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山西潞安矿业(集团)煤制油示范项目发展报告

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山西潞安矿业(集团)有限责任公司(简称“潞安集团”),是山西省属七大煤炭企业集团之一,是以煤为基、多元发展的能源企业集团。截至2013年底,潞安集团共有二级子公司78个,其中控股子公司56个,参股子公司22个;总资产达1523亿元。2013年,煤炭产量8878万吨,营业收入1987.9亿元,利润6.07亿元,在世界500强中排第430位。

潞安集团坚持“与能人携手,和巨人同行”的理念,与中科院上海高研院、山西煤化所、中科合成油技术有限公司强强联合、优势嫁接,打造了高端创新平台,成功地完成了煤制油示范工程项目。

一 示范项目简介

潞安集团16万吨/年煤基合成油示范项目,是国家“863”高新技术项目和中国科学院知识创新工程重大项目的延伸,是2005年中国科学院委托中国国际工程咨询公司通过国内公开招标确定的国家级示范项目,目的是为产业化积累工程经验。其中,F-T合成技术、16万吨合成油联产60兆瓦(IGCC)电的煤炭联产系统关键技术项目列入国家“十一五”期间“863”计划先进能源技术领域“以煤气化为基础的多联产示范工程”重大项目课题,它的建设对于我国具有自主知识产权的间接液化法煤基合成油技术的产业化具有重要的示范和推动作用。

该项目对于保障国家能源安全具有十分重要的战略意义,是山西省调整产业结构和能源结构,发展煤化工产业,建设新型能源和工业基地的标志性工程。

潞安集团煤制油示范项目是全国唯一的同时使用铁基、钴基两种工艺进行煤基合成油的企业。以煤基合成油示范项目为核心,以屯留煤矿、余吾热电厂为依托,通过资源合理配置,优化集成,建成了一个以“高端化、全循环、多联产”为主要特征的资源综合利用循环经济园区。

低位循环:煤炭从井下提升至地面后一部分经过洗选加工生产出喷吹煤,作为潞安集团品牌产品销往全国各地;洗选出的矸石送至矸石电厂发电利用,每年消耗煤矸石80万吨,折合标准煤34.2万吨,由此构成园区传统的低位循环系统。

高位循环:井下提升的原煤,不需要经洗选直接通过皮带输送至煤基油公司,降低了煤炭运输成本,同时做到了“煤不见天、不落地”降低了对环境的污染。高位循环区包括化学品加工、油品加工、11.5兆瓦的IGCC电站、“1830”化肥生产线、210万吨焦化厂五个生产单元。高位循环区的最大特点是,在废水、废气、废渣综合利用的基础上,实施高端化的多联产、多技术、多循环,把废品变成精品,达到高端化循环、耦合化节能的效果。

潞安集团煤基合成油示范项目于2008年12月22日钴基固定床合成装置正式试车出油;2009年7月10日铁基浆态床合成装置正式试车出油;2009年12月4日产出合格尿素,潞安集团煤基合成油示范项目全面进入试运行阶段。

二 示范工艺流程

工艺主要流程包括:煤气化、空分、低温甲醇洗、费托合成、PSA、油品加工、合成氨、合成尿素、大颗粒尿素等。

主要工艺流程简述如下:气化工序是以块煤为原料经锁斗进料系统进入碎煤加压气化炉,与来自锅炉房的中压蒸汽和来自空分的纯氧进行煤的气化反应。出气化炉的高温煤气经冷却和煤气水分离后粗煤气进入低温甲醇洗工序,在此脱除H2S和CO2,净化后的合成气去费托合成生产油品。

费托合成工序采用16万吨/年铁基浆态床费托合成并联5万吨/年钴基固定床费托合成,其中钴基费托合成制得硬蜡作为产品销售,制得的软蜡、轻油、重油以及铁基费托制得的重质油、重质蜡、轻质油作为中间产品送入油品加工工序。在油品加工工序费托合成的粗油品经加H2处理后最终得到产品柴油、石脑油和石蜡。

