对我国煤基能源化工发展的思考.ppt

对我国煤基能源化工发展的思考,中国化工经济技术发展中心 首席顾问国家化工行业生产力促进中心 首席顾问 江苏煤化工程研究设计院 教授 院长冯孝庭 2011年12月13日 于北京,2011年第二届煤化工新技术新设备交流研讨会,能源-人类面临的首要问题,世界当前面临的十大问题:1.能源 6.恐怖与战争 2.水 7.疾病 3.食物 8.教育 4.环境 9.民主 5.贫困 10.人口(11.恐怖活动),亨利基辛格博士的一句名言,“如果你控制了石油，你就控制住了所有国家;如果你控制了粮食,你就控制住了所有的人;如果你控制了货币,你就控制住了整个世界。”,原油探明储量情况,世界石油平均储采比：58.6世界天然气平均储采比：60.6储采比中括号内为”BP 2011年能源报告”数据;,中国能源储量与国际对比,2007年人均能源储量的国际比较,我国石油对国外依赖度及予测,年份 进口量,亿吨 依赖度%预测%2003 0.911 36.5 2005 1.2 38.0 2008 2.177注 50.9 2010 1.45 45 2020 4.0 55 2030 4.88 82 摘自“中国石油和化工”2004.NO.5 注:2008年实际数据，进口量包括原油和油品。,7,我国一次能源消费预测,来源：替代能源研究，国务院能源办公室，2007,2050能源消费总量：63 亿tce,2005-2050总煤耗量：1158 亿tce,当前面临的能源化工问题“后石油时代”必需面对：车用、民用清洁燃料的补充和接替?1.世界石油需用数量及地质储量的矛盾;2.使用汽油.煤油.柴油对环境的污染严重;石油化工原料的补充和接续?,世界燃料面临的问题,汽油、煤油、柴油是导至环境较严重的污染源!据测算大、中城市大气污染中汽车占60%；(第二位是燃煤供暖和民用)北京市非采暖期机动车对大气污染物CO、HC、NOX的 分担率分别达80.3%、79.1%、54.8%；上海市机动车对大气污染物CO、HC、NOX的分担率已 分别达86%、90%和56%；大气中微颗粒有8%来自各类机动车的尾气；,复旦大学课题组我国首次对雾霾进行测定量化,雾霾主要污染物为多环芳烃:1.11月3日-在环境监测发表题为雾雨事件中 的多环芳烃的污染特征的文章;2.课题组发现:上海市区采集到的雾水，萘、蒽、菲等 化合物占雾水中多环芳烃总量的80%左右;3.雾霾的主要污染物是多环芳烃(重芳烃)，而且在大雨 前后的雾霾污染物含量要差500倍;4.上海大雾中的多环芳烃多来自本地化石燃料的燃烧;5.为我国控制化石燃料及汽车尾气排放的发展战略及降 低大雾带来的危害提供了科学依据;摘自2011年11月9日“文汇报”,煤基清洁能源,汽车替代燃料应符合以下条件,1、需要有长期、稳定、大量原料来源。2、对环境友好。3、基础设施投资少，易于大面积推广。4、汽车的动力性和经济性好，用户愿意接受。5、油品质量稳定。6、燃料成本低，从燃料生产到输配网络，加 油站及用户均留有合适的利润空间。,我国的替代能源,可再生能源:不可再生能源 1.太阳能;1.核能(裂变、聚变);2.风能;2.燃煤发电;3.水能(含水电);3.新型煤基能源:4.地热;煤(直或间接)制油;5.潮汐能;煤制合成天然气;6.