对我国煤基能源化工发展的思考.ppt

对我国煤基能源化工发展的思考,“世界洁净煤论坛，中国聚焦2011”,能源- 人类面临的首要问题,世界当前面临的十大问题: 1. 能源 6. 恐怖与战争 2. 水 7. 疾病 3. 食物 8. 教育 4. 环境 9. 民主 5. 贫困 10. 人口 (11. 恐怖活动),亨利 基辛格博士的一句名言,“如果你控制了石油，你就控制住了所有国家; 如果你控制了粮食, 你就控制住了所有的人; 如果你控制了货币, 你就控制住了整个世界。”,我国石油对国外依赖度及予测,年份 进口量,亿吨 依赖度% 预测% 2003 0.911 36.5 2005 1.2 38.0 2008 2.177注 50.9 2010 1.45 45 2020 4.0 55 2030 4.88 82 摘自“中国石油和化工” 2004.NO.5 注: 2008年实际数据，进口量包括原油和油品。,5,我国一次能源消费预测, 来源：替代能源研究，国务院能源办公室，2007,2050能源消费总量： 63 亿tce,2005-2050 总煤耗量： 1158 亿tce,当前面临的能源化工问题 “后石油时代”必需面对： 车用、民用清洁燃料的补充和接替? 1. 世界石油需用数量及地质储量的矛盾; 2. 使用汽油.煤油.柴油对环境的污染严重; 石油化工原料的补充和接续?,世界燃料面临的问题,汽油、煤油、柴油是导至环境较严重的污染源! 据测算大、中城市大气污染中汽车占60%； (第二位是燃煤供暖和民用) 北京市非采暖期机动车对大气污染物CO、HC、NOX的 分担率分别达80.3%、79.1%、54.8%； 上海市机动车对大气污染物CO、HC、NOX的分担率已 分别达86%、90%和56%； 大气中微颗粒有8%来自各类机动车的尾气；,复旦大学课题组 我国首次对雾霾进行测定量化,雾霾主要污染物为多环芳烃: 1. 11月3日-在环境监测发表题为雾雨事件中 的多环芳烃的污染特征的文章; 2. 课题组发现: 上海市区采集到的雾水，萘、蒽、菲等 化合物占雾水中多环芳烃总量的80%左右; 3. 雾霾的主要污染物是多环芳烃(重芳烃)，而且在大雨 前后的雾霾污染物含量要差500倍; 4. 上海大雾中的多环芳烃多来自本地化石燃料的燃烧; 5. 为我国控制化石燃料及汽车尾气排放的发展战略及降 低大雾带来的危害提供了科学依据; 摘自2011年11月9日 “文汇报”,煤基清洁能源,汽车替代燃料应符合以下条件,1、需要有长期、稳定、大量原料来源。 2、对环境友好。 3、基础设施投资少，易于大面积推广。 4、汽车的动力性和经济性好，用户愿意接受。 5、油品质量稳定。 6、燃料成本低，从燃料生产到输配网络，加 油站及用户均留有合适的利润空间。,我国的替代能源,可再生能源: 不可再生能源 1. 太阳能; 1. 核能(裂变、聚变); 2. 风能; 2. 燃煤发电; 3. 水能(含水电); 3. 新型煤基能源: 4. 地热; 煤(直或间接)制油; 5. 潮汐能; 煤制合成天然气; 6. 生物质能: 甲醇制汽油(MTG); 乙醇、生物柴油; 甲醇车用汽、柴油; 沼气、秸秆等; 二甲醚燃料: (柴油、LPG),可再生能源和清洁能源,可再生能源: 生物质能、太阳能、风能、潮汐能等，总体还 处于应抓紧、加大科技研发、完善、为大规模市 场运行提供有竞争力的技术经济基础(包括能量 储存技术)! 