煤制氢:下一个10万亿产业风口,附技术和项目汇总!

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2018-06-30 12:51:43

摘要: 2050年我们将会迎接氢能时代的到来,形成10万亿元的产业规模。煤的最佳应用方式就是变成氢,当然也可以煤制油,但是煤制氢将会作为新能源的一个重头戏。

煤制氢优点与实例

氢气是目前石油化工领域中用量最大的一种化工原料,广泛用于生产合成氨、油品、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。氢能作为一种洁净、高效可储存、可再生的能源受到人们越来越多的关注。我国是以煤炭为主要能源的国家,以煤炭为原料制取氢气供给终端用户使用,集中处理有害废物将污染降低到最低水平,是一种相对环保的制氢路线。

煤炭制氢涉及复杂的工艺过程。煤炭经过气化、一氧化碳耐硫变换、酸性气体脱除、氢气提纯等关键环节,可以得到不同纯度的氢气。一般情况下,煤气化需要氧气,因此煤炭制氢还需要与之配套的空分系统。

煤制取氢气优点是技术日臻成熟,原料成本低,装置规模大。缺点是设备结构复杂、运转周期相对短、投资高、配套装置多。

随着我国成品油升级,各种加氢工艺应用越来越广,煤气化制氢相比干气和轻油制氢具有成本优势。

对蒸汽转化制氢、水煤浆气化制氢、干粉煤气化制氢及渣油气化制氢的成本进行分析比较后可以认为,利用煤和石油加工过程中得到的低值产品石油焦制氢,改变了传统的制氢原料路线,可以解决制氢成本高的问题。

同时,替代出来的炼厂石脑油、干气、天然气等原料用于生产经济效益更高的石化产品。例如:轻油一般可作为乙烯裂解原料,生产乙烯、丙烯等高附加值产品;干气根据组成不同,可用作乙烯装置原料或低硫工艺炉燃料。

煤制氢在炼厂的应用

炼油厂制氢原料主要有炼厂干气、天然气、煤、石脑油和重油等,制氢原料路线的选择主要取决于原料的可获得性和成本。在高油价的现状下,中国炼厂石脑油和重油制氢已不具经济性,逐步被淘汰。目前国内炼化一体化项目典型氢源包括:天然气或煤制氢、干气制氢、重整装置副产氢、PSA回收氢及乙烯装置产氢。

中国外购天然气制氢的炼厂,天然气价格一般超过3元/立方米,而沿海地区使用进口LNG的炼厂,天然气成本高达4元/立方米左右,在此条件下,炼厂以大规模煤气化装置制氢更具经济性,有以下一系列优点。

由于上述优势,煤制氢在炼厂正在取得越来越广泛的应用。从2009~2013年,中国炼厂新建煤/石油焦制氢项目如下表2-15所示。

2009~2013年中国炼厂新建煤/石油焦制氢项目

不仅是在中国,煤制氢也被印度企业所选择。

2012年5月,印度最大的私营企业信诚工业公司建设全球最大的石油焦/煤气化多联产项目,项目位于该公司拥有的世界最大炼油厂区――贾姆纳加尔――总炼油能力为130万桶/天(6200~6500万吨/年)。据印度媒体报道,该项目总投资40亿美元,采用E-Gas气化技术(气流床两段水煤浆气化),根据公开数据,该项目采用10台进料量约3000吨/天的气化炉,多联产产品方案将包括氢气、电力、蒸汽、合成天然气(SNG)和醋酸等乙酰基化工产品。

总的来说,在油价和天然气价格高企,而煤炭价格相对平稳的现状下,大规模煤气化制氢不仅具备成本优势,而且可以优化炼厂的物料平衡,已经成为中国炼厂制氢的重要发展方向。

将煤炭或焦炭原料转化为氢气,该项技术已在中国石化下属金陵石化、齐鲁石化、南化公司成功应用。与传统干气制氢工艺相比,煤制氢装置的水煤浆制氢工艺可节约成本20%到25%。

由中石化南京工程公司EPC总承包九江煤制氢项目启动。该项目总投资14亿元,采用GE水煤浆气化技术,年产氢10万吨,于2014年投料试车。九江石化煤制氢项目选用的低温甲醇洗工艺采用半贫液技术,以冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体,是中国石化自有专利技术的首次国产化实践,具有能耗低,工艺气体净化度高,吸收选择性高,甲醇的热稳定性和化学稳定性好,能够有效脱除原料气的硫化氢、二氧化碳和COS组分等优点。

2014年1月23日,中石化集团茂名石化油品质量升级改造工程煤制氢装置成功生产出合格氢气。该套装置是目前中国单产能力最大的煤制氢装置,它的建成投用,既可满足茂名石化汽柴油质量从国四升级至国五的用氢需求,又可缓解炼油扩能后氢气资源不足的压力,对于茂名石化优化资源、调整结构、绿色生产、

丙烯装置的准备工作。

由华东理工大学开发的多荆门英德气体有限公司(中国荆门)是工业气体供应商英德气体集团(香港)的子公司,该公司已于2017年10月20日开始在湖北省荆门化学品回收工业园区建设煤制氢和综合利用项目的主要生产设施。该项目将建设一个气体岛,为该工业园区的邻近装置提供氨和甲醇等工业气体和某些化学原料,特别是为中国石化子公司炼油公司中石化荆门公司提供升级和扩容项目。该项目将通过水煤浆夹带式煤制氢技术进展

煤气化制氢是工业大规模制氢的首选方式之一。虽然传统煤气化制氢工艺成熟,但其投资成本大、需用纯氧、气体分离成本高、产氢效率偏低、CO2排放量大。降低煤气化制氢工艺CO2排放的关键在于提高过程热效率、避免复杂的气体分离过程。借助于氧载体的传递作用,化学链制氢技术可实现氧和热在燃料反应器、蒸汽反应器和空气反应器之间的转移,从而使CO2、H2、N2内在分离,既直接利用空气、也能获得高浓度的CO2和H2。铁基氧载体是化学法制氢的理想氧载体之一,然而在燃料反应器中,铁基氧载体与煤的直接反应速率很慢且该反应器吸热。如何促进氧载体与煤的直接反应速率且使燃料反应器自热是该制氢技术的关键。

在前期研究的基础上,山西煤炭化学研究所提出添加碱金属催化剂来促进Fe2O3与煤的直接反应速率。他们通过添加Al2O3,一方面作为惰性组分防止氧化铁的烧结,另一方面与FeO反应生成铁铝氧载体,释放反应热为燃料反应器提供部分热量。模拟结果表明,采用该技术过程各反应器都能实现自热,制氢热效率可达75%,生成的铁铝氧载体则能被空气氧化回到初始相态,实现氧循环。

中国拟在建十五个炼化一体化项目,已有11个采用煤制氢!

随着成品油质量升级的推进,国内新建炼油厂大多选择了全加氢工艺路线,以满足轻质油收率、产品质量、综合商品率等关键技术经济指标要求,这极大增加氢气需求和制氢技术的市场。

在高油价时期,具备成本优势的煤/石油焦气化制氢成为中国炼厂制氢的发展趋势。随着原油和天然气价格持续走低,油制氢、天然气制氢和煤制氢的成本差距在缩小。

研究发现,煤/石油焦制氢仍然是中国炼厂制氢的主流工艺路线,已确定采用煤制氢的项目有11个,确定采用天然气制氢的只有1个。