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姚元根:推進煤炭資源清潔高效利用 煤制乙二醇技術的發展方向

放大字體  縮小字體 2019年07月02日 10:51:31  來源:中國煤炭新聞網  閱讀:5224

    推進煤炭資源清潔高效利用,煤化工產業中一個重要方向就是煤制乙二醇。煤制乙二醇的特點,第一個特點在國際上率先實現了工業化。第二,煤制乙二醇切合我國資源特點。第三,需求量大,5年內可新增40套生產裝置,填補800萬噸需求缺口。

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      中科院福建物質結構研究所應化研究中心主任、研究員、博士生導師姚元根作題為《煤制乙二醇技術的發展方向》方面的演講。

 

以下為發言實錄:

     中科院福建物質結構研究所應化研究中心主任、研究員、博士生導師姚元根:我想中央把能源革命綜合改革試點放在山西,之所以放在山西,是因為山西是我們國家的能源大省,之所以是能源大省,我們很清楚就是因為煤炭,不是因為其他的原因,所以我們就是要做好煤炭這個文章。那么煤炭的清潔、高效和綠色的利用,就是我們現在煤化工,就是我們做好煤炭這篇文章重要的一個章節。所以我今天的發言主要是圍繞著新型煤化工技術,也就是煤制乙二醇技術,在這個方面跟大家進行分享。

下面我們這樣從幾個方面來進行我的發言:

乙二醇是非常重要的戰略性的大宗化工基本原材料,市場容量僅次于乙烯和丙稀,我國消費量占全世界50%以上,2018年已經突破1300萬噸,我們國家有非常巨大的技術,我國產能很有限,長期以來進口依存度是67%。乙二醇目前的價格也是要引起大家的注意,目前價格只有4500元/噸,乙二醇人都很明白,為什么8000塊錢降到4500?

乙二醇的主要生產路線。第一條路線走的是原油、石腦油、乙烯,第二條路線是伴生氣、乙烷、乙烯、環氧乙烯、乙二醇;第三條路線是煤(天然氣、合成氣、甲醇、烯烴。

所有路線里,目前只有石油路線和煤制乙二醇路線是工業生產的一個路線。那么這一條路線怎么得來?第一是煤變化、分離,區別于合成油、區別于甲醇,這幾條路線都是經過甲醇的,而煤制是不經過甲醇的。

這是2015年的時候有東方證券對石油路線和煤質乙二醇的成本對比。在生產成本方面,煤制乙二醇比石油路線具有明顯的優勢。

除了石油路線相比,煤制乙二醇可以跟同類的煤化工路線相比,第一個合成天然氣、甲醇、乙二醇、烯烴,經濟效益好,每噸產品排放的二氧化碳也是最少的。這個技術我們國家長期重視煤制乙二醇技術開發,我們是利用我們國家相對豐富煤炭資源,生產我們國家供不應求的乙二醇。一直以來,這幾年國務院和發改委、工信部出了一系列的文件,鼓勵、發展煤制乙二醇的技術,這一系列煤化工,我們國家提出來要采用先進的技術、加工手段,生產替代石化產品和清潔燃料,推動現代化煤化工協調發展,煤制乙二醇技術契合我們國家發展的特點。

我總結煤制乙二醇的特點,第一個特點在國際上率先實現了工業化。第二,煤制乙二醇切合我國資源特點。第三,需求量大,5年內可新增40套生產裝置,填補800萬噸需求缺口。

第二方面,我們技術和產業的發展歷程。這個技術是在1965年的時候,由美國的專利,乙二醇和一氧化碳可以合成,是革命性的,變成碳增加的反應,這個反應在高的壓力下面反應的,后來日本人發明了氮氧化物的液體,叫MeONO,Org進化,使得我們一氧化碳和乙醇能夠在常壓情況下發生反應,把這個技術大大了提升了一步,這方面是日本人提出來的。目前煤制乙二醇,是一個兩步法的煤制乙二醇技術路線,第一步是由一氧化碳、甲醇、氧氣。第二部分氫氣發生反應,也是目前主要的供應路線。

