赴南非、德国煤化工技术考察报告.doc

赴南非、德国煤化工技术考察报告 最近，中国石油和化学工业协会谭竹洲会长率中国煤化工代表团赴南非和德国进行了考察。发展洁净煤技术，走新一代煤转化和煤化工的技术路线，保持以煤为主要能源结构的特色，促进我国经济可持续发展，已是我国能源发展战略的热点问题。此次出访主要目的是了解南非和德国煤化工工业的现状和今后的发展的趋势。代表团访问了当今世界上煤化工最大的工业化公司-南非萨索（SASOL）公司和世界上最早开发煤化工技术的公司-德国鲁奇（LURGI）公司。参观了萨索公司的煤气化、间接液化等装置，同时与对方探讨了煤的汽化、液化、煤-电（热）-化（冶）多联产、煤基合成代替液体燃料及化学品等技术。现将考察情况和建议报告如下。一、南非萨索(Sasol)公司情况（一）概况南非萨索公司始建于1950年，是政府投资创建的以煤为原料，生产燃料和化学品的大型企业。1951年在萨索堡(Sasolbure)开始建设萨索，1955年生产出油品和化工产品，1974年和1979年在色昆达(Secunda)分别启动建设萨索和萨索，各用了4年时间，总建设费用约为60亿美元，大规模生产合成油品和相关产品，按现行价格上述三厂总投资近100亿美元。1979年萨索公司私有化改制，变为完全的私人企业，有2万名股东，其中没有绝对控股者。目前每年总耗煤4100万吨，生产出710万吨油品和相关化学品。2001年销售额为53.99亿美元，营业利润达到14亿美元。萨索集团公司有8个主要部分：1、萨索矿业（Pty）：负责萨索堡和色昆达地区煤炭开采，包括Natref炼厂原油炼制。2、萨索合成燃料（SSF）：生产合成燃料、管道燃气和石油化工产品。3、萨索化工（SCI）：生产各类商业和高附加值石油化工产品、化肥、矿用*和管道燃气。4、萨索油品（Pty）：生产和销售液体燃料以及各种工业和车用润滑油。5、萨索技术（Pty）：支持研发和技术创新领域业务活动。6、萨索国际石油（SPI）：石油和天然气开发。7、萨索国际合成油品（SSI）：开发、实施和管理基于费-托(Ficcher-Tropsch)合成技术的国际合资企业。8、萨索财务：管理集团资金、流动资产、对外投资以及所有的与资产有关事项。此外，萨索公司目前核心领域中还有4个与跨国公司合资合作项目：1、已经与莫桑比克政府签订协议，在莫桑比克开发天然气，建设输气管线，预计2004年供应南非市场。萨索认为天然气是目前世界关注的能源。2、在萨索堡与日本三菱化工合作，设计建设世界级丙烯酸和丙烯酸酯生产厂，将成为全球唯一在同一地点生产丙烯酸类产品及原料（包括丙烯、丙烯酸、丁醇、乙醇）的工厂。3、通过与国外著名大公司合资、合作（如德国最大能源设施公司RWE股份公司），保持在全球特别是在烯烃、溶剂和聚合物领域的持续增长。4、萨索-雪弗龙控股公司（Sasuo Chevron Holdings）是双方各持有50%股份的跨国合资公司。公司的基本技术是气体液化（GTL）技术，该技术是21世纪清洁燃料最具希望的发展方向。尼日利亚Escravos气体液化项目将成为由跨国合资公司支持的第一个项目。（二）萨索生产系统介绍建设在萨索堡和色昆达的两厂流程基本相同，以色昆达建设的萨索和萨索流程为例，该系统由如下几部分组成：煤炭经皮带运输进厂分层堆放选配；采用鲁奇(Lurgi)炉煤气化制合成气；合成气低温甲醇洗气体净化；合成气经费-托合成油品；合成产品中气体经深冷溶剂分离生产乙烯、丙烯等化工产品，液体经炼制系统装置分离，生产汽油、柴油等燃料油品；焦油回收分离。流程结构见附图1。位于萨索堡的萨索建有17台Mark-、鲁奇气化炉，16台Arge固定床反应器，后又建两套循环硫化床装置，总产品生产能力在50-80万吨/年。在色昆达建设的萨索和萨索装置，共有80台内径为4.5米的Mark-鲁奇气化炉, 3厂总生产能力为650-680万吨/年。90年代，萨索将原来的16台循环硫化床反应器改造成4台直径10.7米、5台直径8米的固定床硫化反应器，3厂总能力达到目前710万吨（包括油品和化学品）。目前在萨索油品合成厂中有正式职工6000人，临时合同工6000-9000人。在萨索采矿场约有15000人，采煤能力为5000万吨/年，煤炭由皮带传输机直接送往油品合成厂。在参观萨索和萨索时了解到，其造气用煤每天需12万吨，每小时耗电1280兆瓦，产出蒸汽550吨，其中仅17%用于工艺流程，其余用于发电。生产用的空气分离装置是法国制造，能力排名世界前列。该厂每天用水27万立方米，一年消耗7000-8000万立方米。