清洁能源: 核能应以可控核聚变为方向，可控核聚变是人 类的福音! 清洁发电使电成为真正的清洁能源! “甲醇经济”书中提出后石油时代中甲醇能源化 工发展的路线图是现实的选择，对中国更适用!,煤基清洁能源,1. 煤直接法制油; 2. 煤间接法制油; 3. 煤经合成气制合成天然气(SNG); 4. 煤制甲醇车用汽油: (M15、M30、M85、M100汽油); 5. 煤经甲醇制汽油(MTG、JMPG); 6. 煤经甲醇制二甲醚(代液化石油气 LPG、柴油); 7. 煤制甲醇车用柴油; 8. 煤经甲醇制MTBE(汽油辛烷值添加剂); 9. 煤经甲醇制DMM3-8(柴油十六烷值添加剂);,甲醇用作清洁燃料,1. 甲醇掺入汽油:低比例为M10M30; 高比例为M80M100; 2. 甲醇制二甲醚(DME)替代柴油; 3. 甲醇制二甲醚 替代液化石油气(LPG); 4. 甲醇制二甲醚 替代溶解乙炔； 5. 甲醇替代柴油:低比例掺混(520%); 高比例配制(85%); 6. 甲醇用作锅炉燃料; 7. 甲醇作燃料电池燃料; 8. 甲醇制汽油、柴油添加剂: MTBE、DMM3-8等; 9. 其他甲醇燃料;,不同比例时甲醇汽油与93#汽油的替代比 (DF型甲醇汽油为大发实业公司产品),高海拔地区道路经济性试验结果,说明: 1、表中对比数据是在平均海拔3900米试验数据; 2、用M85甲醇汽油时车速比用93#汽油时车速高了20%; (使用93#汽油时车速已无法再高，而使用M85甲醇汽油时车速仍有余地) 3. 在3900米高海拔条件下，使用大发实业公司M85车用甲醇汽油后，相对于93#汽油，车辆的牵引力（爬坡度）增加(提高)了16.8%; 4. 甲醇汽油添加剂不同，调配甲醇汽油的性能和替代比将不同;,甲醇燃料在高空条件的独特优势,1. 替代高级喷气机航空煤油(含氧50%): 在高空用会产生强大推动力! 续航能力也好! 据透露、美国军方经八年研究，已列装! 2. 替代液氢等用于火箭和航空燃料的前景; 3. 有关方面称:甲醇已用于巡航导弹的燃料(美国); 4. 国际甲醇协会信息: 美国波音公司和曰本藤 仓公司合作，使用直接燃料电池(DMFC)用 于飞机，计划2012年3月进行商业飞机试验; 计划在2015年推广应用;,甲醇替代车用柴油,1. 低比例的甲醇柴油(M10M15): (可以不改汽车) 2. 高比例的甲醇柴油(M85M100): 美国研发创新了一种点燃式柴油发动机，即在压缩到一定程度时增加电点火措施，美国研发单位已将此技术准许我国无偿使用; 配套生产或改造压缩与点燃相结合的“甲醇柴油车”。 3. 研制高十六烷值的DMM38添加剂是关键; (DMM38是聚甲氧基甲缩醛 ); 4. 二甲醚(甲醇脱水制成)替代柴油(需改车);,甲醇替代车用柴油,已有一些公司对甲醇柴油进行研究: 1. 低比例的甲醇柴油(M10M15M20): . 研制专用添加剂也是技术关键; . 已基本解决，尚待全面考核和完善; . 不需改车; 2. 中等比例的甲醇柴油(M30M50): 很难! . 研制性能更好的专用添加剂是技术关键; . 研发高十六烷值的DMM38添加剂; . 争取不改柴油车; 建议: 甲醇柴油以发展低比例和高比例为宜!,甲醇燃料和汽油的危害比较表,煤制甲醇燃料与煤制油,甲醇制汽油(MTG),注:JMPG-1的技术路线有新的突破，不受碳池反应理论制约。