煤炭企业发展煤化工若干问题的探讨

1、煤炭企业发展煤化工若干问题的探讨    策划人语：发展煤化工是促进煤炭企业可持续发展的重要途径。目前煤制油项目，煤制甲醇、二甲醚等项目在煤炭企业已蓬勃开展。为让读者更多地了解煤化工项目在煤炭企业的发展现状、产品前景及其需注意的主要问题，借鉴成功发展煤化工企业的经验，我们组织了这期专题，旨在推进煤化工产业的健康发展。    目前煤炭企业发展煤化工的技术路线和产品方向主要有：以生产发动机燃料油和其它化工品为主的煤直接液化和间接液化，以生产含氧燃料为主的煤气化合成甲醇与二甲醚，以生产焦炭为主的煤焦化等。在煤化工项目策划、

2、前期研究以及工程实施过程中，产品取向与市场定位、技术选择与资金筹措、企业经济效益与工程配套条件等均是普遍受到关注的问题，有的问题对项目可行性具有重要影响。    1 关于煤液化技术路线与工程项目进展    1.1 煤直接液化    煤直接液化技术和工艺研究已列入国家“863”高科技发展计划。在直接液化催化剂方面，煤科总院北京煤化工研究分院建成了高分散催化剂的连续制备试验线，成功获得纳米级催化剂产品，并于100kg/d直接液化连续试验装置上进行了煤直接液化试验。结果表明：与普通

3、超细粉碎天然矿物催化剂相比，该催化剂加入量仅约3/4，液化油收率就能提高约4（干煤基）。在液化工艺方面，结合神华集团100万t煤直接液化示范工程的技术路线优化试验研究，基本形成“神华煤直接液化新工艺”，正在建设的每天处理6t煤的PDU试验装置将对该工艺作进一步开发验证，并作为国内第1条煤直接液化工业示范生产线的技术基础。    神华集团于2003年成立煤制油公司，完成了对示范工程基础设计的审查和论证，对煤直接液化百万吨级示范工程进度进行了调整，目前正在加紧进行工程技术基础的进一步优化研究、设计和工程前期准备工作，预计到2007年完成第1条示范生产线的建设

4、并投入试运行。第1条生产线的建设和投产将对神华集团乃至我国煤直接液化的产业化发展起到至关重要的示范和促进作用。    1.2 煤间接液化    煤间接液化技术与工艺开发也得到了国家“863”高科技发展计划的支持。中科院山西煤化所于2001年建成每年生产1000t产品的浆态床合成油试验装置和配套的催化剂制备装置，20022003年进行了多次连续运行试验，并得到合格的合成产品，在工艺开发、催化剂研制、运行条件优化及自动控制等多方面取得了一些重要成果。    兖矿集团在实验室开发研

5、究的基础上，于2003年下半年开始建设每年生产万t级合成油的开发装置和配套催化剂制备装置，预计2004年建成并投入试验运行。    神华集团、宁夏煤业集团分别在建设每年生产320万t产品的间接液化商业化工厂的工程前期研究方面取得进展，2个项目均拟以引进国外成熟的大型合成油技术为主，主要产品为发动机燃料油和石油化工替代产品。目前，2个项目均在进行工程前期的技术与商务谈判准备工作，预计于20082010年前完成项目建设。    2 煤化工产品取向及其市场前景    2.1 发动机

6、燃料油 发动机燃料油主要指汽油、柴油和航空煤油。2002年我国进口石油中，原油约占87%，汽油和柴油为净出口，航空煤油和燃料油为净进口，2003年我国油品净进口超过1亿t。    交通运输是石油的主要消耗部门，国内2000年公路运输消费汽油4410万t、柴油1970万t，铁路柴油消费499万t，民航油耗494万t。今后20年，交通运输的能源消费将快速增长，且主要以汽油、柴油、航空煤油为主（预计到2020年占交通能耗的95以上）。预计到2020年，汽油、柴油、航空煤油需求量达到2.12.9亿t,约为2000年的2.43.4倍，占到石油总消费量的50以上，其

