LNG替代石油燃料和原料的可行技术及经济性分析

1、.：.；替代石油燃料和原料的可行技术及经济性分析 截止到2003年1月1日，中国剩余探明石油可采储量估计仅为24.9亿吨，目前年产1.6亿吨已根本到达顶峰，不断扩展石油进口规模已成定局。因此，从国家能源平安出发，必需积极寻觅石油替代能源。根据我国富煤贫油的资源构造和天然气有待大规模开发的具表达状，以煤为主的能源构造仍是中国今后一段时间可继续开展的平安之策。燃料油产品来源于原油加工，也可以直接进口。国内的消费量不断满足不了实践需求，2002年依然进口了1600万吨左右。近期在技术可行、经济有效和环保达标的前提下，采用干净煤、高硫焦和天然气替代用于发电供热的锅炉燃料油和化肥原料轻油及燃料重油，远期

2、开展煤和天然气液化CTL和GTL替代石油，经过互补使煤化工、天然气化工和石油化工逐渐走向交融，以便减少对进口石油的依赖。因此，现阶段我国节约和替代石油燃料和原料有利于贯彻实施“保证供应、节约优先、优化构造、有益环境的可继续开展战略，同时也是一项合理利用石油资源、提高企业经济效益和竞争力、有利于我国能源构造调整、保证国家经济平安的艰苦战略措施。下面仅对石油石化行业目前节约和替代石油燃料和原料可行技术的经济性进展初步分析，展望用煤和天然气替代石油开展合成油的前景。1.节代油技术方案及经济性分析1.1开展干净煤技术节约和替代燃料油。1.1.1采用水煤浆替代锅炉燃料油水煤浆是一种选用含硫0.5%以下低

3、硫洗选动力煤粉与水和添加剂大致按65：34：1的比例掺混，经过加工制成的一种新型液体燃料，它具有与重油类似的流动性和稳定性，其平安可靠性优于煤粉和重质燃料油。同时也具有一定的环保优势。我国自80年代初开场水煤浆技术的研讨任务。在制浆工艺与配备、添加剂、储存、运输、熄灭技术等方面均获得了多项成果。目前已建成多座制浆厂，年总消费才干到达数百万吨，且开发了具有中国特征的浮选精煤制浆技术，获得了良好的效果。我国近20年来，针对煤质的特点，开发了价低质优可以替代进口并能满足制浆和熄灭需求的添加剂，并构成了一定的消费才干。可以以为，我国从制浆、保送到熄灭技术等方面已到达了国际先进程度。水煤浆的用途主要有两

4、个方面。一是做燃料。多年来，水煤浆已先后胜利地在电厂锅炉、工业窑炉和普通的工业锅炉上进展熄灭获得了胜利。如：山东的白杨河电厂锅炉(320th)是燃煤改燃油后又改烧水煤浆的锅炉，已稳定熄灭多年；二是做化工原料。我国80年代引进了比较先进的以水煤浆为进料的德士古气化技术，消费的合成气用于消费化肥。该技术最先在山东鲁南化肥厂得到运用，以后又在上海焦化厂、首钢等单位得到运用，金陵石化化肥厂煤代油改造即将采用。目前我国自主开发的新型水煤浆气化炉仅完成日处置煤15吨的中试考核，技术上还有一定差距。燕山分公司和胜利油田是近年来中石化集团公司胜利的运用水煤浆替代锅炉燃料油的两个典型例子。其中燕山石化在中日协作

5、实施的220吨/时脱硫型水煤浆CWN系统示范工程工程上日本新能源和工业技术开发组织NEDO绿色援助方案之一燃用水煤浆，在以下三个方面到达了世界先进程度：1改良了日立公司提供的关键设备水煤浆烧嘴。运用周期由1000小时提高到3000小时，锅炉效率由原来的88%提高到90.76%，灰渣可燃物含量由90%降到10%，飞灰中可燃物含量由30%降到4%。2革新改造了灰渣系统，实现了排渣污水100%循环回用，到达了零排放，减少了水耗，处理了排渣污水对环境的污染。3实现了正常运转不用燃油支持，全部运用水煤浆熄灭。另外，胜利油田在小型水煤浆锅炉上开发一种悬浮-流化-高效-低污染熄灭技术代表了干净煤熄灭技术的新

