煤制油中一吨油消耗多少煤
煤制油中一吨油消耗4-5吨煤。煤制油是以煤炭为原料,通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术,包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下,通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料,并脱除硫、氮、氧等原子。
扩展资料
截止 2017 年底,我国已建成间接液化煤制油项目5个、直接液化煤制油项目1个,产能达658万吨,并且均实现了长周期的稳定开工。
这些示范工程的成功运营,标志着煤制油技术工艺在我国得到了进一步的验证。同时也积累了大量的工程设计、建设、运行和管理经验,相关的装备生产和制造均取得了重大突破,国产化水平大幅提升。
三十公斤到六十公斤煤焦油。煤制油是用一种稀缺资源去换另一种稀缺资源,转换之间还浪费了大量的资源。用每吨比热每千克5000大卡的4吨优质煤炭,转化成每千克1吨1万大卡的石油,可以计算出能产出三十公斤到六十公斤煤焦油,但是其间会浪费一半的能源。
3~4吨煤可以生产1吨油,但是,煤制油的另一个问题是转化1吨油需要消耗10吨水,耗水量是产油量的10倍。
煤制油(Coal-to-liquids, CTL)是以煤炭为原料,通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术,包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下,通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料,并脱除硫、氮、氧等原子。具有对煤的种类适应性差,反应及操作条件苛刻,产出燃油的芳烃、硫和氮等杂质含量高,十六烷值低的特点,在发动机上直接燃用较为困难。费托合成工艺是以合成气为原料制备烃类化合物的过程。合成气可由天然气、煤炭、轻烃、重质油、生物质等原料制备。根据合成气的原料不同,费托合成油可分为:煤制油(Coal-to-liquids, CTL)、(生物质制油 Biomass-to-liquids, BTL)和天然气制油(Gas-to-liquids, GTL)。煤的间接液化首先把煤气化,再通过费托合成转化为烃类燃料。生产的油品具有十六烷值高、H/C含量较高、低硫和低芳烃以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。同时,CTL具有运动粘度低,密度小、体积热值低等特点。
煤炭因其储量大和价格相对稳定,成为中国动力生产的首选燃料。在本世纪前50年内,煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。预计煤炭占一次能源比例将由1999年67.8%、2000年63.8%、2003年67.8%达到2005年50%左右。我国每年烧掉的重油约3000万吨,石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程,以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。 煤的间接液化工艺就是先对原料煤进行气化,再做净化处理后,得到一氧化碳和氢气的原料气.然后在270C ~350C左右,2.5MPa以及催化剂的作用下合成出有关油品或化工产品。即先将煤气化为合成气(CO+H2),合成气经脱除硫、氮和氧净化后,经水煤气反应使H2/CO比调整到合适值,再Fischer-Tropsch催化反应合成液体燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反应合成柴油工艺包括:煤的气化及煤气净化、变换和脱碳;F-T合成反应;油品加工等3个步骤。气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气,净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体脱除,得到成分合格的合成气.合成气进入合成反应器,在一定温度、压力及催化剂作用下,H2和CO转化为直链烃类、水及少量的含氧有机化合物.其中油相采用常规石油炼制手段,经进一步加工得到合格的柴油。F-T合成柴油的特点是:合成条件较温和,无论是固定床、流化床还是浆态床,反应温度均低于350℃,反应压力为2.0~3.0MPa,且转化率高。间接液化几乎不依赖于煤种(适用于天然气及其它含碳资源),而且反应及操作条件温和。间接法虽然流程复杂、投资较高,但对煤种要求不高,产物主要由链状烃构成,因此所获得的十六烷值很高,几乎不含硫和芳香烃。
由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家,其煤炭储藏量高达553.33亿吨,储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术,生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。萨索尔(Sasol)公司现有二套“煤炭间接液化”装置,年生产液体烃类产品700多万吨(萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年),其中合成油品500万吨,每年耗煤4950万吨。累计的70亿美元投资早已收回。现年产值达40亿美元,年实现利润近12亿美元。 当前,我国己投入工业化示范的煤制油项目有5个,产能达160万吨。根据煤制油项目进展情况和几个煤制油企业规划,到2015年煤制油产能可达1200万吨,2020年可达3300万吨的规模。
预计,按照高中低三种增速计算,到2015年我国煤制油的生产规模分别达到600万吨/年、1000万吨/年、1200万吨/年。到2020年高增长情景下可达5000万吨/年。
现阶段,我国煤制油行业处在大型国有煤炭企业中试点阶段。数据监测显示,截至2012年底,已经投产的项目中煤制油总产能为170万吨/年,其中神华集团居于主导地位,占总产能的74%。根据煤制油项目投产企业的占比,推算出2012年中国煤制油项目生产油品的总规模达到106.08万吨,与2011年相比,有所下降。
我国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及工程开发,完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验,5吨煤炭可合成1吨成品油。据项目规划,一个万吨级的“煤变油”装置可望在未来3年内崛起于我国煤炭大省山西。中科院还设想到2008年建成一个百万吨级的煤基合成油大型企业,山西大同、朔州地区几个大煤田之间将建成一个大的煤“炼油厂”。最近,总投资100亿美元的朔州连顺能源公司每年500万吨煤基合成油项目已进入实质性开发阶段,计划2005年建成投产。产品将包括辛烷值不低于90号且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500种化工延伸产品。
2015年9月,我国首套百万吨级煤间接液化制油项目,在位于陕西省榆林市的陕西未来能源化工有限公司投产,并产出了优质油品。该项目核心技术采用兖矿集团自主研发的低温费托合成专利技术。该技术与国内外同类技术相比,具有诸多优势:吨油品催化剂消耗低,为国内外同类催化剂消耗的30%左右柴油选择性高,柴油收率达75%以上,比国内同类技术高30%以上;费托合成反应器生产强度大,是同类直径反应器产能的1.5倍碳转化率高,煤气化单元采用兖矿集团与华东理工大学共同研发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术,碳转化率高达98%~99%;热电联供系统总体热效率可超过90%。
我国煤炭资源丰富,为保障国家能源安全,满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要,2001年国家科技部”863”计划和中国科学院联合启动了”煤制油”重大科技项目。两年后,承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油,清澈透明,几乎无味,柴油中硫、氮等污染物含量极低,十六烷值高达75以上,具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比,百公里耗油减少30%,油品中硫含量小于0.5×10-6,比欧Ⅴ标准高10倍,比欧Ⅳ标准高20倍,属优异的环保型清洁燃料。
