中国热点化工产品市场分析380

富油煤炭深加工方案及技术经济探讨

□   石油和化学工业规划院   刘志光

　　在我国陕北、内蒙西部、新疆哈密等地区，蕴藏着大量富含焦油的煤炭资源。以陕北煤炭为例，其煤质特点是低灰、低硫、低灰熔点、高发热量和富含煤焦油，特别是煤焦油产率可达8%~11%，是理想的煤干馏抽提煤焦油的优质原料。

　　根据煤质的特点进行分质、高效、清洁利用，是我国煤炭深加工的发展方向。富油煤炭采用煤干馏技术，经过干馏、精制，生产出国内短缺的汽油、柴油产品，可以提高煤炭转化的附加值，也有助于缓解我国石油资源不足的矛盾。本文旨在以循环经济的模式，探讨富油煤炭深加工的最优方案，分析工艺技术的可行性和风险性以及预期达到的经济效益情况，供业内人士参考。

产品方案和生产规模确定

　　本研究方案确定粉煤干馏生产装置规模为3000万吨，经物料平衡后，确定焦油轻质化规模为500万吨，年操作时间7200小时，装置规模经济合理，达到国内外先进水平，有利于提高整个项目的竞争能力。生产规模和主要产品方案见表1、表2。

　　本方案产品中石脑油由于芳潜很高，可以作为石化行业中芳烃装置的原料，也可以用于调和汽油；柴油馏分由于十六烷值为43.1，较国家标准十六烷值46～49略低，可出售给炼油企业，经调和后可作为柴油出售。其他副产品粗苯、硫磺、天然气等，产品质量完全符合粗苯国家质量标准（YB/5022-1993）、硫磺国家质量标准（GB-2449－92）、天然气国家质量标准（GB17820-1999）和《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003）的质量指标。

        表1  生产规模                 万吨

装置名称              生产能力         备注

粉煤干馏                3000        20个系列

焦油轻质化              450        10个系列

制氢/（立方米/小时）      540000        焦油加氢原料

干馏气制天然气/亿立方米   17        干馏气综合利用

空分/（立方米/小时）      225000        3套75000立方米/小时

              表2  主要产品方案                  万吨

产品名称                  商品量                备 注

粉焦                       994 

石脑油馏分                  96 

柴油馏分                   346 

粗苯                      7.50      符合国家质量标准（YB/5022-1993）

硫磺                       4.3      符合国家标准（GB-2449－92）

天然气/（立方米/小时）  238000      符合国家质量标准（GB17820-1999）

工艺技术方案选择

　　工艺流程和物料平衡

　　本方案是以煤为原料生产粉焦、油品、天然气的大型化工装置，同时副产粗苯、硫磺等副产品。主要生产装置包括粉煤干馏、焦油轻质化、制氢（含空分、煤气化、变换、净化、变压吸附、硫回收）和干馏气制天然气（包括净化、甲烷化、压缩干燥）等。工艺流程和物料简图见图1。

　　工艺技术

　　本方案采用的工艺技术中，粉煤干馏和焦油轻质化技术分别选择大连理工大学的煤固体热载体热解技术和神木富油能源科技有限公司的煤焦油全加氢技术。目前采用上述技术建设的陕煤化集团神木富油能源科技有限公司120万吨粉煤干馏示范装置，已经建成，正在试车。神木富油示范项目粉煤干馏单套规模为60万吨（改进后可达到100万吨），本方案粉煤干馏单套规模150万吨，放大倍数仅为1.5～2.5倍，工程放大风险较小，把握性较大。

　　加氢技术在石化行业是非常成熟的洁净生产技术，有大量的工业化装置。国内以煤焦油为原料的加氢装置也已经实现工业化，如陕煤化集团天元公司50万吨的煤焦油加氢制轻质油工程、七台河宝泰隆煤化工股份有限公司年产10万吨煤焦油加氢装置等。

　　神木富油示范项目煤焦油轻质化规模为12万吨，为煤焦油全加氢流程，目前该装置经过长周期运行，已经成功工业化。本方案煤焦油轻质化单套规模45万吨，放大倍数不大，基本没有工程放大风险。

　　在制氢装置中采用的75000立方米/小时空分装置在国内外都有运行业绩；煤气化采用北京航天万源煤化工工程技术有限公司的粉煤气化技术，该技术在国内已有大型生产装置的制造、建设、和生产操作经验；宽温耐硫变换、酸气脱除、硫回收和变压吸均为先进、成熟可靠技术。

　　在干馏气制天然气装置中甲烷化拟采用托普索公司循环甲烷化工艺。甲烷化用于生产天然气，国外有美国大平原18万立方米/小时工厂自上世纪80年代初一直商业化运行，托普索公司甲烷化催化剂经过了大量的实验验证是先进、可靠的，同时，国内大型煤制天然气示范项目已经开车成功，因此，甲烷化技术也是成熟可靠的。

　　通过上述分析可以看出，本方案中采用的工艺技术大部分是成熟可靠的，只有粉煤干馏技术正在进行大规模的工业化示范，但经过示范装置的建设、优化，其技术风险不大，而且是可以控制的。本方案选择的技术见表3。   

　　节能、节水

　　节能  目前国内将煤炭转化为能源产品的方式有发电、煤制油、甲醇、二甲醚等。不同利用方式的能量效率由低到高为二甲醚（37.8%）<间接煤制油（40%~43%）<发电（41%～45%）<甲醇（43.8%）<煤制天然气（50%～60%）。经计算，本方案综合能量效率达75.2％，大大高于其他煤制能源产品，充分体现了循环经济的特色，是依据煤质特点进行加工转化的最有效利用方式，节能效果非常显著。

