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中科院福建物质结构研究所姚元根:推进煤炭资源清洁高效利用 煤制乙二醇技术的发展方向

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网    2019/6/28 21:36:06  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 煤炭 煤化工 清洁能源

北极星火力发电网讯:推进煤炭资源清洁高效利用,煤化工产业中一个重要方向就是煤制乙二醇。煤制乙二醇的特点,第一个特点在国际上率先实现了工业化。第二,煤制乙二醇切合我国资源特点。第三,需求量大,5年内可新增40套生产装置,填补800万吨需求缺口。

2019年6月28-29日,“中国(山西)国际清洁能源高峰论坛”在中国(太原)煤炭交易中心举行,探索建立适合山西清洁能源发展的路径。北极星风力发电网、电力头条APP全程直播。直播合作会议,请联系手机微信:13693626116。

中科院福建物质结构研究所应化研究中心主任、研究员、博士生导师姚元根作题为《煤制乙二醇技术的发展方向》方面的演讲。

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以下为发言实录:

中科院福建物质结构研究所应化研究中心主任、研究员、博士生导师姚元根:我想中央把能源革命综合改革试点放在山西,之所以放在山西,是因为山西是我们国家的能源大省,之所以是能源大省,我们很清楚就是因为煤炭,不是因为其他的原因,所以我们就是要做好煤炭这个文章。那么煤炭的清洁、高效和绿色的利用,就是我们现在煤化工,就是我们做好煤炭这篇文章重要的一个章节。所以我今天的发言主要是围绕着新型煤化工技术,也就是煤制乙二醇技术,在这个方面跟大家进行分享。

下面我们这样从几个方面来进行我的发言:

乙二醇是非常重要的战略性的大宗化工基本原材料,市场容量仅次于乙烯和丙稀,我国消费量占全世界50%以上,2018年已经突破1300万吨,我们国家有非常巨大的技术,我国产能很有限,长期以来进口依存度是67%。乙二醇目前的价格也是要引起大家的注意,目前价格只有4500元/吨,乙二醇人都很明白,为什么8000块钱降到4500?

乙二醇的主要生产路线。第一条路线走的是原油、石脑油、乙烯,第二条路线是伴生气、乙烷、乙烯、环氧乙烯、乙二醇;第三条路线是煤(天然气、合成气、甲醇、烯烃。

所有路线里,目前只有石油路线和煤制乙二醇路线是工业生产的一个路线。那么这一条路线怎么得来?第一是煤变化、分离,区别于合成油、区别于甲醇,这几条路线都是经过甲醇的,而煤制是不经过甲醇的。

这是2015年的时候有东方证券对石油路线和煤质乙二醇的成本对比。在生产成本方面,煤制乙二醇比石油路线具有明显的优势。

除了石油路线相比,煤制乙二醇可以跟同类的煤化工路线相比,第一个合成天然气、甲醇、乙二醇、烯烃,经济效益好,每吨产品排放的二氧化碳也是最少的。这个技术我们国家长期重视煤制乙二醇技术开发,我们是利用我们国家相对丰富煤炭资源,生产我们国家供不应求的乙二醇。一直以来,这几年国务院和发改委、工信部出了一系列的文件,鼓励、发展煤制乙二醇的技术,这一系列煤化工,我们国家提出来要采用先进的技术、加工手段,生产替代石化产品和清洁燃料,推动现代化煤化工协调发展,煤制乙二醇技术契合我们国家发展的特点。

我总结煤制乙二醇的特点,第一个特点在国际上率先实现了工业化。第二,煤制乙二醇切合我国资源特点。第三,需求量大,5年内可新增40套生产装置,填补800万吨需求缺口。

第二方面,我们技术和产业的发展历程。这个技术是在1965年的时候,由美国的专利,乙二醇和一氧化碳可以合成,是革命性的,变成碳增加的反应,这个反应在高的压力下面反应的,后来日本人发明了氮氧化物的液体,叫MeONO,Org进化,使得我们一氧化碳和乙醇能够在常压情况下发生反应,把这个技术大大了提升了一步,这方面是日本人提出来的。目前煤制乙二醇,是一个两步法的煤制乙二醇技术路线,第一步是由一氧化碳、甲醇、氧气。第二部分氢气发生反应,也是目前主要的供应路线。