這個技術原理是在上個世紀90年代提出來的路線,有草酸酯合成催化劑、甲醇催化劑等這些催化劑。

我們所在80年代,我們小試、模試,2005年與企業合作,2008年實現了萬噸級工業試驗,中試完成以后,我們在通遼建了20萬噸級,2010-至今,我們在河南已建成了五套裝置。

這是統計到2016年年底時候的一個情況,我們裝置已經建成了120萬噸。我們的技術引發了全世界煤制乙二醇研發和產業化熱情,市場上有多種煤制乙二醇技術,但是我們是第一家實現了產業化,這個是我們工業化以后煤制乙二醇技術正式開發起來。

在已有工業化項目,我們所賺的產能占比也是最高的,直到2017年,我們重要的裝置,六套裝置全面實現了滿負荷,全部得到了乙二醇產品。

但是,技術只有不斷進步才能保持我們已有的領先地位,我們也看到已經多元化第一代技術還存在著很多問題,在技術方面都有需要值得改進的地方。2008年之后,我們解決了一系列的關鍵科學和技術問題,繼續引領技術的發展方向,實現了完全知識產權的煤制乙二醇技術。

那么,我們對新的催化劑,尤其是三種核心催化劑都進行了模式考察,最短1000個小時,最長將近5000個小時,進行了壽命考察。

隨后我們在2013年,我們有上海具有競爭性和商業性推廣價值,建議進一步加快技術的中試和工業化。隨后我們有飛科組織論證,2015年在洛陽院有了項目設計,在2016年10月成立貴州鑫醇能源科技發展有限公司,技術入股,投資人以現金入股,我們技術占40%,投資人占60%,組建了這家公司。隨后在2017年,我們中試項目開始施工,這個9月份,2017年9月份實現了中交,2018年9月份完成了技術標定。

新一代技術有幾個方面的優越性:第一項是三種催化劑。這三種催化劑分別是脫氫凈化催化劑、合成催化劑、加氫催化劑,使得我們每噸300塊錢到小于100塊錢。第二個是我們“精餾+吸附”的技術,在新一代技術中,我們用單獨的精餾,就能夠得到技術。第三個方面我們現在用新一代技術乙二醇生產成本每噸可以降低到4900元/噸,國際打壓了價格,但我們技術利潤仍然有空間。

與國內外同類技術相比,新一代技術優點如下:

第一個方面是催化劑、三種催化劑高效穩定、貴金屬含量更低,性能更好,制備成本下降60%。

第二個方面是工藝,獨特的氧化酯化技術、稀硝酸還原技術,實現氮氧化物等物料的高效利用。

第三個方面是分離技術,采用分離的技術有效提高了乙二醇分離效率。

第四個方面是經濟性,在技術優勢方面工藝流程更加合理,反應物料得到充分利用,我們實現了比較大幅度的節能降耗,并加強了安全和環保方面的技術優化;在資源優勢方面,項目所在地貴州省興仁縣具有豐富的煤炭和水資源,煤炭熱值高(平均5500大卡),全國最低的電價大約0.35元/度。

綜合這幾個方面,結合貴州當地的煤炭資源,貴州煤炭資源肯定沒有山西多,我們綜合這幾個優勢,我們新一代技術在市場上面有更好的競爭性。煤制乙二醇技術目前面臨的問題和挑戰。

2009年后,工業化技術逐步成熟,對照工業乙二醇2018版標準,煤制乙二醇已經大量地應用PET聚酯行業,涌現了一批煤制乙二醇的配套技術。

我們同時看到煤制乙二醇存在很多問題:

第一方面是紫外透過率。經過十年時間比較解決了這個問題,好的技術可以直接經過精餾得到紫外透過率產品,肯定是單獨精餾注冊的產品,具有更好的競爭優勢。

第二個方面是乙二醇價格。在2017年,乙二醇銷售價格還在8500塊錢/噸,國際上有一些事例影響,肯定是有關系的,對這個技術提出更高要求,在乙二醇銷售價格在8000元左右的時候所有的煤制乙二醇都能夠,但是現有情況下面,我們可以看到如果乙二醇銷售價格在4500元,什么技術可以上?什么技術不能上?這是我們必須要考慮的問題。