生物质能:甲醇制汽油(MTG);乙醇、生物柴油;甲醇车用汽、柴油;沼气、秸秆等;二甲醚燃料:(柴油、LPG),可再生能源和清洁能源,可再生能源:生物质能、太阳能、风能、潮汐能等，总体还处于应抓紧、加大科技研发、完善、为大规模市场运行提供有竞争力的技术经济基础(包括能量储存技术)!清洁能源:核能应以核聚变为方向，可控核聚变是人类的福音!清洁发电使电成为真正的清洁能源!“甲醇经济”书中提出后石油时代中甲醇能源化工发展的路线图是现实的选择，对中国更适用!,煤基清洁能源,1.煤直接法制油;2.煤间接法制油;3.煤经合成气制合成天然气(SNG);4.煤制甲醇车用汽油:(M15、M30、M85、M100汽油);5.煤经甲醇制汽油(MTG、JMPG);6.煤经甲醇制二甲醚(代液化石油气 LPG、柴油);7.煤经合成气制甲醇车用柴油;8.煤经甲醇制MTBE(汽油辛烷值添加剂);9.煤经甲醇制DMM3-8(柴油十六烷值添加剂);,甲醇用作清洁燃料,1.甲醇掺入汽油:低比例为M10M30;高比例为M80M100;2.甲醇制二甲醚(DME)替代柴油;3.甲醇制二甲醚 替代液化石油气(LPG);4.甲醇制二甲醚 替代溶解乙炔；5.甲醇替代柴油:低比例掺混(520%);高比例配制(85%);6.甲醇用作锅炉燃料;7.甲醇作燃料电池燃料;8.甲醇制汽油、柴油添加剂:MTBE、DMM3-8等;9.其他甲醇燃料;,不同比例时甲醇汽油与93#汽油的替代比(DF型甲醇汽油为大发实业公司产品),高海拔地区道路经济性试验结果,说明:1、表中对比数据是在平均海拔3900米试验数据;2、用M85甲醇汽油时车速比用93#汽油时车速高了20%;(使用93#汽油时车速已无法再高，而使用M85甲醇汽油时车速仍有余地)3.在3900米高海拔条件下，使用大发实业公司M85车用甲醇汽油后，相对于93#汽油，车辆的牵引力（爬坡度）增加(提高)了16.8%;4.甲醇汽油添加剂不同，调配甲醇汽油的性能和替代比将不同;,甲醇燃料在高空条件的独特优势,1.替代高级喷气机航空煤油(含氧50%):在高空用会产生强大推动力!续航能力也好!美国军方经八年研究，据透露、已列装!2.替代液氢等用于火箭和航空燃料的前景;3.有关方面称:甲醇已用于巡航导弹的燃料(美国);4.国际甲醇协会信息:美国波音公司和曰本藤 仓公司合作，使用直接燃料电池(DMFC)用 于飞机，计划2012年3月进行商业飞机试验;计划在2015年推广应用;,甲醇替代车用柴油,1.低比例的甲醇柴油(M10M15):(可以不改汽车)2.高比例的甲醇柴油(M85M100):美国研发创新了一种点燃式柴油发动机，即在压缩到一定程度时增加电点火措施，美国研发单位已将此技术准许我国无偿使用;配套生产或改造压缩与点燃相结合的“甲醇柴油车”。3.研制高十六烷值的DMM38添加剂是关键;(DMM38是聚甲氧基甲缩醛);4.二甲醚(甲醇脱水制成)替代柴油(需改车);,甲醇替代车用柴油,已有一些公司对甲醇柴油进行研究:1.低比例的甲醇柴油(M10M15M20):.研制专用添加剂也是技术关键;.已基本解决，尚待全面考核和完善;.不需改车;2.中等比例的甲醇柴油(M30M50):.研制性能更好的专用添加剂是技术关键;.研发高十六烷值的DMM38添加剂;.