煤化工生产过程多联产技术研究进展

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:王广阔
[导读] 煤化工产业具有投资大、技术不够成熟等特点,单一产品技术路线导致较大的经济风险,因此在生产过程中实施多联产非常必要。本文对煤化工生产过程中多联产技术研究进展进行了评述,希望对相关从业人员有所帮助。
(内蒙古恒坤化工有限公司,内蒙 鄂尔多斯 016200)
摘要:煤化工产业具有投资大、技术不够成熟等特点,单一产品技术路线导致较大的经济风险,因此在生产过程中实施多联产非常必要。本文对煤化工生产过程中多联产技术研究进展进行了评述,希望对相关从业人员有所帮助。
关键词:煤化工;多联产;研究进展
 
        一、多联产概述
        多联产是以炭质原料气化或液化技术为“龙头”,对多个转化技术进行组合优化,实现多种产品生产,并充分利用过程能量的化工一能源系统。发展煤化工多联产系统,就原料而言,可以是煤、煤层气、伴生矿物的加工利用相结合;就工艺而言,可以将煤化工、发电、建材、冶金等相结合;就产品而言,可以是液体燃料、化学品、煤气、电力、热能等的关联生产。联产方式既可以是“并联”,也可能是“串联”,还有可能是更加复杂的组合方式。理想的多联产系统具有安全稳定、节能降耗、清洁生产等特点。因为煤炭组成和性质复杂、加工工艺流程长,因此,煤化工多联产技术有很大的发展空间,代表了未来的技术和产业发展方向。
        二、煤化工多联产技术研究进展
        2.1以合成氨为基础的联产技术
        在一段时期内,针对中小型氮肥厂产品单一、经济效益低,而甲醇市场一度火爆的市场局面,通过技术改造联产甲醇技术受到高度关注。利用合成氨工业联产甲醇,既可发挥氮肥厂以化肥为主、多种经营的积极性,又为企业从甲醇出发,发展一系列高附加值下游产品奠定基础。若利用合成氨过程中富余的二氧化碳生产纯碱,可大幅减少二氧化碳排放。
        合成氨联醇工艺分为串联工艺、并联工艺和串一并联工艺¨”J。其中,串联工艺在国内应用最多,只需在合成氨工序的甲烷化塔之前串联甲醇合成系统,即可实现同一装置得到两种产品。串联工艺比较容易实现技术改造,变换和甲烷化工序的负荷降低,但是全气量通过甲醇合成塔,对脱硫要求高,影响甲醇合成催化剂的寿命,而且醇、氨产能相互制约。并联工艺改进了醇、氨相互影响的问题,甲醇合成单独一条生产线,但是新增投资大,也不能利用驰放气中残留的CO。串一并联工艺对上述两种工艺进行了改进,原料气共同处理,然后两个合成流程并联,但是工艺比较复杂,新增投资也很大。
        2.2以IGCC为基础的联产技术
        IGCC技术是超清洁、高效发电技术,其发电效率可达43%~45%,在国内首先在石化行业获得成功,具有污染物排放低、节能节水等优势,但是存在投资费用高、操作不够灵活的缺点。采用IGCC与煤化工联产,实现物料、能量的总体优化,使装置的能源利用效率提高,单一项目的经济效益改善,污染物排放减少。IGCC联产产品有甲醇、氢气、油品等,可以为下游的化工产业提供基本原料。美国采用IGCC发电联产氢气。山东某集团的多联产示范装置,以24万t甲醇辅以60MW级IGCC发电,运行结果表明,系统总能效比分产高3.14%。进一步将甲醇装置与甲醇制丙烯(MTP)装置多联产,则有望进一步提高项目的整体收益。研究表明,若IGCC与煤制油联合,把传统的费托合成尾气大量循环的方式改为一次通过方式,不循环的低热值尾气作为IGCC燃料,综合能效可以达到60%,高于单独发电(40%)或单独合成油(50%)。但是IGCC本身属于一个复杂的系统工程,对设备、过程控制要求高,而且需要解决行业垄断、技术与市场之间的转移等问题。因此,在一定程度上,多联产技术推动了IGCC技术的发展。但是,目前投入应用的项目仍然较少。
        2.3以煤制天然气为基础的联产技术
        煤制天然气(SNG)技术,是将低阶煤气化制造合成气,然后合成气转化为甲烷,用作替代传统天然气的气体燃料的过程。国家先后在内蒙、新疆等地规划审批了数个SNG项目。

