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【素材】煤炭液化技术现状与展望
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1 煤炭液化的概念 煤炭液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。 煤的直接液化技术是指在高温高压条件下，通过加氢使煤中复杂的有机化学结构直接转化成为液体燃料的技术，又称加氢液化。其典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制，以及液化残渣气化制取氢气等部分，特点是对煤种要求较为严格，但热效率高，液体产品收率高。一般情况下，1t无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油，加上制氢用煤约3~4t原料产1t成品油，液化油在进行提质加工后可生产洁净优质的汽油、柴油和航空燃料等。 煤的间接液化技术是先将煤全部气化成合成气，然后以煤基合成气（一氧化碳和氢气）为原料，在一定温度和压力下，将其催化合成为烃类燃料油及化工原料和产品的工艺，包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等过程。一般情况下，约5~7t原煤产1t成品油，其特点是适用煤种广、总效率较低、投资大。 2 中国发展煤炭液化的必要性 1）在可预见的将来，中国以煤为主的能源结构不会改变与世界大多数国家相比，中国能源资源特点是煤炭资源丰富，而石油、天然气相对贫乏。最新资料表明，中国煤炭探明储量为1145亿t，储采比为93，按同等发热量计算，相当于目前已探明石油和天然气储量总和的17倍。石油探明储量为38亿t，占我国化石能源探明储量的5.6%，储采比为24。天然气探明可采储量为1.37万亿m3，占化石能源探明储量的2%，储采比为56。由此可见，煤炭是中国未来的主要可依赖能源。此外，从经济上看，煤炭也是最廉价的能源。我国是发展中国家，又是能源消费大国，经济实力和能源供应都要求我国的能源消费必须立足于国内的能源供应，这就决定我国的能源结构必须是以煤为主体。据预测，到2050年，煤炭在我国一次能源消费构成中的比重仍将占50%左右。 煤炭大量使用，引发了严重的环境污染问题。中国SO2排放量居世界第一，酸雨覆盖面已超过国土面积的30%，二氧化碳排放量占全球排放量的13%，列世界第二，而其中燃煤造成的SO2 、CO2和氢氧化物排放量分别约占全国总量的85%、85%和60%。我国以煤为主的能源消费结构正面临着严峻挑战，如何解决燃煤引起的环境污染问题已近在眉睫。 2）石油进口迅速上升，已对我国的能源供应安全构成威胁 石油是保障国家经济命脉和政治安全的重要战略物资。我国石油资源相对贫乏，到时目前为止，其探明可采储量为38亿t，占世界储量的2.6%。近几年，我国的原油产量一直徘徊在1.6亿t左右，且以后也不会有太大增长，这是由我国石油资源的分布特点和开发现状所决定的。但是随着经济发展和人民生活水平的提高，我国终端能源消费正逐步向优质高效洁净能源转化，石油消费量逐年增加。由于国产石油无法满足需求，对进口油依存度越来越高。自1993年成为石油净进口国后，石油进口量迅速上升，2000年已达6969万t，对进口石油的依存度达30%，预计未来20年内可达到50%。进口量的剧增，依存度的加大，已对我国能源供应安全构成威胁。 3）煤炭液化可增加液体燃料的供应能力，有利于煤炭工业的可持续发展 煤炭通过液化可将硫等有害元素以灰分脱除，得到洁净的二次能源，对优化终端能源结构、减少环境污染具有重要的战略意义。 煤炭液化可生产优质汽油、柴油和航空燃料，尤其是航空燃料，要求单位体积的发热量高，即要求环烷烃含量高，而煤液化油的特点就是富含环烷烃，通过加氢处理即可得到优质航空燃料。 发展煤炭液化不仅可以解决燃煤引起的环境污染问题，充分利用我国丰富的煤炭资源优势，保证煤炭工业的可持续发展，满足未来不断增长的能源需求，而且更重要的是，煤炭液化还可以生产出经济适用的燃料油，大量替代柴油、汽油等燃料，有效地解决我国石油供应不足和石油供应安全问题，且经济投入和运行成本也低于石油进口，从而有利于我国清洁能源的发展和长期的能源供应安全。 