7、中民航的航空煤油需求量将是2000年的812倍（达40006000万t）。汽油、柴油、航空煤油等发动机用油将成为石油短缺的主要因素，国内市场发展的需求量巨大。    2.2 乙烯、丙烯类产品    目前我国石油化工产品的进口量占需求量的60%以上，乙烯、丙烯是生产聚乙烯和聚丙烯或其它聚合物的化工原料。近年来，国内聚乙烯、聚丙烯消费的增长速度大于产量增长的速度，进口量呈不断增长趋势。2003年乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氯乙烯、苯乙烯等净进口量合计达1071.5万t，丙烯、聚丙烯净进口量合计294.8万t，总计

8、达1366.3万t。    预计到2005年，我国乙烯当量消费量将达到1760万t/a，同期乙烯生产能力将达到830万t/a；2010年乙烯当量消费量将达到24002500万t/a，乙烯当量石化产品仍然短缺；到2020年，我国石化产品需求的年增长率仍至少达7.2%。专家认为，我国未来对乙烯的需求量巨大，受原材料短缺制约，开发新技术和通过发展煤化工增加乙烯产量十分重要。“九五”期间丙烯的消费量年均增长率高达18.2%。预计今后10年仍维持这种增长势头。聚丙烯是丙烯最重要的下游产品，消费增长速度大于产量增长速度，自给率基本在50%60%之间。预测2005年我

9、国聚丙烯需求量为580万t，2010年为785万t，届时仍将出现供不应求的局面。    通过煤直接液化和间接液化得到的石脑油是制取乙烯的优质原料，间接液化产品中还可直接和间接得到占合成产品一定比例的丙烯，该类产品的未来市场需求量都很大。通过煤液化获得乙烯、丙烯或制取乙烯、丙烯的原料，不仅与获得发动机燃料油同样具有替代石油及石化产品的重要意义，而且具有较好的经济效益。    2.3 甲醇、二甲醚产品    表1为近年来我国甲醇的供需状况。可见，甲醇的产量、消费量及进口量均增长较

10、快，2002年进口量达到180万t。2003年我国甲醇进口量为140万t。预计到2010年，国内甲醇需求量分别为：基本有机化工原料方面200万t/a以上，精细化工和高分子化工原料方面约80万t/a，发动机燃料方面达200万t以上，生产甲醇蛋白100万t/a。考虑到甲醇作为替代燃料的应用和基本化工合成的发展，预计需求量将达8001000万t/a。到2020年，甲醇需求量预计达5000万t左右。    表1 我国甲醇供需情况（略）    目前，国内二甲醚的生产能力约为3万t/a。近年来考虑二甲醚代用LPG和发动机燃料使

11、用，正在开发一步法合成二甲醚技术，有的企业正在建设和规划建设二甲醚生产线，总能力估计在200万t/a以上。二甲醚作为替代能源使用的前景受到关注，如替代LPG作为罐装民用燃料，用作燃气轮机燃料，分布式供电、供热燃料，替代柴油，其它化工原料等，有的利用方向尚在进一步研究之中。    表2 我国LPG产量、贸易及消费状况（略）    表2是近年来我国LPG的生产、贸易及消费状况。    可见，LPG产量逐年有较大幅度增长，净进口量大约在200600万t/a之间波动，但总趋势是上升，

12、预计今后我国LPG需求量还将进一步增长。二甲醚作为LPG的替代品将有较大的市场空间。    2.4 焦炭产品    我国焦炭产量于1997年达到1.39亿t，19982000年在每年1.21.3亿t徘徊，2002年产量回升，2003年市场出现货源紧张、价格上升的形势，估计产量超过1.4亿t。同时，2003年有大量新建机械化焦化厂开工建设或投入生产。国内焦炭市场需求与钢铁工业发展紧密相关，预计在2006年以前，市场需求将会维持在较高水平。    我国焦炭出口近十几年一直呈上升趋

