低碳理念引导新一代煤化工产业

 煤炭多联产是贯彻低碳措施之一。煤化工结构复杂,可拆分:高价值的组分分离出来,高端利用;高品位的能源,梯级利用;高化学活性组分,分别利用,以实现煤炭资源的最佳最充分利用。
  我国是世界上最大的焦碳生产国,产量为2.9768亿吨/年(2006年)。外输焦炉气约40×109m3/年及大量焦油。焦炉气成分中含H2量大,为重要高价值化工原料。把作为燃料用的焦炉气替换下来后,焦炉气产量可大幅度提高,这时200万吨/年炼焦装置大约产出的焦炉气可作为生产40万吨甲醇的原料。
  煤热解气(煤气)已提升为二次能源,转化过程已有耗能,可以做更高附加值化学品。再烧掉很可惜。但IGCC没体现煤多联产基本原则,拆解后,高价组分离端利用。
  IGCC的工业实践说明,流程长,设备投资大,操作复杂,经济上难与直燃煤发电抗衡。IGCC热能转换效率低、美国著名的TanpaIGCC试验厂最终报告其热点效率为38.5%。超超临界热电效率有潜力,预期耐热钢材的进步,其热电效率可达50%。IGCC可能优势渐微。燃气轮机易于进行升停机调节电网峰谷、用电量,随着超大电网、智能电网的出现,这一优势被削弱。IGCC排废气中CO2浓度高,有利于利用与封存,但随着多种CO2捕集研发,也可被更便宜的技术替代。
  低CO2排放产品优先,以煤为原料的化学品,单位产品在生产过程中CO2排放量是不同的。机动车驱动利用纯电动车更省能。
  煤化工产品应选择适合资源。我国40%煤炭资源在西北地区,输送成本高,而铁路运力无法承担。发展煤气化——甲烷化技术,可补充我国天然气的资源不足,可通过管道输送到沿海。
  二甲醚的生产方法最早是由高压甲醇生产中的副产品精馏后制得,随着低压合成甲醇技术的广泛应用,副反应大大减少,二甲醚的工业生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成工艺。甲醇脱水法包括液相甲醇法和气相甲醇法,前者的反应在液相中进行,甲醇经浓硫酸脱水而制得,但因该法存在装置规模小、设备易腐蚀、环境污染、操作条件恶劣等问题,逐步被淘汰。近年来,二甲醚的需求量增长较大,各国又相继开发投资省、操作条件好、无污染的新工艺,主要包括二步法和一步法。
  二步法先由合成气制取甲醇,然后将甲醇在催化剂下脱水制取二甲醚。以前主要采用硫酸作为催化剂,现在大多采用由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作为催化剂,性能优良,选择性好,故能制备出高纯的二甲醚,还能避免污染。
  一步法由合成气直接制取二甲醚,包括合成气进入反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应和水—煤气变换反应,产物为甲醇与二甲醚的混合物,混合物经蒸馏分离得到二甲醚,未反应的甲醇返回反应器。一步法二甲醚技术关键是性能优异的浆态床反应器具有良好的移热和控温能力,强化相际传质作用,充分利用合成反应热;适合于浆态体系的双功能催化剂具有较高的催化反应活性和选择性,良好的富碳合成气适应性,良好的稳定性。
  清华大学化工系开发出浆态床一步法合成二甲醚技术,小试通过国家教委组织的技术鉴定,已达到国际先进水平。2003年清华大学与重庆英力燃化有限企业联合投资2000万元建设3000吨/年二甲醚中试装置,产出合格二甲醚产品。重庆英力燃化有限企业将在此基础上,开展技术跟踪及相关配套产业化工作,并建设大规模工业化生产装置。
  二甲醚作为煤基液体燃料可显著节约资源、能源。中东地区有丰富乙烷资源,2010年投产乙烷转化乙烯装置,将达到1600万吨/年,目标市场的60%~70%定位在中国。
  世界和我国石油资源日渐重质化和劣质化,其加氢改质技术是重要发展方向。延迟焦化、大量石油焦生成(中国石油焦产量达2000万吨/年),不是最好的重油利用技术。催化加氢,可以充分高效利用油品,煤制氢技术成熟而且热能转换效率可达80%以上,是有前途的方向之一。
  煤炭的直接利用:煤是有机质和无机质组成的矿物质,复杂大分子化合物难于拆解,如果能够定向裁剪和定向转化,选择性地拆断分子键共价键,可获得大量高价产品。如不同取代基,不同芳环芳烃,含侧链的环烷烃,长链脂肪酸及酯等精细化学品。但技术有待突破。


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