3 世界煤炭液化技术现状 3.1 直接液化 煤直接液化技术是由德国人于1913年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。德国先后有12套煤炭直接液化装置建成投产，到1944年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到423万t/年。二战后，中东地区大量廉价石油的开发，煤炭直接液化工厂失去竞争力并关闭。 70年代初期，由于世界范围内的石油危机，煤炭液化技术又开始活跃起来。日本、德国、美国等工业发达国家，在原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺，其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤液化油生产成本的目的。目前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的NEDOL工艺、德国的IGOR工艺和美国的HTI工艺。这些新直接液化工艺的共同特点是，反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力由40MPa降至 17~30MPa，产油率和油品质量都有较大幅度提高，降低了生产成本。到目前为止，上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤100t/d级以上大型中间试验，具备了建设大规模液化厂的技术能力。煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术，在技术上是可行的。目前国外没有工业化生产厂的主要原因是，在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高，难以与石油竞争。 但据权威机构预测，如果石油价格能够稳定在25美元/桶以上，煤炭直接液化在经济上就具有竞争力。美国能源部所作的研究表明，煤炭直接液化厂通过与现有工厂建在一起，可节约投资，降低液化油成本，使生产的液体燃料的价格可以达到相当于石油19~23美元/桶。此外，煤炭直接液化的研究和发展仍有潜力，还可进一步降低生产成本。 3.2 煤炭间接液化 1923年，德国化学家首先开发出了煤炭间接液化技术。40年代初，为了满足战争的需要，德国曾建成9个间接液化厂。二战以后，同样由于廉价石油和天然气的开发，上述工厂相继关闭和改作它用。之后，随着铁系化合物类催化剂的研制成功、新型反应器的开发和应用，煤间接液化技术不断进步，但由于煤炭间接液化工艺复杂，初期投资大，成本高，因此除南非之外，其它国家对煤炭间接液化的兴趣相对于直接液化来说逐渐淡弱。 煤炭间接液化技术主要有三种，即的南非的萨索尔（Sasol）费托合成法、美国的莫比尔法（Mobil）和正在开发的直接合成法。目前，煤间接液化技术在国外已实现商业化生产，全世界共有3家商业生产厂正在运行，它们分别是南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤炭间接液化厂。新西兰煤炭间接液化厂采用的是Mobil液化工艺，但只进行间接液化的第一步反应，即利用天然气或煤气化合成气生产甲醇，而没有进一步以甲醇为原料生产燃料油和其它化工产品，生产能力1.25万桶/天。马来西亚煤炭间接液化厂所采用的液化工艺和南非萨索尔公司相似，但不同的是它以天然气为原料来生产优质柴油和煤油，生产能力为 50万t/年。因此，从严格意义上说，南非萨索尔公司是世界上唯一的煤炭间接液化商业化生产企业。 南非萨索尔公司成立于50年代初，1955年公司建成第一座由煤生产燃料油的Sasol-1厂。70年代石油危机后，1980年和1982年又相继建成Sasol-2厂和Sasol-3厂。3个煤炭间接液化厂年加工原煤约4600万t，产品总量达768万t，主要生产汽油、柴油、蜡、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛等113种产品，其中油品占60%，化工产品占40%。