这个技术原理是在上个世纪90年代提出来的路线,有草酸酯合成催化剂、甲醇催化剂等这些催化剂。

我们所在80年代,我们小试、模试,2005年与企业合作,2008年实现了万吨级工业试验,中试完成以后,我们在通辽建了20万吨级,2010-至今,我们在河南已建成了五套装置。

这是统计到2016年年底时候的一个情况,我们装置已经建成了120万吨。我们的技术引发了全世界煤制乙二醇研发和产业化热情,市场上有多种煤制乙二醇技术,但是我们是第一家实现了产业化,这个是我们工业化以后煤制乙二醇技术正式开发起来。

在已有工业化项目,我们所赚的产能占比也是最高的,直到2017年,我们重要的装置,六套装置全面实现了满负荷,全部得到了乙二醇产品。

但是,技术只有不断进步才能保持我们已有的领先地位,我们也看到已经多元化第一代技术还存在着很多问题,在技术方面都有需要值得改进的地方。2008年之后,我们解决了一系列的关键科学和技术问题,继续引领技术的发展方向,实现了完全知识产权的煤制乙二醇技术。

那么,我们对新的催化剂,尤其是三种核心催化剂都进行了模式考察,最短1000个小时,最长将近5000个小时,进行了寿命考察。

随后我们在2013年,我们有上海具有竞争性和商业性推广价值,建议进一步加快技术的中试和工业化。随后我们有飞科组织论证,2015年在洛阳院有了项目设计,在2016年10月成立贵州鑫醇能源科技发展有限公司,技术入股,投资人以现金入股,我们技术占40%,投资人占60%,组建了这家公司。随后在2017年,我们中试项目开始施工,这个9月份,2017年9月份实现了中交,2018年9月份完成了技术标定。

新一代技术有几个方面的优越性:第一项是三种催化剂。这三种催化剂分别是脱氢净化催化剂、合成催化剂、加氢催化剂,使得我们每吨300块钱到小于100块钱。第二个是我们“精馏+吸附”的技术,在新一代技术中,我们用单独的精馏,就能够得到技术。第三个方面我们现在用新一代技术乙二醇生产成本每吨可以降低到4900元/吨,国际打压了价格,但我们技术利润仍然有空间。

与国内外同类技术相比,新一代技术优点如下:

第一个方面是催化剂、三种催化剂高效稳定、贵金属含量更低,性能更好,制备成本下降60%。

第二个方面是工艺,独特的氧化酯化技术、稀硝酸还原技术,实现氮氧化物等物料的高效利用。

第三个方面是分离技术,采用分离的技术有效提高了乙二醇分离效率。

第四个方面是经济性,在技术优势方面工艺流程更加合理,反应物料得到充分利用,我们实现了比较大幅度的节能降耗,并加强了安全和环保方面的技术优化;在资源优势方面,项目所在地贵州省兴仁县具有丰富的煤炭和水资源,煤炭热值高(平均5500大卡),全国最低的电价大约0.35元/度。

综合这几个方面,结合贵州当地的煤炭资源,贵州煤炭资源肯定没有山西多,我们综合这几个优势,我们新一代技术在市场上面有更好的竞争性。煤制乙二醇技术目前面临的问题和挑战。

2009年后,工业化技术逐步成熟,对照工业乙二醇2018版标准,煤制乙二醇已经大量地应用PET聚酯行业,涌现了一批煤制乙二醇的配套技术。

我们同时看到煤制乙二醇存在很多问题:

第一方面是紫外透过率。经过十年时间比较解决了这个问题,好的技术可以直接经过精馏得到紫外透过率产品,肯定是单独精馏注册的产品,具有更好的竞争优势。

第二个方面是乙二醇价格。在2017年,乙二醇销售价格还在8500块钱/吨,国际上有一些事例影响,肯定是有关系的,对这个技术提出更高要求,在乙二醇销售价格在8000元左右的时候所有的煤制乙二醇都能够,但是现有情况下面,我们可以看到如果乙二醇销售价格在4500元,什么技术可以上?什么技术不能上?这是我们必须要考虑的问题。

