仇登可

(南京延長(zhǎng)反應(yīng)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

眾所周知，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是“富煤、貧油、少氣”，煤炭在能源消費(fèi)總量中占有主體地位。根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)能源消費(fèi)總量約48.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消費(fèi)占比57.7%。隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷升級(jí)，以及天然氣需求量的急劇增加，為了充分利用現(xiàn)有煤炭資源，保證天然氣的需求供應(yīng)，人們正在不斷尋求新的渠道[1]。目前，我國(guó)天然氣對(duì)國(guó)外還存在較大的依賴(lài)度，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年天然氣消費(fèi)總量約3 082億m3，其中進(jìn)口天然氣約1 430億m3，對(duì)外依賴(lài)度高達(dá)46.4%。因此，要想解決我國(guó)天然氣的供應(yīng)問(wèn)題，必須大力發(fā)展天然氣的替代能源[2]；而且，根據(jù)國(guó)家《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》綱要，發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)已被列為國(guó)家能源戰(zhàn)略產(chǎn)能儲(chǔ)備和技術(shù)儲(chǔ)備。

“十二五”以來(lái)，雖然較多煤制天然氣項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)，但實(shí)際投產(chǎn)的企業(yè)僅有4家，分別為新疆伊犁新天(20億m3/a)、新疆慶華能源(13.75億m3/a)、大唐內(nèi)蒙克旗(13.3億m3/a)、內(nèi)蒙古匯能(4億m3/a)。煤制天然氣一方面存在投資大、能耗低等問(wèn)題，另一方面受煤炭?jī)r(jià)格上漲、天然氣門(mén)站價(jià)格下跌、產(chǎn)品單一、國(guó)家環(huán)保壓力增加等多方面因素的影響，嚴(yán)重制約了煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[3，4]。

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)比重調(diào)整，煤化工的低碳、高效、清潔、高附加值成為其主要發(fā)展方向，針對(duì)煤制天然氣產(chǎn)品單一的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成為急需解決的問(wèn)題[5]。本文以某年產(chǎn)13.3億m3煤制天然氣項(xiàng)目為例，提出煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇和乙二醇的技術(shù)工藝路線，通過(guò)煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品的工藝系統(tǒng)優(yōu)化，不僅可以提高盈利能力，還能進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

1 煤制天然氣工藝技術(shù)

該煤制天然氣項(xiàng)目的原料為褐煤，設(shè)計(jì)規(guī)模為13.3億m3/a，煤制天然氣的工藝流程見(jiàn)圖1。該項(xiàng)目通過(guò)碎煤加壓氣化來(lái)生產(chǎn)粗煤氣后，再通過(guò)部分變換冷卻使CO2轉(zhuǎn)化為CO，將H2/CO的比值調(diào)節(jié)至約3.0，然后將調(diào)整好比例的粗煤氣通過(guò)低溫甲醇洗技術(shù)，脫除粗煤氣中的CO2和H2S等酸性氣體變?yōu)閮艋瘹?，最后?jīng)過(guò)甲烷化技術(shù)和壓縮脫水工藝生產(chǎn)出合格天然氣；除生產(chǎn)主產(chǎn)品天然氣外，同時(shí)副產(chǎn)粗酚、混合苯、焦油、硫銨以及硫磺。

圖1 煤制天然氣工藝流程

煤制天然氣項(xiàng)目的主要裝置包括動(dòng)力、空分、煤氣化、變換、低溫甲醇洗、甲烷化以及硫回收等裝置，其規(guī)模及能力見(jiàn)表1。

表1 工藝主要裝置生產(chǎn)和處理能力

煤制天然氣技術(shù)是以煤為原料，經(jīng)過(guò)煤氣化、低溫甲醇洗制取合成氣，再經(jīng)過(guò)甲烷化合成天然氣。在煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇生產(chǎn)過(guò)程中，前段與煤制天然氣工藝相同，也是需要煤氣化及低溫甲醇洗過(guò)程制取合成氣，再通過(guò)深冷分離工藝提取出CO和H2等合成氣制取化工產(chǎn)品，兩種工藝路線僅在后端有所不同，這就為現(xiàn)有的煤制天然氣項(xiàng)目聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇提供了有利條件。煤制天然氣中，碎煤加壓氣化生成的粗煤氣組成見(jiàn)表2[6]。天然氣的主要成分是甲烷，其中，煤氣化裝置直接產(chǎn)生約45%甲烷，甲烷化裝置反應(yīng)合成約55%。因此，在煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇工藝中，即使取消了原來(lái)的甲烷化裝置，也可以通過(guò)深冷分離裝置將煤氣化過(guò)程中45%的甲烷分離出來(lái)，保證天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)。且煤氣化產(chǎn)生的H2和CO的含量為52%～64%，H2/CO約2.7，而合成甲醇和乙二醇的最佳H2/CO為2.0左右。因此，由原煤氣化裝置產(chǎn)生的粗煤氣滿足甲醇、乙二醇合成要求，不需要調(diào)整變換反應(yīng)氫碳比。