该公司生产的汽油和柴油可满足南非28%的需求量，其煤炭间接液化技术处于世界领先地位。 此外，美国SGI公司于80年代末开发出了一种新的煤炭液化技术，即LFC（煤提油）技术。该技术是利用低温干馏技术，从次烟煤或褐煤等非炼焦煤中提取固态的高品质洁净煤和液态可燃油。美国SGI公司于1992年建成了一座日处理能力为1000t的次烟煤商业示范厂。 4 中国煤炭液化现状与展望 4.1 煤炭液化技术 国内研究煤炭液化技术的机构有两家，一是煤炭科学研究总院，负责煤炭直接液化技术的引进和研究，另一家是中科院山西煤化所，负责间接液化技术的研究和开发。 1）直接液化 我国从70年代末开始进行煤炭直接液化技术的研究和攻关，其目的是用煤生产汽油、柴油等运输燃料和芳香烃等化工原料。煤炭科学研究总院通过“六五”到 “九五”的科技攻关和国际合作，先后从日本、德国引进2套直接液化小型连续试验装置，从美国引进一套液化油提质加工试验装置，规模均为0.1t/天，并建有先进的原料及产品分析检验装备。经过近20年的试验研究，找出了14种适于直接液化的中国煤种；选出了5种活性较高的、具有世界先进水平的催化剂；完成了4种煤的工艺条件试验，为开发适于中国煤种的煤直接液化工艺奠定了基础；成功地将煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。 目前，从煤一直到合格产品的全流程已经打通，煤炭直接液化技术在中国已完成基础性研究，为进一步工艺放大和建设工业化生产厂打下了坚实的基础。 2）间接液化 我国从50年代初即开始进行煤炭间接液化技术的研究，曾在锦州进行过4500t/年的煤间接液化试验，后因发现大庆油田而中止。由于70年代的两次石油危机，以及“富煤少油”的能源结构带来的一系列问题，我国自80年代初又恢复对煤间接液化合成汽油技术的研究，由中科院山西煤化所组织实施。 “七五”期间，山西煤化所开的煤基合成汽油技术被列为国家重点科技攻关项目。1989年在代县化肥厂完成了小型实验。“八五”期间，国家和山西省政府投资2000多万元，在晋城化肥厂建立了年产2000吨汽油的工业试验装置，生产出了90号汽油。在此基础上，提出了年产10万吨合成汽油装置的技术方案。目前，万吨级煤基合成汽油工艺技术软件开发和集成的研究正在进行，从90年代初开始研究用于合成柴油的钴基催化剂技术也正处在试验阶段。经过20年的开发和研究，目前我国已经具备建设万吨级规模生产装置的技术储备，在关键技术、催化剂的研究开发方面已拥有了自主知识产权。可以这样讲，我国自己研发的煤炭液化技术已达到世界先进水平。 4.2 正在进行的液化项目 近两年，由于国际石油价格大幅度上涨和中国石油供需矛盾日趋严峻，建设商业性的煤炭液化示范厂已列入中国政府有关部门的议事日程，同时企业对建设煤液化厂的热情也空前高涨。1997－2000年间，煤炭科学研究总院北京煤化所分别同德国、日本、美国有关部门和机构合作进行了云南先锋褐煤、神华煤和黑龙江依兰煤直接液化示范厂的（预）可行性研究。目前，国家计委已正式批准“神华矿区建设煤炭直接液化示范厂”项目，一期工程油化油生产能力为250万t/ 年，年耗煤量约700万t。目前，神华公司正在加紧进行工程先期的方案及可行性研究。 此外，云南先锋、黑龙江依兰、河南平顶山、内蒙扎赉诺尔的煤炭直接液化项目的前期工作已基本完成，目前已进入立项阶段。此外，贵州、山东、山西、宁夏等省也正在进行煤种试验和煤炭液化的前期研究工作。 在间接液化方面，今年年初，中科院山西煤化所与连顺能源有限公司就共同组建合成油品实验室达成协议，连顺公司为山西煤化所技术研究和开发出资1500 万元，用于关键技术的研究和有关技术的开发，并最终用3－5年时间在山西朔州建一个年产15万t合成液化油的间接液化生产厂。4月，中科院和山西省政府签署了“发展山西煤间接液化合成油产业的框架协议”，根据这个协议，在今后5－10年内，山西省将以自己的煤炭资源优势为依托，借助产业化部门的加盟，通过国家投资和社会融资方式，在朔州和大同几个大煤田之间建成一个以百万吨煤基合成油为核心的、多联产特大型企业集团。 4.3 中国煤炭液化产业化前景 能源是社会、经济发展的基础。