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和君能源与重化工业研究中心

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以煤气化为龙头的新型煤化工正向传统能源产业发起挑战


   
        以煤炭为原料的相关化工产业统称为煤化工。煤化工的工艺路线主要有三条,即热解、气化和直接液化,其中煤焦化、电石、合成氨、甲醇和二甲醚属于传统煤化工(大型合成氨、甲醇装置不包括在内),而煤制天然气、煤制油、煤制烯烃等属于新型煤化工。2011年,企业将目光集中在传统煤化工的改造提升,如大甲醇、大化肥等项目;2014年,企业的产品结构正走向合理化、高附加值化,注重发展煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇以及精细化工项目;未来,企业投资将沿着煤化工产业链走的更远,发展更多可替代石化类的精细化工产品和新兴材料。
图1. 我国煤化工发展主要技术路线图[1]
煤气化是新型煤化工的龙头技术
         一个完整的煤化工过程包括:煤气化、合成气净化、产品合成和空分硫磺回收等。投资比例分布为煤气化占 60-70%、合成气净化占20%、产品合成占10%,其他的空分、硫磺回收等辅助步骤占比很小[2]。因此,煤气化过程是新型煤化工的龙头技术,气化工段的稳定运行是整个化工装置顺利生产的基础。
        煤气化是指在气化炉内的高温条件下煤或焦炭与气化剂反应生成合成气(CO+H2)的过程。气化炉、气化原料和气化剂是煤气化过程的基本条件。气化炉是煤炭气化的核心设备;气化原料多为褐煤、长焰煤、贫瘦煤和无烟煤,亦包括部分弱粘结煤;气化剂为氧气、空气以及水蒸气等。100多年来,国内外开发的煤气化技术有上百种,目前能够工业化的也有几十种。气化技术分类方法也很多,其中以燃料在炉内的运动状况来分类的方式应用比较广泛,相应的分为固定床、流化床、气流床和熔融床。新一代煤气化技术的开发沿着气化压力由常压向中高压(8.5MPa)发展,气化温度向更高温度(1500-1600℃)发展,气化原料向多元化发展,固态排渣向液态排渣发展。
表1. 国内外主要气化炉分类
       目前,国内煤气化市场存在以下几点特征:
       1、多种煤气化技术将长期并存。万能的气化炉是不存在的,各种气化技术都有其特点、优点和不足之处。原料煤质和目标产品决定气化技术的选择。煤质全称煤炭质量,是指煤炭的物理、化学特性及其适用性,其主要指标有灰分、水分、硫分、发热量、挥发分、块煤限率、含矸率、结焦性和粘结性等。举例来说,德士古(Texaco)适合灰熔点高于1300℃的煤,这样的煤制浆性能好;内蒙古、云南和广西等地的劣质褐煤,不适合采用气流床气化,而采用加压流化床或加压固定床更加合适,不仅可减少制氧设备的投资,还减少了制氧的能耗和冷却水的消耗量;煤质中硫元素含量过高,会腐蚀气化炉内壁,这就是大唐克旗煤制天然气停工的主要原因。气化炉运行条件不同,投料后所产有效气体(CO+H2)成分比例也不尽相同,如果从气化炉出来的粗合成气在经过净化工段后,其比例接近目标产品合成比例,那么变换工段的负荷和投资将较少。
       2、进口气化炉设备国产化率在提速。国外气化技术种类众多,德士古、壳牌、GSP、鲁奇炉、U-Gas等抢占中国市场竞争激烈。技术供应商为缩短配件采购时间、降低成本,也在帮助业主企业提高设备的国产化率。例如Shell气化炉的内件、烧嘴等关键设备国产率98%以上。
      3、拥有自主知识产权的气化炉已具备一定的市场规模。我国自主知识产权煤气化技术发展快速,两段炉干煤粉气化、航天炉干煤粉气化、清华炉水煤浆气化、四喷嘴水煤浆气化、多元浆料气化技术等已得到良好的工业应用。未来各种自主知识产权煤气化技术将逐渐取得更多的工程业绩,也将为煤化工企业带来更加丰富的气化技术选择。
      4、新型气化炉不断涌现。国内煤化工项目的蓬勃发展已经吸引了世界大部分的煤气化技术,康菲石油E-GAS气化技术、科林CCG粉煤加压气化技术、KBR运输床气化炉技术(TRIGTM)等正在积极拓展中国市场。
新型煤化工百花齐放