联产合成氨装置从费托合成出来的反应尾气大部分送甲烷转化工序制备合成气,再经低温甲醇洗脱碳后去PSA变压吸附提取氢气,作为合成氨和油品加氢的原料,富CO解析气送费托合成工序循环回用。H2分为二股:一股作为油品加工用氢;另一股送氨合成工序与来自空分工序的N2混合后送氨合成进行氨的合成。液氨和来自低温甲醇洗工序的CO2作为尿素合成的原料,在尿素合成工序采用二氧化碳汽提法工艺合成尿素并生产大颗粒尿素。费托合成工序多余尾气送IGCC工序发电。

锅炉:送入系统的原煤经过筛分后,末煤送去4台150吨/小时锅炉加热除氧水生产4.0兆帕的中压蒸汽,一部分用于推动汽轮机做功,节省电耗;一部分作为气化剂用于生产煤气;乏汽用于装置防冻伴热及周边村镇、厂区职工的生活热水、冬季采暖使用。锅炉选用循环流化床,吨煤产蒸汽量达到9吨,飞灰残炭量小于15%。

煤制气:筛分出的块煤、高硫下组煤与气化剂一同进入气化炉生产煤气;园区采用6台(5开1备)碎煤加压气化炉(“鲁奇炉”)生产20万方/小时粗煤气,单炉日投煤量为500吨。为了提高转化率,造气炉压力控制为3.0兆帕,床温1200℃,吨煤产煤气量为2000标准立方米。粗煤气经配套煤气冷却系统回收热能后送往净化装置。回收的煤焦油、粗苯、中油作为副产品销售。

净化:采用先进的“低温甲醇洗”工艺,将气化炉产生的粗煤气会同周围焦化厂引入的焦炉煤气中的二氧化碳和硫化氢等杂质进行脱除,总硫含量脱除精度达到不大于1毫克/升,CO2脱除精度达到小于1%。脱出的硫用于生产硫黄膏,解析出的二氧化碳纯度可达到99%以上,用于合成尿素及与合成油尾气进行重整回收。

合成及加氢:用净化后的煤气在催化剂作用下进行费托反应,目前园区内有两套费托装置。铁基浆态床费托合成装置采用中科合成油技术公司自主研发的催化剂,用于生产高品质柴油、石脑油。钴基固定床费托合成装置采用潞安集团和中科院山西煤化所自主研发的高效催化剂,用于生产高品质费托蜡、精细化工产品(液态烷烃等)。

费托合成柴油无硫、无氮、不含杂环烃。1.8升排量的柴油汽车百公里油耗仅为6升左右,比一般汽车用油节省15%,尾气排放超过欧IV标准。我国现行的车用柴油国家标准(国Ⅲ)要求商品柴油中十六烷值不得低于46,硫含量不得大于350毫克/升,色度不得大于1.5,而潞安煤基合成油成品柴油中十六烷含量高达81,硫含量仅为0.05毫克/升,色度小于0.5,直观对比清澈如矿泉水一般。目前全球范围内对性能和环保要求颇为严格的欧Ⅳ柴油标准,也仅要求十六烷含量不低于54,硫含量不高于50毫克/升,足见潞安煤基合成油品质之优良,产品投放市场以来供不应求,同时潞安合成油可作为精细化工原料广泛应用于石化油品的调和油,生产氯化石蜡、绝缘材料的原料油等。

尾气转化:合成油尾气中含有40%左右的甲烷,采用中科院上海高研院、成都院自主研发的甲烷-二氧化碳重整技术和换热式甲烷转化技术,生成合成油原料气进行回收利用,同时减排二氧化碳。变换后的富裕氢气经过变压吸附装置生产出压力1.8兆帕,纯度为99.97%的氢气用于油品加氢精制及合成液氨,同时解析出的一氧化碳气经压缩机加压至3.3兆帕后送至费托合成装置用于调节氢碳比。

联产“1830”项目:利用合成油系统排放出的富氢尾气,配合空分装置回收的高纯氮气,生产18万吨/年液氨,每年回收氮气19.6万吨;利用净化系统脱除的二氧化碳气体与液氨合成30万吨/年大颗粒尿素,每年减排二氧化碳约27万吨。

