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山西省焦炭集团有限责任公司是省政府出资、省国资委监管的36户省属国有骨干企业之一。山西省焦炭集团根据山西省“十一五”规划,在2005年与介休市政府进行密切合作,实施山西省焦炭集团实体化项目园区规划,在义安镇建立工业园区。园区内有200万吨/年焦化产能,每年富产4亿立方米焦炉煤气,如何延伸产业链,实现循环经济是摆在焦炭集团面前的现实课题,经研究决定成立项目法人公司益达化工公司承担焦炉煤气综合利用项目的建设和实施。
我国油、气资源紧缺,煤资源相对比较丰富,适度地发展煤化工,既可得到替代石油的运输燃料油品,还可得到替代石油的基本石油化工原料,再进一步延伸生产链,还可获得更多的高附加值产品,这对保证我国能源安全和经济的可持续发展具有重要意义。煤的焦化是煤化工的重要方式之一,而我国焦化企业副产的焦炉煤气是清洁能源,是一种重要的有效能源和资源,它的综合利用也就显得非常重要了。
三十年来,在我国经济的连续快速增长,特别是钢铁生产的持续高增长的推动下,炼焦行业得到快速发展,使我国成为世界上产量最大、出口量最多的炼焦产业大国。我国1991年焦炭产量达到7350万吨跃居世界产焦第一大国。2008年统计在册的997家焦化企业分布大陆29个省市区,生产焦炭32700万吨,同比增产500万吨,增长1.6％,占全球总产量的60％。在册的997家焦化厂当中,独立焦化厂产能约占总产能的2/3以上。随着焦化工业的迅速发展,炼焦过程当中副产的焦炉煤气己成为一种重要的能源和化工资源。按1.33t干煤生产1t焦炭和发生430Nm3焦炉煤气计算,2008年全国焦炉煤气产生总量约为1400亿Nm3。
其中,以山西省为例,2007年山西省生产焦炭9897万吨,产生的焦炉煤气除有约10％以城市煤气供应、发电等形式被回收利用外,还有约200亿立方米被白白排放掉。而国家耗资1400亿元建设的西气东输工程,每年只能将120亿立方米的天然气从新疆送到上海。也就是说,仅山西省每年排放掉的焦炉煤气量就接近两个西气东输工程的输气量。每年白白排放的焦炉煤气损失在上百亿元,在浪费宝贵资源的同时,也对环境造成了极大的污染和危害。为此,国内焦炉煤气综合利用迫在眉睫。山西省焦炭益达化工利用焦炉煤气合成甲醇项目已被列为山西省重点建设项目和示范工程,并得到政府财政资金支持。
焦炉煤气是炼焦过程中产生的副产品,主要成分是氢气和甲烷,还有少量烯烃、一氧化碳和二氧化碳等。热值高,可燃成分较高(占90％左右),燃烧速度快,火焰较短;着火温度为600-650℃;密度为0.45-0.50 Kg/Nm3。焦炉煤气从焦炉出来后经过除焦油、除尘、脱萘、脱苯、脱硫净化一系列工序,其净化运行费用估计0.1元/Nm3左右,焦化企业焦炉煤气摊销成本一般按照0.2-0.3元/Nm3计算。焦炉煤气作为一种重要的能源和化工资源如何科学的利用可谓仁者见仁智者见智,目前它的综合利用有多种方式和途径,主要分为三类:一、作为燃料;二、发电;三、合成煤化工产品。第一,焦炉煤气作燃料主要用作工业燃气、民用燃气。向用户供应的焦炉煤气,必须经过脱萘、脱氨、脱苯、脱硫等净化处理。如果没有用户,出于经济利益考虑,就可能不对焦炉煤气进行经过全过程净化处理。未进行全过程净化处理的焦炉煤气,只进行了部分净化处理过程,减少了全过程净化处理过程中的一个或多个环节,例如,减少了脱硫环节,或其它环节等。对于没有利用的富余焦炉煤气,只有直接排入空中或点燃排放。这些直接排入空中或点燃的焦炉煤气,不论其净化程度如何,都将对环境造成严重的污染和危害。现在有些大城市已经完成或开始用天然气置换焦炉煤气,焦炉煤气用于城市难以再发展,现有的城市煤气企业也将出现煤气过剩和寻找出路的问题。第二,焦炉煤气发电有三种方式,即蒸汽发电、燃气轮机发电和内燃机发电。虽然投资不大,但经济效益差。因为发电机组能力小,运行成本高,上点网难,上网费也高。