争取不改柴油车;建议:甲醇柴油以发展低比例和高比例为宜!,甲醇燃料和汽油的危害比较表,煤制甲醇燃料与煤制油,甲醇制汽油(MTG),注:JMPG-1的技术路线有新的突破，不受碳池反应理论制约。,(吨),制取甲醇和乙醇对比,煤制天然气(SNG),1.我国天然气储量少、供需矛盾大;2.我国民用燃料中燃煤多(2亿吨)，效率低;3.民用燃煤效率约15%，民用天然气效率约34%;4.民用燃煤时效率低、污染大、环境差、分散燃煤的排 放污染物难治理;5.煤制天然气时，不但效率高(可节约用煤)，而且集中 加工，污染物(硫化物和CO2等)可回收并资源化，节 能减排效果好、可改善大(大气)小(家庭)环境!6.煤(含焦炉气)制SNG，技术成熟、投资较少、要求稍 低、注意选择技术时对环境影响较小!7.注意:煤制天然气，不是煤转化效率最高的技术路线!,煤制甲醇与煤制天然气(SNG),合成甲醇:2H2+CO=CH3OH+Q合成天然气:3H2+CO=CH4+H2O+Q 在有条件的地区，选择煤制SNG技术项目是可行的。,新型煤化工,石油化工与衣、食、住、行,化肥 纤维、纺织品 烯烃 橡胶(乙丙丁烯)塑料 石油 芳烃 工业制品(苯甲苯二甲苯)建材 醇醛酸酯等 装饰材料 交通和运输.”三烯、三苯”:-构成石油化工系列产品优势的基础!,石油化工是现代社会发展的支柱之一,汽、煤、柴油、石脑油等燃油;沥青、溶剂等 聚烯烃 裂解 乙.丙.丁烯 石油 缩聚物 重整 芳烃(苯甲苯二甲苯)化合物 转化 合成气 氨 含氧化合物(醇、醚、醛、酸、酯),分离等,甲醇能源化工可以接续石油化工,汽、煤、柴油、石脑油等燃油;沥青、溶剂等 甲醇燃料 聚烯烃 裂解 乙.丙.丁烯 石油 缩聚物 芳构化 芳烃(苯.甲苯.二甲苯)化合物 甲醇 转化 合成气 氨 含氧化合物 煤 合成气 天然气(醇、醚、醛、酸、酯),分离等,先进煤气化技术是基础,1.多种先进煤气化技术均已获突破!2.应根据煤种性质选择相应的技术;3.如煤种性质允许，水煤浆气化技术应是首选;4.保证原料煤质量稳定是气化系统稳定运行前提;5.提高气化压力，有利于提高能量利用水平;6.提高煤气化炉能力是未来超大规模装置的需求;7.应关注煤气化系统热量的合理、优化利用;8.粉尘 9.劣质和低阶煤的气化技术有待研发更好技术!,碳一(煤)化工替代石油化工的里程碑,生产醋酸技术路线的演变:1.生物化工:玉米 酒(乙醇)醋(醋酸)2.石油化工:石油 乙烯 乙醛 醋酸+H2O 乙醇 3.甲醇制醋酸-煤(碳一)化工的里程碑:煤 合成气 甲醇 醋酸 CO+2H2 CH3OH+CO CH3COOH,煤的清洁利用,清洁燃料(汽油、柴油、合成天然气)甲醇燃料系列 烯烃(乙、丙、丁烯)煤 甲醇 芳烃(苯、甲苯、二甲苯)醛、酸、醚、酯等系列 单细胞蛋白等生化系列 低碳醇系列(乙、丙、丁醇和乙二醇等)化肥 直接利用 芳烃、稠环化合物的源泉,我国乙烯、丙烯生产和需求,注:2010年实际乙烯当量消费量为2947万吨，对外依存度为51.9%。,1418(实际),遵循碳池效应理论基础:2CH3OH CH3OCH3 低碳烯烃 高级烯烃实施碳的高效低碳化利用研发方向:1.在一个创新工艺范围内实施分子设计，定向催化，发挥碳池效应的高效的 转化及裂解功能;2.石油化工技术:轻烃蒸汽裂解高耗能、低收率、低选择性的局限;3.