第三个方面,我们目前产能扩张非常快,据石化联合会统计,到现在为止,我们已经立项的超过了1500万吨,这个数字非常巨大,煤化工技术通过至少1万吨是1个亿,我们国家在这几年要投入1500亿,做装置这么多,但是我们可以看到2018年我们的乙二醇,尤其是煤制乙二醇开工率只有51%,这里面大家可以分析,开工率为什么这么低?这里面什么原因,大家应该是比较清楚的。

第四个方面,煤制乙二醇技术在下游聚酯产业的应用,煤制乙二醇生产企业也是非常负责任,针对这些问题,我们逐项攻关解决了,目前技术厂家已经接受我们的煤制乙二醇技术,但是上、下游企业对我们新标准认知度还是不一样的。为此,今年年初和上个星期,我们工信部组织了一次专门的研讨会,专门对煤制乙二醇技术和煤质乙二醇产品应用展开了研讨,在不久将来,上下游企业将互相配合,一定能够共同解决好这个问题,因为用好煤制乙二醇技术是我们国家的利益所在,这个我们可以利用煤炭可以替代石油,我们不用进那么多石油过来。

最后,我围绕这些问题,我想让大家共同讨论一下我们煤制乙二醇技术和产业发展方向。

首先,是技术层面。在技术层面,作为我们的技术研发方,首先要对技术精益求精,要对催化剂进行不断地优化,对问题比较大的加氢催化剂进行优化,涉及到我们产品产量、产率,还有我们产品程度,加氢催化剂还要进一步加强研究。

第二个方面是我们工艺技术,好多装置开后发生人员死亡的现象,说明我们的分离技术,我们产品供应技术还不够。

第三个产品是分离技术,我们精馏技术及其配套,能效是不是最好?能效是不是最低?这些方面值得我们进一步去探讨。

第四个方面是我们的单元技术。(氧化酯化塔、尾气中N氧化物的回收塔、DMO吸收塔、径向反应器)。

第二个方面是市场层面,尤其要考虑到乙二醇销售价格很低的时候,我们必须要考虑到原料成本,当地煤价是多少,水资源使用成本是多少,运输到生产厂家的运输距离有多远,这些都是重要考虑的因素。

第三个方面,针对厂家的问题,从抵制,到后面逐步地有条件的接受,到后面的降价接受,到现在的参价,上下游联合起来进一步开展试验,确保煤制乙二醇技术在聚酯行业里应用起来,建立应用试验和产品检测国家级或者行业的名片,对乙二醇的杂质逐个进行分析,找出产品到底哪一个杂质在影响我们的质量。

我们在上下游制定适合我们煤制乙二醇的新的国家标准,或者制定完善2018年的国家标准。

举例:煤制乙二醇的技术。一个是精馏,去年9月份我们产品达到了9999的标准,我们可以联合起来进行、开展针对性工作,这是精馏的产品。在乙二醇前后大概有几百种化合物,跟精馏技术比要比石油乙二醇技术来的复杂。

第二个方面,关于能耗问题。我们分析了一下,能耗有两个,一个是动力、一个是蒸汽。最大的蓝色部分是甲醇分离的能耗,因为生产乙二醇时候,甲醇一直在体系里面不消耗,甲醇一直在体系里面转,所以每生产一吨的乙二醇,我有几吨的甲醇在这个体系里面转,肯定是两吨比三吨好,所以我们必须要大大降低在体系里面的甲醇的含量,甲醇循环量大,我们还有精馏,这样能耗大。

第二个方面动力,压缩机,合成压缩机消耗了40%动力,我们的制冷机消耗了46%的动力,还有其他。这样使得我们重新考虑了尾气的吸收利用是不是效益最高了。因为把氮氧化物完全吸收了,你吸收越高温度越低,但是又要有一个国家环保的规定,要达到排放,所以这个方面是我们必须要考虑的一个因素,这是蒸汽和动力消耗方面。

下面是反应器。有多的地方操作简单、容易控制,反应器采用几台并联的方式,我们今后一定采用更好的反应器,把我们反应器的效率进一步提高。

在设备投资方面,从蓝色部分开始,36%的就是我们的反应器,24%是在压缩机的,紫色16%是我们在制冷机的,这个是其他的制备,反应器是我们大头,四台改成一台,我们投资量大幅度降低。

(以上内容根据速记整理,未经嘉宾审核)

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