IGCC:系统经过多次循环后的低热值尾气(热值约2000大卡),送往IGCC装置联产发电,进一步降低能耗,该装置装机容量11.5MW。

废水再利用:系统排放出的工业废水、生活废水进行集中收集后经过生化处理,可达到中水品质,可用于循环冷却水的补水及厂区的绿化。

废渣再利用:锅炉、气化炉排放出的废渣可用于生产建筑材料。园区在常村矿建有1.9亿标块矸石砖厂,每年消耗矸石43万吨,节约6.2万吨标准煤。

三 示范结果

潞安集团煤基合成油示范项目于2011年8月达到了满负荷运行,累计运行时间超过3万小时。

通过示范,潞安集团首创了国内“煤基多联产技术集成”,首创了以劣质煤为原料的“油、氨、电、热、化联产循环经济工业发展模式”。试生产五年来,核心技术不断优化,产品向精细化、高端化、终端化进一步延伸,在人才、技术、管理、市场开发等方面积累了大量经验,为大规模产业化奠定了坚实基础。

铁基浆态床和钴基固定床F-T合成核心技术分别列入“十一五”期间国家“863”计划和“973”计划,通过技术集成和再创新,完成了工业放大和产业示范,形成了具有完全自主知识产权的煤基合成油多联产低碳化创新技术,为我国煤基合成油大规模产业化提供了技术条件。

通过年产21万吨煤基合成油多联产工业化示范装置的建设、运行、调整和优化,达到能耗低、产出高、低碳化生产。潞安集团同时掌握了铁基浆态床和钴基固定床两种F-T合成核心技术,积累了工程建设和装置运行经验,锻炼了技术队伍,为建设百万吨级工业化装置打下了坚实的基础,对于以煤炭为主要能源的国家和地方经济具有十分重要的战略意义,其工业应用前景广阔。

2010年10月30日和11月15日,“煤基合成油多联产低碳化创新技术”和“万吨级钴基钴基固定床F-T合成技术”分别通过山西省科技厅和中科院组织的专家验收,整体技术水平达到国际领先和国际先进。

该示范项目证明,潞安集团已经具备了进一步发展煤制油产业的基础。

四 产业总体发展计划

“十二五”期间,依托该示范技术,潞安集团180万吨/年高硫煤清洁利用油化电热一体化项目于2012年7月获得国家发展和改革委员会立项并被列为山西省综改试验区一号工程,目前正在高效、快速实施,计划于2015年6月建成。

“十三五”期间,潞安集团按照山西省委省政府统一部署和煤化工产业总体规划,将依托忻州河保偏地区丰富的煤炭资源和潞安煤化工的人才技术优势,建设潞安忻州400万吨/年煤炭清洁利用油化电热一体化项目。

忻州一体化项目建成后,潞安集团将在山西省内形成年产600万吨油品和化学品的综合生产能力,占全国同期煤制油总规模的20%。其中,高等级清洁燃料油占60%~70%,精细化学品占30%~40%,年销售收入达500亿~600亿元,利税上百亿元,总体技术达到国际领先水平。山西省将在全国煤制油行业占有重要地位。

五 政策诉求与建议

与国内的石油化工成品炼制企业相比,虽然煤基合成油的油品品质比普通石油基油品的品质高,但因我国对成品油实行政府指导价,因此,煤基合成油油品执行的是与普通石油基油品相同的价格。国内石油化工成品油炼制企业,如中石油、中石化均在企业亏损时享受国家财政补贴,而煤基合成油企业在油品炼制工艺上相对于石油炼制工艺复杂、加工成本略高,但未享受国家财政补贴,企业负担较重。单一的“煤制油”在产品制造成本方面没有优势可言,而且繁重的消费税和财务成本给企业带来了巨大的投资风险。为此,建议如下。

第一,煤制油企业属于资金密集型、技术密集型企业,其生产的产品具有很高的清洁度和环保性,国家应在减免消费税、环保补贴、碳排放等政策方面予以扶持。

第二,煤制油企业往往设立在我国中西部及新疆、内蒙古等富煤地区,该区域的特点是富煤、缺水、交通运输不发达,国家应赋予企业油品经营自主权,就地转化,就地消化。

标签: 煤制油 潞安矿业集团 煤基多联产技术集成

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