优化能源消费结构，安全保障能源供应是中国经济建康发展、实现在21世纪中叶达到中等发达国家水平战略目标的重要支持和内容。 随着中国经济的高速发展，如何有效地发挥煤炭资源优势，优化能源结构，解决石油各短缺及由此造成的能源安全问题，已经引起我国政府的高度重视。中国煤炭资源丰富，其中褐煤、低变质程度煤以及高硫煤的比例很大。如果直接利用，这些煤由于热值低、品质差、污染重而受到很大限制，市场需求日益萎缩。但反过来，低变质煤和高硫煤又极易液化，是煤炭液化的优选煤种。据估算，我国煤炭储量中仅可用于直接液化的资源就超过5000万t。因此，以国内丰富的煤炭资源为基础，大力发展煤炭液化技术，尽快实现商业化生产，并最终形成新的煤炭能源转化产业，对于平衡我国能源结构，解决石油短缺具有重大战略意义，其产业前景非常乐观。 此外，从技术上看，我国煤炭液化技术经过几十年的引进消化、试验研究和自我开发，已日趋成熟。其中煤炭间接液化技术已达到国际先进水平，在关键技术、催化剂的研究开发方面拥有自主知识产权。煤直接液化虽说才进行过小试，离大规模商业应用还有相当距离，但发达国家的大型中试厂已运行多年，目前已基本具备了实现工业化生产的条件，而且这些国家对参与中国煤炭液化项目建设的积极性非常高。 从生产成本看，根据煤炭科学研究总院对神华、先锋、依兰煤直接液化示范项目所做的可行性研究和山西煤化所对朔州煤间接液化项目所做的可行性研究，直接液化和间接液化的燃料油生产成本均低于20美元/桶，远低于石油输出国组织对今后石油价格25~30美元/桶的目标值，展示出良好的市场竞争力。 从市场需求来看，我国是石油消费大国，年石油进口量不断增加，2000年已达7000万t，而且今后将以每年1000万t的速度递增，因而市场有保证。 从国家政策来看，以煤代油是中国长期能源政策中的重要组成部分，中央及地方政府十分支持“煤代油”技术的发展，其中煤炭液化是“煤代油”主要技术之一。我国已将发展煤炭液化列入国家“十五”发展规划，中央高层领导对煤炭液化技术的发展也十分重视和支持。 从社会基础看，中国许多煤炭企业非常关注煤炭液化技术的产业化发展，对煤炭液化项目的积极性很高，其中不少企业已完成了大量前景工作，从而对我国煤炭液化产业化进程起到了推动作用。 由此可见，中国煤炭产业化前景非常看好，市场十分广阔。发展煤炭液化作为我国保证煤炭工业可持续展，缓解环境恶化，优化能源结构，解决石油短缺，保证能源供应安全的最有效途径之一，在未来10年将得到迅猛发展。专家预测，在“十五”期间，我国将建成1－2座煤直接液化商业示范厂和一座间接液化示范厂，在2006－2010年间，我国将建成一批煤液化工厂，煤炭液化产业将基本形成。 5 政策建设 （1）增加投入，改进和开发新的煤炭液化新技术，形成具有我国自主知识产权的煤直接液化工艺，降低煤液化油成本。煤炭液化技术发展至今，已经取得了很大成绩，使煤液化成本大大降低，但还有发展余地。改进和开发新的液化工艺，可提高油产率和降低气产率；提高催化剂活性，可减少催化剂用量；对煤进行前期处理，脱除煤中灰分、不活性组分和氧元素，可降低氢气消耗量，提高设备的处理能力。但煤炭直接液化是在高温高压下进行的，研究设备和运转费用较高，没有国家的大量财力支持难以顺利进行。国际上现有的成熟液化工艺都是在该国政府财力支持下完成的。 （2）制定政策法规，鼓励发展煤炭液化技术。由于煤炭液化技术对平衡能源结构，解决石油资源短缺，减少环境污染具有特别重要的战略意义，建议国家有关部门制定相应的政策法规，鼓励地方和企业发展煤炭液化技术，并在税收上给予政策上的优惠。世界唯一的煤炭液化厂Sasol公司一直得到南非政府财政补贴补贴和优惠政策支持，直到1999年债务全部偿还后才结束。 （3）加强宣传，支持发展煤炭液化技术。煤炭液化技术多行业、多学科，是一项巨大的系统工程。发展煤炭液化技术，需要得到各行各业以及地方政府的支持，因此要加大宣传力度，让全社会了解中国的能源形势和发展煤炭液化技术的意义。 [ Last edited by flashma on 2010-1-12 at 20:24 ] |
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