       煤化工是一项巨大的系统工程,涉及煤炭资源、水资源、环境、技术、资金以及众多配套资源。因此,国家在发展煤化工产业时坚持稳中求进,政策经历了鼓励-引导-控制-从严四个阶段:2006 年之前国家将煤化工列入我国中长期能源发展战略,提出实施大型煤气化、多联产技术开发,科技部重点支持洁净煤和煤炭综合利用项目;2006年为防止地方盲目上煤化工项目,国家重点推出“十一五”9个新型煤化工重点示范项目;2006年后国家发改委要求各级暂停煤制油项目审批,一般对 100万吨/年以下甲醇和二甲醚项目、60 万吨/年煤制烯烃项目不做批复;2009 年 3 月国务院强调 3 年内不批复现代煤化工项目,此后几年内政策一直处于从严状态。随着2012年《煤炭深加工示范项目规划》以及《煤炭深加工产业发展政策》的出台,新型煤化工政策逐渐清晰,发改委也于 2013年 3月下发 10个重点项目的路条。中国石油和化学工业联合会数据显示,截至2014年一季度,自“十一五”以来批准了27个新型煤化工示范项目。
表2. 各种煤化工技术转化效率、能耗对照表
煤制天然气市场利润丰厚
         工业化煤制天然气是指煤间接合成天然气工艺,主要工艺流程分为煤炭气化、变换、净化和甲烷化。受世界第一个商业化煤制天然气项目影响,国内上马的煤制天然气项目多采用鲁奇炉气化煤炭。除去气化炉,甲烷化技术是整个流程的另一关键工段,市场上主流技术有德国鲁奇、英国戴维和丹麦托普索公司的甲烷化技术。
       截至2013年底,国内在建和规划的煤制天然气项目约69个,总规模达到约2600亿立方米/年(焦炉气制天然气未计入)。其中,新疆煤制天然气总规模为1626亿立方米/年,占全国总量的62.5%;内蒙古总规模为601.3亿立方米/年,占总量的23.1%。国家发改委共计审批煤制天然气气项目20个,年产能达914亿立方米,远远超过《天然气发展“十二五”规划》的要求。根据和君测算新疆煤制气如果按照1.28元的煤制气成本加上1.08元的平均管输费计算,煤制气入粤后仍将有近0.5元/立方米的利润,投资回报利润率明显。同时,更大的煤制气成本优势还在焦化领域,其制LNG及市场销售综合成本大大低于国际进口LNG成本,项目投资仍具备较大优势。在页岩气仍不能稳定持续且足量供应的当前,煤制气将对国内区域天然气市场影响重大。
煤制油将加剧“三桶油”炼化版块亏损
       煤制油是以煤炭为原料,经加工转化以制取替代石油及其制品的液体烃类为主要产品的技术,其主要技术路线有三条:煤直接液化技术(DCL);煤间接液化技术(ICL),主要包括F-T合成油技术、甲醇制汽油(MTG)技术;中低温热解技术即焦油加氢。煤炭直接液化可以生产高标号的汽油,煤炭间接液化可以生产十六烷值高达65的优质柴油、适合乙烯原料的石脑油等。间接液化合成的高十六烷值的柴油可以和直接液化生产的低十六烷值的柴油调和使用。目前,我国运行的煤制油项目有神华108万吨/年煤直接液化项目、神华18万吨/年煤间接液化项目、潞安16万吨/年煤间接液化项目、伊泰16万吨/年煤间接液化项目、庆华20万吨/年MTG项目、晋煤天溪10万吨/年MTG项目,总规模为188万吨。但更大的市场冲击来自焦油加氢项目,如庆华10万吨/年中低高温焦油加氢、神木富油12万吨/年中低温焦油加氢、神木天元50万吨/年中温焦油加氢等,总规模超过150万吨。煤制油在2014年后产能急速提升,到 2016年或将达到1600万吨/年,其低成本优势将对“三桶油”区域市场形成较大冲击,从业企业也将分享“三桶油”带来的垄断利润。与此同时,由于煤制油的逐步成熟,导致油页岩生产的页岩油完全失去产品竞争力,或将终结油页岩的资本神话。
煤制烯烃已迫使“三桶油”完全失去垄断带来的盛宴,寒冬就在当前
       煤制烯烃工艺流程由煤气化、甲醇合成、甲醇制烯烃、烯烃分离等一系列单元组成,其中甲醇制烯烃及其催化剂是关键环节。企业根据原料煤特性选择了不同种类气化炉,且多为气流床气化炉。目前已经工业化示范成功的国产甲醇制烯烃技术主要包括中科院大连化学物理研究所的DMTO技术和中石化的SMTO技术,分别采用正大能源材料(大连)有限公司生产的DMTO催化剂和中石化催化剂分公司生产的SMTO催化剂,仅用2.6吨甲醇就能生产1吨烯烃(第二代技术),大幅减少煤炭和水的消耗。
       国内运行、建设和规划中的煤/甲醇制烯烃项目超过60个,主要分布于煤炭产地和沿海地区。其中6个项目已运行,合计产能276万吨:神华包头60万吨/年、神华宁煤50万吨/年,大唐多伦46万吨/年等。预计2015年煤制烯烃总产能达1450万吨,2018年产能将达2365万吨/年。低成本的煤制烯烃将在部分产品领域全面替代传统石油化工路线,“三桶油”现在已经没有产业垄断保护伞了。经和君测算,即便在煤价400元/吨情境下,聚烯烃税前完全成本大大低于以石脑油为原料制备烯烃的企业。
数据来源:
[1]大连化物所。
[2]国泰君安证券