煤化工产业链详解

国内情况
我国甲醇生产主要以煤为原料，占62%；以天然气为原料占 33% 2005年全国甲醇生产能力约970万吨/年，产量556万吨；约有 近千吨生产能力正在建设 年产30万吨以下单装置甲醇生产技术已经成熟，大型化生产 技术仍需引进
煤制二甲醚快速发展
世界情况
2004年世界二甲醚生产能力26万吨/年，总产量18万吨；到 2006年底，产能达到650万吨/年以上 国际上正在建设4个超大规模二甲醚项目，规模最大为日本东
一期工程规划40万Nm3/h气化装置
煤
净化 合成气
IGCC 峰荷发电 25亿kw 电力
100万吨 甲醇
调峰发电
10万吨 二甲醚
20万吨 醋酸
4万吨 聚甲醛
1万吨 DMC
国外多联产的模式 —— Shell多联产
多联产的内涵——煤的主要利用模式和效率
发电
40%
焦化
85%
直接液化
58%
类型,煤阶 成煤条件
煤化工——产业链
煤焦化路线
煤焦油可以生产轻油、杂酚油、萘、蒽和沥青等。 粗苯可以生产苯、甲苯、乙苯和二甲苯等，煤气可 以生产甲醇和氨等
煤-电石-乙炔路线
由乙炔可以生产醋酸乙烯、氯乙烯、1,4-丁二醇 （BDO）、乙醛/醋酸等
煤-合成气-化工产品路线
煤气化制合成气，生产甲醇、氨等，进而生产尿素 和氮磷钾复合肥，醋酸、甲基丙烯酸甲酯、MTBE 和各种氯化溶剂，甲醇制乙烯和丙烯等
煤制油存在技术风险
间接法煤制油国外有3套工业化装置运行，而国内只有中试装 置 直接法煤制油迄今为止国内外尚没有已经运行的工业化装置， 存在工程放大、设备制造与安装、催化剂性能、生产工艺控 制等诸多难题
煤制油发展存在投资、技术和市场三大风险
市场风险难预料
煤炭价格每上涨100元/吨，每桶煤制油的成本就增加5至8美元。 “时至今日，煤炭价格已经比神华项目评估时的80元/吨上涨了 4倍。以目前的煤价制出来的油，价格是否具有竞争力值得怀 疑。” 油价大幅下跌，煤制油将面临石油产品的竞争风险
煤化工——产业链
煤-合成气-燃料路线
煤制成合成气，合成气制取甲醇、二甲醚、以及汽 柴油等燃料，也可以制取乙烯、丙烯等
煤-合成气-发电(IGCC)及化工产品联产
多联产技术
煤化工——发展现状
煤炭焦化，煤气化-合成氨-化肥为主 基于国内石油消费的增长和供需矛盾的突出， 煤制油、甲醇制取烯烃等技术引进、开发和产
我国石油资源有限，国家有必要从能源安全战略的高度 将煤制油列入能源安全战略储备项目
不同的技术路线应分别建设工业化示范装置，待装置建成后， 由专家对这些示范装置进行综合评估，从中选出技术经济指标 最佳的煤制油工艺，再根据全球原油供应状况，审时度势，在 全国范围内推广
应把引进技术和国内技术摆在同等重要的地位上
炼焦技术
炭化室高于4m以上的焦炉为主，产能占总量的70.5% 捣固焦炉迅速增多， 2001 年捣固焦产量达 333 万吨， 2003 年马钢5#、山西茂盛4.3m等一批大中型捣固机焦建成投产 干法熄焦、地面除尘等技术应用有进展，如武钢 140t/h、 首钢65t/h、武钢新3#焦炉“三车”联锁自动定位、装煤地 面站除尘、低水分熄焦等
间接液化
催化剂 气化 净化 CO＋H2 FT 合成 分馏(离) 提质加工 煤 汽油、柴油、 石脑油、乙烯、 丙稀、含氧类 蜡类、燃料气 等
煤制油发展存在投资、技术和市场三大风险
截止2006年底，我国在建和规划中的煤制油项目规模达 到4017万吨/年 煤制油项目投资巨大
建设一套百万吨级的煤制油装置需投资数百亿元 现阶段煤制油的投入产出比过低，产品成本核算中摊入的设 备折旧费和银行贷款利率偏高，其产品与进口原油相比是否 具有价格竞争力仍是问题
煤
性质
直接利用
>60%
气化 净化
45% 54%
IGCC
合成气
甲醇合成
多联产的内涵——主要模式
4 焦炭 醇醚燃料 焦油处理 化学品 1 焦化 2 气化 5 3 净化 合成气 先进发电 化学品
煤
