中國煤炭轉化的發(fā)展與機遇

專(zhuān)論與綜述. 全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊(CA-CD規范)執行優(yōu)秀期刊J中國煤炭轉化的發(fā)展與機遇吳.秀章',2(1.中國石油大學(xué)(北京),北京102249;2. 神華集團有限責任公司,北京10011)摘要:結合中國能源結構以煤為主、石油及相關(guān)產(chǎn)品供需矛盾日益突出的現實(shí),提出了將煤炭轉化作為中國石油替代的主要方向之一,通過(guò)發(fā)展煤直接液化、間接液化和煤化工,部分解決中國石油短缺的問(wèn)題,應對高油價(jià)對國民經(jīng)濟的影響,實(shí)現能源、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調發(fā)展,滿(mǎn)足中國經(jīng)濟持續發(fā)展對能源的需求。關(guān)鍵詞:煤炭;直接液化;間接液化;化石能源中團分類(lèi)號:TQ53文獻標識碼:A文章編號100-67720010005 -04在煤、石油、天然氣3種化石能源中，中國的煤情況見(jiàn)表1。炭資源最為豐富。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境要求的提表12000 年~2006年中國的煤炭產(chǎn)量高,清潔、高效、優(yōu)質(zhì)能源消費會(huì )逐步增加,但在未來(lái)相當長(cháng)的時(shí)期內，煤炭在中國能源結構中的地位難年份2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006以改變。產(chǎn)量/億+10.011.613.8 16.719.621.1 23.21993年以來(lái)中國對進(jìn)口石油的依存度不斷提1.2 中國的煤炭消費高,2005年、2006年中國進(jìn)口石油分別為1.27億t中國計劃到2020年經(jīng)濟實(shí)現GDP比2000年和1.45億t,石油對外依存度已經(jīng)超過(guò)40%。石油翻兩番,據初步測算,為確保這一目標的實(shí)現，中國的供應問(wèn)題,已經(jīng)成為影響中國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸,也未來(lái)的煤炭需求產(chǎn)量為:2010年達到25億t、2015為煤炭轉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)良好的機遇。充分利用中年達到27億t、2020年達到29億t,本世紀前20年國豐富的煤炭資源,發(fā)展煤的清潔轉化,實(shí)現能源、煤炭的需求量近400億t。o經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調發(fā)展是當前中國能源建設的基本策1.3大量煤炭消 費帶來(lái)的問(wèn)題略。通過(guò)發(fā)展煤直接液化、煤間接液化和煤制烯烴目前中國能源消費總量中約68%為煤炭,85%等新型產(chǎn)業(yè),以煤代油,多元化保證石油供應已經(jīng)成的煤炭利用采用效率低污染嚴重的直接燃燒技術(shù);為當前中國能源建設的工作重點(diǎn)之- -。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫排放量占全國總排放量的74% ,氮氧化物排放量占總排放量的60% ,總懸浮1中國的煤炭生產(chǎn)與消費顆粒(TSP)排放量占總排放量的70% ,二氧化碳排1.1 中國的煤炭生產(chǎn)放量占總排放量的85%。這不僅威脅到生態(tài)環(huán)境中國的煤炭資源量約為5萬(wàn)億t,探明保有儲量和人類(lèi)健康,而且中國大氣污染造成的損失已經(jīng)占達1萬(wàn)億t以上,第3次資源普查煤炭探明可采儲到GDP的3%~7%，制約了中國經(jīng)濟的發(fā)展。量約2800億t。2005年煤炭產(chǎn)量達到21.1億t,與此外,中國北煤南運、西煤東運,超負荷運輸的2000年相比翻了一番, 2000年~ 2006年煤炭產(chǎn)量格局對全國的運輸造成嚴重的壓力。中國煤化工收稿日期:2007 -10 -19|Y臺CNMH G作者簧介:吳秀章(1966 -) .男,山東淄博人,中國石油大學(xué)(北京)在讀博土研究生,教授取高馭上程見(jiàn)。圳仕神華集團有限責任公司副總工程師,主要從事煤制油、媒化工技術(shù)管理工作。5.專(zhuān)論與綜述2中國的石油生產(chǎn) 與消費3石油供應不足與煤炭轉 化的機遇2.1中國的石油生產(chǎn)2000年~2006年中國石油產(chǎn)量見(jiàn)表2,石油產(chǎn)3.1未來(lái)中國石油需求 與供應預測到2010年、2020年和2030年中國石油需量年增長(cháng)幅度有限。