中国煤炭转化的发展与机遇

专论与综述. 全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CA-CD规范)执行优秀期刊J中国煤炭转化的发展与机遇吴.秀章',2(1.中国石油大学(北京),北京102249;2. 神华集团有限责任公司,北京10011)摘要:结合中国能源结构以煤为主、石油及相关产品供需矛盾日益突出的现实,提出了将煤炭转化作为中国石油替代的主要方向之一,通过发展煤直接液化、间接液化和煤化工,部分解决中国石油短缺的问题,应对高油价对国民经济的影响,实现能源、经济、环境协调发展,满足中国经济持续发展对能源的需求。关键词:煤炭;直接液化;间接液化;化石能源中團分类号:TQ53文献标识码:A文章编号100-67720010005 -04在煤、石油、天然气3种化石能源中，中国的煤情况见表1。炭资源最为丰富。随着经济的发展和环境要求的提表12000 年~2006年中国的煤炭产量高,清洁、高效、优质能源消费会逐步增加,但在未来相当长的时期内，煤炭在中国能源结构中的地位难年份2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006以改变。产量/亿+10.011.613.8 16.719.621.1 23.21993年以来中国对进口石油的依存度不断提1.2 中国的煤炭消费高,2005年、2006年中国进口石油分别为1.27亿t中国计划到2020年经济实现GDP比2000年和1.45亿t,石油对外依存度已经超过40%。石油翻两番,据初步测算,为确保这一目标的实现，中国的供应问题,已经成为影响中国经济发展的瓶颈,也未来的煤炭需求产量为:2010年达到25亿t、2015为煤炭转化产业发展带来良好的机遇。充分利用中年达到27亿t、2020年达到29亿t,本世纪前20年国丰富的煤炭资源,发展煤的清洁转化,实现能源、煤炭的需求量近400亿t。o经济、环境协调发展是当前中国能源建设的基本策1.3大量煤炭消 费带来的问题略。通过发展煤直接液化、煤间接液化和煤制烯烃目前中国能源消费总量中约68%为煤炭,85%等新型产业,以煤代油,多元化保证石油供应已经成的煤炭利用采用效率低污染严重的直接燃烧技术;为当前中国能源建设的工作重点之- -。燃煤产生的二氧化硫排放量占全国总排放量的74% ,氮氧化物排放量占总排放量的60% ,总悬浮1中国的煤炭生产与消费颗粒(TSP)排放量占总排放量的70% ,二氧化碳排1.1 中国的煤炭生产放量占总排放量的85%。这不仅威胁到生态环境中国的煤炭资源量约为5万亿t,探明保有储量和人类健康,而且中国大气污染造成的损失已经占达1万亿t以上,第3次资源普查煤炭探明可采储到GDP的3%~7%，制约了中国经济的发展。量约2800亿t。2005年煤炭产量达到21.1亿t,与此外,中国北煤南运、西煤东运,超负荷运输的2000年相比翻了一番, 2000年~ 2006年煤炭产量格局对全国的运输造成严重的压力。中国煤化工收稿日期:2007 -10 -19|Y台CNMH G作者簧介:吴秀章(1966 -) .男,山东淄博人,中国石油大学(北京)在读博土研究生,教授取高驭上程见。圳仕神华集团有限责任公司副总工程师,主要从事煤制油、媒化工技术管理工作。5.专论与综述2中国的石油生产 与消费3石油供应不足与煤炭转 化的机遇2.1中国的石油生产2000年~2006年中国石油产量见表2,石油产3.1未来中国石油需求 与供应预测到2010年、2020年和2030年中国石油需量年增长幅度有限。求见表5。中国石油生产能力将于2020年达到高峰2.00亿t后逐渐减少,到2030年石油的生产能裹22000 年~2006年中国的石油生产年份2000200120022003200420052006力将下降到1.80亿t。石油的对外依存度将从产量/亿+1.53 1.651.691.691.75-1.821.842010年的49%，上升到2030年的68%。1.2 中国的石油消费表5预测的 2010.2020.2030年中国石油需求与供应2000年~2006年中国石油的消费量见表3。年份201020302000年~2006年中国石油消费的年增长量达到了I 石油需求/亿:3.504.505.609.2%。