煤化工(chemical processing of coal)以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏,以及焦油加工和电石乙炔化工等。以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品或半产品。
煤是重要的化工原料_煤化工 -中国发展
“十二五”期间,国内经济结构将继续延续重化工业发展的态势,国民经济对能源消费的需求仍将保持平稳增长。预计国内以煤炭为主的能源消费格局短期难以改变,煤炭消费将基本与国民经济增长保持同步增长。
发展新型煤化工可以部分代替石化产品,对于保障国家能源安全具有重要的战略意义。我国石油、天然气对外依存度日益提高,石油进口比例已经超过50%,国家能源安全问题日益突出。
据《中国煤化工装备行业深度调研与投资预测分析报告前瞻》显示,随着国内石油、天然气供应的日益紧张,国内化工行业出现了向煤化工倾斜的趋势。国家在内蒙、山西、宁夏、河南等地开展了一系列示范工程项目,支持新型煤化工的发展。其中,内蒙古是中国煤化工产业发展最快的地区之一,部分煤化工技术走在全国前列。
前瞻网煤化工装备行业研究小组分析认为,伴随着西北地区煤化工产业投资热情的高涨,煤化工装备需求即将爆发,这为行业相关企业创造了巨大的发展机遇,新型煤化工将在“十二五”期间获得新一轮大发展。
从总量上来看,2006年在建煤化工项目有30项,总投资达800多亿元,新增产能为甲醇850万吨,二甲醚90万吨,烯烃100万吨,煤制油124万吨。而已备案的甲醇项目产能3400万吨,烯烃300万吨,煤制油300万吨。2006年,国家发改委出台了政策并利用各种渠道广泛征求意见,以期规范和扶持煤化工产业的发展。2006年中国自主知识产权的煤化工技术也取得了很大的进展,开始从实验室走向生产。
2007年是中国煤化工产业稳步推进的一年,在国际油价一度冲击百元大关、全球对替代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下,中国的煤化工行业以其领先的产业化进度成为中国能源结构的重要组成部分。煤化工行业的投资机遇仍然受到国际国内投资者的高度关注,煤化工技术的工业放大不断取得突破、大型煤制油和煤制烯烃装置的建设进展顺利、二甲醚等相关的产品标准相继出台。
新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它与能源、化工技术结合,可形成煤炭――能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色,是今后20年的重要发展方向,这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。可以说,煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。
煤是重要的化工原料_煤化工 -正文
煤化工开端于18世纪后半叶,19世纪形成了完整的煤化学工业体系。进入20世纪,许多以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产,煤化工成为化学工业的重要组成部分。第二次世界大战
以后,石油化工发展迅速,很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油和天然气为基础,从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。70年代石油大幅度涨价时,煤化工曾一度有所发展(见煤化工发展史)。
煤化学加工过程煤中有机质的化学结构,是以芳香族为主的稠环为单元核心,由桥键互相连接,并带有各种官能团的大分子结构(见煤化学),通过热加工和催化加工,可以使煤转化为各种燃料和化工产品(见图)。
煤化工