表2 碎煤加壓氣化粗煤氣組成

綜上可知，采用煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇方案，一是減少調(diào)整氫碳比而產(chǎn)生的碳損失，二是合成氣中存在氫資源富余，可以利用低溫甲醇洗裝置產(chǎn)生的高純度CO2作為甲醇的原料氣，提高綜合資源利用率。

2 天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇工藝

煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇的市場(chǎng)需求和技術(shù)可行性分析參見(jiàn)文獻(xiàn)[7-11]。天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇工藝是通過(guò)在低溫甲醇洗裝置后引入深冷分離裝置，將合成氣中的CH4分離出來(lái)，作為合成天然氣產(chǎn)品，經(jīng)壓縮后送入天然氣管網(wǎng)。CO和H2作為合成甲醇和乙二醇的原料，分別送入甲醇裝置和乙二醇裝置生產(chǎn)化學(xué)品。天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇工藝流程見(jiàn)圖2。煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇是對(duì)原煤制天然氣裝置的改建，新增裝置包括深冷分離裝置、PSA裝置、乙二醇裝置和甲醇裝置，其規(guī)模及能力見(jiàn)表3。

表3 新增工藝主要裝置規(guī)模

圖2 煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇工藝流程

3 天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇成本分析

3.1 單獨(dú)煤制甲醇生產(chǎn)成本

甲醇生產(chǎn)路線主要包括焦?fàn)t氣制甲醇、煤制甲醇和天然氣制甲醇3種工藝，分別占比8%、66%和26%；國(guó)內(nèi)不同工藝路線生產(chǎn)成本對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 不同工藝路線的甲醇生產(chǎn)成本

由表4可知，由各地煤炭?jī)r(jià)格不同，造成煤制甲醇的生產(chǎn)成本相差較大。在煤炭?jī)r(jià)格為202元/t時(shí)，甲醇生產(chǎn)成本約為1 684元/t，當(dāng)煤質(zhì)好、煤價(jià)較低時(shí)，煤制甲醇的生產(chǎn)成本會(huì)更低，相比天然氣制甲醇生產(chǎn)成本1 896元/t，煤制甲醇具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。焦?fàn)t氣價(jià)格決定了焦?fàn)t氣制甲醇的生產(chǎn)成本，在焦?fàn)t氣為0.4元/m3時(shí)，甲醇生產(chǎn)成本為1 552元/t，但焦?fàn)t氣制甲醇規(guī)模較小，難以體現(xiàn)規(guī)模效益。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)煤制甲醇能夠產(chǎn)生明顯的規(guī)模效益，相比其他路線具有較強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)。

3.2 單獨(dú)煤制乙二醇生產(chǎn)成本分析

乙二醇生產(chǎn)工藝主要包括乙烯制乙二醇和煤基乙二醇兩條路線。乙烯法的生產(chǎn)成本取決于乙烯價(jià)格，乙烯主要來(lái)源于石腦油裂解、甲醇制烯烴、煤制烯烴和乙烷裂解；煤制乙二醇的成本取決于煤炭?jī)r(jià)格。

3.2.1乙烯法制乙二醇生產(chǎn)成本

乙烯工藝主要包括石腦油制乙烯、煤制乙烯和甲醇制乙烯，占比分別為72%、15%和13%，乙烯法制乙二醇的生產(chǎn)成本見(jiàn)表5。

表5 乙烯法制乙二醇的生產(chǎn)成本分析

3.2.2 煤制乙二醇生產(chǎn)成本

在30萬(wàn)t/a合成氣制乙二醇項(xiàng)目中，若以?xún)?nèi)蒙古原料煤和燃料煤的價(jià)格338元/t(含稅)測(cè)算，合成氣制乙二醇的成本約4 110元/t，生產(chǎn)成本見(jiàn)表6。

表6 內(nèi)蒙古合成氣制乙二醇成本測(cè)算

隨著煤制乙二醇工藝不斷成熟以及開(kāi)工率提升、規(guī)模效應(yīng)逐步顯現(xiàn)，使得單噸產(chǎn)品的投資、綜合消耗降低，生產(chǎn)成本持續(xù)下降，與石腦油路線相比，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到進(jìn)一步提升。例如通遼金煤、華魯恒升、河南永金大部分乙二醇生產(chǎn)裝置噸成本控制在4 100元左右，能夠與45～55美元/桶區(qū)油價(jià)間內(nèi)的石油路線競(jìng)爭(zhēng)。