随着中国经济向现代化迈进,石油的消费量石油产量/亿:1.802.00还会大幅度增长。对外依存度/呢3.2中国主要石化产 品需求与供应裹32000 年-2006年中国的石油消费量面对国内石油短缺的局面,到2020年仍需进口2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006大量的石油化工基本原料,预测到2010年和2020消费堂/亿:1.992252.46 2302.983.07 3.29年中国主要石化产品需求量见表6。2.3 中国的石油及主要石化产品进口目前,中国已经成为世界第二大石油消费国和表6 2010年、2020年中国主要石化产品需求与供应预测第三大石油进口国,图1给出了近些年中国石油生2020产、消费与进口量的变化趋势。石油供应对外的依乙烯需求量万:25503800乙烯产量/万:2300存度从1995年的9.97%上升到2006年的44%。乙烯对外依存度/强4540石油化工用原料油是影响石油消费量的另- -主丙烯需求量/万:19002880要因素。表4列出了2000年~2006年中国主要化丙婚产量万10801780工原料的进口量和对外依存度, PE和PP的对外依丙婚对外依存度/乐存度在35% ~ 60%之间。3.3煤炭转化的机遇。4.01 四石油生产量 ■石油消费量 ■石油进口量当前国际油价长期居高不下,大量的进口石油3.给中国造成了巨大的经济损失。据估算国际石油价s 20格每上涨1美元/桶,中国的GDP将损失0.06%。2003年布伦特石油平均价格28.80美元桶,2004年达到38.27美元/桶,2005年高达54.41美元桶。2004年,由于国际石油价格高,直接导致中国圈1石油生产与消费总量全年经济损失达86亿美元,高油价使中国CDP下降了0.7% ~0. 8%。2005年中国进口石油造成直表42000年-2006 年中国PEPP的产量t、进口量接的经济损失超过200亿美元。中国作为-一个油气资源不足的国家,当前及未PE产量/万:285312355 413441 529 599来的首要任务应是提高能源利用率和加强石油替代I PE进口/万:296411456469 480 526 495品开发,降低石油对外依存度。中国煤炭丰富储量I PE对外依赖度/党51 57324334374 427 476 523 584565352 50 45巨大中国煤化工门的能源替代战略| PP产量/万1之一品的主要方向,符PP进口/万:164208245 274 291 302车308合中0HCNMHGPP对外依赖度/%34384039 38 376《洁净煤技术)2008年第14卷第1期专论与综述全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAJ-CD 规范)执行优秀期刊-4.2煤炭间接液化4中国煤炭转 化技术及产业的发展煤间接液化是先把煤气化制成合成气,然后再4.1煤炭直接液化将合成气通过费-托合成反应进- -步合成为液体油煤直接液化是把煤在高温、高压、催化条件下与品的工艺技术。氢气反应直接转化成液体油品的工艺技术。中科院山西煤化所于20世纪80年代开始开发中国从20世纪70年代末开始进行煤直接液化煤间接液化技术,90年代以后大连化学物理研究所技术基础研究,建立了0.1Vd的小试装置,完成了和一些大学也介人费托合成技术的开发。山西煤化以神华煤、云南先锋煤和黑龙江依兰煤为代表的多所开发出了将传统的F-T合成与沸石分子筛特殊形种煤的直接液化试验。近几年在国家“863计划”的选作用相结合的两段法合成(简称MFT)工艺,并完支持下,开发出新型高效煤液化催化剂,在优化的工成了浆态床费托合成技术的千吨级中试，正在开展艺条件下,神华煤的转化率超过90%,液化油收率十万t级示范装置的开发。为57%。神华集团作为中国最大的煤炭生产企业,一直神华集团通过技术创新和技术集成,完成了神致力于通过煤间接液化生产燃料油项目开发,拟在华煤直接液化工艺技术的开发,工艺流程如图2所陕西省榆林市与国外公司合作建设煤炭间接液化示。采用神华煤直接液化工艺设计和建设的神华煤厂,规模为液化产品300万V/a。