13、势，是国际焦炭贸易中最主要的供应国。2003年国内需求增加价格上升对焦炭出口起到抑制作用。预计今后出口量还会逐步增加，主要市场在北美、欧洲及日本。    3 煤制油技术及其产品质量    3.1 煤直接液化    从20世纪7090年代中期，国外开发并建设了100600t/d级较大规模工业试验装置的代表性工艺是：德国IGOR工艺、美国H-Coal工艺和日本NEDOL工艺，有的还完成了建设商业化工厂的可行性研究和基础设计。近年来，由于世界石油资源、市场供应基本相对稳定，同时考虑

14、经济性等问题，国外研究开发工作逐步放缓或停止，部分相对成熟的技术处于封存和储备状态。    我国从70年代末开始煤直接液化技术研究，已对上百个煤种进行了煤直接液化研究，对数十个煤种进行了0.1t/d连续装置的直接液化运转试验，开发出了纳米级高分散煤直接液化专用催化剂，并在实验室成功地将煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。目前，具有自主知识产权的中国煤直接液化技术已完成基础研究，正在工程化开发之中。    煤直接液化粗油中石脑油馏分约占15%30%，且芳烃含量较高，加氢后的石脑油馏分经过较缓和的重整即可得到高

15、辛烷值汽油和丰富的芳烃原料，汽油产品的辛烷值、芳烃含量等主要指标均符合相关标准（GB17930-1999）,硫含量大大低于标准值（0.08%），是合格的优质洁净燃料。中油约占全部直接液化油的50%60%，芳烃含量高达70%以上，经深度加氢后可获得合格柴油。重油馏分一般占液化粗油的10%20%，有的工艺该馏分很少，由于杂原子、沥青烯含量较高，加工较困难，可以作为炉窑燃料油使用。煤液化中油和重油混合经加氢裂化可以制取汽油，并在加氢裂化前进行深度加氢以除去其中的杂原子及金属盐。    日本在50桶/d规模中试装置上进行液化粗油的提质加工运转结果表明：经过二次加

16、氢的柴油十六烷值可达42，催化重整后汽油的辛烷值可达90（ROM）以上。德国有关研究机构对云南先锋煤试验研究的结果是：油收率可达53%，液化油中S、N含量很低，石脑油馏分可以直接作为重整原料用于生产高辛烷值汽油，柴油馏分的十六烷值达到48.8，满足柴油标准要求。    国内对依兰煤液化粗油在2L加氢反应器装置上进行了柴油以上馏分加氢裂化，得到的柴油十六烷值可达50，汽油辛烷值为70。神华煤液化油中的石脑油馏分的硫含量小于0.5ppm、氮含量小于0.7ppm，可脱除部分芳烃后加工成合格汽油，也可以作为乙烯原料出售；柴油馏分中硫含量12ppm 、氮含量0.4

17、11ppm，加工后可获得十六烷值达到45的合格柴油。    3.2 煤间接液化    我国在20世纪5060年代初曾在锦州运行了规模达到5万t/a的煤基合成油厂，80年代开始恢复煤间接液化技术的研发，于90年代完成了2000t/a规模的煤基合成汽油工业实验。 近年来，中科院山西煤化所针对新型浆态床合成反应器、共沉淀铁系催化剂制备等进行了放大开发试验，于2002年建成1000t/a中试装置，并进行了多次运行实验，取得初步研究成果。    在技术开发的同时，国内有关煤炭企业针对引

18、进成熟技术、建设煤间接液化工厂做了大量的工程前期工作 。宁夏煤业集团、神华集团就建设煤间接液化商业化示范工厂进行了煤种评价试验和建厂预可行性研究，并就引进技术、投融资、立项等做了大量前期工作。    煤间接液化分为高温合成与低温合成2类工艺。高温合成得到的主要产品有石脑油、丙烯、烯烃和C14C18烷烃等，这些产品可以用作生产石化替代产品的原料，如石脑油馏分制取乙烯、烯烃制取高级洗涤剂等，也可以加工成汽油、柴油等优质发动机燃料。低温合成JP2的主要产品是柴油、航空煤油、蜡和LPG等。煤间接液化制得的柴油十六烷值可高达70，是优质的柴油调兑产品。表3为我国西

