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我们正向精细煤化工产业转型升级,目前的抓手是实现MTO副产碳四综合高效利用最大化。”中煤陕西榆林能源化工有限公司总经理助理周永涛介绍说,公司根据自身情况,确定了MTBE(甲基叔丁基醚)/1-丁烯+烯烃转换(OCU)组合工艺技术方案,将利用混合碳四生产MTBE、丁烯-1和聚合级丙烯,年增产丙烯7万吨,使烯烃单耗有所降低,还有效解决了共聚单体丁烯-1的来源问题,创效1.5亿元。
被称为榆能化“姊妹篇”的延长石油延安能源化工有限公司煤油气资源综合利用项目正在紧锣密鼓建设中。该项目除聚烯烃产品外,还增加了乙丙橡胶、丁醇、2-PH(2-丙基庚醇)等。此外,延长石油10万吨/年煤经甲醇制乙醇示范项目即将建成试车;同时还谋划煤制乙二醇、PX、聚酯以及开发焦油深加工高端化学品等项目。
胡迁林认为,煤化工精细化发展,意味着煤化工企业要更加深入化工行业。煤化工企业应在下游产品设计和应用上积极尝试走高端化、差异化和特色化道路,避免同质化竞争,同时高度重视资源、安全、环保等新政对产业的影响,系统性推行环保新技术,解决煤化工发展水资源和废水排放技术瓶颈,加快煤化工产业的示范和升级,促进产业健康发展。
瓶颈:技术待突破
目前煤化工产品开发仍偏重于一次能源转化,下游产品开发还远未达到石油化工行业的水平,大量精细化工产品和化工新材料仍然依赖进口,成为煤化工经济效益不强、遇到油价波动就“感冒”的主要原因。比如从2015年我国主要短缺产品自给率来看,PX自给率52%、聚酰胺工程塑料41%、高端聚烯烃38%、乙二醇33.1%,而聚碳酸酯和碳纤维自给率分别仅27%、29%,一些高端聚合物(包括聚合单体)、高端聚酯、高性能纤维、专用化学品等煤基化学品缺乏核心生产技术。
“煤化工精细化是发展势趋,但企业真正要参与其中也还面临一些实际困难。煤化工产业受限于水资源制约,环保排放压力大;技术装备也是制约瓶颈,行业标准体系尚未健全,这些都是发展煤化工精细化的难题。”胡迁林坦言,国内煤化工企业大多缺乏化工领域的技术积累,迫切需要相关生产技术的支持。同时,企业对煤化工精细化发展催生的一批煤基化学品也是一个相对陌生的市场。此外,煤基化学品大多没有相应的产品标准,这些都是煤化工精细化发展需关注的问题。
“煤化工精细化发展对煤气化技术带来了挑战。”华东理工大学教授陈雪莉说,煤气化大型化是趋势和方向,拓展原料适应性是内在要求和保障,实现近零排放是不断追求的目标和必然要求。大型化可以大幅降低投资,通过高效率节能降耗,但也存在极端条件下怎么实现过程强化、复杂反应物分离等技术难题,需要不断攻关完善。
在这方面也有企业在进行突破攻关。“我们自主研发的煤提取煤焦油与制合成气一体化(CCSI)技术获重大突破,万吨级工业试验装置刚刚实现144小时连续平稳运行,煤焦油产率达16.23%。”陕西延长石油集团公司煤化工首席专家、碳氢中心主任李大鹏告诉中国化工报记者,在提取焦油的同时,产生的粗合成气还可用来发电,与绿色发电技术集成耦合,形成煤炭清洁高效转化—煤焦油深加工—绿色发电一体化的新型煤电油化多联产模式。
“煤炭可以看作具有3D空间的天然高分子材料。煤化工除气化深加工外,以煤焦油、煤沥青为主开发高附加值的功能碳材料也是很好的出路,通过‘分子剪裁’技术,利用碳原子沉淀状态多样化合成不同的材料。但煤的组成非常复杂,要把组成和结构复杂的做成碳材料并不是容易的事。”大连理工大学能源研究院副院长邱介山告诉记者,该院依托自主开发的煤沥青基碳纤维技术,正与香港某企业合作在张家港开展300吨/年煤焦油处理量工业试验装置,生产30吨沥青基碳纤维,预计年底建成运行。
随着碳税和碳排放交易时代的到来,碳减排迫在眉睫。“世界上还没有一条比较理想的二氧化碳化学封存利用技术路线,二氧化碳转化成甲醇的路线也是不合理的。”山东大学教授朱维群说,煤化工生产过程排放大量的CO2,再去捕集、封存、利用往往得不偿失。因此在生产中尽可能地将CO2封存在产品中,在生产过程中不排放CO2,实际上这也是最好的CO2封存利用。
朱维群建议将一部分氢气与伴生的氮气反应成氨,氨与二氧化碳在一定工艺过程条件下得到二氧化碳含量最高的稳定固体产品三嗪醇,剩余的氢气再去发电。生产一吨三嗪醇产品需要消耗1吨二氧化碳。三嗪醇可以进一步合成三嗪胺、三嗪醇树脂、三嗪醇交联剂、三嗪醇氯化产品等。比如年产30万吨合成氨、52万吨尿素装置,就可以建立年产66万吨的三嗪醇装置,每年减少排放CO216万吨。
“我国在煤化工相关领域已取得了令人瞩目的成绩,一些技术走在世界前列,但仍有较大发展空间。煤化工比以往任何时候更需要科技创新。”蔡睿说,大连化物所正在围绕新一代煤制化学品开展技术攻关,开发煤制化学品高效催化剂研发、放大与工业制备,突破甲醇制烯烃第三代技术(DMTO-III)、甲醇制丙烯(DMTP)、甲醇经二甲醚羰基化制乙醇、甲醇(甲苯)制PX联产烯烃、甲醇与石脑油耦合制烯烃、合成气制高碳伯醇、煤制聚甲氧基二甲醚等技术,探索合成气一步法制烯烃、乙醇等技术。
9月中旬,陕西煤业化工集团开发的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)工业试验项目通过科技成果鉴定,这套2万吨/年低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术工业试验装置可使能源转换效率达到80.97%,焦油产率17.11%。
8月初,西北化工研究院研发的煤油共气化四通道喷嘴制合成气工艺技术,在延长中煤榆林能源化工有限公司一次投料试车成功,合成气有效成分提高5个百分点,氧耗下降7%,能效利用率提高6%以上。
虽然我国煤化工技术不断获得重大突破,在煤气化、煤液化、甲醇制烯烃、甲醇制芳烃、合成气制乙二醇、合成气制乙醇等技术都有很大发展,但当前现代煤化工技术大部分还处于示范和升级阶段,主要工艺还有提升和优化的空间。
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