煤制乙醇项目进展与技术经济分析

亚化咨询：煤制乙醇项目进展与技术经济分析 尽管在技术成熟度和能量效率方面受到质疑，煤制乙醇正在以其优秀的产品易用性成为中 国新型煤化工的重要发展方向。乙醇是重要的化工原料和良好的车用燃料，在粮食燃料乙 醇停止发展的背景下，煤制乙醇和纤维素乙醇一起，将成为中国能源化工产业的重要组成 部分。 截至 2012 年 12 月，中国煤制乙醇技术和项目进展如下表所示。 从已有的中试和工业化项目可以发现，煤制乙醇的技术路线主要有四条，1.合成气微生物 发酵，2. 醋酸直接加氢，3. 醋酸酯化加氢，4. 合成气制乙醇。下面分别加以分析。 煤制合成气（包括钢厂尾气）微生物发酵 2012 年 4 季度，上海宝钢朗泽新能源有限公司乙醇示范工厂微生物气体发酵技术通过了国 家发改委专家组的技术评审。项目乙醇产能 300 吨/年，于 2012 年 3 月正式投入运行，已 基本实现了一系列关键指标。下一步，示范工厂将对工艺作进一步调整，提高稳定性和经 济性，为商业化工厂的运行提供可靠的可行性数据。 亚化咨询认为，虽然本项目以钢厂尾气为原料，但所有含 CO 和 H2 的合成气，包括大规 模煤气化合成气、焦炉气、电石尾气、甲醇合成驰放气等，净化后都可以作为微生物气体 发酵制乙醇工艺的原料气，从而使该技术在进料方面具有灵活性。 现阶段还没有足够的公开数据可以分析该技术的经济性。通常来说，厌氧菌合成气发酵制 乙醇过程结束后，通过膜分离系统将细菌回收再利用；而发酵液的乙醇浓度较低，乙醇的 提纯过程将消耗很多能量。由于乙醇的精馏并不需要很高的温度（80 左右） ，如果在项目 规划和工程设计阶段，充分利用其他项目的低品位热能供应乙醇的精馏提纯，将可以降低 微生物气体发酵制乙醇的成本。 醋酸直接加氢和醋酸酯化加氢 与其他醋酸生产路线相比，甲醇羰基化制醋酸成本大幅度降低，随着该技术的成熟和推广 应用，煤气化合成气已经成为我国绝大部分醋酸装置的原料来源。2005 年以来中国煤化工 行业建设了大量醋酸装置，下表为我国已投产和拟在建的醋酸项目。 预计 2012 年我国醋酸产量约为 423 万吨，而产能为 760 万吨/年，产能利用率仅 55.7%。 到 2015 年，随着建设中项目的投产，预计我国醋酸总产能将达到 1097 万吨/年。 由于产能过剩和需求不足，我国醋酸价格从 2008 年到现在一直低位徘徊。开发有竞争力 的醋酸下游产品，提高醋酸行业产能利用率，盘活企业在煤气化、甲醇及醋酸装置上的资 产成为行业的共识。醋酸加氢制乙醇技术为醋酸行业带来了机遇。 醋酸加氢目前主要有两种工艺路线：1. 醋酸直接加氢，2. 醋酸酯化后加氢。两种工艺各 有特点，醋酸直接加氢流程短，能耗低，但需要使用贵金属催化剂；醋酸酯化加氢使用铜 基催化剂，但流程长，能耗相应较高。 下图中醋酸和乙醇的价格是华东地区的市场价格，乙醇的成本曲线是基于市场价格的醋酸 和 1.3 元/立方米氢气的税前完全成本。可以看出，醋酸价格对乙醇成本影响很大，项目的 经济性取决于乙醇和醋酸的价差。对于醋酸生产企业来说，由于醋酸生产成本低于市场价 格，因此实际上醋酸加氢制乙醇的利润空间比图中更为丰厚。 投资额方面，采用西南化工研究设计院醋酸酯化加氢技术的河南顺达化工科技有限公司 20 万吨/年乙醇项目投资为 5.88 亿元，预计醋酸直接加氢项目投资在类似水平。 亚化咨询认为，对于现有的醋酸生产企业，开发醋酸加氢制乙醇项目的意义在于，以较小 的投资，开辟了一个极具潜力的产品方向。当醋酸市场行情较好时，可以降低乙醇装置负 荷，主要销售醋酸；反之亦然。由于醋酸和氢气为自产，成本可控，项目的经济性有保障。 合成气制乙醇 索普集团合成气制乙醇项目利用低铑含量的二氧化硅基催化剂，将经煤制得的合成气转化、 加氢、分离，得到的乙醇产品同时达到工业乙醇优级品标准和燃料乙醇的标准。该项目由 索普集团、中科院大连化物所、五环工程公司三方共同进行成套技术攻关和项目建设。 文献资料显示，合成气制乙醇成本可以控制在 4500 元/ 吨，相比醋酸加氢路线有优势，但 实际的技术经济可行性仍待在万吨级中试装置上进行验证。 总的来说，乙醇是已经在全球和中国都获得广泛应用的车用替代燃料，煤制乙醇可以适用 现有乙醇汽油的行业规范和基础设施，没有任何额外的社会成本，因此具有良好的应用前 景。工业乙醇的市场容量毕竟有限，燃料乙醇才是煤制乙醇产品销售的主要方向。在车用 燃料方面，乙醇汽油在未来也将面临电动汽车和 LNG/CNG 的挑战。 2013 煤/生物质制乙醇技术经济研讨会将于 2013 年 1 月 10-11 日在上海召开，来自国内 外的技术专家将分别介绍 1.合成气微生物发酵，2. 醋酸直接加氢，3. 醋酸酯化加氢，4. 合成气制乙醇的技术开发和示范进展。由于会议日期临近，如果您有兴趣参加此次会议， 欢迎和我们联系。会议负责人：高小姐114 ASIACHEM: Chinas Coal to Ethanol Updates 2. HAc direct hydrogenation; 3. HAc esterification/hydrogenation; and 4. Syngasto-ethanol. They are separately discussed below. Coal-to-syngas (steel plant off-gas) followed by microbe fermentation In Q4 2012, Shanghai Baosteel LanzaTech New Energy Co Ltd ethanol process demonstration unit microbe gas fermentation technology passed NDRC organized expert appraisal. The unit is of 300t/a ethanol capacity, has been put into operation since Mar 2012 and realized a series of key performance indices. In next step the demo unit will make further modification to the process to improve stability and economy, and provide reliable feasibility data for commercial plant operation. ASIACHEM believes in that although the demo unit takes steel plant off-gas as feed, any cleaned syngas containing CO and H2, such as syngas from gasification, coker gas, carbide furnace off-gas, methanol synthesis purge gas etc, can be utilized as gaseous feed to microbe fermentation process, and thus provide raw material route flexibility for the process. At current stage, published data are not enough to analyze economy of the process. In general, after completion of anaerobe syngas fermentation to ethanol process, the bacteria shall be recovered by a membrane separation system for reuse; since the ferment solution is of low ethanol content, amount of energy is demanded by the concentration. On the other hand, ethanol distillation can be accomplished under not very high temperature (around 80), if low-value heat energy is available from other neighboring project, cost of the process can be reduced by proper planning and design at the project engineering stage. HAc direct h