　　节水  从单位产品热值水耗来看，每吉焦耗水量由低到高为煤制天然气（0.16～0.2吨）<间接煤制油（0.38吨）<二甲醚（0.77吨）<甲醇（0.74吨）。本方案单位产品热值耗水量为每吉焦耗水量为0.038吨，耗水量最低，水耗指标先进，是最节水的煤炭转化方式，这对于富煤缺水地区发展煤化工产业具有十分重要的意义。

　　初步测算，如采用间接煤制油生产与本方案同样的油品量，需要水量为4420万吨（每吨油品按10吨水计），同时，生产本方案同样量的天然气还要消耗水量为1200万吨（每1000立方米天然气按7 吨水计），合计需要水量为5620万吨，而本方案年总耗水量为1981万吨，相当于节水3639万吨，大大低于间接煤制油和煤制天然气所需水量，节水效果非常显著。

　　CO2减排  本方案工艺技术先进，通过煤质的分质利用，生产油品和天然气，具有鲜明的循环经济特色，减排效果显著。经计算本方案年CO2排放量为2156万吨。如采用间接煤制油生产与本项目同样的油品量，需要排放CO2 3585万吨（每吨油品按8.1吨CO2计），同时，生产本方案同样量的天然气还要排放CO2为823万～943万吨（每1000立方米天然气按4.8～5.5 吨 CO2计），合计排放CO2为4408万～4528万吨，本方案相当于年减排CO2 2252万～2372万吨，减排效果非常显著。

　　　　　　　　　表3  本方案技术选择一览

项目                        选择技术               技术来源

粉煤干馏装置        煤固体热载体热解技术        大连理工大学

焦油轻质化装置      煤焦油全加氢技术            国内技术

制氢装置       

煤气化              HT-L粉煤加压气化工艺        北京航天万源煤化工

                                                  工程技术有限公司

变换                Co-Mo系宽温耐硫变换工艺 国内技术

净化                低温甲醇洗技术              国外技术

氢分离              变压吸附技术                国内技术

干馏气制天然气     

甲烷化              循环甲烷化技术（TREMPTM）   丹麦托普索公司

硫回收              克劳斯+尾气处理硫回收工艺   国内技术

投资及经济效益分析

　　投资  本方案投资估算范围包括：粉煤干馏装置、焦油轻质化装置、制氢装置、干馏气制天然气装置、原燃料煤贮运、原料成品罐区、综合仓库及配套的公用工程、辅助设施、服务性工程、厂外工程等。

　　经估算，本方案总投资为3673800万元，其中外汇24100万美元。建设投资估算值为3225000万元；建设期借款利息为348000万元；流动资金为100800万元。

　　经济效益分析  从经济效益分析来看，本方案总投资收益率31.8%，项目投资内部收益率（所得税前）25.51%，项目投资内部收益率（所得税后）21.05%，项目投资回收期6.6年（所得税前）。从上述测算结果可以看出，本方案具有较好的经济效益，较强的盈利能力和偿债能力，在财务上是可行的。

　　本方案建成投产后年均营业税金及附加为522680万元，年均增值税321507万元，年均所得税为276842万元，合计为1121029万元，说明项目对国家的税收贡献是十分巨大的。本方案主要技术经济指标见表4。

         表4  主要技术经济指标           万元

名称                                   数值

年均营业收入                        3142855

年均营业税金及附加                  522680

年均总成本费用                      1532337

年均利润总额                        1107366

年均所得税                          276842

年均净利润                          830525

年均息税前利润                      1168415

年均增值税                          321507

总投资收益率/%                      31.80%

资本金净利润率/%                    76.83%

项目投资财务内部收益率(所得税前)/%  25.51%

项目投资回收期(所得税前)/年            6.60

项目投资财务内部收益率(所得税后)/%  21.05%

项目投资回收期(所得税后)/年            7.24

注：原料煤价格为400元/吨，粉焦价格450元/吨，石脑油馏分价格6942元/吨，柴油馏分价格6673元/吨。

结论及存在问题

　　结论

　　（1）煤制能源产品是立足于国内能源结构特点，以丰富的煤炭资源为原料，生产油品、天然气等清洁能源，作为石油和天然气的替代和补充，符合国家产业相关产业政策。（2）本方案采用的煤干馏制油技术是煤化工领域的又一个重要突破，该技术根据煤质特点，干馏、精制出国内短缺的油品，实现了煤炭的合理利用，提高了煤炭转化的附加值，具有能源利用率高，循环经济特色鲜明的特点，符合国内外煤炭加工利用的发展方向。（3）本方案综合能量效率达75.2％，大大高于其他煤制能源产品，能量效率高，是富油煤炭生产能源产品的最优方式；本方案单位产品热值耗水量为每吉焦耗水量为0.038吨，耗水量最低，与间接煤制油和煤制天然气相比，相当于年节水3639万吨，这对于富油煤地区发展煤化工产业具有十分重要的意义；经计算本方案年减排CO2 2252万～2372万吨，减排效果显著。（4）本方案项目投资内部收益率（所得税前）25.51%，项目投资内部收益率（所得税后）21.05%，项目投资回收期6.6年（所得税前）。说明本方案具有较好的经济效益，较强的盈利能力和偿债能力，在财务上是可行的。

　　存在问题

　　（1）本方案的粉焦产品数量巨大，不利于长距离运输销售，适宜就近加工利用。由于粉焦产品具有热值高、含硫量低的特点，非常适宜作为电厂原料。（2）本方案中采用的工艺技术大部分是成熟可靠的，只有粉煤干馏技术正在进行大规模的工业化示范，但风险较小，而且是可以控制的。