,(吨),制取甲醇和乙醇对比,煤制天然气(SNG),1. 我国天然气储量少、供需矛盾大; 2. 我国民用燃料中燃煤多(2亿吨)，效率低; 3. 民用燃煤效率约15%，民用天然气效率约34%; 4. 民用燃煤时效率低、污染大、环境差、分散燃煤的排 放污染物难治理; 5. 煤制天然气时，不但效率高(可节约用煤)，而且集中 加工，污染物(硫化物和CO2等)可回收并资源化，节 能减排效果好、可改善大(大气)小(家庭)环境! 6. 煤(含焦炉气)制SNG，技术成熟、投资较少、要求稍 低、注意选择技术时对环境影响较小! 7. 注意: 煤制天然气，不是煤转化效率最高的技术路线!,煤制甲醇与煤制天然气(SNG),合成甲醇: 2H2 + CO = CH3OH + Q (100%) 合成天然气: 3H2 + CO = CH4 + H2O + Q (47%) 在有条件的地区，选择煤制SNG技术项目是可行的。,新型煤化工,石油化工与衣、食、住、行,化肥 纤维、纺织品 烯烃 橡胶 (乙丙丁烯) 塑料 石油 芳烃 工业制品 (苯甲苯二甲苯) 建材 醇醛酸酯等 装饰材料 交通和运输 . ”三烯、三苯”: -构成石油化工系列产品优势的基础!,石油化工是现代社会发展的支柱之一,汽、煤、柴油、石脑油等燃油; 沥青、溶剂等 聚烯烃 裂解 乙.丙.丁烯 石油 缩聚物 重整 芳烃 (苯甲苯二甲苯) 化合物 转化 合成气 氨 含氧化合物 (醇、醚、醛、酸、酯),分离等,煤基甲醇能源化工可以接续石油化工,汽、煤、柴油、石脑油等燃油; 沥青、溶剂等 甲醇燃料 聚烯烃 裂解 乙.丙.丁烯 石油 缩聚物 芳构化 芳烃 (苯.甲苯.二甲苯) 化合物 甲醇 转化 合成气 氨 含氧化合物 煤 合成气 天然气 (醇、醚、醛、酸、酯),分离等,先进煤气化技术是基础,1. 多种先进煤气化技术均已获突破! 2. 应根据煤种性质选择相应的技术; 3. 提高煤气化炉能力是未来超大规模装置的需求; 4. 如煤种性质允许，水煤浆气化技术应是首选; 5. 提高气化压力，有利于提高能量利用水平; 6. 保证原料煤质量稳定是气化系统稳定运行前提; 7. 应关注煤气化系统热量的合理、优化利用; 8. 粉尘-PM10与PM2.5 9. 劣质和低阶煤的气化技术有待研发更好技术!,碳一(煤) 化工替代石油化工的里程碑,生产醋酸技术路线的演变: 1. 生物化工: 玉米 酒(乙醇) 醋(醋酸) 2. 石油化工: 石油 乙烯 乙醛 醋酸 +H2O 乙醇 3. 甲醇制醋酸-煤(碳一)化工的里程碑: 煤 合成气 甲醇 醋酸 CO+2H2 CH3OH + CO CH3COOH,煤的清洁利用,清洁燃料(汽油、柴油、合成天然气) 甲醇燃料系列 烯烃(乙、丙、丁烯) 煤 甲醇 芳烃(苯、甲苯、二甲苯) 醛、酸、醚、酯等系列 单细胞蛋白等生化系列 低碳醇系列(乙、丙、丁醇和乙二醇等) 化肥 直接利用 芳烃、稠环化合物的源泉,我国乙烯、丙烯生产和需求,注: 2010年实际乙烯当量消费量为2947万吨，对外依存度为51.9%。,1418(实际),遵循碳池效应理论基础: 2CH3OH CH3OCH3 低碳烯烃 高级烯烃 实施碳的高效低碳化利用研发方向: 1. 在一个创新工艺范围内实施分子设计，定向催化，发挥碳池效应的高效的 转化及裂解功能; 2. 