神雾环保:开启煤炭利用新革命

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时间:2016年08月19日期刊:本站原创 点击: 收藏此文 【字体:

近日,神雾环保技术股份有限公司(下称神雾环保)在北京发布颠覆性的煤化工技术——“乙炔法煤化工新工艺”(下称新工艺)。与其它煤化工技术相比,这项由我国民营科技企业自主研发、全球首创的新工艺为我国现代煤化工开辟出一条全新的工艺路径,能源利用效率更高、水耗更低、污染物排放更少、经济效益更好,将为我国实现煤炭清洁高效利用,重塑能源生产与消费体系,推动绿色低碳发展提供重要的科技支撑。
与目前国际流行的以煤炭气化为龙头的现代煤化工工艺路线不同,新工艺通过颠覆性技术创新,以“蓄热式电石生产新工艺”为核心,在生产低成本乙炔的同时,还能生产出大量低成本的合成气(氢气和一氧化碳)、石油、天然气等,进而可大量生产烯烃、汽柴油、甲醇、天然气、乙二醇、芳烃等重要的能源化工产品。
新工艺根据煤炭的分子结构及固有特性,采用蓄热式电石生产新工艺,将煤炭中的挥发份与固定碳进行分质梯级利用,煤炭中的挥发份通过催化热解产生了人造天然气、人造石油、合成气;煤炭中的固定碳在高温下还原生石灰,生成了电石和一氧化碳,电石再与水反应生成乙炔。这些生产出的乙炔、人造石油、人造天然气、合成气等可同时发挥碳一化工、乙炔化工和石油天然气化工各自的优势,形成了上述三种化工工艺的有机结合。与煤气化工艺相比,单位产品的投资额、能耗、水耗、二氧化碳排放等指标大幅降低。目前该项新工艺已经在内蒙古察哈尔右翼后旗杭宁达莱工业园区成功实现了商业化生产,各项技术指标达到预期。
神雾环保:开启煤炭利用新革命
神雾环保董事长吴道洪博士表示,在全面建成小康社会、推进生态文明建设的背景下,我国面临能源需求上升和环保压力增加的双重倒逼。石油、天然气的对外严重依赖,决定了我国必须做好煤炭的清洁高效利用这篇文章,其中的关键在于科技创新和技术突破,利用科技的力量推动供给侧生产方式的变革。新工艺颠覆了现代煤化工技术,破解了制约煤化工健康可持续发展的难题,具有节能、减排、增效等技术优势。这将开启中国煤炭消费与利用的革命,实现煤炭从燃料转为原料的高效清洁利用,在促进制造业、重工业、重化工业快速发展的同时,从源头减少污染物和二氧化碳排放。
 