6、进展。据称可以较好的处理常规水煤浆锅炉雾化熄灭技术存在的高温结渣的难题。但是，由于参与脱硫剂的炉内脱硫率达不到原设计50%炉内脱硫剂由碳酸钙改为氢氧化钙脱硫率也只能由34%提高到40%，烟气中SO2、NOX排放浓度达不到北京地域二阶段2005年在用燃煤锅炉规定的SO2不超越100mg/m3和NOX不超越250 mg/m3的要求，因此就必需思索再上其它可行的烟气脱硫设备。1.1.2经济性分析水煤浆的经济性对于燃油改烧水煤浆而言那么很好。在燕山石化，大约用2吨水煤浆替代1吨燃料油，如按2001年每吨燃料油1408元、每吨水煤浆实践到厂价340元测算，那么每替代1吨燃料油大约可以节约燃料本钱费用70

7、0元。胜利油田在自用电站锅炉和采暖供热锅炉上运用替代原油，按2001年实践每吨水煤浆425元、每吨胜利原油1447元折合21.8$/桶计，每替代1吨原油节约本钱大约600元。如按2002年加权平均油价1962元/吨计，那么本钱节约的更多。燃用水煤浆对替代燃煤用户而言，经济性那么很差。以精煤的价钱220元t计算，将同样的煤加工成的水煤浆即使按340元t计算，水煤浆的浓度按70计算，那么相当于所用精煤的价钱为486元t。因此，对于燃煤用户而言，改用水煤浆就不会有积极性。1.1.3结论和建议1水煤浆替代锅炉燃料油是干净煤运用的可行途径，虽然对煤源、煤质有一定的限制，但在具有资源优势的我国仍有宽广的市

8、场空间和开展前景，对煤炭的干净利用和规模化消费有一定的推进作用，而用以替代煤粉炉燃料煤那么经济性很差。2经过开展干净煤气化技术和进一步采用先进的燃气、蒸汽结合循环发电系统IGCC可将燃煤发电效率由目前的40%提高到52%以上，排放的SO2可低于10 mg/m3，这是干净煤利用的开展方向之一。3在浆厂的建立规划、运输和运用上要纳入产业化管理，要留意浆厂建立的经济规模和合理的运输半径，做到合理规划、防止盲目投资和反复建立，并尽快制定一致的水煤浆产品国家规范，以便更好的规范市场，对水煤浆技术的开展和创新在政策上国家应给予鼓励和支持。1.2用煤替代化肥原料轻油和燃料重油的技术方案及经济效果预测煤气化技

9、术在我国干净煤技术体系中占有非常重要的位置。对处理我国煤炭利用过程中存在的资源与环境问题，实现经济、能源、环境的可继续开展具有重要的现实意义。煤炭转化为煤气即合成气后，不仅可以明显提高煤炭资源的利用价值和利用效率，而且可以大幅度减少煤炭利用过程中的污染物排放，同时还给保送和后续利用以及进一步加工转化带来极大的方便。煤气既可用作各种用途的燃料气，也可用作多种化工合成工艺的原料气，还可用作冶金行业的复原气。众所周知，国内以轻油和重油为原料的大化肥由于原料和产品价钱倒挂长期处于严重亏损形状难以为继。由于煤价相对低廉，资源丰富，在国内目前还无大规模先进的煤造气技术情况下，引进先进的煤气化水煤浆或粉煤技

10、术，替代大化肥原料轻油和燃料重油，使以轻油为原料的大化肥企业扭亏增盈势在必行。中石化洞庭氮肥厂和湖北氮肥厂采用先进的Shell粉煤加压气化技术，金陵石化化肥厂采用德士古水煤浆加压气化技术均为气流床纯氧气化进展煤代油改造，经中国国际咨询公司评价均可获得较好的煤代油改造效果。以日处置2000吨煤粉、年产合成氨43.56万吨尿素64.42万吨、商品液氨6万吨的洞庭氮肥厂煤代油改造工程为例，采用和Shell公司合资方式并购买其先进的造气技术，在煤价为215元/吨、尿素1200元/吨的情况下，合成煤气加工费为0.26元/吨，合资厂年均利润为14216万元，内部收益率税后为14.1%；配套厂年均利润为89