求見(jiàn)表5。中國石油生產(chǎn)能力將于2020年達到高峰2.00億t后逐漸減少,到2030年石油的生產(chǎn)能裹22000 年~2006年中國的石油生產(chǎn)年份2000200120022003200420052006力將下降到1.80億t。石油的對外依存度將從產(chǎn)量/億+1.53 1.651.691.691.75-1.821.842010年的49%，上升到2030年的68%。1.2 中國的石油消費表5預測的 2010.2020.2030年中國石油需求與供應2000年~2006年中國石油的消費量見(jiàn)表3。年份201020302000年~2006年中國石油消費的年增長(cháng)量達到了I 石油需求/億:3.504.505.609.2%。隨著(zhù)中國經(jīng)濟向現代化邁進(jìn),石油的消費量石油產(chǎn)量/億:1.802.00還會(huì )大幅度增長(cháng)。對外依存度/呢3.2中國主要石化產(chǎn) 品需求與供應裹32000 年-2006年中國的石油消費量面對國內石油短缺的局面,到2020年仍需進(jìn)口2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006大量的石油化工基本原料,預測到2010年和2020消費堂/億:1.992252.46 2302.983.07 3.29年中國主要石化產(chǎn)品需求量見(jiàn)表6。2.3 中國的石油及主要石化產(chǎn)品進(jìn)口目前,中國已經(jīng)成為世界第二大石油消費國和表6 2010年、2020年中國主要石化產(chǎn)品需求與供應預測第三大石油進(jìn)口國,圖1給出了近些年中國石油生2020產(chǎn)、消費與進(jìn)口量的變化趨勢。石油供應對外的依乙烯需求量萬(wàn):25503800乙烯產(chǎn)量/萬(wàn):2300存度從1995年的9.97%上升到2006年的44%。乙烯對外依存度/強4540石油化工用原料油是影響石油消費量的另- -主丙烯需求量/萬(wàn):19002880要因素。表4列出了2000年~2006年中國主要化丙婚產(chǎn)量萬(wàn)10801780工原料的進(jìn)口量和對外依存度, PE和PP的對外依丙婚對外依存度/樂(lè )存度在35% ~ 60%之間。3.3煤炭轉化的機遇。4.01 四石油生產(chǎn)量 ■石油消費量 ■石油進(jìn)口量當前國際油價(jià)長(cháng)期居高不下,大量的進(jìn)口石油3.給中國造成了巨大的經(jīng)濟損失。據估算國際石油價(jià)s 20格每上漲1美元/桶,中國的GDP將損失0.06%。2003年布倫特石油平均價(jià)格28.80美元桶,2004年達到38.27美元/桶,2005年高達54.41美元桶。2004年,由于國際石油價(jià)格高,直接導致中國圈1石油生產(chǎn)與消費總量全年經(jīng)濟損失達86億美元,高油價(jià)使中國CDP下降了0.7% ~0. 8%。2005年中國進(jìn)口石油造成直表42000年-2006 年中國PEPP的產(chǎn)量t、進(jìn)口量接的經(jīng)濟損失超過(guò)200億美元。中國作為-一個(gè)油氣資源不足的國家,當前及未PE產(chǎn)量/萬(wàn):285312355 413441 529 599來(lái)的首要任務(wù)應是提高能源利用率和加強石油替代I PE進(jìn)口/萬(wàn):296411456469 480 526 495品開(kāi)發(fā),降低石油對外依存度。中國煤炭豐富儲量I PE對外依賴(lài)度/黨51 57324334374 427 476 523 584565352 50 45巨大中國煤化工門(mén)的能源替代戰略| PP產(chǎn)量/萬(wàn)1之一品的主要方向,符PP進(jìn)口/萬(wàn):164208245 274 291 302車(chē)308合中0HCNMHGPP對外依賴(lài)度/%34384039 38 376《潔凈煤技術(shù))2008年第14卷第1期專(zhuān)論與綜述全國中文核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊《CAJ-CD 規范)執行優(yōu)秀期刊-4.2煤炭間接液化4中國煤炭轉 化技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展煤間接液化是先把煤氣化制成合成氣,然后再4.1煤炭直接液化將合成氣通過(guò)費-托合成反應進(jìn)- -步合成為液體油煤直接液化是把煤在高溫、高壓、催化條件下與品的工藝技術(shù)。氫氣反應直接轉化成液體油品的工藝技術(shù)。