工厂不对外排放废水，但排放贫蒸汽和CO2。造气产的粗灰部分用于建筑材料，厂区没有严重的粉尘污染。（三）萨索公司的技术特点南非没有规模的油气资源，煤炭储量丰富，劣质煤居多，易于开采，价格便宜。50年代由于种族隔离，在受到制裁、封锁的情况下，为解决燃油问题，选择德国开发且成熟的费-托合成工艺路线，实现了煤炭变油品的转化。50年来，不断改进、提高，近年来又通过收购鲁奇气化技术等，萨索成为世界上通过煤炭气化，大规模生产合成油品和化学品的唯一企业。南非用煤炭转化为二次能源，因此带动了经济自力更生、持续发展。萨索公司在技术观念上是“实用优于概念”，由于不断改进、创新、提高，萨索的技术在生产上经住了各方面考验。可以说，萨索掌握了最好的、实现长期稳定运转的生产技术。在气化技术方面，由于南非煤质差，水分和灰分含量高，萨索使用的煤来源于不同矿区，有6种之多，只能采用可得到的、能使用劣质煤的鲁奇炉，通过严格的配煤操作，稳定原料气的生产。近年来，又通过优化工艺参数，改进操作，成功地提高鲁奇炉的实际生产能力。目前一台Mark-鲁奇气化炉每小时能生产45000标立米以上的有效合成气，比原设计提高了近40%。达到吨干基煤（萨索煤）产有效合成气1500-1700标立米的水平。每生产1000标立米粗煤气，耗氧量控制在140-160标立米左右。在有效气中氢气与一氧化碳比为1.7-2.0。气化炉操作压力在28公斤大气压。在30个月周期中，40台气化炉中，有36台连续运转超过100天，10台超过200天，4台超过300天，2台超过343天，总开工率达95%，先进的自动化技术使得鲁奇炉冷开车达到满负荷时间缩短到10小时。上述数据说明萨索在鲁奇炉的操作方面是世界一流水平。萨索公司承诺帮助全球的鲁奇用户改进生产技术，目前正研究中国山西天脊集团鲁奇炉扩大设计能力的要求，以便付诸实施。在反应器及合成技术方面，由于封闭的原因，上世纪50-70年代萨索公司一直采用德国第二代费-托合成技术，使用Arge固定床反应器及铁催化剂。为了克服固定床传热能力差、生产容量小、合成效率低等诸多缺陷，在70年代萨索采用Kellog公司的循环流化床技术对反应器进行了改进。萨索Synthol循环流化床反应器使其合成技术摆脱了固定床技术的限制，带动了萨索和萨索的建设。在随后的生产实践中，Synthol循环流化床反应器催化剂消耗量大、反应设备检修费高等问题逐渐迫使其寻求新的反应器技术。萨索开发的新一代固定流化床工艺，简化了操作，减轻了催化剂磨损，降低了消耗。目前萨索和萨索使用的就是其开发的Sasol Advanced Synthol（SAS）Reactor即固定流化床反应器。因其操作温度较高（320-350），被称为HTFT(High Tempreture Fischer-Tropsch)。其特点是，转化产品中较轻馏分占主要部分，并都以气相形式存在，不会对微球铁催化剂造成粘结。这一技术的使用，降低了合成成本。现在2款9台固定流化床反应器完全替代了原12台循环流化床反应器。高温合成工艺的问题是催化剂消耗仍很大，选择性也差，在合成过程中会产生大量的无效成分甲烷。在萨索厂由于历史原因仍有5台Arge固定床反应器在服役，每年生产约10万吨重质烃类为主（如石蜡）的产品。近年来新建了一台1米内径低温系统（230-250）浆态床反应器（Slurry Reactor），主要用于生产合成柴油的实验评价。后又成功地将内径从1米放大到5米，用于柴油的生产。萨索厂5米内径，26米高度的浆态床反应器年生产12万吨产品，是5-6台Arge固定床反应器的能力。用这一技术生产，有75-80%可以转化为高十六烷值的柴油馏分，产品芳烃含量极低，且不含硫、氮成分。萨索这一工艺生产的-20柴油，十六烷值为75，硫含量低于3 ppm，操作成本低于固定流化床。萨索在非洲新建2个工厂可研报告中均采用浆态床反应器合成技术。需要指出的是，浆态床反应器合成技术需要富CO合成气，萨索的气化装置尚不能满足这种技术大规模的生产需要，目前不可能广泛使用这一技术。萨索的催化剂技术注重于应用，在多年的生产实践中掌握了催化剂的大规模生产技术，先后开发出4种催化剂。沉淀铁用于固定床，熔铁微球催化剂用于固定流化床，沉淀铁微球催化剂用于浆态床，研发中的浆态床采用负载型微球钴催化剂。钴催化剂的应用中虽遇到很多技术问题，萨索希望未来以天然气为原料的合成油厂中使用钴催化剂和浆态床技术。萨索用煤气化合成生产的油品类似于原油，在燃油生产中采用了常减压蒸馏、铂重整、烷基化等炼油技术，柴油生产引入雪弗龙异构裂化技术。