一、矿物原料特点
(一) 煤的物理性质
煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1.颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高,光泽越强;矿物质含量越多,光泽越暗;风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05~1.2,烟煤为1.2~1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35~1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2~2.5;无烟煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。
7.断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。
8.导电性
是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。
(二) 煤的化学组成
煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外,还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量,一旦达到工业品位或可综合利用时,就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量,通过工业分析可以初步了解煤的性质,大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃;在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费;炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率;燃烧时,降低有效发热量;在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高,热效率越低;燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难;炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难。为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系,煤化程度越低,挥发分越高,随着煤化程度加深,挥发分逐渐降低。
4.固定碳
测定煤的挥发分时,剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物,可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系,因此,根据焦渣的外观特征,可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。
(三)煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值,必须了解、研究煤的工艺性质,以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括:粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性
粘结性是指煤在干馏过程中,由于煤中有机质分解,熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件,结焦性好的煤必须具有良好的粘结性,但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标,一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示,常称胶质层厚度。胶质层越厚,粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多,除胶质层测定法外,还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤,一般都没有粘结性,胶质层厚度也很小。
2.发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量,亦称热值,常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量,尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起,改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量,在工业生产中,常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性
又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性
又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等),在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后,所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深,透光率逐渐加大。因此,它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
6.机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作。因此,气化用煤必须具备较高的机械强度。
7.可选性
是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法,详见第四节。
二、用途与技术经济指标
(一) 煤的工业分类
1958年,国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案,为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件,但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上,为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点,达到更加合理地利用煤炭资源的目的,1986年,国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准,将自然界中的煤划分为14大类,其中,褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1)。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。
表 2.2.1中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)
(1) 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分(%);Hr为干燥无灰基氢含量(%);GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数;Y为烟煤的胶质层最大厚度;PM为煤样的透光率(%);b为烟煤的奥亚膨胀度(%);Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。