太原理工大学以煤洁净焦化 为源头的多联产构思 1+3+4 太原理工大学双气头多联产 1+2+3+4 美国早期甲醇与电力联产 2+3+5 美国能源部EECP计划多联产 2+3+6 日本新能源计划EAGLE多联产 2+3+6 Shell合成气园多联产 2+3+7 中科院过程所多联产构思 2+3+8 美国21世纪展望 2+3+9 清华大学多联产构思 2+3+9
煤化工——内涵及特点
传统的煤化工
煤的气化、液化、焦化及焦油加工、电石乙炔化工等
新一代煤化工技术
以煤气化为龙头，以一碳化学为基础，合成各种燃料油 和化工产品的煤炭洁净利用技术
煤化工特点
基础研究多学科(物理学、化学、生物学、地质学、岩石 学等) 工程开发多技术(化工、热工、环工、材料等) 工业生产多投资(技术密集、经济生产规模大)
洋工程公司250万吨/年项目
国内情况
我国二甲醚生产能力约37万吨/年，在建能力21万吨/年，2005 年产量约10万吨
煤炭液化合成油
直接液化
H2 煤 + 催化剂 循环H2 液化 反应 溶剂循环 残渣 气体 回收 分离 提质 加工 汽油、柴油、 航空煤油、 LPG 、 酚 类 、 苯类、氨类等
煤化工——利用途径
焦 炉 气
电力和蒸汽 燃 烧 焦 化 焦油 焦炭 转化 焦油加工 乙炔 聚氯乙烯
煤
直接液化
等离子
类型 煤阶
气
性质
化
直接 利用
煤浆 型煤 炭材料 煤填充高分子复 合材料
重
油 品
整
脱硫净化 FT 合成 合成气 电力和蒸汽 醋 酸 甲 醇 城市煤气 合成氨 尿素 二甲醚，DMC等 正做的工作 已做的工作
效果
减排CO2 1.8亿Nm3 节水 9.5万t 节煤 12%
气化
1. “十一五”煤炭能源化工快速发展
近年来，在国家能源政策和产业政策的 宏观指导下，良好的市场前景预测激励下， 全国拥有煤炭资源的地区，如山东、山西、 内蒙、陕西、宁夏、安徽、河南、新疆、云
南、贵州等地发展煤化工的热情空前高涨。
这些地区纷纷作出加快发展煤化工的战略决
电石厂 45万t/a
电石 炭黑厂 纳米碳管厂 氯丁橡胶厂
3万t/a 10t/a 1万t/a
变电站 220KV 网电
焦油炭黑厂
供 电
10万t/a
电石渣

烧结陶粒厂 50万m3/a HCL 烧碱厂
40万t/a
聚氯乙烯厂 PVC 型材厂
40万t/a 15万t/a
水泥厂
60万t/a
深圳大唐整体气化多联产项目
煤炭
气化 焦化
MTP
合成气
技 术 成 熟 度
传统工业
煤制甲醇大型化
世界情况
世界甲醇生产主要以天然气为原料，占90.4%；以煤炭或焦炉 煤气等为原料只占3.7% 2004年世界甲醇生产能力4060万吨/年，总产量3300万吨 大型化是甲醇装置的发展趋势，2004年沙特100万吨/年、伊朗 100万吨和170万吨/年大型甲醇项目先后建成和新建
6 先进发电技术 燃料合成 化学品
7
先进发电 燃气
化学品
8 制氢
先进发电
燃料合成 化学品
9 先进发电 燃料电池 化学品 制氢 燃料合成
多联产技术的核心——耦合、集成、优化
合成氨联产 热电联产 热电冷三联产
多联产系统应具有的特点：
化工合成和电力生产优化耦合 提高发电和化学品生产效率 减少污染 生产大规模，单位投入和成本较低 分配得当，各得所需，温度对口，梯度利用
“煤－甲醇”化工及替代石油技术
甲醇燃料 汽柴油替代燃料 丙烯/聚丙烯 丙烯酸/丙烯酸盐 MTO 甲醇合成 DME DMC Mpower MTH 燃料电池 MTC 乙烯/丙烯 柴油、石油液化气替代燃料 MTBE替代物 替代轻质石油馏份发电 氢 汽车动力 小型便携式电源75kw 化学品（醋酸，甲醛…）
焦化 100万吨
传统煤化工行业，年产焦炭2亿吨，焦炉煤气1250亿Nm3，其 中290亿Nm3排放。如用于生产甲醇可年产 1400万吨；如与气 化煤气共制合成气并与电力联产其效果更佳
焦炉煤气 4.6亿Nm3
产品
甲醇 20万t 电力 200MW 合成气 9.3亿Nm3
4.2亿Nm3
重 整
气化煤气 6.7亿Nm3
为需要的城市提供城市煤气 煤制DME可以作为LPG的补充或替代物
