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煤炭分质利用:产品链经济性临考

更新时间:16-02-27点击次数:1547次

煤炭中含有焦油、煤气等挥发分。煤炭分质利用,就是通过热解,把煤炭中不同的成分先分离出来,包括甲烷、氢气、焦油和半焦等。焦油加氢,还可以生产出汽油、柴油。煤分质利用有两个现实意义,一是资源得到更充分有效的利用,二是半焦通过热解得到有效净化,变成低挥发分、低硫的清洁燃料,以半焦替代散烧煤能减少对大气的污染。因此,煤炭分质利用被很多专家看成是煤炭清洁高效利用的有效途径,是煤炭加工利用的最理想的方案,也是“十三五”煤化工的重点发展方向。
然而,在低油价时代,尽管煤分质利用示范企业近几年良好的表现获得了业界认可,但是煤炭分质利用的下游产品柴油、石脑油纷纷遭遇大幅降价;另一方面煤炭分质利用的重要产品——半焦既面临着过剩,又缺乏比较经济的利用方案,因此,煤分质利用产品链经济性正面临考验。
在采访中,业内人士认为,当前在煤炭分质利用悄然升温的时候,如想使产业走得更远更好,煤炭分质利用下游产品路线必须要细细思考。


柴油:   调配国标柴油具有可行性


煤分质利用的一大亮点是生产柴油。煤热解后产生煤焦油,煤焦油加氢后可以制得的柴油,相比煤直接制油、煤间接制油投资更低。但是所产的柴油与国标柴油指标有一定差距,虽然低凝点、低硫、低氮,但是十六烷值、多环芳烃等指标偏低。
“煤焦油加氢制得的柴油综合性能达不到国Ⅲ车用柴油标准。”甘肃宏汇能源化工有限公司副总经理张建强说,煤焦油加氢制得的柴油十六烷值不到40,国Ⅲ标准车用柴油的十六烷值要求不小于49,因此,其只能作为柴油调合组分,不能直接加注到机动车里当作燃料。

张建强表示,在高油价时代,煤焦油加氢制取的柴油不愁销售,上马的企业都取得了很好的经济效益。受国际原油价格大幅下跌和国内成品油价格持续下调影响,煤焦油加氢所得柴油价格已经跌至4000元/吨左右,与价格最高时相比已腰斩,如果加上燃油消费税,煤焦油加氢生产柴油,企业实际上基本无利可图,甚至陷入亏损的境地。 与此同时,我国成品油升级步伐正在加快,2016年1月1日起,东部地区重点城市供应与国Ⅳ标准车用柴油相同硫含量的普通柴油,2017年7月1日,全国全面供应国Ⅳ标准普通柴油,同

时停止国内销售低于国Ⅳ标准的普通柴油。
在国际油价连跌、成品油升级的背景下,过去两年国内又连续3次上调成品油消费税。因此,一家正在建设煤分质利用项目的公司总经理萌生了调整煤焦油加氢产品路线的思路,他提出两条条产品路线调整想法:一是把煤焦油加氢制得的柴油调合成国Ⅳ标准的普通柴油、国Ⅳ标准车用柴油,然后直接进入终端市场;二是柴油或煤焦油用来生产化工产品,合理避开消费税。
齐鲁石化高级工程师刘焕田认为,煤焦油制取的柴油通过调合达到普通柴油国Ⅳ标准、车用柴油国Ⅳ标准具有可行性。费托合成的柴油十六烷值达65,且不含硫、氮、磷以及重金属离子,芳香烃含量也很低,但缺点是凝点比较高,密度比一般的柴油低,只有0.7多千克/立方分米。聚甲氧基二甲醚十六烷值平均达到76以上,添加到柴油后,可以使柴油凝点降低,氧含量达到40%多,可以使柴油燃烧更充分,大幅降低碳烟和颗粒等污染物排放。煤焦油加氢产的柴油与费托柴油、聚甲氧基二甲醚调合后,可以达到国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油标准,直接进入终端市场。目前,我国约有2/3的柴油消费集中在非道路机械、水运工具等领域,市场需求很大。
山西丹峰化工股份有限公司副总工李保明表示,煤焦油加氢产的柴油与费托柴油、聚甲氧基二甲醚调合达标后直接进入终端市场的确是一条可行的路子,但是具体怎么调合、调合比例是多少,还有待验证。 煤焦油加氢所得柴油,十六烷值低代表组分中链烷烃含量低,环烷烃、芳烃含量高。因此,有企业提出,能否从中提取化工产品,这样既能提高产品价值,还可以避开消费税。 但从记者了解到的情况看,从煤焦油加氢所得柴油中提取化工产品尚得不到有力的技术支持。 记者从有关设计院专家处了解到,煤焦油加氢所得柴油总环烷烃约54.67%,柴油裂化制取芳烃从理论上是可行的,柴油里的环烷烃结构复杂难测,将柴油分割提取成纯度大于99.5以上化工产品,所制取的化工产品的选择性难以量化,要保证全转化为单环芳烃,从工艺、催化剂角度都较困难,并且不一定保证都是有效的单一芳烃。
另据记者调查,目前中石化用柴油制取芳烃技术还没有突破,仅是用柴油加氢转化生产高辛烷值汽油组分,而不是抽提芳烃。