(2) 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示。10位表示煤的挥发分,个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度,在烟煤表示结粘性。
(二) 各煤类的主要特征和用途
1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低,含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料,也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸,制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。
2.长焰煤
它的挥发分含量很高,没有或只有很小的粘结性,胶质层厚度不超过5mm,易燃烧,燃烧时有很长的火焰,故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料,也可作民用和动力燃料。
3.不粘煤
它水分大,没有粘结性,加热时基本上不产生胶质体,燃烧时发热量较小,含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。
4.弱粘煤
水分大,粘结性较弱,挥发分较高,加热时能产生较少的胶质体,能单独结焦,但结成的焦块小而易碎,粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料,也可以作为气化用煤和动力燃料。
6.气煤
挥发分高,胶质层较厚,热稳定性差。能单独结焦,但炼出的焦炭细长易碎,收缩率大,且纵裂纹多,抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦,还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
7.气肥煤
它的挥发分和粘结性都很高,结焦性介于气煤和肥煤之间,单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气,更是配煤炼焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分,加热时能产生大量的胶质体,形成大于25mm的胶质层,结焦性最强。用这种煤来炼焦,可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但这种焦炭横裂纹多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小块。由于粘结性强,因此,它是配煤炼焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤,具有很强的粘结性和中高等挥发分,单独用来炼焦时,可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此,它是良好的配煤炼焦的基础煤。
10.焦煤
具有中低等挥发分和中高等粘结性,加热时可形成稳定性很好的胶质体,单独用来炼焦,能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大,易造成推焦困难,损坏炉体,故一般都作为炼焦配煤使用。
11.瘦煤
具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时,能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好,但耐磨性较差的焦炭。因此,用它加入配煤炼焦,可以增加焦炭的块度和强度。
12.贫瘦煤
挥发分低,粘结性较弱,结焦性较差。单独炼焦时,生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用,同时,也是民用和动力的好燃料。
13.贫煤
具有一定的挥发分,加热时不产生胶质体,没有粘结性或只有微弱的粘结性,燃烧火焰短,炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区,也可充当配煤炼焦的瘦化剂。
14.无烟煤
它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料,以及制造电石、电极和炭素材料等。
(三) 工业用煤的质量要求
煤的工业用途非常广泛,归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时,在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。简要介绍如下:
1.炼焦用煤
炼焦是将煤放在干馏炉中加热,随着温度的升高(最终达到1 000℃左右),煤中有机质逐渐分解,其中,挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出,成为煤气和煤焦油,残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石,提供热能和支撑炉料,保持炉料透气性能良好的作用。因此,炼焦用煤的质量要求,是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。国家对冶金焦用煤有专门的质量标准,见表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤质量标准 (GB397-65)见上图
2气化用煤
煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质,经过热化学处理过程,把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种:①固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料,制造合成氨原料气。要求作为原料煤的固定碳>80%,灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)≤2%,要求粒度要均匀,25~75mm,或19~50mm,或13~25mm,机械强度>65%,热稳定性S+13>60%,灰熔点(T2)>1 250℃,挥发分不高于9%,化学反应性愈强愈好。②沸腾层气化法。对原料煤的质量要求是:化学反应性要大于60%,不粘结或弱粘结,灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)<2%,水分(WQ)<10%,灰熔点(T2)>1 200℃,粒度<10mm,主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等。
3.炼油用煤
一般以褐煤、长焰煤为主,弱粘煤和气煤也可以使用,其要求取决于炼油方法。①低温干馏法,是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏,以制取低温焦油,同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤。对原料煤的质量要求是:焦油产率(Tf)>7%,胶质层厚度<9mm,热稳定性S+13>40%,粒度6~13mm,最好为20~80mm 。②加氢液化法,是将煤、催化剂和重油混合在一起,在高温高压下使煤中有机质破坏,与氢作用转化成低分子液态或气态产物,进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化(C/H)<16,挥发分>35%,灰分(Ag)<5%,煤岩的丝炭含量<2%。
4.燃料用煤
任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。蒸汽机车用煤要求较高,国家规定是:挥发分(Vr)≥20%,灰分(Ag)≤24%,灰熔点(T2)≥1 200℃,硫分(SgQ)长隧道及隧道群区段≤1%,低位发热量2.09312×107~2.51174×107J/kg以上。发电厂一般应尽量用灰分(Ag)>30%的劣质煤,少数大型锅炉可用灰分(Ag)20%左右的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业,近年来,我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展,不少发热量仅有8 372.5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂,有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。