11、1万元，增量内部收益率为30.01%；有工程全投资内部收益率为10.5%，中方年获利15107万元，内部收益率税后为11.55%，效益是好的。目前这些工程正在进展中。1.3天然气替代石化原料和工业燃料技术1.3.1天然气利用的开展趋势天然气是优质干净能源和珍贵的化工原料。在石油资源大量耗费的今天，天然气替代石油的步伐加快。从世界天然气利用总体开展趋势并结合我国实践，综合思索资源、技术、经济和环境要素，近期天然气的运用方向首先是做民用燃料，其次是做化工原料，然后是做工业燃料。由于集中用气量大，有利于下游市场开发，今后天然气发电将成为天然气利用的重要选择，尤其在采用燃气轮机与蒸汽轮机结合循环发电技

12、术以及天然气价钱具有竞争力的情况下，天然气发电利用大有增长之势。直接用液化天然气LNG做车用清洁燃料也有所开展。天然气液化GTL替代石油消费清洁油品，随着环保趋严和技术提高及经济性改善未来也有能够开展。据2001年第9期预测，20002020年我国天然气利用分类消费量见表1：表1 我国天然气利用分类消费量 亿立方米工程2000年2021年2020年消费量比例%消费量比例%消费量比例%发电3312.523529.763540.7化工11041.817021.529018.6炼油制氢155.7506.4704.5城市燃气9536.229537.448531.1汽车燃料103.8405805.1合计

13、26310079010015601001.3.2天然气代油技术方案目前在石油石化企业，比较实践的是用天然气替代化肥原料、燃料，用天然气替代炼油制氢所需轻油原料以及替代工厂系统的供热、发电锅炉燃料油，这些运用在技术和环保上均可行，需求研讨的关键问题是气源供应能否延续可靠和经济上能否合理。国外天然气制氨技术是成熟的，有KBR、Topsoe和Linde等公司的先进技术。国内目前尚无大型化的天然气制氨技术完全国产化的业绩，仍需引进国外技术与国产化相结合来完成。国内已掌握大型化的天然气制氢技术，并得到广泛运用。1.3.3天然气代油方案的经济性分析国内外天然气资源分布情况阐明，天然气产地往往远离经济兴隆的

14、消费市场。我国工业上大规模运用天然气替代燃料油的主要限制条件是天然气价钱缺乏竞争力。例如目前我国的天然气价钱大约是美国的2.22.4倍，为加拿大的4.14.5倍表2为终端价。普通来说，在热值相当的情况下，合理的气价为同热值煤价的2倍，为电价的1/31/4。但目前我国气价比同热值的煤价平均高4倍，而有些地方用电比用气还廉价，这是不合情理的，无疑这将会抑制天然气市场的进一步开辟和不利于天然气市场的发育。因此，大力开展天然气产业，降低开采和运输本钱进而降低天然气售价是关键。针对石油石化行业，不同的用途和替代对象对气价有不同的接受才干，因此也就会有不同的选择。粗略测算气价的限值为：1天然气替代炼油厂制

15、氢安装石脑油原料：当石脑油价钱在1800元/吨以内，气价的限值为2元/m3；按石脑油入世接轨价2238元/吨按照每桶布伦特原油23$预测计，气价的限值为2.4元/m3；2天然气替代大化肥原料石脑油：以湖北化肥厂为例，由于化肥市场价钱的制约，测算可以接受的西气东输管网来的天然气最高限价为0.69元/ m3，有一定竞争力的气价为0.62元/ m3。按目前我国天然气市场价钱，在气源上游天然气田附近的气代油方案可行，远离气田的中、下游华中、华南、华东用户，同样的气代油方案就不可行气价12元/ m3。3天然气替代锅炉燃料油：对比目前的燃料油价钱程度，最高可以接受的气价为1.1元/m3；总之，气价超越上述

16、程度，天然气替代燃料油或石脑油方案在经济上就是不可行的。表2 中国与其它国家天然气价钱比较， 美分/ m3国别1997年1998年1.美国9.047.432.加拿大4.865.073.英国7.256.864.中国：北京22.05-城市民用20.05-注：根据BP Amoco World Energy Statistical Review ，1999. 北京为1997年各类用户加权平均价，1.83元/ m3；城市民用为7城市平均价，1.7元/ m3；按1美圆=8.3元人民币折算。1.4.高硫石油焦替代燃料油技术1.4.1技术方案开展高硫焦或高硫焦与煤混烧的CFB锅炉技术替代燃油锅炉在我国是一种具

