中外能源●26SINO-GLOBAL ENERGY2009年第14卷煤制油与煤气化甲醇技术的比较与选择李琼玖,杜世权,廖宗富,周述志,申同贺(基玖能源化T. I.程开发设计科技公司,四川成都610012)摘要煤炭液化制油技术投资大、煤耗高.耗水多、污染严重,以日前的技术水平,生产It油往往需要4~51煤.折算其热能利用率为50% ,荞按南非的煤耗(6)计,其热能利用率仪为33.3%。改用煤炭气化制甲醇技术,采用6MPa纯氧高厌气化制合成气(Co+H),合成气可产奴倍的甲醇,则1t甲醇的煤耗仪为1.3-1.5t.甲醇用作汽车发动机燃料时,以1.3-1.51甲醇相当于It汽油作功计算,则煤炭的热能利用率可以达到66%-76%。如果配套水电解制氡技术.还可以.实现CO2的零排放。中国每年有20x10%的煤炭产量,如果将其中的12x104纳入煤炭气化制甲醇产业链,可每年创造产值约2.67万亿元,可臧排CO2约30x104。关键词煤制油煤制甲醇技术经济刨新技术1前育化成油需加人大鼂的氢(H),而且煤中的氧也需要由于油价上涨,自2001年开始发展煤制油的加氢生成水(H2O)脱除,又要增加氢耗。煤制油加入技术路线以来,全国各地纷纷立项。鉴于煤制油技的氢来源于煤炭纯氧气化制取CO+H2,并将90%有术路线投资大、煤耗高、耗水多,污染大,国家发改效气体变换而得。而煤气中CO占70%(体积分数),委先后三次叫停煤制油项目。直至2008年9月5H2仅有30%(体积分数),CO义需进行水煤气变换日发文宣布:经国务院同意,除神华已建煤直接液成H2 (CO+H20- +CO2+H2), 然后将CO2脱除而取得化项|,以及宁夏煤间接液化项日需要认真进行可氢。煤制It油品所需的煤制氢就大约有3.6t的CO2行性研究按程序报批外,所有煤制油项目一律停止的排放,若包括发电.蒸汽和煤液化等环节,则产生实施。神华煤制油工艺技术路线的探索示范将有待并排放的CO2为8.8t。那样的话,建设300x10%/a煤于生产实践检验,能否推广目前尚不能预料。制油项目一年就要排放出1008x104 的CO2。此外,2煤炭液化制油的技术经济剖析煤貞接液化工艺还排放出含油煤渣600x101,由于2.1能效与污染含油煤渣热值很低,难以用作燃料而只能堆存,堆按南非煤变油技术资料报导的数据,煤炭液化存除占地外,还会受雨水作用而将油污慢慢渗透到产油760x104,耗煤4590x104,折成每吨油耗煤地下造成地下水污染。6.04t;按设计转化效率最高的神华煤直接液化制油2.2投资与效益分析工艺,产1t油采用优质煤(热值为7kcal/kg, 约合煤直接液化成油的投资费用按年产1x104油29.3kJ/kg)为3t,折成热值约21kJ/kg煤的耗煤最为品的固定资产投资约为1亿元计,则建设经济规模4.2t。据估算,以目前的煤制油技术水平,生产1t油300x10t/a以上项目的投资将超过300亿元,属高往往需要4~5t煤,按41煤(热值约21kJ/kg)的热值投入项目。据业内人士测算,如果按照煤炭价格相当于2t油,所以热能利用率约为50%,若按南非400元/t、20年固定资产折旧和7%的利息成本测的煤耗6t计,其热能利用率仅为33.3%。煤制油热能利用率之所以很低,是由于油品组成是无氧的碳作者简中国煤化工员.1950年毕业于.氢化学结构,一般分子式为C.H2-15。由煤炭转化广东省:YHCN M H G设、生产工程技术工成油品时,因煤中元素组成主要是碳(C),并含少量作,主编《合成氨与碳一化学).<醇醚燃料与化工产品链工程技氧(0),以及其他硫化物、水分和灰分(约15%),煤液*>专萧,发表论文百多篇。E-mail :hongringcancan@sin .com第7期李琼玖等。煤制油与煤气化制甲醇技术的比较与选择●27算,煤制油出厂成本对应的油价大约为60美元/bbl;当甲醇售价为2500~3000元/t时,投资回收期为6~当煤价为600元/时,煤制油出厂成本将上升到747a(包括建设期)。美元/bbl。若国际原油价格维持在80美元/bbl,则煤4我国自主开发的支撑甲醇生产的创新技术.制油盈利空间基本为零。所以国家发改委再度发出①焦炉气、钢铁炉气、煤层气高温(1400C)非通知指出,煤制油项目是人才、技术、资金密集型的催化转化制甲醇用合成气合成甲醇工艺,在压力高投入、高耗能项目,投资风险大。目前无论是产品5MPa下转化,实现等压合成甲醇,不用合成气压缩方向、工艺路线.