煤的其他用途还很多。如,褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料;从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用;用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料;用煤沥青制成的碳素纤维,其抗拉强度比钢材大千倍,且重量轻、耐高温,是发展太空技术的重要材料;用煤沥青还可以制成针状焦,生产新型的电炉电极,可提高电炉炼钢的生产效率等等。总之,随着现代科学技术的不断进步,煤炭的综合利用技术也在迅速发展,煤炭的综合利用领域必将继续扩大。
三、矿业简史
(一) 古代煤矿业简史
我国是世界上发现、利用煤炭最早的国家。1973年,在辽宁省沈阳市北陵附近新石器时代的新乐遗址下层发现了为数不少的精煤制品。其中有:圆泡形饰25件,耳(王当)形饰6件,圆珠15件,和这些煤制品同时出土的还有碎煤精、精煤半成品和煤块97块。这些煤制品,经过前辽宁省煤田地质勘探公司科研所鉴定,“呈弱油脂光泽,均一状结构,硬度、韧性均很大为其特点”,很容易用火柴点燃,燃烧时发出明亮而带黑烟的火焰,并发出一种烧橡皮的气味。经过工业分析和元素分析证明,其原料就是烛煤。这是世界上用煤最早的确凿证据,也是说明我国早在六七千年前就已发现并开始利用煤炭的历史见证。
50年代中期和70年代中期,考古工作者先后在陕西省4处西周墓中出土了煤雕制品,其中,宝鸡市茹家庄一处就出土了200余枚之多。据此可以判断,早在西周时期,作为当时全国政治、经济中心的陕西地区,煤炭已经被开采利用。
战国时期,除继续利用煤炭雕刻生活用品外,还在当时的著作中出现了关于煤的记载。先秦时期的地理著作《山海经》就有3处有关石涅的记载:一处见于该书的《西山经》,“女床之山,其阳多赤铜,其阴多石涅”;另二处见于《中山经》,“岷山之首,曰女几之山,其上多石涅”,“又东一百五十里,曰风雨之山,其上多白金,其下多石涅”。据有关专家考证,女床之山,女几之山,风雨之山,分别位于今陕西凤翔、四川双流、什邡和通江、南江、巴中一带。古今对照,以上各地均有煤炭产出,证明《山海经》的记载基本是对的,同时,说明当时这些地方的煤炭已被发现,而且已积累了一些找煤的初步地质知识。
西汉至魏晋南北朝,出现了一定规模的煤井和相应的采煤技术,煤的用途,不仅用作生产燃料,而且还用于冶铁;不仅能够利用原煤,而且还把粉煤进行成型加工成煤饼,从而提高了煤炭的使用价值。煤的产地不仅在北方,而且在南方,甚至新疆也都有了产煤的记载。同时,煤雕工艺在这时已初步普及。
隋、唐至元代,煤炭开发更为普遍,用途更加广泛,冶金、陶瓷等行业均以煤作燃料,煤炭成了市场上的主要商品,地位日益重要,人们对煤的认识更加深化。特别应该指出的是,唐代用煤炼焦开始萌芽,到宋代,炼焦技术已臻成熟。1978年秋和1979年冬,山西考古研究所曾在山西省稷山县马村金代砖墓中发掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月,河北省文化局文物工作队在河北峰峰矿区的砚台镇发掘出3座宋、元时期的炼焦炉遗址。焦炭的出现和炼焦技术的发明,标志着煤炭的加工利用已进入了一个崭新的阶段。
从明朝到清道光20年(1840年)的时间里,当时的封建统治者比较重视煤炭的开发,对发展煤炭生产采取了一些措施,矿业管理政策也发生了某些利于煤业的变化,煤炭行业的各个环节,比以前都有较大的进步。煤炭开发技术得到了发展,形成了丰富多彩的中国古代煤炭科学技术。尽管当时都是手工作业煤窑,但因其开采利用早于其他国家,因此,17世纪以前,中国煤炭技术和管理许多方面都处于世界领先地位,这是值得我们自豪的。但是,日益衰败腐朽的封建制度终于阻碍了古代煤业的继续前进,这就导致了中国近代煤矿的诞生。
(二) 近代煤矿业简史
1840年鸦片战争以后,中国的门户被迫开放,进入了半封建半殖民地社会,开始出现近代航运业和机器工业,需要大量煤炭,而旧式手工煤窑生产已远远不能适应需要,因此,清廷洋务派积极酝酿引进西方先进的采煤技术和设备,于是近代煤矿开始出现。近代煤矿的主要标志,一是资本主义经营方式;二是在提升、通风、排水三个生产环节上使用以蒸汽为动力的提升机、通风机和排水机,其他生产环节仍然靠人力和畜力。这种技术状况差不多一直延续到1949年,其中即或有所变化,也只是局部的、微小的。这是近代煤矿区别于古代手工煤窑和现代机械化矿井的主要技术特征。
我国最早的近代煤矿是台湾的基隆煤矿和河北的开平煤矿。基隆煤矿是清政府两江总督沈葆祯雇用英国煤师开办的,1876年兴建,1878年出煤,年产量约3~5万t,因经营管理不善,投产不久产量就日渐下降,1884年中法战争时,矿井被炸,停止生产。开平煤矿是直隶总督李鸿章1876年命唐廷枢等筹建的,1877年筹办,1881年建成唐山矿,以后又建成林西、西山等矿,到1894年,平均日产达到1 500t,最高日产达2 000t。这期间还先后开办了规模大小不同、寿命长短不一的近代煤矿14个,或官办,或官商合办,或官督商办,都有官僚资本主义性质。因管理不善、资金不足、规模很小,大多数都归于失败。
1894年中日甲午战争之后,中国国势益衰,列强乘势接踵而来,外国资本大量侵入中国煤矿。1898年4月,中德签订的《胶澳租借条约》规定:“德国在山东境内自胶州湾修筑南北两条铁路,铁路沿线两旁各三十华里(15km)以内的矿产,德商有开采权。”此后,英、俄、法、日相继攫得了类似的权利。据不完全统计,从1895~1912年间,帝国主义攫取中国煤矿权的条约、协定和合同共42项(包括其他矿藏),涉及辽、吉、黑、滇、桂、川、皖、闽、黔、鲁、浙、晋、冀、热、豫、鄂、藏、新等19省。开办了开平、滦州、焦作、孟县、平定州(现平定县)、潞安、泽州、平阳府属煤矿、本溪湖、临城等规模较大的煤矿。外资煤矿的产量占中国当时近代煤矿总产量的83.2%,基本上控制了中国的煤炭工业。帝国主义的侵略激起了中国人民的反抗,从1903年起,掀起了收回矿权运动,1911年达到高潮。中国的爱国绅商,不满利源外流,在人民开展收回矿权的斗争的运动中,集资开办了一批煤矿。官僚买办见开煤矿有利可图,不愿坐失良机,亦想方设法开办煤矿。于是,从1895~1936年中国近代煤矿呈现出发展的趋势。
1937年“七·七”事变后,日本帝国主义侵占了我国的绝大多数煤矿,包括外资经营的,都陆续被其霸占,开采方式完全是掠夺性的。从1931~1945年,日本共霸占我国大小煤矿200多处,掠夺煤炭4.2亿t,被其破坏的煤炭资源不计其数。
抗日战争时期,国民政府资源委员会直辖煤矿29处,还采取资助经费等办法,鼓励私人开办煤矿,共59处,年总产量约为600多万t。在解放区,也办了一些小煤窑,供当地军民作燃料。据战后统计,晋、察、冀边区共有小煤窑473个,日产煤炭共计2 739t。
1945年抗日战争胜利后,日本霸占的煤矿小部分由解放区人民政府接管,大部分被国民党政权接管。解放战争初期,受政治、军事形势多变的影响,有些煤矿几经易手,处于停产或半停产状态。1947年以后,国民政府逐步崩溃,直到1949年新中国诞生,这些煤矿才陆续回到人民政府手中,但已遭到严重的破坏。
(三) 现代煤矿业简史
据不完全统计,新中国建国时,各地人民政府从旧中国共接收了约40个煤矿企业,200处矿井和少数几个露天矿。它们主要分布在东北、华北和华东的山东、安徽两省,除少数几处外,规模都很小,设备简陋,技术落后,加上长期战争的破坏,已是千疮百孔,一片衰微破败的景象。例如,山西大同煤矿9对矿井全部被水淹没,机器设备破坏无遗,井下没有一个完好的工作面,地面没有一间完整的厂房,没有一部机器可以正常运转,没有一条巷道可以正常通车,生产完全停顿;辽宁抚顺煤矿的西露天矿和龙凤矿井已被水淹,基本停产;河南焦作煤矿18个坑口中11个完全破坏,7个仅剩井架,已完全停产;山东淄博、枣庄,山西阳泉等较大的煤矿也是一片废墟。新中国的煤矿业就是在这样一个烂摊子上起步的。
建国伊?