国内焦化行业单台机组最大容量2000KW,1m3焦炉煤气可发1KWh电,每千瓦投资约3500-4000元,平均运行费用0.16元/KWh,焦炉煤气0.2元/m3,如电力上网,发电利润很薄或持平。第三,焦炉煤气用于生产化工产品应用也较多,其中典型的用处有:焦炉煤气生产纯氢;焦炉煤气用于海绵铁作为还原剂;用焦炉煤气合成氨技术成熟;用焦炉煤气生产甲醇属我国自有的专利技术,其技术成熟可靠,操作管理方便,在云南大为、河北建涛、山东滕州盛龙、陕西黑猫等十余家建成并投产,山西省焦炭集团公司介休焦化园区益达20万吨甲醇/年项目是国内焦炉煤气制甲醇单套最大规模装置,目前正在处于安装试运行阶段,计划年底试车投产。
在焦炉煤气的综合利用方面,利用焦炉煤气生产甲醇是国家政策支持鼓励,经济效益可观,技术可靠,环保安全的可以大力开发拓展的综合有效利用资源的项目。
甲醇是极为重要的有机化工原料,也是清洁代用燃料,在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用,其衍生物产品发展前景广阔。在基础有机化工原料中,甲醇消费量仅次子乙烯、丙烯和苯,居第四位。随着我国国民经济的高速发展,对甲醇的需求量也在不断增加。目前甲醇的深加工产品已达120多种,我国以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种。
2006年世界甲醇产能达到4800万吨,据美国SRI咨询公司分析认为,今后几年世界甲醇产能将以年均5.7％速度增长,预计2010年产能将达5357万吨/年,2015年产能将达650G多万吨/年。甲醇的价格根据专家的预测未来几年受下游产品的发展使用和原料加工的差异会维持在2400-2800元/吨,目前生产甲醇的主要原料有三种:一、天然气制甲醇;二、煤制甲醇;三、焦炉煤气制甲醇。第一,天然气制甲醇,以天然气生产甲醇原料气有蒸汽转化、自热转化、部分氧化等方法,用天然气生产甲醇的产品质量较好,但是成本较高约在2200元/吨。而且国家政策严令禁止使用天然气生产甲醇。最近国家相关部门报道,天然气要涨价,给原有以天燃气为原料生产甲醇的企业又增加了很大的成本,可能产生经济负效益。第二,煤制甲醇,以煤为原料生产甲醇从工艺角度上来说,最大的区别在于甲醇原料气的制备。从制气的方式来说,有固定床(亦称移动床)、流化床、气流床之分;从气化技术发展的阶段性来说,有第一代气化技术、第二代气化技术及第三代气化技术之分。技术已经比较成熟,项目建设周期长,投资较大。煤制甲醇以22.5万吨/年甲醇为例,生产路线:GSP气化、变换冷却、低温甲醇洗、蒸汽透平驱动离心式合成压缩机、鲁奇管壳式合成塔等。项目总投资95763.82万元,原料煤按180元/吨,甲醇按2000元/吨计算,销售收入38019万元,总成本费用33661万元,利润总额4014万元,投资收益率10.76％,投资回收期(税后)10.91年。而且政策门槛很高,生产规模必须在100万吨/年以上才可以上报批准立项。第三,焦炉煤气制甲醇,利用焦炉煤气生产甲醇是国家政策支持鼓励,经济效益可观,技术可靠,环保安全的可以大力开发拓展的综合有效利用资源的项目。焦炉煤气制甲醇以22.5万吨/年甲醇为例,生产路线:2台65吨/小时流化床锅炉,纯氧催化转化,蒸汽透平驱动离心式合成压缩机,鲁奇管壳式合成塔等。项目总投资56959.10万元,焦炉煤气按0.27元/Nm3,甲醇按2000元/吨计算,年销售收入38080.59万元,总成本费用29154.63万元,利润总额8557.91万元,投资收益率21.24％,投资回收期(税后)7.39年。
通过使用SOWT模型、波特五力模型、盈亏平衡分析及敏感性分析等分析工具对焦炉煤气产业的经济性进行研究得出,利用焦炉煤气制甲醇项目既符合政策,技术可行,经济合理,能得到政策的扶持与鼓励,又在投资、回报、经济效益和利润方面占有很大优势,具有很强的市场竞争力,应大力推广。