3.3 天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇生產(chǎn)成本分析

該煤制天然氣項(xiàng)目聯(lián)產(chǎn)方案的原料成本低，較不同地區(qū)和行業(yè)內(nèi)均有較好的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品甲醇、乙二醇和天然氣能夠靈活調(diào)整生產(chǎn)比例，在某一產(chǎn)品價(jià)格受到?jīng)_擊后，可以迅速調(diào)整產(chǎn)品策略，避免成本風(fēng)險(xiǎn)。在甲醇和乙二醇供應(yīng)缺口逐步減小、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的情況下，單一生產(chǎn)甲醇或乙二醇，受原料煤(或石油)價(jià)格上漲沖擊較大，同時(shí)受市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)影響較大，所以，單一生產(chǎn)甲醇或乙二醇市場(chǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)和競(jìng)爭(zhēng)能力較差；煤制氣項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益受煤炭和天然氣兩方面影響，而煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇項(xiàng)目受煤炭、天然氣、石油三方面影響，使得煤炭、天然氣分?jǐn)傦L(fēng)險(xiǎn)系數(shù)降低，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，調(diào)峰項(xiàng)目的“一頭雙尾”流程特點(diǎn)，可根據(jù)產(chǎn)品價(jià)格靈活調(diào)整產(chǎn)量，具有更強(qiáng)抵御天然氣和化學(xué)品價(jià)格波動(dòng)的能力?！耙活^雙尾”可以提升原料利用率及裝置產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇/乙二醇成本測(cè)算見(jiàn)表7。

綜上所述，單一煤制甲醇成本價(jià)約1 700元/t，聯(lián)產(chǎn)甲醇成本約1 459元/t；單一煤制乙二醇成本價(jià)4 110元/t，石油基乙二醇成本價(jià)5 586元/t(原油65美元/桶)，聯(lián)產(chǎn)乙二醇的成本價(jià)約3 460元/t。因此，相比單獨(dú)煤制甲醇/乙二醇，天然氣聯(lián)產(chǎn)方案甲醇、乙二醇更具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

4 天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

該項(xiàng)目采用聯(lián)產(chǎn)方案后需增加投資35.6億元，主要包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、材料費(fèi)、安裝工程費(fèi)、建筑工程費(fèi)以及其他建設(shè)費(fèi)，每個(gè)分項(xiàng)的占比見(jiàn)圖3。

圖3 煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇的投資費(fèi)用

若聯(lián)產(chǎn)方案折舊按照15年計(jì)算，煤炭到廠含稅價(jià)370元/t，化學(xué)品原料合成氣、其余燃料動(dòng)力及公用物料價(jià)格按照原裝置成本價(jià)上浮10%計(jì)算；產(chǎn)品甲醇、乙二醇按照近3年均價(jià)核算，甲醇含稅價(jià)為1 950元/t，乙二醇含稅價(jià)為4 750元/t。通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算，若單一煤制天然氣，企業(yè)將處于虧損狀態(tài)；若天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇整體核算，內(nèi)部收益率2.8%，年均利潤(rùn)2.5億元；若聯(lián)產(chǎn)方案獨(dú)立核算，內(nèi)部收益率24.3%，年均利潤(rùn)8億元。因此，煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇和乙二醇的內(nèi)部收益率大于化工項(xiàng)目基準(zhǔn)收益率，在經(jīng)濟(jì)上是可行的，同時(shí)建設(shè)聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品方案，在目前的原料和產(chǎn)品價(jià)格下，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)扭虧為盈。

表7 煤制天然氣聯(lián)產(chǎn)方案中甲醇、乙二醇的生產(chǎn)成本

5 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前煤炭?jī)r(jià)格上漲、天然氣門(mén)站價(jià)下調(diào)以及石油價(jià)格低迷的背景下，煤制天然氣企業(yè)由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、市場(chǎng)受限，時(shí)刻面臨虧損的局面，企業(yè)要改變這種不利局面，需要利用現(xiàn)有煤制天然氣裝置，開(kāi)發(fā)下游具有高附加值化學(xué)品的工藝路線，創(chuàng)造新的盈利空間。通過(guò)實(shí)施天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇方案，不僅可以使原有煤制天然氣項(xiàng)目扭虧為盈，還能實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化，提高企業(yè)的市場(chǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。因此，天然氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、乙二醇技術(shù)是煤制天然氣企業(yè)較好的發(fā)展路線。