煤制油(Coal-to-liquids, CTL)是以煤炭为原料,通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术,包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下,通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料,并脱除硫、氮、氧等原子。具有对煤的种类适应性差,反应及操作条件苛刻,产出燃油的芳烃、硫和氮等杂质含量高,十六烷值低的特点,在发动机上直接燃用较为困难。费托合成工艺是以合成气为原料制备烃类化合物的过程。合成气可由天然气、煤炭、轻烃、重质油、生物质等原料制备。根据合成气的原料不同,费托合成油可分为:煤制油(Coal-to-liquids, CTL)、(生物质制油 Biomass-to-liquids, BTL)和天然气制油(Gas-to-liquids, GTL)。煤的间接液化首先把煤气化,再通过费托合成转化为烃类燃料。生产的油品具有十六烷值高、H/C含量较高、低硫和低芳烃以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。同时,CTL具有运动粘度低,密度小、体积热值低等特点。
煤炭因其储量大和价格相对稳定,成为中国动力生产的首选燃料。在本世纪前50年内,煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。预计煤炭占一次能源比例将由1999年67.8%、2000年63.8%、2003年67.8%达到2005年50%左右。我国每年烧掉的重油约3000万吨,石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程,以煤制油已成为我国能源战略的一个重要趋势。 煤的间接液化工艺就是先对原料煤进行气化,再做净化处理后,得到一氧化碳和氢气的原料气.然后在270C ~350C左右,2.5MPa以及催化剂的作用下合成出有关油品或化工产品。即先将煤气化为合成气(CO+H2),合成气经脱除硫、氮和氧净化后,经水煤气反应使H2/CO比调整到合适值,再Fischer-Tropsch催化反应合成液体燃料。典型的(Fischer-Tropsch)催化反应合成柴油工艺包括:煤的气化及煤气净化、变换和脱碳;F-T合成反应;油品加工等3个步骤。气化装置产出的粗煤气经除尘、冷却得到净煤气,净煤气经CO宽温耐硫变换和酸性气体脱除,得到成分合格的合成气.合成气进入合成反应器,在一定温度、压力及催化剂作用下,H2和CO转化为直链烃类、水及少量的含氧有机化合物.其中油相采用常规石油炼制手段,经进一步加工得到合格的柴油。F-T合成柴油的特点是:合成条件较温和,无论是固定床、流化床还是浆态床,反应温度均低于350℃,反应压力为2.0~3.0MPa,且转化率高。间接液化几乎不依赖于煤种(适用于天然气及其它含碳资源),而且反应及操作条件温和。间接法虽然流程复杂、投资较高,但对煤种要求不高,产物主要由链状烃构成,因此所获得的十六烷值很高,几乎不含硫和芳香烃。
由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家,其煤炭储藏量高达553.33亿吨,储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术,生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。萨索尔(Sasol)公司现有二套“煤炭间接液化”装置,年生产液体烃类产品700多万吨(萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年),其中合成油品500万吨,每年耗煤4950万吨。累计的70亿美元投资早已收回。现年产值达40亿美元,年实现利润近12亿美元。 当前,我国己投入工业化示范的煤制油项目有5个,产能达160万吨。根据煤制油项目进展情况和几个煤制油企业规划,到2015年煤制油产能可达1200万吨,2020年可达3300万吨的规模。
预计,按照高中低三种增速计算,到2015年我国煤制油的生产规模分别达到600万吨/年、1000万吨/年、1200万吨/年。到2020年高增长情景下可达5000万吨/年。
现阶段,我国煤制油行业处在大型国有煤炭企业中试点阶段。数据监测显示,截至2012年底,已经投产的项目中煤制油总产能为170万吨/年,其中神华集团居于主导地位,占总产能的74%。根据煤制油项目投产企业的占比,推算出2012年中国煤制油项目生产油品的总规模达到106.08万吨,与2011年相比,有所下降。
