低碳理念指導(dǎo)新一代煤化工產(chǎn)業(yè)

 煤炭多聯(lián)產(chǎn)是貫徹低碳措施之一。煤化工結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可拆分:高價(jià)值的組分分離出來,高端利用;高品位的能源,梯級(jí)利用;高化學(xué)活性組分,分別利用,以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的最佳最充分利用。
  我國(guó)是世界上最大的焦碳生產(chǎn)國(guó),產(chǎn)量為2.9768億噸/年(2006年)。外輸焦?fàn)t氣約40×109m3/年及大量焦油。焦?fàn)t氣成分中含H2量大,為重要高價(jià)值化工原料。把作為燃料用的焦?fàn)t氣替換下來后,焦?fàn)t氣產(chǎn)量可大幅度提高,這時(shí)200萬噸/年煉焦裝置大約產(chǎn)出的焦?fàn)t氣可作為生產(chǎn)40萬噸甲醇的原料。
  煤熱解氣(煤氣)已提升為二次能源,轉(zhuǎn)化過程已有耗能,可以做更高附加值化學(xué)品。再燒掉很可惜。但I(xiàn)GCC沒體現(xiàn)煤多聯(lián)產(chǎn)基本原則,拆解后,高價(jià)組分離端利用。
  IGCC的工業(yè)實(shí)踐說明,流程長(zhǎng),設(shè)備投資大,操作復(fù)雜,經(jīng)濟(jì)上難與直燃煤發(fā)電抗衡。IGCC熱能轉(zhuǎn)換效率低、美國(guó)著名的TanpaIGCC試驗(yàn)廠最終報(bào)告其熱點(diǎn)效率為38.5%。超超臨界熱電效率有潛力,預(yù)期耐熱鋼材的進(jìn)步,其熱電效率可達(dá)50%。IGCC可能優(yōu)勢(shì)漸微。燃?xì)廨啓C(jī)易于進(jìn)行升停機(jī)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷、用電量,隨著超大電網(wǎng)、智能電網(wǎng)的出現(xiàn),這一優(yōu)勢(shì)被削弱。IGCC排廢氣中CO2濃度高,有利于利用與封存,但隨著多種CO2捕集研發(fā),也可被更便宜的技術(shù)替代。
  低CO2排放產(chǎn)品優(yōu)先,以煤為原料的化學(xué)品,單位產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中CO2排放量是不同的。機(jī)動(dòng)車驅(qū)動(dòng)利用純電動(dòng)車更省能。
  煤化工產(chǎn)品應(yīng)選擇適合資源。我國(guó)40%煤炭資源在西北地區(qū),輸送成本高,而鐵路運(yùn)力無法承擔(dān)。發(fā)展煤氣化——甲烷化技術(shù),可補(bǔ)充我國(guó)天然氣的資源不足,可通過管道輸送到沿海。
  二甲醚的生產(chǎn)方法最早是由高壓甲醇生產(chǎn)中的副產(chǎn)品精餾后制得,隨著低壓合成甲醇技術(shù)的廣泛應(yīng)用,副反應(yīng)大大減少,二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)很快發(fā)展到甲醇脫水或合成氣直接合成工藝。甲醇脫水法包括液相甲醇法和氣相甲醇法,前者的反應(yīng)在液相中進(jìn)行,甲醇經(jīng)濃硫酸脫水而制得,但因該法存在裝置規(guī)模小、設(shè)備易腐蝕、環(huán)境污染、操作條件惡劣等問題,逐步被淘汰。近年來,二甲醚的需求量增長(zhǎng)較大,各國(guó)又相繼開發(fā)投資省、操作條件好、無污染的新工藝,主要包括二步法和一步法。
  二步法先由合成氣制取甲醇,然后將甲醇在催化劑下脫水制取二甲醚。以前主要采用硫酸作為催化劑,現(xiàn)在大多采用由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子篩作為催化劑,性能優(yōu)良,選擇性好,故能制備出高純的二甲醚,還能避免污染。
  一步法由合成氣直接制取二甲醚,包括合成氣進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)完成甲醇合成與甲醇脫水兩個(gè)反應(yīng)和水—煤氣變換反應(yīng),產(chǎn)物為甲醇與二甲醚的混合物,混合物經(jīng)蒸餾分離得到二甲醚,未反應(yīng)的甲醇返回反應(yīng)器。一步法二甲醚技術(shù)關(guān)鍵是性能優(yōu)異的漿態(tài)床反應(yīng)器具有良好的移熱和控溫能力,強(qiáng)化相際傳質(zhì)作用,充分利用合成反應(yīng)熱;適合于漿態(tài)體系的雙功能催化劑具有較高的催化反應(yīng)活性和選擇性,良好的富碳合成氣適應(yīng)性,良好的穩(wěn)定性。
  清華大學(xué)化工系開發(fā)出漿態(tài)床一步法合成二甲醚技術(shù),小試通過國(guó)家教委組織的技術(shù)鑒定,已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2003年清華大學(xué)與重慶英力燃化有限公司聯(lián)合投資2000萬元建設(shè)3000噸/年二甲醚中試裝置,產(chǎn)出合格二甲醚產(chǎn)品。重慶英力燃化有限公司將在此基礎(chǔ)上,開展技術(shù)跟蹤及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)化工作,并建設(shè)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)裝置。
  二甲醚作為煤基液體燃料可顯著節(jié)約資源、能源。中東地區(qū)有豐富乙烷資源,2010年投產(chǎn)乙烷轉(zhuǎn)化乙烯裝置,將達(dá)到1600萬噸/年,目標(biāo)市場(chǎng)的60%~70%定位在中國(guó)。
  世界和我國(guó)石油資源日漸重質(zhì)化和劣質(zhì)化,其加氫改質(zhì)技術(shù)是重要發(fā)展方向。延遲焦化、大量石油焦生成(中國(guó)石油焦產(chǎn)量達(dá)2000萬噸/年),不是最好的重油利用技術(shù)。催化加氫,可以充分高效利用油品,煤制氫技術(shù)成熟而且熱能轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%以上,是有前途的方向之一。
  煤炭的直接利用:煤是有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)組成的礦物質(zhì),復(fù)雜大分子化合物難于拆解,如果能夠定向裁剪和定向轉(zhuǎn)化,選擇性地拆斷分子鍵共價(jià)鍵,可獲得大量高價(jià)產(chǎn)品。如不同取代基,不同芳環(huán)芳烴,含側(cè)鏈的環(huán)烷烴,長(zhǎng)鏈脂肪酸及酯等精細(xì)化學(xué)品。但技術(shù)有待突破。

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