中科院山西煤化所于20世紀80年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)中國從20世紀70年代末開(kāi)始進(jìn)行煤直接液化煤間接液化技術(shù),90年代以后大連化學(xué)物理研究所技術(shù)基礎研究,建立了0.1Vd的小試裝置,完成了和一些大學(xué)也介人費托合成技術(shù)的開(kāi)發(fā)。山西煤化以神華煤、云南先鋒煤和黑龍江依蘭煤為代表的多所開(kāi)發(fā)出了將傳統的F-T合成與沸石分子篩特殊形種煤的直接液化試驗。近幾年在國家“863計劃”的選作用相結合的兩段法合成(簡(jiǎn)稱(chēng)MFT)工藝,并完支持下,開(kāi)發(fā)出新型高效煤液化催化劑,在優(yōu)化的工成了漿態(tài)床費托合成技術(shù)的千噸級中試，正在開(kāi)展藝條件下,神華煤的轉化率超過(guò)90%,液化油收率十萬(wàn)t級示范裝置的開(kāi)發(fā)。為57%。神華集團作為中國最大的煤炭生產(chǎn)企業(yè),一直神華集團通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和技術(shù)集成,完成了神致力于通過(guò)煤間接液化生產(chǎn)燃料油項目開(kāi)發(fā),擬在華煤直接液化工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā),工藝流程如圖2所陜西省榆林市與國外公司合作建設煤炭間接液化示。采用神華煤直接液化工藝設計和建設的神華煤廠(chǎng),規模為液化產(chǎn)品300萬(wàn)V/a。直接液化廠(chǎng)位于內蒙古鄂爾多斯市,第一條生產(chǎn)線(xiàn)工程的關(guān)鍵技術(shù)初步考慮采用成熟的、先進(jìn)的(示范工程)的設計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)液化油100萬(wàn)煤氣化技術(shù)與先進(jìn)的F-T合成技術(shù)的組合,工藝流t,產(chǎn)品方案見(jiàn)表7,示范工程是以柴油為主要產(chǎn)品，程如圖3所示,產(chǎn)品結構以油品(石腦油、柴油)和同時(shí)副產(chǎn)石腦油和酚等其它化工產(chǎn)品。該示范工程化學(xué)品(含氧化合物等)相結合。具有以下特點(diǎn):①設備超大型化:原料煤處理能力達一燃料氣6000/d,相應的煤處理、煤漿制備、液化反應器、煤+LPG漿加料泵煤漿循環(huán)泵均為首套超大型設備。②先煤→(備墚)I岔一石腦油禹一柴油進(jìn)的煤液化工藝,溫和的反應操作條件:相應的材料空氣+空分-蠟選擇、設備制造等要簡(jiǎn)單和節省。③新型高效的煤化學(xué)品液化催化劑:催化劑的加入量少,催化劑的生產(chǎn)成本圄3煤炭間接液化工藝流程示意低,煤的液化轉化率較高,液化殘渣量少,煤液化油產(chǎn)率高,項目經(jīng)濟性提高。④采用先進(jìn)成熟的單元4.3煤制烯烴工藝技術(shù)的優(yōu)化組合:提高了運行的可靠性穩定性煤制烯烴是通過(guò)煤氣化-合成甲醇-甲醇脫水和經(jīng)濟性。制烯烴的工藝路線(xiàn)實(shí)現的。近年來(lái),中國甲醇工業(yè)取得了很大發(fā)展,但還存在很大的差距,主要體現在催化劑循環(huán)溶劑氣體生產(chǎn)規模較小，效率低。不同規模煤制甲醇裝置的→石腦油投資和產(chǎn)品成本對比見(jiàn)表8?？梢?jiàn)隨著(zhù)煤制甲醇裝-@一一個(gè)一個(gè)一一五柴油N置規模的擴大,投資和產(chǎn)品成本將顯著(zhù)降低。]H的圖可，國一一圈表8不同規模煤制甲醇裝 的投資與產(chǎn)品成本82神華煤直接液化流程示意規模甲醇生產(chǎn)能力/萬(wàn)1表7神華煤直接液化示范工程產(chǎn) 品方案●投究及成本30售60120150240300噸產(chǎn)品相對投資/%100 87 7668產(chǎn)品萬(wàn)V年LPG10.21石腦油24.99中國煤化工以甲醇為原料生產(chǎn)71.46烯烴UOP和中國大連0.36化物:IYH. CN MH G醇制婚烴技術(shù)的產(chǎn)品合計107.02工業(yè)化,-方面為甲醇開(kāi)辟潛力巨大的應用空間,另中國煤炭轉化的發(fā)展與機遇7專(zhuān)論與綜述一方面開(kāi)辟了由煤經(jīng)氣化生產(chǎn)基礎有機化工原料的產(chǎn)業(yè)在中國正在形成。新工藝路線(xiàn),是實(shí)現煤化工向石油化工延伸發(fā)展的根據神華煤制油和煤制烯烴項目的進(jìn)展情況和有效途徑。中國其它煤炭企業(yè)開(kāi)展相關(guān)煤轉化項目的情況,以神華集團目前正在建設的大型煤化工項目有2及國際油價(jià)長(cháng)期保持高價(jià)位的可能性較高，可以預個(gè):一個(gè)是位于內蒙古包頭市的煤化工項目,該項目測中國企業(yè)在 2010年~ 2020年期間于中國的西可年產(chǎn)甲醇180萬(wàn)t,生產(chǎn)乙烯和丙烯各30萬(wàn)Va。