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滿足國民經濟發展需求 發展新型煤化工要注意的幾個問題

2013/12/6 9:01:55      點擊:

  我國不僅石油短缺,主要的石油化工產品也嚴重短缺。國外很少做煤化工,我國10年之內已經成了煤化工的技術高地。發展煤化工,和國外的石油化工、天然氣化工競爭,最終滿足我國對石化產品的需求,這是一個機會。除了經濟風險,發展新型煤化工一定要注意幾個問題,一是外部條件,二是節能減排,三是煤氣化技術選擇。

  煤化工的利弊之爭一直存在。

  一方面,中國需要煤化工彌補石油石化產品的不足;另一方面,逢煤必化、一擁而上的勢頭,確實存在資源和資金浪費的隱憂。另外,煤化工耗水問題和對環境的影響,也讓人們對很多項目的可行性進行質疑。

  真正從事煤化工研究的專家似乎并不太熱衷上述爭論,更關注的是什么樣的煤化工項目能行得通。

  處在競爭和互動關系中

  “我們應該有更廣的視野,做煤化工,要知道有很強的競爭對手。”在10月舉行的中國煤炭清潔高效轉化發展高峰論壇上,中國工程院院士、清華大學教授金涌如是說。

  金涌說的對手,指的是傳統的石油化工和新興的天然氣化工。含碳能源主要用于三方面:工業與民用燃料、運輸液體燃料、石化原料。

  “石油是主要的化工原料,天然氣、煤炭、生物質能都可以作為化工原料,替代一部分石油。我們做煤化工,必須知道鄰近這些能源的狀態,和我們之間是怎樣一個競爭和互動關系。”金涌說。

  金涌表示,煤炭、石油、天然氣逐漸三分天下。目前,世界石油產量基本穩定,但是好的油,像大慶產的高品質油已經越來越少了,主要煉劣質油。世界石油化工行業產值年增長率約為20%,在石化行業中,石油還是主力,但是煉油的人已經有危機感。

  有危機感的一個重要原因是,以乙烷為原料的乙烯比以石腦油為原料的乙烯更有競爭力。美國、中東地區發現了很多乙烷,乙烷脫氫后可以得到乙烯,成本較低。美國和中東地區以乙烷為原料的乙烯所占的比率已經很高了,而中國、日本、韓國生產乙烯的原料主要還是石腦油。

  “天然氣化工是非常有前途的,主要是投資少、附加值高、污染少,可惜中國天然氣非常缺乏。”金涌說,天然氣的介入使化工產品成本大大降低,美國頁巖氣的大量產出對美國經濟發展起了很大的作用。

  “做煤化工,要考慮與石油化工競爭的問題。煤化工是代替石油化工的,按理講,煤化工企業生產的產品,都可以以石油或天然氣為原料生產。”石油和化學工業規劃院院長顧宗勤說,“在石油價格低迷時,煤化工的優越性體現不出來。現在,國際油價為每桶100美元左右,今后石油價格走勢如何,難以預測。所以,新上或擴建煤化工項目時,要做好這方面的準備,要計算石油價格達到多少時,煤化工項目可以維持。”

  顧宗勤認為,國際油價為每桶70美元至80美元時,煤化工項目可以維持。金涌的判斷與此基本相似,國際油價高于每桶70美元、煤價為每噸五六百塊錢時,煤化工項目能賺錢。

  中國發展煤化工的空間

  “2012年,我國石油化學行業進口額為4600億美元,出口額為1700億美元,貿易逆差為2900億美元,是所有工業行業中貿易逆差最大的。”顧宗勤說,石油石化行業巨大的貿易逆差,主要來自石油、天然氣和石化產品的進口。

  2012年,我國石油產量為2.07億噸,進口量為2.71億噸,對外依存度為56.4%,石油進口額達到2200億美元。顧宗勤預測,到2020年,我國石油消費量將達到5億噸,對外依存度超過60%。

  乙烯是石化行業最重要的基礎產品,乙烯產量經常用來衡量一個國家的化工行業發展水平。有了乙烯,可以生產很多其他的化工產品,而且附加值很高。

  據顧宗勤介紹,2012年,我國乙烯產量為1514萬噸,表觀消費量為1656萬噸,當量消費量為3190萬噸,當量自給率為47.5%。當量消費量,是指乙烯下游產品全部折算成乙烯的量。

