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盘点中国煤化工10年创新成就
来源:山西省煤化工发展促进中心
时间:2017/10/9

    过去10年,我国现代煤化工快速发展,成就斐然,技术创新和产业规模均走在世界前列,已建成了煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等一批现代煤化工示范工程,形成了一定产业规模。在9月27日于银川举办的2017(第六届)中国国际煤化工发展论坛上,中国石油和化学工业联合会会长李寿生总结介绍了我国现代煤化工的技术创新情况。

1、煤气化屡破运行纪录


煤气化是煤炭清洁高效利用的关键核心技术,一直是煤化工技术创新的热点。其发展方向是装备大型化、原料多元化、排放近零化,目标是装置实现长周期、高效稳定运行。目前,我国已经涌现出不少大型化长周期的国际领先煤气化技术。


如华东理工大学等单位联合完成了日处理煤3000吨级超大型多喷嘴对置式水煤浆气化技术,已在国内累计推广11家企业,在建和运行气化炉42台。该技术是目前世界上唯一能够实现单炉日处理煤3000吨级能力的水煤浆气化技术,为我国大型煤化工的高效、洁净发展提供了坚实的技术支撑。

4、煤制芳烃进展很迅速


煤制芳烃作为五大现代煤化工路径之一,前景被业内普遍看好,正成为煤化工产业中又一个庞大的资金池。煤制芳烃技术核心为甲醇制芳烃技术,其前段工艺与煤基烯烃基本一致。


其中值得关注的是,北京大学/中国科学院山西煤炭化学研究所团队和厦门大学团队以“背靠背”方式,几乎同时继合成气直接制烯烃之后,又在合成气直接制芳烃方面取得成功。他们利用新功能催化剂,实现了合成气一步法高选择性、高稳定性制备芳烃(SMA),芳烃选择性高达80%。


在烯烃、芳烃联产方面,中科院大化所开发了甲醇甲苯制对二甲苯联产烯烃流化床工艺(DMTA),陕西煤化工技术工程中心有限公司开发了苯和甲醇选择性烷基化制对二甲苯技术、甲苯甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃新技术。由于甲醇、甲苯原料来源广泛,价格低廉,产品低碳烯烃、对二甲苯都是大宗化学品,我国对外依存度高,以上技术展现了良好的应用前景。


5、煤制乙醇有成本优势


根据相关规划,到2020年全国范围内将基本实现车用乙醇汽油全覆盖。除了生物燃料乙醇,煤化工领域的煤制乙醇产业同样有望受益。目前煤制乙醇相比生物质乙醇具有一定的成本优势,在燃料乙醇供需缺口不断扩大的情况下,煤制乙醇技术的革新有望为燃料乙醇发展开辟新的道路,未来将迎来快速发展期。


中科院大化所目前正在研发的4种煤制乙醇技术,分别处在工业化、工业示范、工业性中试和侧线单管放大模试阶段。其中,他们与江苏飞翔化工集团合作开发的醋酸—丙烯酯化加氢制异丙醇和乙醇技术,于2015年在凯凌(张家港)化工有限公司建成30万吨/年工业化装置,并生产出纯度达99.9%以上的乙醇和异丙醇优质产品;与延长石油集团联合开发的合成气制乙醇成套工艺技术,在延长石油建成全球首套10万吨/年合成气制乙醇工业示范项目;与江苏索普集团合作开发的醋酸加氢制乙醇技术,在江苏索普集团建成3万吨/年醋酸加氢制乙醇工业示范装置并一次开车成功;与山东联盟化工股份有限公司合作开发的甲醇经多相羰基化制乙酸甲酯技术,经中试验证,运行稳定性好,完成了甲醇多相羰基化新工艺开发。


6、低阶煤热解榨净资源


低阶煤挥发分高、活性强,直接利用(燃烧或气化)效率低,经济价值远不如高阶煤,大规模开发利用必须先对其进行加工提质。最为科学和常用的方法之一是热解,即干馏或热分解,近期我国企业在这一方面实现了新的突破。


延长石油针对国内外煤炭技术利用中存在的焦油收率低、半焦转化利用难等问题,借鉴石油化工工程理念,自主研发了粉煤热解—气化一体化技术(CCSI)。CCSI在一个反应器内完成煤的热解和气化反应,热量相互耦合,实现煤炭资源的最大化利用,目前已建成万吨级工业化试验装置并实现成功运行。