供稿人:陈文龙 供稿时间:2005-4-15
统计资料显示,2003年我国石油消费量达到2.5亿吨,净进口量达到0.9亿吨,进口原油占国内原油消费量的比重达到36%。2004年,我国原油消费量2.9亿吨,比上年增长近17%,石油净进口达到1.4亿吨, 石油对外依存度已经接近45%。而2000年进口依存度还仅为29%。我国已成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。权威部门的预测数据又显示,我国石油进口的依存度还将进一步加大。预计到2010年我国的石油总需求量将达到3.5~3.8亿吨,石油进口规模将达到1.8~2亿吨,进口依存度也将随之突破50%。2020年,石油的对外依存度有可能接近60%。有关专家认为,一旦石油对外依存度超过60%,整个国家的石油安全、经济安全、国家安全都面临很大的挑战。
相对于石油和天然气资源而言,我国煤炭资源丰富,已探明煤炭资源占能源资源96%。全国累计探明煤炭保有储量超过1000亿吨。据国土资源部矿产资源储量司2004年6月发布的统计报告,截至2002年年底,我国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨,按年产19亿吨煤炭计算,可以保证开采上百年。
1、煤制油已成为我国解决石油安全的战略选择
煤制油是以煤为原料,经过化学加工,生产柴油、汽油、航空煤油等油品和石油化工产品的煤炭洁净利用技术。发展煤制油技术,用煤作原料来生产合成汽油, 不仅可以逐步减少我国对国际市场石油依赖、缓解我国未来石油资源短缺,确保国家能源安全,而且也能大大减轻煤直接燃烧对环境的严重污染。因此, 煤制油已成为我国解决石油安全问题的战略选择,也是我国能源战略调整的重大决策。煤制油工程已被列为“十五”期间国家重点组织实施的12大高技术工程之一,予以攻关研究。原国家经贸委在煤炭工业“十五”规划中提出,“十五”期间,我国将推进煤炭液化的开发和应用。2004年 6月30日,国务院出台了以煤炭为主体、以节能为原则的《能源中长期发展规划纲要》,将煤化工列入我国中长期能源发展战略的发展重点。这标志着我国将重新估价煤炭和煤化工在我国能源的可持续利用中扮演的角色,煤化工在我国迎来了新的市场需求和发展机遇。
2、我国煤液化技术已取得重大突破
上世纪五十年代,我国就开始研究煤制油技术。八十年代起,为了解决石油短缺的问题,加强了煤炭直接液化技术研究,并将煤的液化技术列入国家“863”高科技计划,组织力量予以重点攻关,取得了重大进展。例如,中国科学院山西煤化所系统地进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的技术开发,并完成了2000吨/年规模的煤基合成汽油工业实验;在钴基催化剂合成工艺开发方面,于90年代开始进行了系统的研究与开发工作,并取得阶段性结果,开发出3种型号合成柴油钴基催化剂。针对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了小型试验,“十五”期间立项进行1000吨/年级间接液化装置的开发和试验,并研制工业级煤基合成油工艺软件包。又如,煤炭科学研究总院北京煤化所从70年代末开始煤炭直接液化技术研究。先后对27个煤种在0.1吨/日装置上进行了53次运转试验。“九五”期间分别同德国、日本、美国有关部门和公司合作完成了神华、黑龙江依兰、云南先锋建设煤直接液化厂的预可行性研究。建成具有先进水平的煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检验实验室,通过大量研究,选出了15种适合于液化的中国煤,液化油收率可达50%以上(无水无灰基煤),并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究;开发了高活性的煤直接液化催化剂;利用国产加氢催化剂,进行了煤液化油的提质加工研究,经加氢精制、加氢裂化和重整等工艺的组合,成功地将煤制油加工成合格的汽油、柴油和航空油。
1997年以来,我国先后引进了德国、美国和日本的煤炭液化技术,对我国不同煤种进行了试验,分别进行了建设煤炭直接液化示范厂的可行性研究工作。
2004年9月,神华集团联合上海电气集团、上海华谊集团共同出资组建了神华煤制油研究中心有限公司,初步建成了煤制油中试装置(PDU)。该装置拟在实验室的基础上放大60倍进行试验。同年12月16日,神华集团煤直接液化关键技术获的突破,日处理6吨煤的中试装置在上海中试基地一次性投煤成功,并获得实验油品。据神华集团称:“煤直接液化的工艺流程业已打通,神华煤制油向实现产业化迈出了关键一步。”“神华煤直接液化中试”也列入上海市“科教兴市项目”计划。目前,神华已开发出具有自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”,并初步形成了煤液化技术创新体系,在上海成立了煤制油研究中心,为建设大型生产装置提供技术支撑。
3、大型煤制油项目已经启动
2004年8月25日,由我国最大的煤炭能源企业神华集团承担的我国第一个煤炭直接液化项目在内蒙古鄂尔多斯正式开工建设,并计划在2007年建成第一条500万吨的生产线,生产各种油品320万吨。到2010年,该项目产量提升到每年500万吨;到2015年,产量增加到1500万吨;2020年,产量达到2000万吨。