石脑油: 制芳烃尚需工业化验证
煤焦油加氢的产品除柴油外,还有石脑油,通过调整催化剂、操作条件,所得的石脑油比例最高可达35%~40%。据记者了解,目前煤焦油加氢后所得的石脑油价格约为3800元∕吨,基本上属于微利,每吨如再缴纳2300~2400元的消费税,企业就要赔钱。
石脑油是乙烯和芳烃的重要生产原料,那么,煤焦油加氢生产的石脑油能否也用来生产乙烯和芳烃?或者用煤焦油直接制取芳烃?这也成为业内人士当前所关注的问题。 有业内人士认为用煤焦油直接制取芳烃的产品路线不可行。湖南长岭石化科技开发有限公司副总经理朱方明告诉记者,煤焦油芳烃含量高,理论上可以通过加氢裂化得到芳烃,但是得到的芳烃是混合物,组成成分太乱太杂,苯、甲苯、二甲苯、对二甲苯所占的比例很难确定,分离、提纯过程复杂且麻烦。用煤焦油制芳烃产出的苯、甲苯、二甲苯、特别是最有市场价值的对二甲苯选择性高,纯度能达到99.95%,才有意义。朱方明指出,如果达不到这样的标准,煤焦油制芳烃只能是个概念。
山东淄博泰通催化技术有限公司总经理万学兵也认为,煤焦油芳烃含量高,组分非常复杂,以获取苯、甲苯、二甲苯、对二甲苯等芳烃为目的的分离、提纯,不具可取的经济价值。 石脑油中链烷烃含量越高,其裂解得到的乙烯、丙烯、丁二烯收率也相对越高,根据中石化、中石油乙烯裂解原料石脑油标准,链烷烃要求最小55%,据记者调查,煤焦油加氢制得的精制石脑油链烷烃含量38%左右,裂化石脑油也就50%,很难满足乙烯裂解原料要求。 石脑油的芳潜含量的高低,直接决定着芳烃产量的高低,也决定着装置的经济效益。芳潜含量即芳烃的潜含量,是指石脑油中C6~C10环烷烃含量与C6~C10芳烃含量之和。通过催化重整即C6环烷烃转化为C6芳烃(苯),C7环烷烃转化为C7芳烃(即甲苯),依次类推,而C7芳烃、C9芳烃和C10芳烃经过歧化反应转化为高附加值的C8芳烃(即混合二甲苯)和苯。目前煤焦油加氢产的石脑油的芳烃潜含量在45%~60%,高于常规重整原料的芳烃潜含量,对石脑油重整可以生产苯、甲苯和二甲苯及C9以上重芳烃,其余组分作为高辛烷值汽油调和组分,高辛烷值汽油调和组分既可以直接销售,也可以企业自己调合国Ⅴ汽油,外购部分催化汽油、直馏汽油或烷基化汽油组分与高辛烷值汽油调和组分调和后,使芳烃含量满足国Ⅴ汽油质量标准。
因此,一些技术专利商和设计院提出了多条成品路线:一是用石脑油生产苯、甲苯、二甲苯等芳烃产品路线;二是生产芳烃和高辛烷值汽油产品路线,根据芳烃、汽油市场价格变化适当调整产品,装置规模较大可适当采购一些石化低芳潜石脑油;三是石脑油提取环戊烷等两种化工产品后,再对其异构化提高辛烷值后,作为国Ⅴ汽油的调和组分;四是石脑油走精细化工路线,精馏后 得到异戊烷、正戊烷、环戊烷、正己烷、环己烷,正戊烷可作发泡剂,环戊烷可作制冷剂,正己烷、环己烷作为高精萃取剂。 “不过,现在一般都是这个专家来了提这个产品路线,那个专家来了提那个产品路线,具体都还都没有经过工业化验证。”甘肃宏汇能源化工有限公司高级工程师曹先勇说。 在曹先勇看来,石脑油重整制芳烃尚需要进行工业化验证。专家认为能做芳烃也大多是根据PONA(链烷烃、烯烃、环烷烃和芳烃组成)值组分单体烃理论推算出来的,石脑油重整后,催化难度怎么样?干气、液化气会增多,会有多少变成液态?这些问题都很难确定,有待验证。还有,验证后的经济性如何?项目的周期性如何?目前也都还未知。