在煤的各种化学加工过程中,焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法,其主要目的是制取冶金用焦炭,同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃;煤气化在煤化工中也占有很重要的地位,用于生产城市煤气及各种燃料气(广泛用于机械、建材等工业),也用于生产合成气(作为合成氨、合成甲醇等的原料);煤低温干馏、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料,在20世纪上半叶曾得到发展,第二次世界大战以后,由于其产品在经济上无法与天然石油相竞争而趋于停顿,当前只有在南非仍有煤的间接液化工厂;煤的其他直接化学加工,则生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等,仍有小规模的应用。
世界煤化工世界上生产的煤,主要用作电站和工业锅炉燃料;用于煤化工的占一定比例,其中主要是煤的焦化和气化。80年代世界焦炭年产量约340Mt,煤焦油年产量约 16Mt(从中提炼的萘约1Mt)。煤焦油加工的产品广泛用于制取塑料、染料、香料、农药、医药、溶剂、防腐剂、胶粘剂、橡胶、碳素制品等。1981年,世界合成氨总产量95.3Mt,主要来源于石油和天然气。以煤为原料生产的氨只约占10%;自煤制合成甲醇的比例也很小,仅占甲醇总产量约1%。
美国煤化工1984年美国用煤717.7Mt,其中用于炼焦的占5.5%,达39.5Mt。炼焦副产的苯占苯总产量的9%,以电石乙炔为原料生产的醋酸乙烯在其总产量中占 8%。1984年美国建成由褐煤气化再甲烷化生产高热值城市煤气的工厂,日加工褐煤22kt,产气3.89Mm。近年,又在煤气化和液化方面,进行了不少新工艺试验。
联邦德国煤化工1984年联邦德国用煤84.8Mt(不包括褐煤),炼焦用煤占32.6%,为27.6Mt,煤焦油年产量约 1.4Mt。全国钢铁等企业的焦炉生产的煤焦油集中到五个焦油加工厂进行加工,生产的化学品达500多种。电石乙炔化工方面曾有很大发展,当前在技术上仍有改进。在煤的加压气化和直接液化研究方面也有一些新的进展。
日本煤化工1984年日本共用煤106.9Mt,由于其钢铁工业很发达,炼铁等冶金用焦炭需要量很大,因此炼焦用煤占66%,为 70.5Mt。每年的煤焦油产量达2.4Mt,提供了全部萘的工业来源。以电石乙炔为原料生产的醋酸乙烯在其总产量中占23%。
南非煤化工南非是当前世界上仍拥有煤间接液化工厂的地区,有SASOL-Ⅰ、SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ三座合成液体燃料工厂,年加工煤共约33Mt,生产汽油、柴油、喷气燃料等油品数百万吨,副产气态烃、乙醇、氨、硫等化学品数十万吨。
中国煤化工中国煤炭储量和产量均居世界前列,1984年产煤789Mt,其中用于炼焦约8.2%、气化约5.6%。全国共有大中小型焦化厂120多座,焦炉280余台,年生产焦炭能力39Mt。1983年焦炭产量34.4Mt,居世界第四位,其中用于高炉炼铁约占55%,制合成氨占13%,铸造占6.7%,制电石和铁合金各占2.8%。煤焦油加工成萘、蒽、沥青等约50多种产品。焦炉气主要作为工业和城市煤气,也用于合成氨。煤的气化用于生产燃料煤气(工业和民用)和合成气。1984年合成氨产量18Mt,其原料来源主要是煤炭(无烟煤以及焦炭),约占66%。中国煤制合成氨的生产能力约占世界生产能力的一半。1983年城市煤气中,由煤制气约1870Mm。
煤化工前景纵观近百年化学工业的发展历史,其间每次原料结构的变化总伴随着化学工业的巨大变革。1984年世界化石燃料探明的可采储量,煤约占74%,而石油约12%、天然气约10%,从资源角度看,煤将是潜在的化工主要原料。未来煤化工将在哪些领域,以什么速度发展,将取决于煤化工本身技术的进展以及石油供求状况和价格的变化。从近期来看,钢铁等冶金工业所用的焦炭仍将依赖于煤的焦化,而炼焦化学品如萘、蒽等多环化合物仍是石油化工所较难替代的有机化工原料;煤的气化随着气化新技术的开发应用,仍将是煤化工的一个主要方面;将煤气化制成合成气,然后通过碳一化学合成一系列有机化工产品的开发研究,是近年来进展较快,且引起关注的领域;从煤制取液体燃料,无论是采用低温干馏、直接液化或间接液化,都不得不取决于技术经济的评价。