此外,2004年9月28日,神华集团有限责任公司和宁夏煤业集团有限责任公司以及南非SASOL合成燃料国际股份有限责任公司三方正式签署了《中国煤炭间接液化项目可行性研究第一阶段合作谅解备忘录》文本。内容包括合作方式、间接液化项目的产品结构、工艺技术路线选择、风险评估、产品的市场分析及营销以及三方合作的组织机构等。这标志着利用SASOL公司专有技术在中国建设煤炭间接液化项目的中南合作进入实质性阶段。神华集团与宁夏煤业集团将分别在陕西和宁夏与SASOL公司合作建设两座煤炭间接液化工厂,两个工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨,总投资分别约为300亿元。
山东最大的煤炭企业——兖矿集团坑口煤炭液化项目也正在紧张运作中。该项目是兖矿集团煤化工新基地项目之一,将采用俄罗斯煤直接加氢液化技术,项目每年计划处理高硫煤500万吨;而鲁能集团则确立了煤电化、煤液化、煤电冶一体化开发思路,将分三期建设煤电液化项目,建成后可达到年产960万吨成品油的规模,每期油品生产能力320万吨/年。
又如,我国产煤大省——山西省已经将“煤变油”列入省级发展规划,并计划在今后5~10年内,依托自己的煤炭资源优势,借助产业化部门的加盟,通过国家投资和社会融资方式,在朔州和大同几个大煤田之间建成一个以百万吨煤基合成油为核心的、多联产特大型企业集团,并初步计划在煤都大同附近建设一个“煤变油”的大基地。
除内蒙古、陕西、云南、山东外、安徽、黑龙江、河南,甚至在新疆和贵州,都在筹划大小不等的“煤变油”项目。
据了解,国家发改委正在考虑将“煤变油”列入“十一五规划”,并把包括“煤变油”在内的煤转化与西气东输一起列为今年我国的10大重点工程,希望在“十五”冲刺阶段在煤转化和发展替代能源方面迈出实质性步伐。
4、上海主动为煤制油产业化提供装备支撑
上海市政府对神华集团煤液化项目十分关注,要求上海电气(集团)总公司充分发挥上海工业和科技的整体优势,积极参与煤液化项目重大装备的研制,实现煤液化装置大型、特大型压力容器和关键设备的国内制造。目前,上海市已将煤制油成套装备列入“上海优先发展先进制造业行动方案”重点培育和发展的新兴产业,有关大型煤液化装置关键设备技术攻关和设备制造已经开始设计试制。与此同时,煤制油装备配套用关键新材料也在攻关开发。2005年将研制成功加氢反应器、换热器、泵、机、阀等主要设备,并形成一定的生产能力,开始承接中、小项目的设备成套和工程总承包,实现年销售收入5~10亿元。到2007年拥有主要关键设备制造能力和自主知识产权,形成煤液化装备的制造、销售、安装、调试和工程成套能力,实现年销售收入20~30亿元。到2010年实现年销售收入60~80亿元,基本建成煤液化装备制造基地,以满足国内外大中小型煤液化项目对设备的市场需要。
成“能耗双控”重点,短期运行影响大
《意见》强调:我国将继续强化能源消费强度和总量双控。根据意见,坚持节能优先的能源发展战略,严格控制能耗和二氧化碳排放强度,合理控制能源消费总量,统筹建立二氧化碳排放总量控制制度。
由此看来, 我国“能耗双控“政策将长期坚持,煤化工企业所盼的是,地方政府在执行这一政策时,切莫采取”一刀切“和”运动式“减碳行为,让煤化工企业或转型升级、或有序退出。
事实上,今年以来,一些地方推行“一刀切”和“运动式”减碳行动,“能耗双控”政策不断趋严加码,煤化工企业很受伤。例如一家大型煤化工公司自今年以来多次受到地方政府双控政策影响,3月份被当地政府要求企业每天大幅降低电量,限电后企业无法满足最低负荷用电需求,经沟通无果后被迫按照政府要求停车。这家企业周围的其它三家企业也遭遇相同的命运,相继被迫停产。今年9月初又以能耗指标用完为由,被要求停产。就这样开开停停,断断续续,原本效益就不好,如今更是雪上加霜。
今年8月12日,国家发改委印发《2021年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表》显示,我国包括青海、宁夏、广西等9省(区)上半年能耗强度不降反升,被列为红色一级预警;广东、福建、云南等8个省(区)在能源消费总量控制方面被列为红色一级预警。受此影响,3季度以来,上述拉响红色一级预警的省区纷纷雷霆出击,限制“两高”产业。又由于4季度是传统的用能旺季,那些上半年能耗双控指标完成得较好的省(区),同样不敢掉以轻心,也开始加大了对列入“两高”名单的产业的控制。一时间,几乎所有煤化工项目受到限制,产业现状一片黯然,行业发展信心再次受挫。
各地“一刀切、运动式“减碳”方式,严重制约了煤化工产业的生存和发展,给企业的运行、经济的正常发展带来极大负面影响。最直接影响,就是一些地方对煤化工企业限制供煤、减少供电,给正常运行的煤化工企业带来极大困扰,导致不少企业处于停产、半停产状态,整个现代煤化工行业面临生死大考。
被列入“两高项目”,长远发展无前途
《意见》强调指出:坚决遏制高耗能高排放项目盲目发展。出台煤电、石化、煤化工等产能控制政策。未纳入国家有关领域产业规划的,一律不得新建改扩建炼油和新建乙烯、对二甲苯、煤制烯烃项目。合理控制煤制油气产能规模。提升高耗能高排放项目能耗准入标准。
不难看出, 《意见》将煤化工作列为“两高项目”,并直接点了煤制烯烃、煤制油气的名。 而国务院在《方案》也明确要求:坚决遏制“两高”项目盲目发展。采取强有力措施,对“两高”项目实行清单管理、分类处置、动态监控。