我国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及工程开发,完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验,5吨煤炭可合成1吨成品油。据项目规划,一个万吨级的“煤变油”装置可望在未来3年内崛起于我国煤炭大省山西。中科院还设想到2008年建成一个百万吨级的煤基合成油大型企业,山西大同、朔州地区几个大煤田之间将建成一个大的煤“炼油厂”。最近,总投资100亿美元的朔州连顺能源公司每年500万吨煤基合成油项目已进入实质性开发阶段,计划2005年建成投产。产品将包括辛烷值不低于90号且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500种化工延伸产品。
2015年9月,我国首套百万吨级煤间接液化制油项目,在位于陕西省榆林市的陕西未来能源化工有限公司投产,并产出了优质油品。该项目核心技术采用兖矿集团自主研发的低温费托合成专利技术。该技术与国内外同类技术相比,具有诸多优势:吨油品催化剂消耗低,为国内外同类催化剂消耗的30%左右柴油选择性高,柴油收率达75%以上,比国内同类技术高30%以上;费托合成反应器生产强度大,是同类直径反应器产能的1.5倍碳转化率高,煤气化单元采用兖矿集团与华东理工大学共同研发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术,碳转化率高达98%~99%;热电联供系统总体热效率可超过90%。
我国煤炭资源丰富,为保障国家能源安全,满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要,2001年国家科技部”863”计划和中国科学院联合启动了”煤制油”重大科技项目。两年后,承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油,清澈透明,几乎无味,柴油中硫、氮等污染物含量极低,十六烷值高达75以上,具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比,百公里耗油减少30%,油品中硫含量小于0.5×10-6,比欧Ⅴ标准高10倍,比欧Ⅳ标准高20倍,属优异的环保型清洁燃料。
新资质标准(石油化工工程施工总承包企业资质标准)
“富煤、贫油、少气”是我国的能源结构特点,如果能实现把煤变成油,对保障国家能源安全具有重要的战略意义。
如今,在有着“能源金三角”美誉的内蒙古鄂尔多斯,国家能源集团旗下世界首套、全球唯一的百万吨级煤直接液化制油示范工程已经安全稳定运行了10年。这里丰富优质的煤炭资源为煤制油提供了可靠的原料,自主产权的“煤变油”技术更是点石成金,使黑色的煤炭化茧成蝶,华丽变身为清澈透明的高品质油品。
作为世界上最大的煤炭供应商,国家能源集团建设了世界首个百万吨级煤直接液化示范工程,成为我国石油替代战略的重要成果,也使我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。
在鄂尔多斯煤制油分公司煤液化中心,记者看到比面粉还细的乌黑煤粉进入生产线,20多个小时后就能产出像矿泉水般清澈的柴油、石脑油等高端油品,这种奇幻的变化令人惊叹。“煤直接液化是以煤炭为原料,采用‘863’纳米级催化剂,在供氢溶剂的作用下,通过高温、高压液化反应及提质加工过程,使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为液体燃料,生产出优质的清洁油品,主要产品有煤基直接液化柴油、汽油、石脑油和液化气,副产品有煤基沥青、粗酚、液氧、液氮和液体二氧化碳等。经过十余年的不断自主研发和工艺改进,鄂尔多斯煤制油分公司已经成为居世界领先地位的现代化大型煤直接液化工业化生产企业。”鄂尔多斯煤制油分公司总经理王建立向记者介绍说。
然而,多年来 社会 上对煤制油存在诸多误解和质疑,到底煤制成的油品有什么优点、煤制油有没有经济性和实用价值?“由于我国航空航天煤油须采用特定油田的特定原油加工,国内此种资源非常稀缺。国家能源集团煤直接液化的油品具有‘一大三高四低’的特点,即大比重,高热值、高热容、高热安定性,低凝点、低硫、低氮、低芳烃。”中国神华煤制油化工有限公司副总经理、总工程师舒歌平如是说。由于煤直接液化油品区别于石油基油品的优异品质,使其成为军用和航空领域特种油品的重要选项,未来将在能源供给革命中具有重要的战略意义,对我国能源安全和高端用油具有重要的保障作用。
我国的煤制油技术从无到有,从跟跑到领跑,离不开创新和创造。在鄂尔多斯煤制油分公司,记者注意到该公司把创新能手和劳动模范的事迹挂在显眼位置,激励、发动广大职工,鼓励自主创新,而这正是世界首套煤直接液化项目的动力之源。