煤是重要的化工原料_煤化工 -加工过程
煤中有机质的化学结构,是以芳香族为主的稠环为单元核心,由桥键互相连接,并带有各种功能团的大分子结构(见煤化学),通过热加工和催化加工,可以使煤转化为各种燃料和化工产品(见图)。在煤的各种化学加工过程中,焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法,其主要目的是制取冶金用焦炭,同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃;煤气化在煤化工中也占有很重要的地位,用于生产城市煤气及各种燃料气(广泛用于机械、建材等工业),也用于生产合成气(作为合成氨、合成甲醇等的原料);煤低温干馏、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料,在20世纪上半叶曾得到发展,第二次世界大战以后,由于其产品在经济上无法与天然石油相竞争而趋于停顿,当前只有在南非仍有煤的间接液化工厂;煤的其他直接化学加工,则生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等,仍有小规模的应用。
煤是重要的化工原料_煤化工 -煤化工发展的相关条件
1、丰富、廉价的煤炭资源
一是煤炭资源丰富;二是煤炭廉价。有很多地方,煤炭资源丰而不富,如资源分布广而散,小矿多,大矿少,鸡窝矿多。这会导致煤炭供应数量的不稳定;成分上不 稳定。化工生产是要长周期稳定运行的,原料数量和质量不稳定,化工生产就无法正 常操作。一般地讲,一个像样的煤化工项目,一年要消耗几百万吨煤炭,要保持煤化 工企业运行几十年,考虑到开采率等问题,没有几十亿吨的储量是难以满足煤化工企 业的要求的。如果当地煤炭资源储量不大,成分不稳定,或者灰粉太高,热值不高, 那么,就不必要硬去搞煤化工,还是把这些煤用作燃料为好。
煤炭价格是发展煤化工的另一个重要因素。煤价过高,就使得煤化工企业没有竞 争力。相对于石油化工和天然气化工而言,煤化工单位产品投资大,财务费用高。煤 价过高,单位产品成本就必然高,体现不出煤化工的优势。2004 年美国一家煤化工公 司的到厂煤价为 20 美元/bbl。在工作中遇到很多煤化工项目,有的原料煤价格很便 宜,在 100 元/t 以下,项目效益很好,如陕北、内蒙古等地;而有的地方虽然有煤 炭资源,但煤价很高,有的烟煤甚至达到 400 元/t 以上,有些山西无烟块煤到厂价 达到 700 多元/t 甚至还要高,项目竞争力很弱。
2、充足的水源 耗水量大是煤化工的一大特点。很多地方煤资源丰富,水资源却短缺。中国北方和沿海大部分地区都属于这种情况。有许多煤化工企业受缺水的困扰,常常出现煤化工企业与农业或其他工业争水现象。要保持煤化工企业正常运行,起码要保证每小时 上千吨新鲜水的供应。真正上规模的煤化工企业,2000-3000t/h 的用水量也是必要的。
同时,煤化工企业对水价也比较敏感。全国各地水价相差很大,一般南方靠近江 河的地方水价便宜,新鲜水价格 0.2-0.3 元/t,水资源费 0.02-0.03 元/t,大部分地区 水价格在 0.4-0.5 元/t。然而,有的地方要从很远地方调水,有些工业园区水价很高, 达到 1.5 元/t,企业难以承受。个别沿海缺水地区,选用海水淡化,水价至少达到 5 元/t,若煤化工企业用就承受不起。
3、交通便利 煤化工企业产品和原料运输量大,交通运输显得十分重要,最好是靠近铁路或水运方便的地方。铁路、水运和汽运比较起来,一是铁路和水运在数量上可以很方便地满足要求,数量大了,汽运组织起来很麻烦;二是铁路和水运价格大大低于汽车运输 价格。目前铁路运价一般为 0.15 元/(t?km)(指国铁),水运价格为 0.10 元/(t?km), 而汽运价格为 0.32 元/(t?km),相差甚大。三是汽车运输损耗大。当然,煤化工企 业坐在煤田上,靠皮带运输,可以大大减少原料煤的运输量。但产品还要运出去,还是有铁路好。国外的经验也是这样的。目前国内也有很多小型煤化工企业不靠铁路运