北 、華北、西南、東北等具有資源條件的地區建成若另一個(gè)位于寧夏銀川市,該項目年產(chǎn)甲醇180萬(wàn)t,干煤炭轉化的產(chǎn)業(yè)區。預計到2020年,煤炭液化年產(chǎn)丙烯52萬(wàn)t。這2個(gè)大型煤化工項目的技術(shù)主(包括直接液化和間接液化)生產(chǎn)能力達到6000萬(wàn)線(xiàn)是:煤制甲醇和甲醇制烯烴的聯(lián)合即煤制烯烴。Va,煤基烯烴(乙烯 +丙烯)產(chǎn)量超過(guò)400萬(wàn)Vao圖4為煤制烯烴工藝流程示意。目前,世界各國使用的能源主要還是化石能源循環(huán)氣(發(fā)電) +電(煤炭石油和天然氣) ,其消耗比例占到90%以上。石油和天然氣儲量比煤炭要少得多，隨著(zhù)世界經(jīng)濟MTO-乙烯的發(fā)展,石油供需矛盾將會(huì )日益加劇,未來(lái)石油和天=國-國一國一國(盒→丙烯然氣的最佳替代品還是煤炭?？梢灶A見(jiàn),煤炭的清甲醇潔轉化和高效利用,將是未來(lái)世界能源結構調整和保證經(jīng)濟高速發(fā)展對能源需求的必由之路。團4煤制烯烴工藝流程示意參考文獻:5中國煤炭轉化預測[1]國家統計局. 205 年國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展統計公報[R]. 2006-02 -28.中國對石油能源的需求已進(jìn)入高速增長(cháng)期,面[2] 能源技術(shù)領(lǐng)域專(zhuān)家委員會(huì ).能源發(fā)展戰略研究[M].對中國以煤為主的能源結構現實(shí),石油及相關(guān)產(chǎn)品北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.的供應已經(jīng)成為影響中國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸,中國能[3]張玉卓. 中國神華煤清潔轉化戰略[A].國際煤炭會(huì )源建設面臨著(zhù)結構的優(yōu)化與調整。以神華集團為代議論文集[ C].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004.表的中國企業(yè)正在努力地將煤直接液化、煤間接液[4] 張玉卓 中國神華煤直接液化技術(shù)新進(jìn)展[].中國科化和煤制烯烴等技術(shù)工業(yè)化,新型的煤炭清潔轉化技產(chǎn)業(yè),006,(2). .Coal conversion developments and opportunities in ChinaWU Xiu-zhang',2(1. China Petroleum University( Beijing) , Beijing 102249, China;2. Shenhua Group Corporation Lid. , Beijing 10011, China)Abstract: In consideration of China's coal - dominated energy mix and ever - increasing shortage of petroleum andits associated products, the paper argues that China should take coal conversion as one of the key development ori-entation of China's petroleum alternative strategy. Through developing direct coal liquefaction, indirect coal lique-faction and coal chemicals , China can partially solve its petroleum shortage problem, cope with the impact of highpetroleum prices on its national economy, promote the harmonious development among energy, economy and envi-ronment, and meet the energy demand of China's sustainable economic development.Keywords :coal; direct coal liquefaction; ndirect coal liquefaction; fossil erergy中國煤化工”歡迎訂閱《潔凈煤MH, CNMHG《潔凈煤技術(shù))2008年第14卷第1期