  除乙烯外,我國其他石化行業基礎產品同樣短缺。2012年,我國丙烯產量為1500萬噸,自給率為63%;PX(二甲苯)產量為715萬噸,自給率為56%;以PX為原料的PTA(1,4—苯二甲酸)自給率為79%;乙二醇產量為374萬噸,自給率為27.5%。

  “前幾年,PX項目純粹被妖魔化,其實技術上沒問題。現在,PX、PTA二者加起來每年產量為1000多萬噸,非常缺乏。”顧宗勤說。

  這就意味著,我國不僅石油短缺,主要的石油化工產品也嚴重短缺。

  近年來,我國天然氣產量和消費量年均增長10%以上,供需矛盾突出。

  2012年,我國天然氣產量為1077億立方米,進口量為428億立方米,出口量為30億立方米(主要是滿足香港的需求),表觀消費量為1475億立方米,天然氣進口額為161.8億美元。

  日前,國家發改委連發文件,要求有序推進“煤改氣”,正是因為天然氣供需矛盾突出。

  不同地區的天然氣價格差異很大,因為運輸不便利、成本高。“在工業油氣田附近,天然氣價格較低。管道輸送到末端,價格就很高了,做工業原料就不劃算了,只好做民用燃料。液化天然氣要求溫度很低,成本很高。所以,天然氣化工只在原產地比較劃算。”金涌說。

  這等于基本堵死了大量進口天然氣發展化工的路。

  “在這種特殊的條件下,中國要發展煤化工了。”金涌說,“要知道煤不是碳,是碳氫化合物,碳氫比是1︰0.8,1個碳原子還有0.8個氫原子,沒有必要連氫帶碳一塊兒燒掉。”

  從更廣的視野選擇煤化工

  在發展新型煤化工的路徑選擇上,要時刻考慮到能源大環境。除了煤炭和煤化工產品的價格變化,以及煤炭和石油、天然氣之間的比價變動因素外,還要從煤炭的特性、煤化工技術的特性以及不同能源間轉化的效率等方面考慮,做有獨特競爭優勢的煤化工項目。

  新型煤化工是以甲醇為平臺來運作的。甲醇可以摻燒制甲醇汽油,可以作為氫源制氫,可以制乙烯、丙烯,也可以只制丙烯,還可以制芳烴。

  清華大學在做一個工業示范項目,以甲醇為原料,不產乙烯,只產丙烯。“有什么好處呢?丙烯用天然氣生產比較難,因為3個碳分子的丙烷比較少,用天然氣制丙烯,競爭力比較低。”金涌說,“丙烯不需要深冷分離,低溫的深冷分離技術是需要進口的,而且能耗比較大。丙烯只需要用氮氣就能冷卻精制。”

  最近,被提到較多的是芳烴。目前,97%的芳烴是石腦油裂解得到的。由于石腦油制乙烯的成本比較高,大家覺得石腦油裂解技術會慢慢萎縮,芳烴產量會被連帶著慢慢萎縮。

  中國芳烴的年消費量為1400萬噸,對外依存度為44%,因此芳烴要增加新的來源。清華大學跟華電集團合作,在榆林建了年產1萬噸的裝置,今年已經試車成功。華電集團準備投資200多億元,在榆林建設一套年產百萬噸的煤制芳烴裝置。

  在中國,往往有煤的地方沒有水,這制約了煤化工的發展。根據這個特性,清華大學在新疆石河子正打造一個節水的煤化工示范項目,走的是炔烴路線。

  據了解,在石油被大量利用之前,所有化工都是從炔開始的。炔可以一次到位,比較節水。但是,以前制乙炔采用的是電石法,這個方法能耗大,會產生大量的廢渣、廢氣、廢水,所以慢慢不被看好了。

  金涌表示,現在準備用等離子法制乙炔,不用石灰石,直接用煤粉,既避免了污染又節約了水。

  “從效率來看,直接做燃料用的話,煤炭轉化成醇和醚燃料是首選。2噸多煤就可以制1噸二甲醚。而生成1噸柴油的煤耗要4噸多。二甲醚的熱值雖然比柴油低30%,但是1噸二甲醚和1噸柴油放在車里,走的里程數是一樣的。”金涌解釋道,因為柴油是不含氧的燃料,汽缸噴進油后要吸進大量的空氣才能完全燃燒,這樣就吸進了大量氮氣,氮氣從低溫加熱到排出去完全是白做功的。而二甲醚是含氧燃料,吸進的空氣很少就可以完全燃燒,所以氮氣走過場的能量不需要。在高原地區、高寒地區,非常適宜用二甲醚燃料。