上海胜帮化工技术股份有限公司与陕北乾元能源化工有限公司联合开展的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术工业试验,实现了低阶粉煤的快速高效热解,为低阶煤热解探索出一条新途径。

航天长征化学工程股份有限公司设计生产的日处理煤2000吨级航天粉煤加压气化炉创造了世界现有工业化气化装置的最长运行记录,单台气化炉连续(A级)运行记录为421天。


此外,神华宁煤集团联合中国五环工程公司等科研院所,自主开发出日耗煤2200吨干煤粉加压气化炉(神宁炉),并应用于400万吨/年煤制油项目中,各项技术指标均达到国际先进水平。


2、煤液化趋向高效高端


大力发展煤液化技术是推进煤炭清洁高效利用转化战略,增强国家能源安全保障能力的战略选择,目前煤液化技术正在向着高效高端化迈进。


譬如神华集团依据煤直接液化反应的产物分布特点,着力开发超清洁汽柴油以及军用柴油、高密度航空煤油、火箭煤油等特种油品的生产技术,目前已完成了煤直接液化油品的战机试飞和火箭发动机试验。


中科合成油技术有限公司基于对煤炭液化过程的全面分析,提出了包括温和加氢液化、费托合成和油品加工3个核心单元的煤炭分级液化工艺。该工艺解决了传统煤炭液化技术存在的操作条件苛刻、油品质量较差、过程能效偏低等问题,操作条件温和、油品化学结构丰富、节能减排效果显著。目前,该技术已通过万吨级中试验证,可形成具有国际领先水平的煤炭分级液化成套技术。


另据记者了解,上海兖矿能源科技研发有限公司开发的低温费托合成技术,已在陕西未来能源公司煤间接液化项目应用,高温费托合成技术工业试验装置也已开始建设,为生产高附加值化工产品提供了支撑。


3、煤制烯烃开辟新路径


煤制烯烃指以煤为原料合成甲醇后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃的技术。煤制烯烃主要包括2种工艺路线,即甲醇制烯烃(MTO)和甲醇制丙烯(MTP),这些技术路线已经成熟并实现工业化,但我国科学家还在不断进行新的尝试和探索。


近期中科院大化所包信和院士团队基于“纳米限域催化”的新概念,创造性地构建了硅化物晶格限域的单铁中心催化剂,实现了甲烷在无氧条件下一步高效生产乙烯和芳烃等高值化学品。这是一项“即将改变世界”的新技术,又是一个具有里程碑意义的创新突破。


中国科学院上海高等研究院在煤经合成气直接制烯烃浆态床技术研发方面,完成了实验室层面低甲烷高烯烃选择性的FTO催化剂验证,甲烷选择性低于5%,总烯烃选择性达80%以上,烯/烷比高达8以上,同时产物碳数呈现显著的窄区间高选择性分布。该技术即将开展中试验证。


中科院大化所开发的甲醇制丙烯(DMTP)流化床工艺耦合了甲醇转化和乙烯烷基化等反应,丙烯选择性显著提高,工艺技术和指标先进,目前已完成百吨级放大试验。该工艺技术具有原创性。

7、CO2综合利用成效积极


二氧化碳(CO2)作为温室气体而为人熟知,其实二氧化碳是一种被人误解、误判的资源。我国在二氧化碳利用方面也有不少单位正在开展相关研究。


中国科学院上海高等研究院、山西潞安矿业(集团)有限责任公司和荷兰壳牌石油工业公司三方合作开发的甲烷二氧化碳自热重整制合成气关键技术,建成了国际首套1万标准立方米每小时级规模的甲烷二氧化碳自热重整制合成气工业侧线装置并稳定运行,实现了二氧化碳的高效资源化利用。


中科院上海高研院与上海华谊集团合作开展二氧化碳加氢制甲醇技术研究,已实现了中试工艺全流程贯通和平稳运行。中科院上海高研院还开展了二氧化碳加氢直接合成液体燃料的研究,合成了一种新型双功能催化剂,首次实现了二氧化碳直接高选择性合成汽油烃类组分,其中汽油烃类组分的选择性最高可达81%,甲烷选择性小于1%。相关结果近期被NatureChemistry杂志接收发表,被认为是二氧化碳转化领域的一大突破,为二氧化碳转化为化学品及燃料提供了重要平台。


此外,中科院山西煤化所还完成了二氧化碳加氢制甲醇工业单管实验,并实现了稳定运行,标志着该技术向工业化迈出了坚实一步。


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