实现多元含碳原料的一体化生产，突破了煤、石油、天然气能源化工产业 的固有结构，实现资源、能效、环境，按物质及能量“两大守恒”的原理 功能化的高效利用。,甲醇制烯烃、芳烃反应的理论基础,烷烃高级烯烃芳烃,-H2O,+H2O,+H2O,由煤制乙烯、丙烯技术,流化床 DMTO,SAP0-34分子筛是催化裂解生产低碳烯烃的首选催化剂。SAP0-34分子筛经金属离子改性获得更高的低碳烯烃选择性。,FDTPFMTP 丙烯 70%流化床,甲醇制烯烃的成功是煤(C1)化工的又一里程碑!,各种从甲醇制烯烃技术的指标,注:烯烃和芳烃产品量可按需要调节;本技术由江苏煤化院等五单位共同完成。,不同的甲醇制烯烃反应器,煤制乙二醇的国内市场需求,需求量大:2010年国内消费852.5万吨,是全球第一大消费国;增长快:2000年至2010年国内表观消费量平均增长15.7%;进口依存度高:近几年进口依存度始终高达70%以上。,我国乙二醇的产能及消费量（万吨/年）,注 未含引进制成品。,煤制乙二醇技术路线,技术方案：羰化、加氢两步法间接合成乙二醇;两步间接法：第一步：CO与亚硝酸甲酯羰基化反应生成草酸 二甲酯；第二步：草酸二甲酯加氢合成乙二醇;,煤制乙二醇技术路线,工艺流程,PSA,脱氢,羰化,再生,精馏,加氢,吸收分离,DMC,DMO,聚合级MEG,合成气,H2,CO,NO,MN,O2,煤制乙二醇技术的问题及现状,主要问题:1.加氢草酸酯(DMO)加氢催化剂选择性下降;2.DMO加氢时氢气循环量大、能耗高;3.乙二醇产品质量达不到聚合级标准要求;4.单系列的规模能力偏低，需多套并联运行;现状:1.有几个研发单位的加氢催化剂的稳定性、选择性均 提高了，达到了较好水平;2.有的技术中，DMO加氢时氢气循环量可降低50%;3.乙二醇产品质量已达到聚合级标准要求;4.羰化与加氢单系列能力可达510万吨/a;,乙醇、丙醇、丁醇等是重要化工原料,1.乙醇、丙醇、丁醇等是重要的有机化工原料;2.低碳混合醇可以直接作为汽油发动机的燃料;3.低碳醇是甲醇汽油的好的助溶剂;可替代MTBE;4.将低碳醇分离可获乙、丙、丁醇等;5.乙、丙、丁醇等，可用于制取众多重要的醛、醚、酸、酯化学品和有机中间体;它们分别可用于溶剂、医药、涂料、化妆品、油脂、工程材料添加剂等工业;6.至今，乙、丙、丁醇等主要从石油化工制取-从乙 烯、丙烯，或由它们羰基合成而获得;7.几十年来，从合成气合成低碳醇的研发受到重视!至今未有满意的技术突破!,由合成气合成低碳醇技术国内外水平,我国甲醇单细胞蛋白的市场需求,1.我国植物蛋白资源缺乏;2.我国动物蛋白资源也缺乏:我国海洋渔业发展不足;海洋中鱼业资源有限;3.我国进口鱼粉量大、质差、价高;4.某特大型饲料集团预测他们企业每年对甲醇单细胞蛋 白资源实际需求约为100万吨/年(配合使用);5.全国饲料产业共需此资源,预计约为500万吨/年;(2009核计),甲醇单细胞蛋白的市场需求,根据中国科学院国情分析研究小组测算:我国人口承载量最高为1617亿人;我国生态的理想负荷能力应为710亿人;基础是:按粮食产量，不应超过12.6亿人;按能源理想负载，不应超过11.5亿人;按土地资源，不应超过10亿人;按淡水供应，不宜超过4.5亿人;按动物蛋白供应，不宜超过2.6亿人;人口容量，是指一定生活水平下的抚养能力。