19、北地区某间接液化工程项目拟考虑的产品方案。    4 关于技术成熟度及其经济性    4.1 煤直接液化    总体上讲煤直接液化技术是成熟的。神华集团首次进行世界上煤直接液化新工艺商业化示范生产线建设，其风险主要集中在大规模工程化开发中，如主工艺与辅助工艺的集成配套性，关键工艺（如油煤浆预热、催化加氢反应等）的科学、合理设计，关键设备（煤浆泵、减压阀等）的连续稳定运行等工程问题。这些问题的解决需要在工程基础设计、工程设计、关键设备性能及备用配置、安全满负荷运行和特殊操作等全

20、过程中逐步进行深入研究和技术攻关，才能规避风险，取得工程经验。这些问题的解决与任何一个大型天然气化工、石油化工的工程开发一样，需要在基础工作、工程设计、设备选型、开车运行等全过程的探索中逐步进行深入研究和技术攻关。    表3 煤间接液化的产品构成（略）    初步研究结果表明：建设1座年产油品100万t的煤直接液化项目，工程建设总投资约需70100亿元人民币，全投资财务内部收益率为12%14%，投资回收期为911年，成品油生产成本为15001800元/t，具有较好的经济效益。如果国际原油价格在2328美元/桶之间

21、波动，我国建设煤直接液化商业化工厂将有一定的获利空间。    4.2 煤间接液化    煤间接液化技术国外一直有大规模工业化生产厂在运行。因此，引进关键技术在我国建设商业化生产厂的技术风险很小。    煤间接液化t/a产品投资约为70009000元人民币，消耗煤炭约是直接液化的1.21.4倍，全投资财务内部收益率为11%13%，投资回收期为1012年；成品油与化学品的平均生产成本约为16002000元/t。目前，如果采用以生产石油化工替代产品为主的高温合成工艺，工厂的经济效益

22、会优于低温合成工艺。    4.3 甲醇与二甲醚    国内中小型甲醇合成工业化技术成熟，国外60万t/a或以上规模的大型合成工业化技术也是成熟的，可通过引进关键技术与设备进行项目建设。    二步法合成二甲醚的工业化技术是成熟的，一步法合成技术正在开发之中。宁夏拟引进一步法合成二甲醚新技术建设示范工程（一条生产线20万t/a）的前期工作正在进行中。    甲醇是合成多种化工品的原料，也可以作汽油掺混燃料。近年来，国内甲醇价格较高，建设

23、煤基甲醇商业化生产厂有较大的利润空间。    4.4 焦炭    2003年国内炼焦煤价格大幅度上涨，但受焦炭价格飚升的拉动，炼焦工厂仍然有良好的经济效益。今后炼焦工厂的利润空间将取决于炼焦原料煤和焦炭产品价格的变化。有专家认为：数年后国内优质炼焦煤短缺问题将会更加突出，价格也会维持在较高水平，而焦炭价格受市场影响，会对焦化厂的经济效益形成一定压力。    5 煤炭企业发展煤化工需注意的几个问题    5.1 煤炭液化    无论是引进技术还是自主开发，建设煤直接液化或间接液化工厂都需要国内有大量技术配套方面的研究和工程再开发工作。另外一次性投资较大也是共有的特点，因此，现阶段国家部署在少数条件合适的企业和地区进行的工程化和商业化示范项目，可以在技术开发、工程化推进以及商业化运作等方面积累丰富的经验，为今后大规模产业化发展奠定扎实的基础。同时开发具有自主知识产权的煤液化技术也是当前和未来几十年产业化持续发展的客观需求。    我国煤炭资源丰富，适合于煤直接液化和间接液化的煤种很多，在一些大型矿区和煤炭基地发展煤制油产业的