半焦: 利用方案还在探索之中
在煤分质利用过程中,热解1吨煤大约可以生产0.5吨半焦,半焦利用是煤分质利用的关键,在低油价下,也影响着煤分质利用效益。目前半焦市场处于过剩状态,因此,业内人建议煤分质利用必须解决好半焦的利用问题。 从去年开始,榆林地区为拓宽半焦销售渠道,打出了“清洁燃料”牌。鼓励用半焦替代小锅炉、家庭取暖、餐饮用煤等民用煤,降低民用燃煤的各类霾前体物,改善城市和区域灰霾污染,居民室内低空排放的大量毒性多环芳烃也有非常明显的下降趋势。但是,由于半焦强度较低,加工成型煤后不够坚韧,长途运输较容易破碎,而且比普通原煤价格高,用户很难放弃原煤使用半焦,民用燃煤改用用半焦的情况依然很少。
用半焦发电也不如原煤经济。半焦市场价格一直比块煤高200元/吨,而且干馏后的半焦挥发分少,单独烧不容易点燃,现有的粉煤锅炉或循环流化床锅炉多按照烟煤设计,如果使用半焦还需要对现有设备、控制程序进行改造、调整,这无疑会增加成本。
半焦可以作为气化原料,配套费托合成等煤化工项目,形成多联产,真正实现煤分质利用。据调查,半焦部分替代原煤制水煤浆气化早已有工业化应用,最高掺烧比例可以达到50%。
据了解,要提取出规模产量的焦油、煤气,煤分质利用就要规模化、大型化,目前单套煤热解炉规模越来越大型化,抛开技术成熟程度不说,目前在建的新型立式干馏炉、回转炉、新型带式热解炉,单炉年煤热解规模从传统立式干馏炉10万吨,跃升到30万吨、100万吨,也为煤煤分质利用规模化奠定了基 础。目前国内热解每吨煤大约可以产约0.5吨半焦,1000万吨/年煤分质利用项目一年所产半焦就要500万吨。“半焦数量太多,用不完。” 北京中科合成油工程有限公司顾问唐宏青如是说。
石油化工规划院能源化工处高级工程师刘思明告诉记者,如果单独用半焦制水煤浆,然后气化,由于半焦孔隙多,比表面积大,用半焦制水煤浆,半焦与水结合后成浆浓度低,成浆性不好,固定碳达到80%至85%,耗氧量高。由于半焦已经将挥发分脱除,挥发分低会导致反应活性下降,碳转化率也较低。半焦灰分含量高、硬度大,有的半焦灰分高达35%,因此无论是制成水煤浆还是干粉气化,都易堵塞气化炉,且有效合成气的气化成本也高。
“半焦利用不是没有方案,而是没有比较好的方案,完全用半焦气化还要经过从试验到工业化放大这么一个过程。” 唐宏青说。更有业内人士甚至提出,如果半焦气化不经济,没有好的利用方案,热解产的煤焦油加氢所得的柴油达不到国家标准,不如直接把煤气化后,费托合成制油经济。


《中国化工》2016-02-25

(编辑:河南亿成干燥科技)
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