技术装备,还是运营管理、经济效机。该工艺可实现原料元素充分利用,回收废弃物益等方面都存在许多不确定因素。煤制油是一项巨和免除环境污染。每吨甲醇耗焦炉气1600m' (标大的系统工程,涉及煤资源、水资源、生态、环境、技准)。按我国年产焦炉气量681x104m'计,可产甲醇术、资金以及诸多社会配套要求。只有通过神华的约0.43x104;如焦炉气用于燃气轮机发电,热效率示范才能对煤制油项目进行全面的评估。仅为28%,则损失焦炉气490x10+m',并排放出CO23煤炭气化制甲醇的技术经济分析1.8x109和硫化物等对环境造成污染。焦炉气轻烃3.1能效与污染非催化转化制甲醇工艺技术已成功在平顶山化肥甲醇系含氧液体燃料,亦是C.H.0组成的有厂工业化生产,并在潍坊化肥厂推广。非催化转化机化合物载体,可转化成多种化工产品。甲醇与油工艺的开发应用,日本还在开发的起步阶段。平顶品相似,在常温常压下为液体,便于储存运输。由固山化肥厂投资1200 万元进行技术改造,项目投产3体煤炭经纯氧气化后合成液态甲醇的T艺流程短.年效果很好。潍坊化肥厂投资1600 万元进行技改,设备简单,采用6MPa纯氧高压气化制合成气(CO+亦已建成投产。该技术对采煤抽排的瓦斯回收应用H),再变换脱硫回收硫磺和脱碳后在等压下合成推广更具广泛性。甲醇,不用合成气乐缩机。若配套水电解制氢技术,②轻烃(天然气、煤层气、炼厂气等)=一段纯还可取消变换和脱除CO2工序,且达到CO2的零排氧转化制合成气技术,已在淹南化肥厂投资1.2 亿放,合成气可产双倍的甲醇,每吨甲醇的煤耗为元兴建的12x10%/a 天然气制甲醇项目成功投产。1.3~1.5t (热值约29.3kJ/kg 的煤配人氢后,仅为三一段比传统- -段转化同最原料增产35%,减排0.65-0.75t)。甲醇用作汽车发动机燃料,1.3~1.5t甲CO2为85%~90%。该技术系国内首创,具世界领先醇相当于It 汽油作功,煤炭热能利用率达66%~水平,也可用于煤层气(一般煤层气含CH,约95%,76%。若开发在发动机内甲醇冉催化分解成合成气与天然气相近)转化制甲醇,并已放大推广。还在鄂(CO+H)的技术,使燃烧温度达到2000C.提高乐缩尔多斯苏里格甲醇厂,投资2.2亿元增设自热转化比作功,则1t甲醇气化后所作功等于It汽油作的炉改造成33x10*/a甲醇(可增产15x104/a), 总结出功,这样煤炭的热能利用率将接近100%(作功增值生产数据可大型化推广。所致)。用天然气=一段转化节气减排CO2技术生产采用高温粉煤纯氧气化配水电解氢制甲醇,煤合成气,再生产以下每吨基础燃料化工产品的天然炭中碳元素的利用率可达99%,硫化物全部同收成气耗最为:合成氨制尿素470m) (标准);合成甲醇硫磺,煤灰中含炭量为1%,可作高级水泥原料。由760m'(标准)(在5MPa下转化实现等压合成甲醇,不此可见,煤制甲醇清洁高效转化工艺路线应成为煤用合成气压缩机);二甲醚1082m' (标准);乙烯清洁化利用的主导发展方向。1806m2(标准)。该工艺每年利用1000x 10%m2天然气,3.2投资与效益分析可生产相当于原工艺1300x10*m' 天然气生产的产煤气化制甲醇项目投资费用按年产1x101甲品和产值,并减排CO2约1.5x10%(转化用燃料部分醇的固定资产投资约0.25亿元计,建设经济规模的减中国煤化工为120x10/a (60x 10/a煤气化和60x10U/a 水电解YHC NMH G转化炉、多气流制氢合成甲醇)项目的总投资费用为30亿元。按煤二段转化炉及烧嘴.U型管换热转化炉,这些设备价400元/计,甲醇出厂成本价约在1500~2000元/t,已应用于33x10*/a甲醇和7.2x10*/a合成氨生产中外能源●28.SINO-GLOBAL ENERCY2009年第14卷改造。用于老厂改造或新建厂时比传统法增产20%~国发展煤炭转化制甲醇产业链方案,以供有关决策100%,节气20%~30% ,减排CO2的20%~-80%。者参考,并供有关专家讨论,希望能形成共识。③粉煤气化配水电解氢制甲醇实现CO2零排方案设想:投资2.5万亿元(仅相当于目前我国放技术,该技术采用粉煤气化(1700C)配水电解氢、2万亿美元外汇储备的18%),在每年生产的20x氧循环制取合成气合成甲醇(在6MPa下气化,实现104煤炭中,用其中的12x10煤炭生产8x104甲等乐合成甲醇,不用合成气压缩机),可实现CO2的醇载体增能利用。