(yè)鏈方案推薦12x10%煤制甲醇與二次利用的產(chǎn)品鏈見(jiàn)圖1,我們煤化工專(zhuān)家團經(jīng)反復研究后一致推薦我產(chǎn)品產(chǎn)值及利潤估算見(jiàn)表1?？战?空分+甲醉油二甲醚甲醛商品一氣化[發(fā)電甲醉乙烯聚甲醛o樹(shù)脂干粉Hl脈醛樹(shù)脂困一水電解電力放一其他甲醇化T.產(chǎn)品樹(shù)脂液(煤清)→[水泥]回收硫確臺成氨-→[尿素山尿素化肥圖1煤炭轉化制甲醇產(chǎn)品鏈說(shuō)明:煤炭元素接近100%利用,并免去CO2排放表1 12x10t煤炭制甲醇燃料與化工產(chǎn)品產(chǎn)值及利潤匡算產(chǎn)品產(chǎn)值利潤醇油4x104x2500 元/= 1000億元4x104x1200 元/t=4800億元乙烯丙烯0.5x10%x10000元/1=5000億元0.5x10*x5000元/=2500億元1xI0tx5000元/t=500億元1x104x2400 元/t=2400億元甲醛化T.0.5x104x6000元/=3000億元0.5x10+x4000元/1=2000億元尿素0.85x104x1700元/=1445億元0.85x104x800 元/=680億元水泥4x10%x500 元/t=00億元中國煤化工300億元硫磺0.24x10+x1000元/1=240億元192億元合計26695億元YHCNM H GE煤炭不單是能源的基礎，也成為國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎。為了實(shí)施上述目標,需進(jìn)行總體規劃、分步第7期李瓊玖等。煤制油與煤氣化制甲醇技術(shù)的比較與選擇29●實(shí)施。建議先選擇建設1~2個(gè)480x10t/a煤制甲醇致謝化工基地示范,然后全面推廣,再在產(chǎn)煤地區分別本文成文過(guò)程中,劉尚武、甄耀東、黃吉榮、王建設近百個(gè)年產(chǎn)500~1000萬(wàn)噸級的煤制甲醇化工建華、李德寬、漆長(cháng)席、趙月興、李潤庠和王樹(shù)中等基地,經(jīng)歷幾代人不斷奮斗,去實(shí)現我國的能源結同志參與了撰寫(xiě)工作,在此表示深深的感謝。構調整。(編輯周溪華)Comparison between Coal Liquefaction and Coal -to- methanolTechnologies and SelectionLi Qiongjiu , Du Shiquan , Liao Zongfu ,Zhou Shuzhi , Shen Tonghe(ju Energy Chermical Engineering Development & Design Science and Technology Company , Chengdu Sichuan 610012)[Abstract] Coal liquefaction has many disadvantages such as large investment, high coal and water consumption and serious pollution. W ith technologies currently available , the production of 1t of oil typically requires4-5t of coal ,equivalent to a heat utilization rate of 50%.If calculated using South Africa's conversion ef-ciency of 6t of coal for 1t of oil,the heat utilization rate is only 33.3%.If using coal gasification technologyto produce methanol,in which pure oxygen is used to produce syngas(CO+H2) under a pressure of 6MPa , thesyngas produced in the process could produce twice as much methanol and producing 1t of methanol requiresonly 1.3~1.5t of coal.When methanol is used as auto fuel, assuming 1.3~1.5t of methanol does the sameamount of work as It of gasoline does the heat utilization rate of coal is 66%~76%.If water electrolysis hy-drogen production technology is adopted ,no CO2 would be emited.China produces 20x104 of coal anully.If12x104 of coal is gasified to produce methanol ,annual output value could reach around 2.67 tillion yuanand CO2 emissions could drop by about 30x 104.[Keywords} coal liquefaction ;coal-to-methanol technology ;technological economy ; inovative technology.能源知識●標準煤和標準油不同能源的實(shí)物量是不能直接進(jìn)行比較的。由于各種能源都有一種共同的屬性,即舍有能量,且在一定條件下都可以轉化為熱,為了便于對各種能源進(jìn)行計算、對比和分析,我們可以首先選定某種統一的標準燃料作為計算依據,然后通過(guò)各種能源實(shí)際舍熱值與標準燃料熱值之比,即能源折算系教,計算出各種能源折算咸標準燃料的數量。所逸標準燃料的計量單位即為當量單位。國際上習慣采用的標準燃料有兩種:標準煤(又稱(chēng)煤當量)和標準油(又稱(chēng)油當量)。標準堞(煤當量):我國GB 2589-1990(綜合能耗計算通則>的規定。低位發(fā)熱量等于29.3076M1的燃料,稱(chēng)為1kg標準煤。統計中可采用“晚標準煤”,用符號te表示。中國煤化工標準油(油當量):我國采用的油當量熱值為41.87MJ.常用單位有TYHICN M H G號為boe)。(供稿十於