  金涌認為,煤將來的主要用處是發電。“煤變成化工的塑料、橡膠、纖維是有利可圖的,做成燃料,特別是做成油,是不劃算的,從長遠看,更不劃算。”

  采用費托合成工藝生產油品,即煤間接制油,1噸標準煤(熱值為29.3吉焦)可獲得266千克柴油,燃燒后得到11.87吉焦熱量。若將這些油品作為柴油車燃料,按目前柴油發動機能量轉化效率30%計算,可獲得3.56吉焦軸機械功。同理,1噸標準煤直接液化可獲得263千克柴油,最終只能轉換為3.3吉焦軸機械功。而如果用煤發電,再按電機效率70%推算,1噸標準煤可轉換為9.24吉焦軸機械功。

  “從能源利用來看,汽油和柴油是沒辦法跟電機競爭的。世界的共識是加快純電動車的發展,將來汽車的方向是電動車,以補充汽油的不足。”金涌說。因此,他認為,煤制油項目不能盲目放量。

  需注意的現實問題

  “國外很少做煤化工,我國10年之內已經成了煤化工的技術高地。現在,全套煤化工技術,用煤生產三烯三苯,技術上都不成問題。”金涌說,“我們只有煤,發展煤化工,和國外的石油化工、天然氣化工競爭,最終滿足我國對石化產品的需求,這是一個機會。”

  實際上,新型煤化工重要的幾個方向,國內均已有項目獲得成功。

  煤制油方向,神華集團年產108萬噸直接液化裝置已經開車成功。神華集團、伊泰集團、潞安集團的3套間接液化裝置已開車成功。

  煤制天然氣方向,大唐集團在赤峰的項目和慶華集團在伊犁的項目都已經開車了。

  煤制烯烴方向,神華集團包頭項目、寧煤項目,大唐集團多倫項目,中石化濮陽項目,早已試車成功,其中神華集團包頭項目和寧煤項目實現了盈利。

  甲醇制芳烴方向,清華大學和華電集團合作的首套裝置今年已試車成功。

  今年,國家發改委相繼批復了多個煤制天然氣、煤制烯烴項目。全國多個煤炭產地,尤其是西部富煤地區,發展煤化工的勢頭不減。

  顧宗勤建議,除了經濟風險,發展新型煤化工一定要注意幾個問題,一是外部條件,二是節能減排,三是煤氣化技術選擇。

  外部條件主要包括煤資源、運輸條件和水資源。煤資源包括煤炭的數量、煤質和價格。“很多煤化工項目都倒在煤上,為什么?設計時煤質非常好,但生產時煤質就比較差。”顧宗勤說,除此之外,煤化工項目的煤源最好是本地的,是一個煤田的,假如來自多個煤田也應該是煤質相近的。不提倡用外地煤,加上運輸成本,發展煤化工就不劃算了。

  有的地方雖然有煤炭資源,但是煤價太高的話,也不適宜發展煤化工。“煤價為每噸500元以上的,不要干煤化工。”顧宗勤說。山東兗礦集團原董事長王信也曾表示,兗礦集團的實踐證明,在東部經濟發達地區不適合搞煤化工。

  水資源,包括水資源的數量、水質和水價。顧宗勤說:“不要跟農業、居民爭水,建個化工廠,爭不過農業,爭不過居民,這是實打實的。當地要有一定容量的納污條件,要有蒸發塘。另外,要關注與當地生態掛鉤的問題。”

  在運輸方面,顧宗勤建議盡量依靠鐵路,不能依靠汽車。如果煤化工廠建在西部,產品要盡量做成固體的,市場都在東南,液體的運不出來。神華集團包頭項目生產的是聚乙烯、聚丙烯,都是固體。煤制天然氣盡量靠天然氣管道,自建管道的成本代價是巨大的。此外,沒有環境容量的地方不要發展煤化工,煤化工肯定要排放的。

  “選擇煤氣化技術,一定要考慮清楚,不同的爐各有特色,選錯了爐,就跟家里蓋房子一樣朝向蓋錯了,永遠改不過來。”顧宗勤說,“哥兒幾個上煤化工項目,總得相互看看自己的優勢在哪里,如果項目在工藝上沒有優勢,上了也是白搭。”

  另外,社會效益也是一個不容忽視的因素。現在政府批復一個項目,看重的社會效益,不僅包括對環境的影響,還包括對社會的貢獻、就業、稅收、帶動地方經濟等方面。

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