我国煤化工行业中,传统煤化工早已被各地列为两高项目限制发展。例如内蒙古自治区从2021年起不再审批焦炭(兰炭)、电石、聚氯乙烯、合成氨(尿素)、甲醇、乙二醇等“两高”项目;广东省将年综合能耗超过1万吨标煤的煤化工、焦化等项目纳入“两高”项目管理台账;陕西省也出台了对“两高”项目限产等一系列具体措施。
我国现代煤化工一般指包括煤制烯烃、煤制油、煤制气、煤制乙二醇四个工业路径。其中煤制烯烃是现代煤化工中近年来表现最好的一个路径,发展也最快。据统计,2020年国内煤制烯烃总产能达1120万吨/年,且产能还在进一步释放中。尤其是今年上半年,受市场价格暴涨影响,不少企业着实赚了一把。但这个现代煤化工领域的“明星“项目,《意见》规定”不得新建改建扩建“,意思是,煤制烯烃的“存量项目”仍可继续保持运转,但今后不得有“增量”项目出现。由此,煤制烯烃产业的发展前景已十分清晰,试图再行上马煤制烯烃的想法可以打消了。
《意见》要求 “合理控制煤制油气产能规模”,事实上,我国煤制油气的产能规模并不大,煤制油产能为921万吨/年,煤制气产能规模为51亿立方米/年,由于煤制油气项目投入高、经济性差、风险大,企业发展意愿普遍不强,此前一些获得批复的项目基本处于观望状态,有的甚至不打算继续推进,即使不控制,也少有愿意再干这类项目。
煤炭供应“量缺价高”,企业普遍”吃不饱”
《意见》提出,加快煤炭减量步伐,“十四五”时期严控煤炭消费增长,“十五五”时期逐步减少。这表明,我国煤炭消费的“峰值”将于2025年到来。
今年以来,由于煤炭供应骤然紧张,煤化工企业普遍“吃不饱“。《意见》使不少企业再一步认识到,今后煤炭“量缺价高”将成为制约煤化工发展的关键瓶颈。
今年三季度以来波及我国20余省市突然爆发的“拉闸限电”危机,背后的要因就是缺煤。
我国煤化工已经成为继煤电之后,消耗煤炭最多的产业,是煤炭的第二大用户。据统计,我国煤炭年消费总量为40.8亿吨,其中发电消费动力煤34亿吨,占煤炭消费总量的83%;其余17%则主要为煤化工用煤,约5亿吨以上。
在一些煤炭富集地区,由于煤化工产业发展的速度远高于煤炭产能释放的速度,使得原本富足的煤炭产量骤然变得紧张起来。以蒙东地区为例,这里是我国褐煤的主产区,储量丰富,过去煤炭贱比白莱,2005年当地褐煤价格每吨仅几十元,眼下却超过300元/吨。由于多个大型煤化工项目和煤电项目的上马,该地区煤炭紧张状况已持续多年,无论是发电项目、还是煤化工项目都因缺煤而“半死不活‘,由于煤炭”量缺价涨“,使得当地多个煤化工项目因缺煤日子很不好过,生产负荷难以保证,企业持续亏损;而煤电项目也因缺煤而不能正常发电,有的坑口电厂都难以保障煤炭需求。而据了解,这决不是蒙东一地独有的情况,如比陕西榆林、神木,内蒙鄂尔多斯等地的拉煤卡车排起了长龙,我国多个富煤地区出现煤炭供不应求的紧张局面。
今年下半年以来,国际原油价格一路走高,国内大宗化工商品居高不下,对煤化工构成极大利好,几乎所有的煤化工项目都有钱可赚,高油价支撑煤化工开工率显著提升。于是,各地煤化工企业开足马力抢抓市场契机,这样一来,煤化工开工率远高于去过几年,煤化工对煤炭的需求更加旺盛。据测算,2021年煤化工用煤或增加5000万吨,平均每月增长400多万吨。有人测算,“十四五”期间,如果油价一直处于相对高位,2025年煤化工用煤量将比2020年底增加约1.2亿吨。
最近,国家正在加大煤炭市场的干预力度。10月19日,国家发改委就缓解当前能源危机推出了大力释放煤炭产能、稳定增加煤炭产量、引导煤价回归合理水平等8项措施,煤炭紧张局面开始出现好转,各地“拉闸限电”已有好转。但“头痛医头、脚痛医脚”的阶段性措施不能毕其功于一役,有关部门在考虑煤炭总量控制时,如果忽略了煤化工产业对煤炭的刚性需求,煤炭“量缺价高”的现象还将长期存在下去。
全国电厂动力煤日耗量1000万吨。
对于全国火力发电厂来说,仅可以缓解一天的消耗量。对于全国全年煤炭消费近30亿吨的规模来说,抛储数量并不算大。
一个火电厂 首先知道它的的装机容量,也就是发电机的容量。比如一个电厂有一台30万千瓦的发电机组,你就可以估算,,假设它满负荷发电,一天的发电量=30万x24小时=720万千瓦时。 也就是720万度电。
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对动力用煤的质量要求,比对其他任何用煤都低。例如低位发热量大于4186.8kJ/kg的煤矸石就可作沸腾锅炉的燃料。但从动力工艺的经济效益考虑,动力用煤也应有一定的质量要求。
首先是发热量,其次是灰熔点的高低和结渣的难易程度,粉煤锅炉燃烧还要考虑可磨性系数的大小,链条式锅炉燃料需要注意煤的含块率等指标。
动力配煤技术是将不同类别、不同品质的煤经过筛选、破碎和按比例配合等过程,改变动力煤的化学组成、物理特性和燃烧特性,使之达到煤质互补、优化产品结构、适应客户燃煤设备对煤质的要求,达到提高燃煤效率和减少污染物排放的技术。
如今,在有着“能源金三角”美誉的内蒙古鄂尔多斯,国家能源集团旗下世界首套、全球唯一的百万吨级煤直接液化制油示范工程已经安全稳定运行了10年。这里丰富优质的煤炭资源为煤制油提供了可靠的原料,自主产权的“煤变油”技术更是点石成金,使黑色的煤炭化茧成蝶,华丽变身为清澈透明的高品质油品。
作为世界上最大的煤炭供应商,国家能源集团建设了世界首个百万吨级煤直接液化示范工程,成为我国石油替代战略的重要成果,也使我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。