石油化工技术: 轻烃蒸汽裂解高耗能、低收率、低选择性的局限; 3. 实现多元含碳原料的一体化生产，突破了煤、石油、天然气能源化工产业 的固有结构，实现资源、能效、环境，按物质及能量“两大守恒”的原理 功能化的高效利用。,甲醇制烯烃、芳烃反应的理论基础,烷烃 高级烯烃 芳烃,- H2O,+ H2O,+ H2O,由煤制乙烯、丙烯技术,流化床 DMTO, SAP0-34分子筛是催化裂解生产低碳烯烃的首选催化剂。 SAP0-34分子筛经金属离子改性获得更高的低碳烯烃选择性。,FDTP FMTP 丙烯 70% 流化床,甲醇制烯烃的成功是煤(C1)化工的又一里程碑!,各种从甲醇制烯烃技术的指标,注: 烯烃和芳烃产品量可按需要调节; 本技术由江苏煤化院等五单位共同完成。,不同的甲醇制烯烃反应器,煤制乙二醇的国内市场需求, 需求量大: 2010年国内消费852.5万吨,是全球第一大消费国; 增长快: 2000年至2010年国内表观消费量平均增长15.7%; 进口依存度高: 近几年进口依存度始终高达70%以上。,我国乙二醇的产能及消费量 （万吨/年）,注 未含引进制成品。,煤制乙二醇技术路线,技术方案：羰化、加氢两步法间接合成乙二醇; 两步间接法： 第一步：CO与亚硝酸甲酯羰基化反应生成草酸 二甲酯； 第二步：草酸二甲酯加氢合成乙二醇;,煤制乙二醇技术路线,工艺流程,PSA,脱氢,羰化,再生,精馏,加氢,吸收 分离,DMC,DMO,聚合级MEG,合成气,H2,CO,NO,MN,O2,煤制乙二醇技术的问题及现状,主要问题: 1. 加氢草酸酯(DMO)加氢催化剂选择性下降; 2. DMO加氢时氢气循环量大、设备大、能耗高; 3. 乙二醇产品质量达不到聚合级标准要求; 4. 单系列的规模能力偏低，需多套并联运行; 现状: 1. 有几个研发单位的加氢催化剂的稳定性、选择性均 提高了，达到了较好水平; 2. 有的技术中，DMO加氢时氢气循环量可降低50%; 3. 乙二醇产品质量已达到聚合级标准要求; 4. 羰化与加氢单系列能力可达510万吨/a;,乙醇、丙醇、丁醇等是重要化工原料,1. 乙醇、丙醇、丁醇等是重要的有机化工原料; 2. 低碳混合醇可以直接作为汽油发动机的燃料; 3. 低碳醇是甲醇汽油的好的助溶剂; 可替代MTBE; 4. 将低碳醇分离可获乙、丙、丁醇等; 5. 乙、丙、丁醇等，可用于制取众多重要的醛、醚、酸、 酯化学品和有机中间体; 它们分别可用于溶剂、医药、 涂料、化妆品、油脂、工程材料添加剂等工业; 6. 至今，乙、丙、丁醇等主要从石油化工制取-从乙 烯、丙烯，或由它们羰基合成而获得; 7.几十年来，从合成气合成低碳醇的研发受到重视! 至今未有满意的技术突破!,由合成气合成低碳醇技术国内外水平,注1 厦门大学等5单位正在从事放大研究。,我国甲醇制单细胞蛋白的市场需求,1. 我国植物蛋白资源缺乏; 2. 我国动物蛋白资源也缺乏: 我国海洋渔业发展不足; 海洋中鱼业资源有限; 3. 我国进口鱼粉量大、质差、价高; 4. 某特大型饲料集团预测他们企业每年对甲醇单细胞蛋 白资源实际需求约为100万吨/年(配合使用); 5. 全国饲料产业共需此资源, 预计约为500万吨/年; (2009核计),甲醇单细胞蛋白的市场需求,根据中国科学院国情分析研究小组测算: 我国人口承载量最高为1617亿人; 我国生态的理想负荷能力应为710亿人; 基础是:按粮食产量，不应超过12.6亿人; 按能源理想负载，不应超过11.5亿人; 按土地资源，不应超过10亿人; 按淡水供应，不宜超过4.5亿人; 按动物蛋白供应，不宜超过2.6亿人; 人口容量，是指一定生活水平下的抚养能力。