,甲醇单细胞蛋白的优势,1.甲醇原料易得、批量大、质量稳定;2.生产速度快、投资相对较少;3.不受生产地区和灾害气候条件的影响;4.不受耕地制约;5.可规模化生产，产品质量稳定;6.对环境影响较小;7.特别适应我国的具体条件;,煤是重要的有机化合物的宝库,煤炭资源的科学利用,1.有限度地开采煤炭资源;2.高效地利用煤炭资源;3.煤的精细、高效利用是方向!4.实现温和条件下的定向转化;5.形成精细煤化工的产业链;6.将煤变成提供芳烃和稠环等化合物的源泉!焦化过程是传统的有机化合物的策源物，可以说焦油是有机化学起萌物质!应当从”焦化”思考研发、开拓新的技术方向!,温和氧化的主要产物,煤的精细、高效转化新技术领域,高附加值芳酸及衍生物的用途,无烟煤烟煤、褐煤,萃取残煤热溶残煤,选择性 温和氧化,氧化后液体,有机相可溶物,水相可溶物,分级萃取,2-6环芳烃,环烷烃(高速战机和导弹的燃料),催化加氢,1-4环杂环芳香族混合物,精细分离,1-4环杂环芳香族化合物纯品（精细化学品）,沥青,高等级公路粘合剂,煤焦油的精细、高效利用技术,用于制备高性能炭材料(含碳纤维等),煤基能源化工”多联产”是方向,1.“多联产”-在于物质及能量利用最大化的原则。只有物质和能量的高效，才能做到资源节约及环境友好！2.煤、化、电、热与相关产业耦合的“多联产”系统，实际就是在“两大守恒”原则的基础上建成的;3.新型“多联产”系统具有较强“节能减排”的优势，是实施循环经济有效的措施;4.天然或人造有机无物质都离不了碳、氢元素。解决了碳、氢元素的”循环”，才能解决衔接新能源时代社会经济的的可持续发展（详见下图所示）。,冶金-化工-电力复合多联产系统,煤、电、化、冶、热“多联产”系统,甲醇,“多联产”技术的效果,1.资源的利用率提高了;2.能量的利用率提高了;3.总投资降低了;4.总成本降低了;5.经济效益提高了;6.环境效益提高了;7.社会效益提高了;8.为利用、储存、减排CO2准备了好条件;“多联产”技术推广的问题:1.跨行业;2.涉及面广;3.投资大;4.需政第支持;,未来社会经济的可持续发展,社会生活工业交通和运输所需能源,太阳能,水,CO2,电,燃料,碳一化学的技术发展,技术进步是提高煤化工竟争力的最有效的手段!甲醇能源化工已显示出巨大的前景和竞争力!甲醇燃料终将被市场接受;甲醇是补充清洁燃料的现实、可靠的选择!甲醇制烯烃已经成功，技术水平不断提高;甲醇制乙二醇将显示出巨大生命力;甲醇制单细胞蛋白、多肽的将被突破;煤化工“多联产”提供了节能减排的发展空间!甲醇化工的重要性还会进一步扩展;以煤为原料合成低碳醇的催化技术有望获重要突破!煤制乙、丙、丁醇等将促进能源化工的新变革!煤制乙、丙、丁醇等将带来节能降耗的新水平!,甲醇化工系列产品显示魅力,1.甲醇羰基合成醋酸技术突破是里程碑;2.甲醇制含氧化合物是甲醇化工的优势:(1).合成碳酸二甲酯;(2).合成甲酸;(3).合成草酸酯及系列产品;(4).合成乙二醇;3.甲醇制烯烃(乙烯、丙烯)是又一里程碑;4.甲醇制单细胞蛋白是一重大突破;5.煤经合成气制低碳醇是几十年的企盼;6.甲醇是未来可望的基础化工原料之一!-可望完成”后石油时代”之后的化工原料接续!,资源条件不利!坚持技术创新!企业依靠技术!技术创造市场!,谢 谢!,