直接液化厂位于内蒙古鄂尔多斯市,第一条生产线工程的关键技术初步考虑采用成熟的、先进的(示范工程)的设计生产能力为年产液化油100万煤气化技术与先进的F-T合成技术的组合,工艺流t,产品方案见表7,示范工程是以柴油为主要产品，程如图3所示,产品结构以油品(石脑油、柴油)和同时副产石脑油和酚等其它化工产品。该示范工程化学品(含氧化合物等)相结合。具有以下特点:①设备超大型化:原料煤处理能力达一燃料气6000/d,相应的煤处理、煤浆制备、液化反应器、煤+LPG浆加料泵煤浆循环泵均为首套超大型设备。②先煤→(备墚)I岔一石脑油禹一柴油进的煤液化工艺,温和的反应操作条件:相应的材料空气+空分-蜡选择、设备制造等要简单和节省。③新型高效的煤化学品液化催化剂:催化剂的加入量少,催化剂的生产成本圄3煤炭间接液化工艺流程示意低,煤的液化转化率较高,液化残渣量少,煤液化油产率高,项目经济性提高。④采用先进成熟的单元4.3煤制烯烃工艺技术的优化组合:提高了运行的可靠性稳定性煤制烯烃是通过煤气化-合成甲醇-甲醇脱水和经济性。制烯烃的工艺路线实现的。近年来,中国甲醇工业取得了很大发展,但还存在很大的差距,主要体现在催化剂循环溶剂气体生产规模较小，效率低。不同规模煤制甲醇装置的→石脑油投资和产品成本对比见表8。可见随着煤制甲醇装-@一一个一个一一五柴油N置规模的扩大,投资和产品成本将显著降低。]H的图可，国一一圈表8不同规模煤制甲醇装 的投资与产品成本82神华煤直接液化流程示意规模甲醇生产能力/万1表7神华煤直接液化示范工程产 品方案●投究及成本30售60120150240300吨产品相对投资/%100 87 7668产品万V年LPG10.21石脑油24.99中国煤化工以甲醇为原料生产71.46烯烃UOP和中国大连0.36化物:IYH. CN MH G醇制婚烃技术的产品合计107.02工业化,-方面为甲醇开辟潜力巨大的应用空间,另中国煤炭转化的发展与机遇7专论与综述一方面开辟了由煤经气化生产基础有机化工原料的产业在中国正在形成。新工艺路线,是实现煤化工向石油化工延伸发展的根据神华煤制油和煤制烯烃项目的进展情况和有效途径。中国其它煤炭企业开展相关煤转化项目的情况,以神华集团目前正在建设的大型煤化工项目有2及国际油价长期保持高价位的可能性较高，可以预个:一个是位于内蒙古包头市的煤化工项目,该项目测中国企业在 2010年~ 2020年期间于中国的西可年产甲醇180万t,生产乙烯和丙烯各30万Va。北 、华北、西南、东北等具有资源条件的地区建成若另一个位于宁夏银川市,该项目年产甲醇180万t,干煤炭转化的产业区。预计到2020年,煤炭液化年产丙烯52万t。这2个大型煤化工项目的技术主(包括直接液化和间接液化)生产能力达到6000万线是:煤制甲醇和甲醇制烯烃的联合即煤制烯烃。Va,煤基烯烃(乙烯 +丙烯)产量超过400万Vao图4为煤制烯烃工艺流程示意。目前,世界各国使用的能源主要还是化石能源循环气(发电) +电(煤炭石油和天然气) ,其消耗比例占到90%以上。石油和天然气储量比煤炭要少得多，随着世界经济MTO-乙烯的发展,石油供需矛盾将会日益加剧,未来石油和天=国-国一国一国(盒→丙烯然气的最佳替代品还是煤炭。可以预见,煤炭的清甲醇洁转化和高效利用,将是未来世界能源结构调整和保证经济高速发展对能源需求的必由之路。團4煤制烯烃工艺流程示意参考文献:5中国煤炭转化预测[1]国家统计局. 205 年国民经济和社会发展统计公报[R]. 2006-02 -28.中国对石油能源的需求已进入高速增长期,面[2] 能源技术领域专家委员会.能源发展战略研究[M].对中国以煤为主的能源结构现实,石油及相关产品北京:化学工业出版社,2004.的供应已经成为影响中国经济发展的瓶颈,中国能[3]张玉卓. 中国神华煤清洁转化战略[A].国际煤炭会源建设面临着结构的优化与调整。以神华集团为代议论文集[ C].北京:煤炭工业出版社,2004.表的中国企业正在努力地将煤直接液化、煤间接液[4] 张玉卓 中国神华煤直接液化技术新进展[].中国科化和煤制烯烃等技术工业化,新型的煤炭清洁转化技产业,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中国煤化工”欢迎订阅《洁净煤MH, CNMHG《洁净煤技术)2008年第14卷第1期