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 中国化工经济技术发展中心首席顾问国家化工行业生产力促进中心首席顾问江苏煤化工程研究设计院教授院长冯孝庭2011年12月13日于北京 2011年第二届煤化工新技术新设备交流研讨会 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 原油探明储量情况 世界石油平均储采比 58 6世界天然气平均储采比 60 6储采比中括号内为 bp2011年能源报告 数据 中国能源储量与国际对比 2007年人均能源储量的国际比较 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 20030 91136 52005 1 2 38 020082 177注50 92010 1 45 452020 4 0 552030 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 7 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 煤经合成气制甲醇车用柴油 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m10 m30 高比例为m80 m100 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 5 20 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 美国军方经八年研究 据透露 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 m10 m15 可以不改汽车 2 高比例的甲醇柴油 m85 m100 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dmm3 8添加剂是关键 dmm3 8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 m10 m15 m20 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 m30 m50 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dmm3 8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合成天然气 3h2 co ch4 h2o q 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 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 如煤种性质允许 水煤浆气化技术应是首选 4 保证原料煤质量稳定是气化系统稳定运行前提 5 提高气化压力 有利于提高能量利用水平 6 提高煤气化炉能力是未来超大规模装置的需求 7 应关注煤气化系统热量的合理 优化利用 8 粉尘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 2h2ch3oh coch3cooh 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 2ch3ohch3och3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 fdtpfmtp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 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5 10万吨 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 我国甲醇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16 17亿人 我国生态的理想负荷能力应为7 10亿人 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