在鄂尔多斯煤制油分公司煤液化中心,记者看到比面粉还细的乌黑煤粉进入生产线,20多个小时后就能产出像矿泉水般清澈的柴油、石脑油等高端油品,这种奇幻的变化令人惊叹。“煤直接液化是以煤炭为原料,采用‘863’纳米级催化剂,在供氢溶剂的作用下,通过高温、高压液化反应及提质加工过程,使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为液体燃料,生产出优质的清洁油品,主要产品有煤基直接液化柴油、汽油、石脑油和液化气,副产品有煤基沥青、粗酚、液氧、液氮和液体二氧化碳等。经过十余年的不断自主研发和工艺改进,鄂尔多斯煤制油分公司已经成为居世界领先地位的现代化大型煤直接液化工业化生产企业。”鄂尔多斯煤制油分公司总经理王建立向记者介绍说。
然而,多年来 社会 上对煤制油存在诸多误解和质疑,到底煤制成的油品有什么优点、煤制油有没有经济性和实用价值?“由于我国航空航天煤油须采用特定油田的特定原油加工,国内此种资源非常稀缺。国家能源集团煤直接液化的油品具有‘一大三高四低’的特点,即大比重,高热值、高热容、高热安定性,低凝点、低硫、低氮、低芳烃。”中国神华煤制油化工有限公司副总经理、总工程师舒歌平如是说。由于煤直接液化油品区别于石油基油品的优异品质,使其成为军用和航空领域特种油品的重要选项,未来将在能源供给革命中具有重要的战略意义,对我国能源安全和高端用油具有重要的保障作用。
我国的煤制油技术从无到有,从跟跑到领跑,离不开创新和创造。在鄂尔多斯煤制油分公司,记者注意到该公司把创新能手和劳动模范的事迹挂在显眼位置,激励、发动广大职工,鼓励自主创新,而这正是世界首套煤直接液化项目的动力之源。
据了解,液化装置中高差压减压阀是连接加氢反应器与下游生产环节的“关卡”,对生产线稳定运行至关重要。最初,生产线上的4套高差压减压阀全部为进口产品,单套购价880万元人民币,阀芯使用70个小时左右便碎裂失效。过去10多年里,鄂尔多斯煤制油分公司通过联合国内科研机构、生产厂家持续攻关,目前国产阀芯的使用寿命最新纪录达到2700多小时,远远超过了国外减压阀的使用寿命,整套系统可实现连续在线切换运行,每套国产产品的价格为200多万元,全套4台阀组节约2600余万元。王建立告诉记者,目前首条生产线的设备国产化率已经达到98%以上,既解决了生产线长周期稳定运行的瓶颈,还带动了中国煤化工关键装备的研发制造能力提升,为国内现代煤化工产业规模化发展扫除了障碍。
对于煤制油, 社会 上有很多疑问,特别是在西北内陆生态薄弱地区开展煤制油需要大量的水资源,鄂尔多斯煤制油公司是如何做到环境友好的?该公司党委副书记李瑞光告诉记者:“公司积极响应国家保护地下水资源的号召,主动担责,投资2.5亿元建设净水场,将经过净化处理的煤矿疏干水用于煤直接液化生产,实现了煤直接液化先期工程工业水源替代。在保护地下水资源的同时,解决了煤矿疏干水的综合利用难题,充分体现了央企维护地方生态的责任担当。而且,我们集成采用先进的污水处理工艺,摸索出‘清污分离、污污分治、分质回用’的治理方法,吨油水耗由设计的10吨降到6吨以下,可以说煤制油是水耗极低的煤化工项目。”
同时,在能源转化率方面煤直接液化也表现出明显的优势。“煤直接液化制油的能源转化率近60%,远远高于其他利用模式的40%左右,是煤生产液体产品中最有效的技术途径。由于其生产过程实现了煤炭资源的清洁和高效率转化,实现了传统能源清洁化利用。”王建立向记者介绍说。“此外,煤直接液化油品的低硫、低氮等特点,使油品燃烧废气所含的污染物极少。其中的硫氮排放小于1PPM,远低于国五标准10PPM的限值,甚至优于欧五标准,可有效减少环境污染,具有在城市和井下等环保要求较高场所使用的优势。”
在大力推进煤炭清洁转化的同时,国家能源集团积极关注二氧化碳减排和气候变化等重大议题。“我们建设了10万吨/年CCS全流程(二氧化碳捕集、封存)示范项目,将煤直接液化、气化生产中产生的二氧化碳捕集压缩注入封存到地下1500~2500米之间的咸水层,形成了二氧化碳捕集、输送、封存、监管等成套技术。”该公司总工程师陈茂山说。该项目每年可减少5100万立方米的二氧化碳排放量,相当于274公顷阔叶林吸收储存的二氧化碳总量,而且为实现大规模二氧化碳捕集和封存奠定了技术基础。
做好现代能源经济文章,为国家高质量发展打造“绿色引擎”,这是国家能源集团“煤制油人”多年来孜孜不倦的共同追求。近年来,鄂尔多斯煤制油分公司在前期发展成果基础上,充分挖掘产业优势,推动煤直接液化产业高质量发展。
众所周知,煤直接液化工艺、设备和操作较为复杂,安全管控难度远高于传统石化行业,鄂尔多斯煤制油分公司在安全生产、职业 健康 管理等方面有着独到的做法。“项目投产以来,一直强化安全风险预控管理体系运行,严格管控现场作业,自2008年底试生产以来,未发生过人员死亡及较大财产损失的安全生产事故,连续8年被评为集团安全体系建设一级单位,持续保持在集团安全管理第一方阵。”李瑞光告诉记者。
记者调研得知,在最近的两个生产周期里,煤液化装置单周期运行时间两次突破400天,分别达到420天和410天,远超310天的设计值。商业化运营以来,2011~2018年,企业累计生产油品665万吨,实现营业收入374.4亿元,利税合计73.6亿元,年均利税9.2亿元。国家能源局为公司开展的现场标定表明:煤直接液化工艺技术先进,装置设计合理,设备选择恰当,装置运行稳定、安全可靠,产品质量特点明显,能源转化效率高,三废排放达到国家标准要求,已取得明显的 社会 效益和经济效益。