输,发展受到限制。
4、有一定的环境容量 中国煤炭资源丰富,但总体上说,煤含硫高,开发利用的环保要求高。2003 年中国 SO2 排放和 CO2 排放分别占世界第一和第二,其中 90%的 SO2 的排放来自煤的使用。
煤化工企业排污是不可避免的,即使经处理达到排放标准,总还是有三废要排放 的。这是不可回避的问题。中国南方煤质含硫量高,很多地方环境容量已经饱和或已 超标,尤其是山区较多的地区,废气扩散困难,很多地方酸雨严重,再发展煤化工已 没有余量,项目很难通过环保部门的审批。
煤化工替代燃料产品可分为三类:含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油(煤制油)、气体燃料(甲烷气/合成气/氢气)。其中含氧燃料技术成熟,是近期应予推广应用的重点;合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容,但其技术尚待完善,将在2020年发挥重要作用;气体燃料车优点很多,我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等方面逐一突破。
煤化工是指以煤炭为原料,经化学加工后使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程。按照生产工艺的不同可分为煤焦化、煤气化和煤液化;其中煤炭焦化为传统型煤化工,主要产品有焦炭、煤焦油、PVC、合成氨和甲醇等,而新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等。
我国新型煤化工专案的建设由2006年的神华鄂尔多斯煤制油项目开始,之后陆续有十多个煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇和煤制油专案开建并投产,因此带动了中国新型煤化工工程行业的快速发展。
之所以中国的新型煤化工能得到如此巨大的投资和发展,主要源于国际油价的大幅飙升。其中布伦特原油期货从2001年的约20元/桶上涨至2006年的70元/桶,目前维持在100美元/桶左右。
煤化工展现出现了较好的经济性:根据国家发改委《煤化工产业中长期发展规划》征求意见稿,当油/煤比价大于8时,煤制烯烃和二甲醚可与同类石油产品竞争;当油/煤比价大于10,煤制油可与同类石油产品竞争。
煤是重要的化工原料_煤化工 -发展态势
20世纪70年代至80年代,两次石油危机导致世界油价巨幅上升,严重地打击了美国的能源安全。作为石油替代能源的天然气消费量剧增,逐渐紧缺,一些美国天然气公司开始寻求开发天然气新的来源,美国天然气公司(ANG)开始在北达科他州建设“大平原”煤制气项目。
“大平原项目”主要副产品情况:万美元
副产品主要用途产量初始投资硫酸铵肥料、纺织、皮革、医药11万吨/年苯酚树脂、杀虫剂及其他产品3300万磅/年2000无水氨用于化肥制造40万吨/年8000二氧化碳用于改良油田产油率400亿标方/年石脑油用于制作汽油、苯、煤油、沥青700万加仑/年液氮食品冷藏、冶金工业、洗涤及保护气20万加仑/年氪和氙用于卤素前灯、荧光灯管、激光和高亮照明灯制造310万升/年400粗甲酚消毒抗菌3300万磅/年 资料来源:产业信息网整理
迄今为止,美国“大平原”是全球唯一的煤制气商业化生产项目,二氧化碳、化肥等副产品占总销售收入的比重由1988年的5%提高到2008年的44%,帮助公司实现盈利并成功运营了20多年,近年来随着油价的攀升,公司效益愈发可观。
但由于环境破坏防治、高昂的碳排放费用、生态修复、居民补偿等方面的困难,美国只建了大平原煤气化厂、伊士曼煤制甲醇及其衍生物等屈指可数的煤化工项目。
靠近原料供应地和市场,是“大平原”项目的一大优势。首先,项目附近的自由煤矿和萨卡卡威湖为项目提供了充足的煤炭资源和水源;其次,项目的煤制气只需要通过34英里长的管道就可以进入输气主干网络供密歇根、威斯康星等州使用,而二氧化碳则通过205里的管道输送至加拿大Weyburn油田。