合成气净化使用低温甲醇洗技术，对合成气中的烯烃成分采用低温溶剂吸收加以回收。在萨索合成厂中建有合成氨和甲醇系统，实现了H2和CO的平衡。焦油回收技术为萨索每年增加27万吨的油品和化学品。二、德国鲁奇公司情况鲁奇公司与我国化工系统交往由来已久，该公司以煤化工专长而著称，我国引入其固定床加压煤气化技术生产城市煤气和合成氨已有50年。近年来交流减少。通过此次考察交流，了解到鲁奇公司随时代变化，在战略上作出较大的调整。首先，鲁奇公司将煤气化技术转给南非萨索，成立了萨索-鲁奇公司。其次，鲁奇公司将关注的焦点从煤炭转移到石油和天然气领域，油、气、化学品并重，开发较高附加价值产品。2000年末，公司有雇员1810人，销售收入达4.676亿欧元。鲁奇集团（Lurgi Group）包括三部分，即油、气、化学品（OilGasChemicals），生命科学（Life Sciences）和金属（Metallurgy）。鲁奇从有色金属起家，现在向油气方向发展，但中国依然是鲁奇第一大商务活动中心。鲁奇公司与中咨公司合资成立了北京鲁奇工程咨询公司，近两年已开始运作。鲁奇公司目前从事业务包括技术研发与工程咨询、项目的可行性研究、市场开发、技术服务等。鲁奇公司引为自豪的是其研发能力，在1897年就开始申请了第一项专利。公司有完善的实验、测试装置，满足研发的需求，现有100余套试验设备，可与顾客共同研发，共享成果。对持有原料，但不明方向的客户，可协助其开发，并确保产品在国际市场上有长久竞争力。目前公司主要从事研发新工艺，现工艺改造的示范装置，催化剂的分析与评估。鲁奇公司向油气方向发展最明显的举措是开发出以天然气为原料超大规模生产甲醇的工艺（Lurgi Mega Methanol），其规模可达日产5000吨，目前正在特里尼达和多巴哥以及伊朗建设两套装置。该工艺过程为：天然气经脱硫、预转化后与氧气混合，经自热转化后与氢气混合合成甲醇。在甲醇应用上，鲁奇开发了以ZSM5分子筛为催化剂，用甲醇制丙烯的MTP技术，该技术值得借鉴。鲁奇公司的石油和化学工业概况见附图2，甲醇生产工艺见附图3。鲁奇公司开发的循环硫化床（CFB）技术可用于我国小化肥气化的技术改造，鲁奇公司同意与中方合作，选择一试点进行改造示范。采用该技术生产合成气还原铁矿项目已基本开发完成，该技术也可以用于处理城市垃圾，有广阔推广前景。三、考察体会及对发展煤化工的几点建议1、南非缺少油气资源，萨索公司立足本国资源，自主开发，历经50年，技术配套成熟。利用煤炭气化转化，生产油品和化学品，解决了资源短缺问题，带动了全国的经济发展，取得了经济效益和社会效益，可为我国借鉴。中国虽有油气资源，从立足本国资源、走可持续发展道路，为解决能源安全及燃油的短缺，调整能源结构，重视用煤炭生产二次能源的煤转化是完全必要的，引入萨索的技术是合适的，但只宜在条件好的地区建设相应装置，作一示范。2、煤炭转化生产油品和化学品是一项复杂的系统工程，首先要求作为原料煤的储量丰富，可使用数十年乃至百年，价格便宜，在10美元左右（或人民币100元内）。其次整个工程投资巨大，需80-100亿美元，全面模仿需慎重。萨索成功的首要原因是政府在资金与政策上的支持，启动资金全部是国家投入。萨索成功的另一因素是外部环境较好，南非电价很低，水基本不需要费用，建厂时土地价格也得到很大优惠。从流程角度来看，煤气化与合成气净化部分类同于我国以煤为原料的化肥（甲醇）厂的生产，合成油品分离部分与我国燃料型的炼油厂相同，只是联结这两部分的费-托合成生产装置在我国处于中试阶段，尚未大规模产业化。3、值得注意的是，萨索用煤通过间接液化（气化后液化），生产的合成油品一般不直接使用，直馏轻油（石脑油）大部分以溶剂油形式出售，所产汽油辛烷值较低，经铂重整后与12%石油炼制的汽油调和后使用。所产柴油，成本高、价格贵，但硫、氮含量极低，十六烷值高（可达75），是调和石油炼制柴油的极好组分，是煤基合成柴油的主要用途。萨索的经验与实践可为我国用煤生产油品提供借鉴，尤其是目前对改善我国高硫石油炼制所产柴油的品质，意义重大。4、通过2002年2月在国内、3月在南非与萨索公司的多次会谈接触，萨索最终明确表示了与中方企业的合作方式，由于南非外汇管理政策，萨索只转让技术，不会直接投资。对愿意合作的中国企业，需向其提供正式的、较详细的可行性研究报告，由其审查后决定是否进一步接触，而且表示造气与合成技术*一起转让，条件较为苛刻。5、鲁奇公司作为世界上老牌煤化工公司，不断开发新技术，将传统固定床气化技术转移到南非，与萨索合作成立萨索-鲁奇公