但是,SNG项目生产的甲烷成本价格较高,技术经济性是影响该技术开展的重要因素,另外,SNG属于气态产物,不利于储存,而国内城市燃气的用气季节性、时段性非常不均衡,天然气调峰难题亟待解决。
        在发展储气库、天然气发电等调峰技术的同时,采用煤制天然气工厂生产过程调峰也逐渐受到关注。通过优化建设方案,在天然气需求淡季,将过剩产能用于联产液体燃料、化工品等,能够同时解决SNG项目技术经济性和城市天然气调峰两个方面的问题。目前,国内已经提出了众多研究方案。,包括多联产催化剂开发、新工艺设计等,但是仍然处于概念设计阶段或实验室研究阶段,未有应用报道。随着国内SNG产业的发展,SNG多联产技术将受到更大重视,属于未来煤化工技术的重点发展方向之一。
        2.4以低阶煤利用为基础的联产技术
        以低阶煤,如褐煤、长焰煤等为原料,将热解、气化、燃烧、合成等过程有机结合,把煤炭中的挥发分转化为具有较高附加值的焦油、烯烃、粗苯和煤气,把半焦作为气化、电石化、锅炉等的原料。焦油直接作为燃料或通过加氢制取高品质油品,煤气通过净化、转化、合成等工序生产燃料油、化工品。过程中产生的气体、液体等进行集中处理,将煤炭资源有效组分进行最大程度地转化,全生命周期污染物排放大幅度减少,最终实现焦化、炼化、间接合成等工艺技术的有机结合,实现煤、气、油综合利用。近年来受产业重视的园区化发展模式,正基于综合利用、集中处理的思路。若在煤化工园区内形成某种更加灵活的联产机制,产品根据市场情况灵活调节,各个企业的经济效益将实现最大化、平稳化_3J。但是本质上而言,低质煤的梯级综合利用,只是将单一产业链进行了延长,对一次产品进行了深加工。因此,按照各梯级组分的“权重”计算,整体能量利用效率有多大程度提高尚有待商榷。若进行跨行业多联产,把相关行业的有效资源加以充分利用,实现物尽其用,则更有望实现1+1>2的模式,但是这有赖于区域性的资源禀赋。
        2.5其他联产技术
        基于F—T合成、改进的F—T合成(MFT)技术的产品特点,提出油一煤气联产、油一芳烃联产、油一蜡一煤气联产等思路。由于二甲醚既可以做燃料,又可以做化工原料等特殊性质,也有合成氨联产二甲醚的研究报道-371。还有对水泥与煤气化联产工艺技术研究j,将水泥生产和用纯氧、CO作气化剂制CO技术进行联合。此外,煤气化还可以与冶金工艺联产,生产海绵铁后的剩余合成气直接用于生产化工品。
        三、总结与展望
        利用煤炭生产替代能源或者化工原料是能源升级换代过渡期的重要途径。目前开展的煤化工生产过程多联产技术路线,主要包括以合成氨为基础、以IGCC为基础、以煤制天然气为基础、以低阶煤利用为基础等的联产模式。但是,大多数研究和项目实施仍然没有脱离将单一技术进行简单堆砌排布的思路,因此能否实现“1+1>2”的效果有待商榷。理想的多联产技术路线是结合原料组成和性质、产品市场选取生产工艺,并注重多个生产工艺在工艺单元、中间产物、目标产品市场变化等方面的互补性。多联产作为一种关系未来发展的产业模式,需要做许多技术、工程、系统管理等研究工作,以推进这一先进模式的完善,尽早实现产业示范应用,为煤炭的高效、清洁利用做出贡献。若无成熟的单一技术作为支撑,多联产过程只能是空谈。所以,应该加大力量对单一煤化工技术进行研发。目前,以煤气化为“龙头”的现代煤化工技术正在日益受到产业的重视。虽然煤化工产业规划都是雄心勃勃,但是在全球范围内,成熟的煤化工商业化装置仍然为数不多。就中国而言,应加大资金和政策支持力度,对关乎国计民生的能源技术,如煤制天然气、煤制油等技术进行深入研发,不但能够获得单一技术的自主知识产权,也能促进多联产技术的发展。
参考文献
[1]林伯强.中国能源战略调整和能源政策优化研究[J].电网与清洁能源,2012,28(1):1—3.
[2]王基铭.中国煤化工发展现状及对石油化工的影响[J].当代石油石化,2010,18(6):1—6.
[3]刘方斌.“十一五”煤化工示范项目完成过半[N].中国化工报,2010—09—01(005).
 
 
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