17、有竞争潜力的环保清洁的先进的熄灭技术，目前我国曾经根本掌握。该技术在加工含硫原油的企业得到广泛的运用。它在采用延迟焦化工艺加工含硫渣油时，有疏通后路的作用。此外，开展高硫焦气化制氢技术以替代轻油制氢可以大大降低制氢本钱，这也是高硫焦综合利用的技术开展方向之一。低温熄灭是CFB锅炉的技术特点，熄灭温度普通控制在850950，因此参与脱硫剂进展炉内脱硫的脱硫率高，普通可达90%以上。而且可以抑制氮氧化物的生成，外排氮氧化物普通仅为常规煤粉炉的20%左右，这也是CFB锅炉突出的优点。不过目前需处理飞灰含量较高等问题。其技术开展趋势，一是大型化；二是开展增压CFB锅炉，以便进一步提高锅炉效率；三是开展

18、蒸汽结合循环，以提高机组效率。按照上述开展趋势来衡量，我国进一步提高CFB锅炉的运用程度，包括设计、制造和操作等还有很多任务要做。1.4.2经济性分析高硫焦在炼油企业是低价值副产物。按各种锅炉燃料目前的实践价钱测算，当高硫焦价钱在320450元/吨之间、燃料油价钱在11801408元/吨之间，高硫焦与燃料油的当量燃料热值价钱之比同热值不同燃料种类价钱之比为0.310.48：1，显然燃用高硫焦是经济的表3。以镇海石化正在运转的两台220t/h CFB锅炉的实践情况为例，2001年的车间利润约为8986万元，静态投资回收期大约7年。与普通煤粉炉相比，虽然具有较大的技术和环保优势，但投资要高得多，在

19、投资报答上不如普通煤粉炉表4。因此，需求国家在投融资和税收上给予一定的政策支持。表3 不同锅炉燃料种类当量燃料价钱比较工程燃料价钱元/吨燃料热值千卡/公斤锅炉效率%当量燃料价钱元/万千卡当量燃料比价1.燃料油1181140810000901.311.561.02.原油1608144710000901.791.611.371.033.高硫焦3204507882900.450.630.310.484.天然气1447207912901.512.160.971.495.水煤浆3604004900900.820.910.630.586.烟煤3205000600085900.710.590.540.37注

20、：2001年我国进口燃料油平均价；中石化经济技术研讨院于2001.7.预测胜利原油入世接轨价；“西气东输天然气到下游门站的含税价，相当于1.58元/Nm3；2001年实践煤价。表4 2410t/h CFB锅炉与煤粉炉主要经济目的比较*工程CFB锅炉煤粉炉备注1.总投资，万元8958369234-2.年均税后利润，万元46545673税后3.财务内部收益率，%9.9913.79税后4.投资回收期静态，年9.317.87含建立期2年*镇海石化股份公司提供。煤粉炉投资不包括烟气脱硫部分。1.5研讨开发与推行运用节能新技术节约燃料油1.5.1节能和低温余热回收技术节能既是可继续开展战略的需求，也是石化

21、企业本身生存和开展的需求。油田和石化企业既是产能大户，也是用能大户，燃料油节约和替代措施应该贯彻“开发与节约并重的方针。节能的原那么是按质用能，合理用能，尽量减少能量损失，即减少向环境排热和散热；再就是加强能量回收、降低能量耗费，留意高质量的能量多次利用以及能量的有效利用，并根据用能最优化原那么，即总费用能耗费用+设备费用最小原那么确定节能目的。按照优化能量工艺利用、加强能量回收和优化能量转换用能三环节原那么，在石化企业，工艺安装用能是大头，因此首先要尽量降低工艺总用能与过程佣损耗，加强安装间热结合；其次对待回收能佣进展回收系统优化，包括换热网络、低温热回收利用优化；最后进展全厂公用工程用能优