第三個方面,我們目前產能擴張非常快,據石化聯合會統計,到現在為止,我們已經立項的超過了1500萬噸,這個數字非常巨大,煤化工技術通過至少1萬噸是1個億,我們國家在這幾年要投入1500億,做裝置這么多,但是我們可以看到2018年我們的乙二醇,尤其是煤制乙二醇開工率只有51%,這里面大家可以分析,開工率為什么這么低?這里面什么原因,大家應該是比較清楚的。

第四個方面,煤制乙二醇技術在下游聚酯產業的應用,煤制乙二醇生產企業也是非常負責任,針對這些問題,我們逐項攻關解決了,目前技術廠家已經接受我們的煤制乙二醇技術,但是上、下游企業對我們新標準認知度還是不一樣的。為此,今年年初和上個星期,我們工信部組織了一次專門的研討會,專門對煤制乙二醇技術和煤質乙二醇產品應用展開了研討,在不久將來,上下游企業將互相配合,一定能夠共同解決好這個問題,因為用好煤制乙二醇技術是我們國家的利益所在,這個我們可以利用煤炭可以替代石油,我們不用進那么多石油過來。

最后,我圍繞這些問題,我想讓大家共同討論一下我們煤制乙二醇技術和產業發展方向。

首先,是技術層面。在技術層面,作為我們的技術研發方,首先要對技術精益求精,要對催化劑進行不斷地優化,對問題比較大的加氫催化劑進行優化,涉及到我們產品產量、產率,還有我們產品程度,加氫催化劑還要進一步加強研究。

第二個方面是我們工藝技術,好多裝置開后發生人員死亡的現象,說明我們的分離技術,我們產品供應技術還不夠。

第三個產品是分離技術,我們精餾技術及其配套,能效是不是最好?能效是不是最低?這些方面值得我們進一步去探討。

第四個方面是我們的單元技術。(氧化酯化塔、尾氣中N氧化物的回收塔、DMO吸收塔、徑向反應器)。

第二個方面是市場層面,尤其要考慮到乙二醇銷售價格很低的時候,我們必須要考慮到原料成本,當地煤價是多少,水資源使用成本是多少,運輸到生產廠家的運輸距離有多遠,這些都是重要考慮的因素。

第三個方面,針對廠家的問題,從抵制,到后面逐步地有條件的接受,到后面的降價接受,到現在的參價,上下游聯合起來進一步開展試驗,確保煤制乙二醇技術在聚酯行業里應用起來,建立應用試驗和產品檢測國家級或者行業的名片,對乙二醇的雜質逐個進行分析,找出產品到底哪一個雜質在影響我們的質量。

我們在上下游制定適合我們煤制乙二醇的新的國家標準,或者制定完善2018年的國家標準。

舉例:煤制乙二醇的技術。一個是精餾,去年9月份我們產品達到了9999的標準,我們可以聯合起來進行、開展針對性工作,這是精餾的產品。在乙二醇前后大概有幾百種化合物,跟精餾技術比要比石油乙二醇技術來的復雜。

第二個方面,關于能耗問題。我們分析了一下,能耗有兩個,一個是動力、一個是蒸汽。最大的藍色部分是甲醇分離的能耗,因為生產乙二醇時候,甲醇一直在體系里面不消耗,甲醇一直在體系里面轉,所以每生產一噸的乙二醇,我有幾噸的甲醇在這個體系里面轉,肯定是兩噸比三噸好,所以我們必須要大大降低在體系里面的甲醇的含量,甲醇循環量大,我們還有精餾,這樣能耗大。

第二個方面動力,壓縮機,合成壓縮機消耗了40%動力,我們的制冷機消耗了46%的動力,還有其他。這樣使得我們重新考慮了尾氣的吸收利用是不是效益最高了。因為把氮氧化物完全吸收了,你吸收越高溫度越低,但是又要有一個國家環保的規定,要達到排放,所以這個方面是我們必須要考慮的一個因素,這是蒸汽和動力消耗方面。

下面是反應器。有多的地方操作簡單、容易控制,反應器采用幾臺并聯的方式,我們今后一定采用更好的反應器,把我們反應器的效率進一步提高。

在設備投資方面,從藍色部分開始,36%的就是我們的反應器,24%是在壓縮機的,紫色16%是我們在制冷機的,這個是其他的制備,反應器是我們大頭,四臺改成一臺,我們投資量大幅度降低。

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