能源需求和环保压力倒逼
现代煤化工亟待发展和突围
随着我国全面建成小康社会、实现现代化的推进,能源需求将持续增长。2014年我国人均能源消费量为3.1吨标准煤,不到发达国家的一半。而从发达国家走过的历程来看,生活水平要达到比较高的程度,人均年能源消费量一般不低于4吨标准煤,我国要建成中等收入发达国家,能源需求势必有很大的增长,现在的能源过剩不代表未来能源过剩。
我国能源结构特点是“富煤、贫油、少气”,石油、天然气严重依赖进口,风能、太阳能等新能源目前只是发展方向和有效补充,煤炭在相当长的一个时期内仍然是我国最可靠、最稳定、最经济的能源,2015年我国能源消费中煤炭占64%。目前煤炭的利用方式对水、土壤、大气等生态环境造成了严重影响,我国二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、烟尘排放量的70%、人为源大气汞排放量的40%、二氧化碳排放量的70%以上均来自于燃煤。
在能源需求和环境压力的倒逼之下,如何在经济中高速增长的同时建设生态文明、兑现减排国际承诺,是我国当前无法回避的挑战。吴道洪表示,根据我国的资源禀赋应该继续多用煤,但分散式、粗放式的烧煤的方式已行不通,唯有发展清洁、低碳煤化工,将煤炭从燃料变为原料,多用煤少烧煤,才是出路所在。
“从钻木取火,到追逐太阳能、风能,人类获取能源的方式逐渐提升,向着清洁化、低碳化的方向发展。对于地球上大量埋藏的煤炭而言,应该更多的作为原料去生产化工产品,而不应该仅仅当作燃料去简单、粗放地燃烧。”吴道洪说,“煤炭作为原料的时候,其中的碳原子变成我们日常所需的清洁燃油、天然气及各种石油化工产品,而作为燃料的时候就变成二氧化碳排入大气,加速全球气候变暖。”
从世界范围看,煤炭作为燃料和原料的比例为77:23,而我国绝大部分煤都作为燃料,2015年现代煤化工用煤量占我国煤炭消费量的比例仅为1.5%,由煤化工生产的重要能源化工产品占比很低,未来煤化工的发展空间非常巨大。
在过去两个五年规划中,我国一直鼓励发展清洁高效煤化工,过去10年总共核准的煤化工投资项目1.56万亿元,“十三五”规划中国家继续大力支持发展煤化工,预计将继续投入资金3万亿元。但我国以煤气化为龙头的煤化工行业一直被投资大、能效低、水耗高、经济性差等问题困扰,尤其是近两年来全球石油价格暴跌近70%,导致煤化工几无利润可言。无论是从企业盈利和发展的需要,还是为满足国家和行业相关环保要求,煤化工行业都迫切需要新的工艺和技术,去突破发展困局。
 
节能减排增效 新工艺颠覆煤化工技术
煤气化是以氧气和水蒸汽为气化剂,在高温下通过化学反应将大分子结构的煤首先转化成小分子的合成气(一氧化碳和氢气),再经过复杂的合成反应生成汽柴油、天然气、烯烃、乙二醇、芳烃等下游重要能源化工产品。
新工艺把中低阶煤炭与生石灰混合造块后,在隔绝空气的条件下,加热到900℃以上,使其中的挥发份分解,产生合成气、人造天然气和人造石油等;没有分解的碳与石灰在高温下反应生成电石和一氧化碳,电石与水反应生成乙炔,乙炔往下游延伸合成聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、1,4-丁二醇、丙烯酸、芳烃、橡胶等重要化工产品。新工艺是以煤制乙炔为龙头的碳二化工工艺,又同时发挥了碳一化工、碳二化工和石油天然气化工三种路线各自的优势,具有显著的经济优势和环保优势。
在能源转换效率上,煤气化工艺和新工艺都近80%以上,但煤气化仅仅获得了合成气,是最初级的化工原料,所有终端产品尚需进一步的复杂合成才能获得。而新工艺同时获得了合成气、石油天然气和乙炔,三种产品按热值占比分别为24%、38%和38%,不仅有初级原料,还有更高级的油气、乙炔等原料,这是煤气化合成气还需要进一步反应才可以获得的,相当于新工艺一步就可以获得煤气化下游需要2—3步反应转化才能获得的能源化工产品,缩短了工艺流程、降低了系统能耗。
在投资上,以100万吨烯烃项目为例,煤气化法煤化工需投资约280亿元,新工艺需要约200亿元,减少28%;在能耗上,新工艺生产每吨烯烃的煤耗下降约26%;在水耗上,煤气化生产每吨烯烃耗水量约27吨,新工艺需要约13.2吨,下降约50%;在排放上,煤气化生产每吨烯烃排放二氧化碳约7.5吨,新工艺排放约4.73吨,下降约37%;在成本上,新工艺生产每吨烯烃成本下降15%以上。此外,煤气化生产每吨烯烃副产约0.06吨碳四/碳五,而新工艺可副产0.4—0.7立方米天然气和0.15-0.2吨石油,综合效益更好。
乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基础化工原料,其产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志,迄今为止世界范围内的低碳烯烃绝大多数由石油、天然气作为原料加工得来。近十年来我国大力发展煤化工,约有20%的低碳烯烃是由煤气化法制烯烃工艺产出的,但近两年石油价格暴跌使其经济性受到巨大影响。
吴道洪表示,神雾环保颠覆性的乙炔法制烯烃路线,完全颠覆了上述两种烯烃生产路线,直接用乙炔制乙烯流程短、投资少、能源转化效率高、水耗少、产品成本更低。新工艺为我国煤炭清洁高效利用创新出了一条新途径,我国大力发展现代煤化工有了更好的技术选择。这意味着以中低阶煤炭和石灰为原料、以电为能源可以生产目前石油化工行业的所有下游化工产品,我国每年13.2万亿元的石化产品有望摆脱对外依赖的局面,能源安全将有新的保障。
 