22、化，包括蒸汽管网的优化、循环水系统、加热炉、机泵等能量转换设备的优化。经过以上措施降低全厂燃料、蒸汽和电的耗费最终到达降低单位能耗、提高原油加工商品率的目的。中石化油田消费和用能有其特殊性。三高一低高含水、高能耗、高采油速度，综合采收率低可以根本概括当前油田的消费和用能情况。所以稳定产量、控制本钱、降低能耗、提高经济效益成为油田任务的重心。燃料油气耗费和电耗大是油田耗能的突出特点，因此，抓好油田节电、节油任务是重点。中石化产能最大的是胜利油田，2000年全年仅自用原油耗费就高达91.5万吨，而且生活采暖烧油占大头，为40.9%，采暖费用负担不但很重，而且不符合国家能源政策，必需选择节能、节油和

23、代油的道路。胜利油田采用干净煤代油、热煤气代油、回收采油污水余热和地热、热电联供等改善环境、优化用能的措施，获得了初步效果。下面重点分析采用溴化锂吸收式热泵技术回收油田采油污水低温余热和地热的节能效果。该技术具有世界先进程度，已经过国家主管部门的评议和技术鉴定。1.5.2溴化锂吸收式热泵技术节能的经济性分析溴化锂吸收式热泵是一种以溴化锂水溶液为工质将回收的低温位余热传送给热媒升温的制热系统。在此过程中必然也降低了低温位余热源的排放温度。在胜利油田曾经运用于回收油田采油污水低温余热和地热加热采暖水系统或原油的保送系统。曾经开发了两类热泵，一类热泵需求投入驱动热源需供热锅炉，性能指数为1.85，即

24、输入1当量的高档次热能可以从低温热源中获取0.85当量的余热，即可供热媒升温的热能为1.85当量。二类热泵不需外界投入热量，即从低温热源中吸收1个当量的热能，可供热媒升温的热能为0.5当量。热泵设计出水温度75，最高80，是高温型热泵。实际证明，整个供热系统的综合节油率在60%左右，高于国外同类型产品的4447%，到达了世界先进程度。采用该技术使供热采暖系统单位运转本钱由烧油锅炉的0.35元/M2.日降到0.16元/M2.日左右。既节能，又节油，还可以减少环境污染。现胜利油田已改造了十余座分散锅炉供热系统，2002年底总供暖面积到达了232万平方米，年节约烧原油2.3万吨。按2002年加权平均

25、油价1962元/吨计，每个采暖期可节约燃料费用4512万元。由于油田采油污水数量很大，约为72104m3/d，且分布广泛，余热利用潜力很大，因此，对油田节能降耗很有意义，值得进一步推行运用。2.开展煤炭和天然气液化替代石油的前景2.1煤炭和天然气液化技术进展以煤炭和天然气液化CTL和GTL替代石油的技术开发和运用曾经提上日程。根据产品方案的需求，该技术可以消费高质量清洁油品，也可以消费性质类似聚烯烃的优质光滑油根底油，还可以消费高附加值的化工产品。煤炭液化CTL是煤炭干净利用途径之一。CTL有直接液化和间接液化两种技术道路。直接液化是煤在适当的温度、压力和临氢条件下，催化加氢裂化生成液体烃类及

26、少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的转化过程。具有代表性最先进的直接液化技术有德国的IGOR工艺、美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺，以及第三代油煤共炼工艺COP，主要是由于经济性问题至今均未建大型工业化安装。间接液化就是煤先经气化完全破坏煤的分子构造消费合成气H2+CO，再经过费-托合成消费合成油，合成油再经过进一步加工改质消费清洁油品和高价值化学品。间接液化技术虽然投资相对较高，但其对原料和消费方案均具有较强的灵敏性，技术比较成熟，可以消费超清洁燃料和高附加值产品，国外已有大规模工业化消费阅历。同样，天然气的间接液化GTL技术也比较成熟，而直接合成烃类化合物技术还处于探求阶段。目前