生产产品:甲醇油4x104,二甲醚零排放,煤炭中的元素基本被全部利用,无废弃物1x10%,乙烯、丙烯各0.5x104,化工用甲醛0.5x排放。每吨甲醇耗用煤炭约700kg,耗电133kW.h。104,合成氨0.5x104加工成尿素0.85x10h,煤渣制按1t煤可产1.4t 甲醇计,每年生产12x104甲醇耗水泥4x10r,回收硫磺0.24x104。可免去CO2排放煤为8.57x104 ,并可减排CO2近22x10%。约30x10。在15年内完成煤制甲醇结构调整,12x由于该项目投资巨大,开发低电耗水电解氢技104煤炭转化制甲醇产业链年产值可达2.67万亿术和设备需要与生产厂联合进行,并需经实验室到元,按带动国民经济5倍计,可达约10万亿元,还中间试验,然后才能用于生产厂的改造,所以需要未计入8x10t煤炼焦生产钢铁和发电(改为燃气发前期投人开发资金,并组织有关部门合作共同攻电)以及建材、化工等用煤的产值。以2005年国民关。目前该技术尚处于基础理论研究阶段,希望能经济总产值18.3万亿元为基数,按年增10%计,15创造和争取条件继续开展攻关,以完成工业化试验年后可达50万亿元。届时煤炭转化产业链产值按后用于大工业生产。该技术将成为解决我国巨额10万亿元计,煤炭能源化工工业即占总产值的CO2减排的关键技术。20%以.上。5我国发展煤炭转化制甲醇产业链方案推荐12x10%煤制甲醇与二次利用的产品链见图1,我们煤化工专家团经反复研究后一致推荐我产品产值及利润估算见表1。空今-空分+甲醉油二甲醚甲醛商品一气化[发电甲醉乙烯聚甲醛o树脂干粉Hl脉醛树脂困一水电解电力放一其他甲醇化T.产品树脂液(煤清)→[水泥]回收硫确台成氨-→[尿素山尿素化肥图1煤炭转化制甲醇产品链说明:煤炭元素接近100%利用,并免去CO2排放表1 12x10t煤炭制甲醇燃料与化工产品产值及利润匡算产品产值利润醇油4x104x2500 元/= 1000亿元4x104x1200 元/t=4800亿元乙烯丙烯0.5x10%x10000元/1=5000亿元0.5x10*x5000元/=2500亿元1xI0tx5000元/t=500亿元1x104x2400 元/t=2400亿元甲醛化T.0.5x104x6000元/=3000亿元0.5x10+x4000元/1=2000亿元尿素0.85x104x1700元/=1445亿元0.85x104x800 元/=680亿元水泥4x10%x500 元/t=00亿元中国煤化工300亿元硫磺0.24x10+x1000元/1=240亿元192亿元合计26695亿元YHCNM H GE煤炭不单是能源的基础,也成为国民经济的物质基础。为了实施上述目标,需进行总体规划、分步第7期李琼玖等。煤制油与煤气化制甲醇技术的比较与选择29●实施。建议先选择建设1~2个480x10t/a煤制甲醇致谢化工基地示范,然后全面推广,再在产煤地区分别本文成文过程中,刘尚武、甄耀东、黄吉荣、王建设近百个年产500~1000万吨级的煤制甲醇化工建华、李德宽、漆长席、赵月兴、李润庠和王树中等基地,经历几代人不断奋斗,去实现我国的能源结同志参与了撰写工作,在此表示深深的感谢。构调整。(编辑周溪华)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.能源知识●标准煤和标准油不同能源的实物量是不能直接进行比较的。由于各种能源都有一种共同的属性,即舍有能量,且在一定条件下都可以转化为热,为了便于对各种能源进行计算、对比和分析,我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据,然后通过各种能源实际舍热值与标准燃料热值之比,即能源折算系教,计算出各种能源折算咸标准燃料的数量。所逸标准燃料的计量单位即为当量单位。国际上习惯采用的标准燃料有两种:标准煤(又称煤当量)和标准油(又称油当量)。标准堞(煤当量):我国GB 2589-1990(综合能耗计算通则>的规定。低位发热量等于29.3076M1的燃料,称为1kg标准煤。统计中可采用“晚标准煤”,用符号te表示。中国煤化工标准油(油当量):我国采用的油当量热值为41.87MJ.常用单位有TYHICN M H G号为boe)。(供稿十於

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