据了解,液化装置中高差压减压阀是连接加氢反应器与下游生产环节的“关卡”,对生产线稳定运行至关重要。最初,生产线上的4套高差压减压阀全部为进口产品,单套购价880万元人民币,阀芯使用70个小时左右便碎裂失效。过去10多年里,鄂尔多斯煤制油分公司通过联合国内科研机构、生产厂家持续攻关,目前国产阀芯的使用寿命最新纪录达到2700多小时,远远超过了国外减压阀的使用寿命,整套系统可实现连续在线切换运行,每套国产产品的价格为200多万元,全套4台阀组节约2600余万元。王建立告诉记者,目前首条生产线的设备国产化率已经达到98%以上,既解决了生产线长周期稳定运行的瓶颈,还带动了中国煤化工关键装备的研发制造能力提升,为国内现代煤化工产业规模化发展扫除了障碍。
对于煤制油, 社会 上有很多疑问,特别是在西北内陆生态薄弱地区开展煤制油需要大量的水资源,鄂尔多斯煤制油公司是如何做到环境友好的?该公司党委副书记李瑞光告诉记者:“公司积极响应国家保护地下水资源的号召,主动担责,投资2.5亿元建设净水场,将经过净化处理的煤矿疏干水用于煤直接液化生产,实现了煤直接液化先期工程工业水源替代。在保护地下水资源的同时,解决了煤矿疏干水的综合利用难题,充分体现了央企维护地方生态的责任担当。而且,我们集成采用先进的污水处理工艺,摸索出‘清污分离、污污分治、分质回用’的治理方法,吨油水耗由设计的10吨降到6吨以下,可以说煤制油是水耗极低的煤化工项目。”
同时,在能源转化率方面煤直接液化也表现出明显的优势。“煤直接液化制油的能源转化率近60%,远远高于其他利用模式的40%左右,是煤生产液体产品中最有效的技术途径。由于其生产过程实现了煤炭资源的清洁和高效率转化,实现了传统能源清洁化利用。”王建立向记者介绍说。“此外,煤直接液化油品的低硫、低氮等特点,使油品燃烧废气所含的污染物极少。其中的硫氮排放小于1PPM,远低于国五标准10PPM的限值,甚至优于欧五标准,可有效减少环境污染,具有在城市和井下等环保要求较高场所使用的优势。”
在大力推进煤炭清洁转化的同时,国家能源集团积极关注二氧化碳减排和气候变化等重大议题。“我们建设了10万吨/年CCS全流程(二氧化碳捕集、封存)示范项目,将煤直接液化、气化生产中产生的二氧化碳捕集压缩注入封存到地下1500~2500米之间的咸水层,形成了二氧化碳捕集、输送、封存、监管等成套技术。”该公司总工程师陈茂山说。该项目每年可减少5100万立方米的二氧化碳排放量,相当于274公顷阔叶林吸收储存的二氧化碳总量,而且为实现大规模二氧化碳捕集和封存奠定了技术基础。
做好现代能源经济文章,为国家高质量发展打造“绿色引擎”,这是国家能源集团“煤制油人”多年来孜孜不倦的共同追求。近年来,鄂尔多斯煤制油分公司在前期发展成果基础上,充分挖掘产业优势,推动煤直接液化产业高质量发展。
众所周知,煤直接液化工艺、设备和操作较为复杂,安全管控难度远高于传统石化行业,鄂尔多斯煤制油分公司在安全生产、职业 健康 管理等方面有着独到的做法。“项目投产以来,一直强化安全风险预控管理体系运行,严格管控现场作业,自2008年底试生产以来,未发生过人员死亡及较大财产损失的安全生产事故,连续8年被评为集团安全体系建设一级单位,持续保持在集团安全管理第一方阵。”李瑞光告诉记者。
记者调研得知,在最近的两个生产周期里,煤液化装置单周期运行时间两次突破400天,分别达到420天和410天,远超310天的设计值。商业化运营以来,2011~2018年,企业累计生产油品665万吨,实现营业收入374.4亿元,利税合计73.6亿元,年均利税9.2亿元。国家能源局为公司开展的现场标定表明:煤直接液化工艺技术先进,装置设计合理,设备选择恰当,装置运行稳定、安全可靠,产品质量特点明显,能源转化效率高,三废排放达到国家标准要求,已取得明显的 社会 效益和经济效益。
9 石油化工工程施工总承包资质标准
石油化工工程施工总承包资质分为甲级、乙级。
9.1 甲级资质标准
9.1.1 企业资产
(1)净资产1亿元以上。
(2)企业近3年上缴建筑业增值税均在1000万元以上。
9.1.2 企业主要人员
企业主要人员要求不低于乙级标准,技术负责人具有10年以上从事工程施
工技术管理工作经历,且具有工程序列高级职称。
9.1.3 企业工程业绩
近5年承担过下列2类中的1类工程的施工,工程质量合格。
(1)单项合同额1亿元以上的中型石油化工工程施工总承包3项:
(2)单项合同额3500万元以上的石油化工主体装置(可含附属设施)检维
修工程3项。
9.2 乙级资质标准
9.2.1 企业资产
净资产 1000万元以上。
9.2.2 企业主要人员
(1)机电工程专业注册建造师不少于2人。
(2)技术负责人具有5年以上从事工程施工技术管理工作经历,且具有
工程序列中级以上职称或机电工程专业注册建造师执业资格;工程序列中级以
上职称人员不少于10人,且石油化工(或(油气田)地面建设或油气储运或
石油炼制或化工工程或化工工艺或化工设备)、结构、电气、机械和自动控制
等专业齐全。
9.2.3人员业绩
注册建造师主持完成过下列工程业绩不少于2项,工程质量合格。
(1)单项合同额3000万元以上的石油化工工程:
(2)单项合同额2500万元以上的石油化工主体装置(可含附属设施)检维
修工程。
9.3承包工程范围
9.3.1甲级资质
可承担各类型石油化工工程的施工和检维修。
9.3.2乙级资质
可承担大型以外的石油化工工程的施工,各类型石油化工工程的检维修。
注:
1.石油化工工程是指油气田地面、油气储运(管道、储库等)、石油化工、
化工、煤化工等主体工程,配套工程及生产辅助附属工程。
2.石油化工工程大、中型项目划分标准:
大型石油化工工程是指;
(1)30万吨/年以上生产能力的油(气)田主体配套建设工程:
(2)50万立方米/日以上的气体处理工程;
(3)300万吨/年以上原油、成品油,80亿立方米/年以上输气等管道输送
工程及配套建设工程;
(4)单罐10万立方米以上、总库容30万立方米以上的原油储库,单罐2
万立方米以上、总库容8万立方米以上的成品油库,单罐5000立方米以上、总
库容1.5万立方米以上的天然气储库,单罐400立方米以上、总库容2000立方
米以上的液化气及轻烃储库,单罐3万立方米以上、总库容12万立方米以上的
液化天然气储库,单罐5亿立方米以上的地下储气库,以及以上储库的配套建
设工程:
(5)800万吨/年以上的炼油工程,或者与其配套的常减压、脱硫、催化、
重整、制氢、加氢、气分、焦化等生产装置和相关公用工程、辅助设施;
(6)60万吨/年以上的乙烯工程,或者与其配套的对二甲苯(PX)、甲醇、
精对苯二甲酸(PTA)、丁二烯、己内酰胺、乙二醇、萃乙烯、醋酸、醋酸乙烯、
环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)、丁辛醇、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等生产装置
和相关公用工程、辅助设施:
(7)30万吨/年以上的合成氨工程或相应的主生产装置:
(8)24万吨/年以上磷铵工程或相应的主生产装置;
(9)32万吨/年以上硫酸工程或相应的主生产装置:
(10)50万吨/年以上纯碱工程、10万吨/年以上烧工程或相应的主生产
装置:
(11)4万吨/年以上合成橡胶、合成树脂及塑料和化纤工程或相应的主生
产装置;
(12)项目投资额6亿元以上的有机原料、染料、中间体、农药、助剂、试
剂等工程或相应的主生产装置;
(13)30万套/年以上的轮胎工程或相应的主生产装置:
(14)10亿标立方米/年以上煤气化、20亿立方米/年以上煤制天然气、60
万吨/年以上煤制甲醇、100万吨/年以上煤制油、20万吨/年以上煤基烯烃等煤
化工工程或相应的主生产装置。
中型石油化工工程是指:大型石油化工工程规模以下的下列工程:
(1)10万吨/年以上生产能力的油(气)田主体配套建设工程:
(2)20万立方米/日以上气体处理工程;
(3)100万吨/年以上原油、成品油,20亿立方米/年及以上输气等管道输
送工程及配套建设工程:
(4)单罐5万立方米以上、总库容10万立方米以上的原油储库,单罐 5000
立方米以上、总库容3万立方米以上的成品油库,单罐2000立方米以上、总库
容1万立方米以上的天然气储库,单罐200立方米以上、总库容1000立方米以
上的液化气及轻烃储库,单罐2万立方米以上、总库容6万立方米以上的液化
天然气储库,单罐1亿立方米以上的地下储气库,以及以上储库的配套建设工程:
(5)500万吨/年以上的炼油工程,或者与其配套的常减压、脱硫、催化、
重整、制氢、加氢、气分、焦化等生产装置和相关公用工程、辅助设施:
(6)30万吨/年以上的乙烯工程,或者与其配套的对二甲苯(PX)、甲醇、
精对苯二甲酸(PTA)、丁二烯、己内酰胺、乙二醇、苯乙烯、醋酸、醋酸乙烯、
环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)、丁辛醇、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等生产装置
和相关公用工程、辅助设施:
(7)15万吨/年以上的合成氨工程或相应的主生产装置;
(8)12万吨/年以上磷铵工程或相应的主生产装置;
(9)16万吨/年以上硫酸工程或相应的主生产装置;
(10)30万吨/年以上纯碱工程、5万吨/年以上烧碱工程或相应的主生产
装置:
(11)2万吨/年以上合成橡胶、合成树脂及塑料和化纤工程或相应的主生
产装置:
(12)项目投资额2亿元以上的有机原料、染料、中间体、农药、助剂、试
剂等工程或相应的主生产装置;
(13)20万套/年以上的轮胎工程或相应的主生产装置;
(14)4亿标立方米/年以上煤气化、5亿立方米/年以上煤制天然气、20万
吨/年以上煤制甲醇、16万吨/年以上煤制油、10万吨/年以上煤基烯烃等煤化工
工程或相应的主生产装置。
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