产业化投产成功 技术先进性凸显 
20世纪50年代以前,乙炔是“有机合成工业之母”,可以合成几千种化工产品,主要由电石与水反应生成。在石油天然气大量开采和电石行业高污染、高能耗、高成本的双重影响之下,导致乙炔价格高企,用乙炔去生产乙烯、甲醇等化工产品成本倒挂,这也制约了乙炔化工的发展。因此如何大规模地获取低成本乙炔,是发展乙炔化工、现代煤化工及现代石油化工的关键。
在内蒙古港原化工有限公司,采用新工艺的电石生产线已经成功投产。神雾环保采取合同能源管理的模式,利用新工艺对原有的传统电石炉进行节能降耗技术改造。此项目已入选中美两国首批10个提高能效示范项目之一,改造投资1.6亿多元,每年产生节能效益预计可达7500多万元。
新工艺使用廉价的低阶粉煤、粉状石灰作为生产原料,替代高阶煤炭、兰炭、焦炭、块状石灰等,生产1吨电石的原料成本降低43.75%。同时,采用蓄热式燃烧技术和高温物料密闭保温热送技术,大幅度节约了能源,降低了能耗;粉状原料增加了接触反应面积、提高了反应速度,降低了反应的温度,进一步降低了电耗。生产1吨电石耗电量从3150度降低为2500度,综合能耗降低20%。此外,生产1吨电石还副产出70千克人造石油和260立方米煤气,附加值提升15%以上。
通过两种工艺生产过程直接对比,生产1吨电石总的可以增加经济效益500元以上,减排粉尘188千克、二氧化碳689千克、二氧化硫20千克和氮氧化物10千克,大气污染物排放量比传统工艺下降50%以上。如果对我国现有3000万吨电石产能进行技术改造,每年能够增加150亿元的收益,副产250万吨人造石油和75亿立方米人造天然气,减少煤炭消耗529万吨标准煤,减排二氧化碳1375万吨。
石油化工产业是国家的基础产业和支柱产业,目前我国每年13.2万亿元产值的石油化工产品均是以石油、天然气为原料。新工艺大幅降低了电石生产的原料成本和电耗,低成本电石就可以产出低成本乙炔,乙炔再向下游延伸生产各种重要的化工产品,技术和经济上完全可以替代烯烃等石化产品和其它煤化工技术的产品,将为我国的石油化工市场开辟一条全新的路径。
吴道洪表示,新工艺以石灰、煤炭为原料,以电力为能源,未来随着太阳能、风能等新能源的发展,我们可以从自然界获得清洁的电能来生产石油化工产品,代替用燃煤发电来作能源。以煤制乙炔化工为龙头的现代煤化工,将加速新能源进入化工产品生产时代,使煤炭作为原料,而不再是燃料,真正意义上实现多用煤少烧煤、从源头上治理环境污染,推动我国兑现国际减排承诺,帮助人类应对气候变化。
“依托颠覆性的煤化工技术,煤炭将是未来的黄金。”吴道洪说。
(作者:文 本刊记者 马文良 编辑:zgc002)
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