,甲醇单细胞蛋白的优势,1. 甲醇原料易得、批量大、质量稳定; 2. 生产速度快、投资相对较少; 3. 不受生产地区和灾害气候条件的影响; 4. 不受耕地制约; 5. 可规模化生产，产品质量稳定; 6. 对环境影响较小; 7. 特别适应我国的具体条件;,煤的焦化,焦炭 高温焦化 焦炉气 煤 焦油 中温和低温焦化 轻油和中油 兰炭 1.焦化受钢铁产业发展制约; 沥青 2.三废和环境制约; 3.资源和效益; 4.煤的科学和高效利用,煤是重要的有机化合物的宝库,煤炭资源的科学利用,1. 有限度地开采煤炭资源; 2. 高效地利用煤炭资源; 3. 煤的精细、高效利用是方向! 4. 实现温和条件下的定向转化; 5. 形成精细煤化工的产业链; 6. 将煤变成提供芳烃和稠环等化合物的源泉! 焦化过程是传统的有机化合物的策源物，可以说焦 油是有机化学起萌物质! 应当从”焦化”思考研发、开拓新的技术方向!,温和氧化的主要产物,煤的精细、高效转化新技术领域,高附加值芳酸及衍生物的用途,无烟煤 烟煤、褐煤,萃取残煤 热溶残煤,选择性 温和氧化,氧化后液体,有机相可溶物,水相可溶物,分级萃取,2-6环芳烃,环烷烃(高速战机和导弹的燃料),催化加氢,1-4环杂环芳香族混合物,精细分离,1-4环杂环芳香族化合物纯品（精细化学品）,沥青,高等级公路粘合剂,煤焦油的精细、高效利用技术,用于制备高性能炭材料 (含碳纤维等),煤基能源化工” 多联产”是方向,1. “多联产”-在于物质及能量利用最大化的原则。 只有物质和能量的高效，才能做到资源节约及环境友好！ 2. 煤、化、电、热与相关产业耦合的“多联产”系统， 实际就是在“两大守恒”原则的基础上建成的; 3. 新型“多联产”系统具有较强“节能减排”的优势， 是实施循环经济有效的措施; 4. 天然或人造有机无物质都离不了碳、氢元素。解决了 碳、氢元素的”循环”，才能解决衔接新能源时代社会经 济的的可持续发展（详见下图所示）。,冶金-化工-电力复合多联产系统,煤、电、化、冶、热“多联产”系统,甲醇,“多联产”技术的效果,1. 资源的利用率提高了; 2. 能量的利用率提高了; 3. 总投资降低了; 4. 总成本降低了; 5. 经济效益提高了; 6. 环境效益提高了; 7. 社会效益提高了; 8. 为利用、储存、减排CO2准备了好条件; “多联产”技术推广的问题: 1. 跨行业; 2.涉及面广; 3.投资大; 4.需政第支持;,未来社会经济的可持续发展,社会 生活 工业 交通 和 运输 所需 能源,太阳能,水,CO2,电,燃料,碳一化学的技术发展,技术进步是提高煤化工竟争力的最有效的手段! 甲醇能源化工已显示出巨大的前景和竞争力! 甲醇燃料终将被市场接受; 甲醇是补充清洁燃料的现实、可靠的选择! 甲醇制烯烃已经成功，技术水平不断提高; 甲醇制乙二醇将显示出巨大生命力; 甲醇制单细胞蛋白、多肽的工业技术即将被突破; 煤化工 “多联产” 提供了节能减排的发展空间! 甲醇化工的重要性还会进一步扩展; 以煤为原料合成低碳醇的催化技术有望获重要突破! 煤制乙、丙、丁醇等将促进能源化工的新变革! 煤