27、，世界已有多种合成气消费技术，以煤为原料的气化技术按煤在气化炉中的流膂力学行为有固定床、循环流化床、固定流化床、气流床和熔融床气化，前四种曾经工业化或有示范安装，熔融床气化处于中试阶段。按煤的进料方式可分为干法和湿法气化。以天然气为原料制备合成气也有多种技术，如SRM甲烷水蒸气转化、POX非催化部分氧化、ATR自热转化，水蒸气转化与非催化部分氧化结合、CRM水蒸气转化与自热转化结合、CPOX催化部分氧化和CH4/CO2转化在催化剂存在下转化成CH4/CO2为1：1合成气等工艺。国外工业化费-托合成油技术主要有南非Sasol公司的流化床高温费脱合成SAS和浆态床低温费脱合成SSPD技术，前者以消

28、费煤柴油和石蜡为主，后者以消费汽油和轻烯烃为主；Shell公司的悬浮床中间馏分油品合成和光滑油根底油合成技术SMDS；美国Exxon-Mobill公司的流化床制合成气，钴基催化剂淤浆床制合成油工艺AGC-21、美国合成油公司Syntroulum流化床工艺、美国Rench公司的悬浮床技术、美国科诺科公司的悬浮床技术、能源国际公司的悬浮床技术、Mobill公司的经甲醇制汽油MTG及低压合成二甲醚技术LPDME；合成气一步法消费柴油代用品二甲醚 (DME)技术也已成熟。另外，经过新型合成气制甲醇进而制碳酸二甲酯和低碳烯MTO和丙烯MTP技术也得到开展。甲烷直接氧化偶联制乙烯OCM是国内外研讨的热点。

29、OCM法是由天然气制乙烯最简捷的道路，可促使天然气化工和石油化工融为一体。总之，在一定条件下，采用CTL和GTL消费合成油进而消费清洁燃料和化工产品用于替代石油或作为石油加工的一个有益补充是值得探求的一条新思绪。对多煤少油、天然气资源有待大力开发的我国来说，无疑具有现实意义和深远的战略意义。煤和天然气的化学转化研讨是当今世界一个非常活泼的领域，我们需求不断关注和跟踪国外在此领域的进展，并努力跟进，开发具有独立知识产权的新技术。据称国内已在煤基液体燃料合成技术上获得了突破，已初步处理了煤炭液化的关键技术问题。中石化和中科院协作开展气基合成气浆态床工艺技术和新型催化剂一段法合成汽柴油的研讨正在进展

30、。当然，与天然原油加工相比，煤直接液化存在的污染物处置以及大大添加的CO2排放问题应引起我们的留意。另外，为了提高经济效益，煤包括炼厂高硫焦、劣质渣油或沥青的气化制氢和燃气椪羝涎贩缦低常GCC的开展以及油/煤共炼技术也应遭到关注。2.2国内外合成油技术工业运用进展据2002年6月美国报道，目前世界已建、在建或待建的以煤和天然气为原料的合成油厂大约有几十座,产能达8000104 t/a左右，约为世界炼油才干40.94108 t/a的2%。采用的工艺技术有SasolSouth African Coal Oil and Gas Corp和Shell公司的SMDS工艺；Exxon公司的 AGC-21工

31、艺；Syntroleum、Conoco、Synergy、Rentech Slurry、BlueStar等工艺。煤和天然气液化开展领域值得自创的是Sasol公司技术。由于南非煤炭资源丰富而石油资源短缺，目前有三座以低价煤约10$/t为原料的合成油厂，分别于1955、1980、1982年投产。1992年又利用莫塞尔湾浅海天然气，建成一座天然气合成油厂。在政府支持下当世界原油价钱低于16美圆/桶时政府给于以煤和天然气为原料的合成油厂支付差额补贴，2001年共处置4570万吨煤，年产油品及其它化工产品900多万吨大约每吨合成产品耗费5吨煤，销售额达53.99亿美圆，营业利润14.09亿美圆。近几年来，世界原油价钱在1729美圆/桶之间动摇，因此，SASOL公司煤间接液化技术及其运做方式值得我们自创。利用国内外先进技术，我国将投入大量人力、物力和财力拟建多套大型煤直接液化示范工程陕西神府、云南先锋及内蒙神华等。2.3 CTL和GTL技术的经济分析影响煤和天然气合成液体烃产业开展的要素很多，除了技术复杂以外，最主要的是煤和天然气价钱、规模和建立投资等经济性要素。国外技术显示，当天然气价钱为0.51US$/Mbtu相当于0.150.3RMB￥/Nm3、消费规模在510104bbl/d相当于25