有利于未来减排二氧化碳的需求
煤气化系统可以以较小的增加成本捕获二氧化碳 气化煤气与焦炉煤气共转化制备合成气可以从根本上减排二 氧化碳 提供氢能较易
潞安集团东古电—化生态工业园
煤矸石
矸 石 发 电 62万 kw 粉 煤 灰
多产品就是多联产吗 生产多种化工 产品和动力
？
简单的延长产品链，对系统 能效提高并没有很大的帮助
双气头多联产—— 系统概念图
国家2005年“973”项目（2005CB221200）
合成气制备
低能耗 气化 净化 重整转化 焦化
化学品合成
醚 合成 离 酯 合成
电力生产
醇 合成 分
联合发电
~
醇
醚
酯
双气头多联产—— 应用效果举例
二、煤电化一体化
循环经济型煤电化一体化——多联产技术
有助于缓解能源总需求，联合生产多种产品可提高总效 率，可以有效利用高硫煤资源 有助于缓解液体燃料短缺，可以大规模生产甲醇、二甲 醚、F-T柴油、氢等替代燃料 可以解决燃料污染问题，基本消除常规燃煤污染物排放， 重金属等痕量污染物脱除更经济 有助于解决快速城市化引起小城镇和农村洁净能源需求
煤焦油加工
加工水平
与世界先进水平相比有较大差距 国内集中加工能力低、单套加工量小、产品品种少， 规模为5-26万t/a，最大13万t/a，10余种 国外集中加工规模150万t/a，单套加工量50万t/a，提 取品种200多种
工艺路线
德国为代表的以最大限度提取单体产品为主的路线 日本为代表的以生产碳素原料（制品）为主的路线 工艺路线选择既受冶金工业制约，还要受石化学工 业影响，应二者兼顾
国内状况
国内较为成熟的是常压固定床气化技术。 近年来引进加压Texaco水煤浆气化、Shell粉煤气化以及 U-gas 气化技术 国内自行开发的水煤浆气化，灰熔聚气化技术，多喷嘴对置 水煤浆气化技术取得重要进展
煤制合成氨
2005年全国合成氨产量4545万吨，比上年增产约 320万 吨，以煤、油和天然气为原料的合成氨产量分别约占 总产量的 64 ％， 14 和 22 ％，并继续向以煤为原料方向 调整 氮肥生产合成氨消耗量约占全国总量的 87 ％，其中尿 素和碳酸氢铵分别约占 60 ％和 15 ％；其他方面（包括 硝酸、硝酸盐、纯碱、制冷剂等化工产品）消耗比例 约13％ 未来合成氨技术的主要趋势是大型化、低能耗、结构 调整、清洁生产、长周期运行 山西天脊集团的煤头制氨装置全套引进德国、法国等 国的专利技术和先进设备 ，目前合成氨装置日产量 1500吨，年产能力45万吨
业化建设速度加快，重点项目已经启动
煤基多联产系统及相关基础研究和技术开发国 家已立项支持并列入发展规划
煤焦化
产量及消费
2005 年全国生产焦炭 2.43 亿吨，同比增长约 17.9%，约占 世界总量 50%，“十五”期间，年平均增幅达14.82% 2005 年全国焦炭表观消费量约 23043 万吨，同比约增长 20.54% ，出口焦炭 1276 万吨，同比减少 225 万吨，下降 15%。 “十五”的五年来我国焦炭表现消费量年均递增 16.66%
煤气化
技术现状
气化炉
Hale Waihona Puke Baidu
喷流床 气流床 水 煤 浆 干 Prenflo 煤 K-T 粉
CE Shell
流化床
KRW U-gas
固定床
Lurgi
熔融床
熔渣 熔盐 熔铁
Texaco
BGL HTW
Destec
喷流床气化炉生产能力大，适宜与发电工程相匹配， 并且热效率高，燃料适应性广
煤气化
发展趋势
大型化、加压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化的 发展方向 国外现有加压气化炉型主要分为三类：加压固定床气化炉 (如 Lurgi炉)、加压流化床气化炉(Winkler/HTW, KRW, U-gas) 和 加压气流床气化炉(Texaco, DOW, Shell, Prenflo) 产业化程度以鲁奇(Lurgi)、德士古(Texaco)最为成熟，达到日 处理400~1650吨的量级