2022-10-09
我国现代煤化工已形成包括煤制油、煤制气、煤制化工品产业技术体系,先后开发和掌握了具有我国自主知识产权、世界领先水平的大型煤气化、百万吨级煤直接液化、400万吨/年煤间接液化、60/120万吨/年煤制烯烃、40万吨级煤制乙二醇、百万吨级低阶煤分级分质利用、10万吨级二氧化碳捕集与封存等产业化技术。现代煤化工产品产量折原油当量已达到4000万吨级,为提高国家能源战略安全保障能力、促进石化原料多元化作出了积极贡献。其中,煤(合成气)路线乙二醇产能占我国乙二醇总产能的38.1%,煤(甲醇)路线乙烯产能占我国乙烯总产能的20.1%,煤(甲醇)路线丙烯产能占我国丙烯总产能的21.5%。同时,逐步形成了宁东能源化工基地、鄂尔多斯能源化工基地、榆林国家级能源化工基地等多个现代煤化工产业集聚区,产业园区化、基地化发展的优势初步显现。
未来我国煤化工绿色低碳发展有4个技术角度开展:
1.优化存量(优化工艺、节能改造、转型升级),提高现有装置能效。
现代煤化工项目大多属于示范项目,系统优化集成不够,主体化工装置与环保设施之间、各单元化工装置之间匹配度不够,低位热能、灰渣等资源综合利用水平有待提高。随着现代煤化工项目的大型化、一体化发展,项目规模和复杂程度远高于传统煤化工,换热系统优化空间很大。通过优化换热系统,提高激冷水、乏汽等低品味热利用效率,合理利用热泵技术手段有效提高煤化工整体能效。建议企业及时引进先进节能技术装备,如大型反应器、裂解炉、压缩机、换热器、气化炉等高效节能设备,热泵、热夹点、热联合、电气化等过程和系统节能技术。电气化水平提高有助于提高能源利用效率,节约能源。研究表明,电气化水平提高1个百分点,能源效率提高4%左右。随着可再生能源的发展,绿电所占比例不断提高,通过电力驱动动设备代替蒸汽驱动,可以有效降低氮氧化物、二氧化硫、粉尘等污染物和碳排放强度。在双碳目标引领下,电气化将是能源中长期发展的主要方向和推动经济社会全面绿色转型的有效途径。大力发展数字化、信息化、智能化技术,推动生产过程智能化,实现污染物实时监测以及经营决策的科学化等。
2.提升增量,对标最先进的能效标准,引入战略性新兴产业。
如中国科学院大连化学物理研究所三代甲醇制烯烃(DMTO)技术甲醇转化率99.06%,乙烯和丙烯的选择性85.90%,吨烯烃(乙烯+丙烯)甲醇单耗为2.66吨,刷新行业纪录。清华大学山西清洁能源研究院水煤浆水冷壁废锅气化炉技术蒸汽产量在半热回收流程基础上能够再增加20%~30%,节能减排效果明显。青岛联信催化材料有限公司低水/气(一氧化碳)比耐硫变换新工艺显著降低蒸汽的消耗和外排冷凝液的量,节能效果显著。上海兖矿能源科技研发有限公司自主开发的高温费托合成技术α-烯烃含量高,可以利用碳9~碳11α-烯烃合成聚α-烯烃、利用高温费托合成油制重烷基苯等高附加值化工产品。
3.积极推动与可再生能源的耦合。
以煤制烯烃项目为例。通过太阳能、风能新能源发电,再通过电解水制取绿氢、绿氧。氢气进入储氢罐后通过氢压机提压补入有效合成气,相应减少一氧化碳变换反应深度和气化炉原料煤消耗。氧气进入储氧罐通过氧压机提压后送入气化炉,相应替代空分装置氧气用量,减少空分汽轮机蒸汽用量和锅炉燃料煤用量。通过分阶段实施绿能和绿氢、绿氧计划,最终将实现变换生产氢气的全置换。变换、空分和燃煤锅炉等装置可以全停,最大程度降低碳排放。通过与可再生能源的融合,煤制烯烃流程设计中可以取消变换(保留热回收)、空分、动力岛等高耗能单元,减少煤气化单元规模,大幅降低资源能耗,减少碳排放等。碳排放可降低90%,氮氧化物减排75%、二氧化硫减排99%。
4.积极实施碳捕集驱油与封存。
二氧化碳捕集与封存(CCS),可从化石能源利用产生的尾气中捕集二氧化碳,将其液化运输至埋存地,注入地质结构中进行封存。
在二氧化碳资源化利用技术方面,如中科院上海高研院等5000吨级工业侧线、中科院大化所千吨级试验的二氧化碳加氢制甲醇,中科院上海有机化学研究所与山东潍焦集团联合攻关的千吨级二氧化碳合成二甲基甲酰胺(DMF),辽宁奥克化学股份有限公司与中科院过程所合作的3万吨级二氧化碳合成碳酸二甲酯联产乙二醇工业装置,中国科学院上海高等研究院等8000万标方/年工业侧线的富二氧化碳-甲烷干重整制合成气、碳能科技(北京)有限公司与天津大学等合作的30吨二氧化碳电解制合成气中试装置,以及二氧化碳制芳烃、汽油、橡胶、生物基化学品及二氧化碳生物转化制乙醇等技术都具有前瞻意义。