2012年11月,中石化下属企业计划在美国怀俄明州梅迪辛博(MedicineBow)建煤制油厂房。总部位于休斯顿的能源企业DKRWAdvancedFuels已经同中石化签署了合同,并将通过旗下一个子公司拥有并经营这家工厂,这一项目将耗资约20亿美元。
煤是重要的化工原料_煤化工 -发展环境
(一)政策环境
煤化工行业立足长远,未来将达世界先进水平。2006年12月,国家发改委发布《煤化工产业中长期发展规划》征求意见稿,提出了煤化工产业未来发展思路。2006年至2020年,我国煤化工总计投资1万多亿元,其中装备费用将占50%,技术费用占10%。到2020年,我国煤制油规模将发展到年产3000万吨,二甲醚规模将发展到2000万吨,煤烯烃规模将发展到800万吨,煤制甲醇的规模将发展到6600万吨。到2020年,中国现代煤化工生产技术和产品规模将达到世界先进水平。
政策持续推动,煤化工行业景气度提升。根据《石化和化学工业“十二五”发展规划》,“十二五”期间石化和化学工业经济总量将继续保持稳步增长,到2015年总产值增长到14万亿元左右。长三角、珠三角、环渤海地区三大石化产业区集聚度进一步提高,形成3-4个2000万吨级炼油及3个200万吨级乙烯生产基地;到2015年,全国炼厂平均规模超过600万吨/年,石油路线乙烯装置平均规模达到70万吨/年以上。现代煤化工项目在蒙、陕、新、宁、贵等重点产煤省区适度布局;新建项目烯烃规模要达到50万吨/年以上。
由国家能源局牵头的《煤炭深加工示范项目规划》(下称“《规划》”)已完成编制工作。这标志着备受业界关注的煤化工行业“十二五”发展政策已初步成型。《规划》提出,以技术创新为手段,通过对煤炭加工转化多种单项技术的耦合、集成,联合生产多种清洁燃料、化工原材料以及热能、电力等产品,有序开展煤炭深加工升级示范工作,以提高煤炭的整体转化效率,实现煤炭的高效、清洁和综合利用。同时,《规划》对示范项目提出了先进的能效、煤耗水耗等准入指标和严格的生态环境保护要求,确定了七大类共17项技术装备方面的重点示范内容,引导企业和地方政府在提高能效和附加值、降低污染物排放、加强系统优化集成以及探索模式创新等方面进行示范。《规划》明确,在落实好合理控制能源消费总量和节能减排相关要求的前提下,“十二五”期间将优选一批示范项目,重点安排在煤炭主产区及煤炭调出省区,统筹规划,系统设计,分步实施,通过升级示范使我国煤炭深加工产业成为具有国际竞争力的战略性产业。
产煤大省“十二五”规划助力新型煤化工发展。从全国范围来看,国家对煤化工的态度主要是“升级示范、总量控制”。但由于新型煤化工产业是“十二五”期间十分明确的投资增长点,同时具有显著的资源优势,各产煤大省对煤化工的投资抱积极态度。根据主要产煤大省“十二五”新型煤化工规划,未来新型煤化工投资或达2万亿。
煤是重要的化工原料_煤化工 -行业困境
煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品等过程,而以煤炭为原料的相关化工产业被统称为煤化工。从产业链位置来看,煤化工企业分属于焦炭、煤头化肥、煤液化、以电石乙炔为原材料的基础化工几大类。
目前而言,煤化工行业普遍面临着严重的产能过剩问题。《中国煤化工产业发展前景预测与投资战略规划分析报告前瞻》数据显示,2011年,我国焦炭产能达到6亿吨,而产量仅为4.28亿吨;2012年焦炭产量4.43亿吨;到2013年,产量达到4.76亿吨,即使不考虑新增产能,我国焦炭产能依然过剩明显。尿素、电石等行业面临同样的问题,产能虽然陆续提高,但由于需求量有限,产量提升速度相对较慢,造成普遍的开工率较低,行业的整体竞争力和抗击风险能力较低,产能过剩、技术水平低、环境污染大、能耗高,甚至运输风险等都成为制约行业发展的瓶颈。
煤是重要的化工原料_煤化工 -配图
煤是重要的化工原料_煤化工 -相关连接
煤化工网http://coalchem.statecoal.com/