Сфера угольной химии

Thread Content

Крупный консультативный проект Китайской академии инженерных наук под названием «Стратегическое исследование ключевых проблем устойчивого развития и скоординированного регионального развития нефтеперерабатывающей и угольной химической промышленности в Китае» длился 2 года. Академики и эксперты в области нефтехимии и угольной химии, проведя выездные исследования более чем 20 современных проектов в этой отрасли, систематически обсудили текущее состояние и будущие перспективы развития современной угольной химической промышленности. В результате были получены следующие выводы. I. В современной угольной химической промышленности уже сформирована основа для её развития
1. Промышленность достигла определенных масштабов. По состоянию на конец 2016 года в Китае было построено 1 предприятие для прямой ликвидации угля и 5 предприятий для косвенной ликвидации угля; общая производственная мощность составляла 6,95 миллиона тонн в год ； Построено 10 установок для производства олефинов из угля мощностью по 500–600 тысяч тонн в год; общая производственная мощность составляет 5,74 миллиона тонн в год ； Построены 3 проекта по производству природного газа из угля с общей производительностью 3,1 миллиарда кубометров в год ； Построено 11 установок по производству этиленгликоля из угля мощностью по 200 тысяч тонн в год; общая производственная мощность составляет 2,7 миллиона тонн в год. 2. Международное лидерство в ключевых технологиях. Технологии прямой и косвенной ликвидации угля, газификации угля, производства олефинов из метанола, производства этиленгликоля из метанола, производства ароматических веществ из метанола и другие технологии, основанные на собственных интеллектуальных правах, находятся на уровне, соответствующем мировым стандартам лидерства или передового уровня. Доля отечественного оборудования в промышленности достигла примерно 90%. Большое количество оборудования для технологии автономной газификации находится в промышленном использовании. Оно позволяет производить крупные газификационные установки (с мощностью сжигания угля ≥ 3000 тонн в день), крупные установки для разделения газов (с производительностью производства кислорода ≥ 100 тысяч кубических метров в час), крупные реакторы для гидридации и ферроцементного синтеза (с массой ≥ 2000 тонн), крупные компрессорные установки, а также высоконадежные клапаны для контроля давления, способные функционировать в экстремальных условиях. Кроме того, имеются насосы для перекачки угольной суспензии при высоких температурах и высоком содержании твердых частиц. Демонстрационные проекты, уже построенные, после периода коммерческой эксплуатации и постоянного совершенствования демонстрируют постоянный рост уровня технологий производства, энергоэффективности и экологических показателей. Например, на новом проекте по косвенной ликвидации угля компании Shenhua Ningmei мощностью 4 миллиона тонн в год расход угля на производство одной тонны нефти снизился с 16 до 6 тонн. Удачные проекты позволяют достичь практически нулевых уровней выбросов. 3. Производство нефтепродуктов, которые трудно получить на обычных нефтеперерабатывающих заводах. Путем прямой ликвидации угля производятся сверхчистое бензин и дизельное топливо, военные виды топлива, высокоплотный авиационный керосин, ракетный керосин и другие специальные виды топлива, а также химические вещества с высокой добавленной стоимостью. Некоторые из этих продуктов уже позволяют заполнить отсутствующие на рынке товары; они имеют огромный потенциал для применения в области национальной обороны. Завершенные испытания боевых самолетов, ракетных двигателей и бронемашин показали отличные характеристики нефти, получаемой в результате прямого сжижения угля. Химикаты с высокой добавленной стоимостью, производимые путем косвенной ликвидации угля, такие как растворители с низким содержанием ароматических веществ, воски Фито с высокой температурой плавления и основные масла для смазочных материалов высокого качества, обладают определенной конкурентоспособностью на рынке. Согласно исследованиям, проведенным Институтом экологических наук Китая, в результате использования чистого дизельного топлива, произведенного из угля, по сравнению с дизельным топливом, соответствующим стандарту Гоу-5, уровень выбросов углекислого оксида, тонких частиц, оксидов азота и углеводородов в выхлопных газах снижается на 24%, 49%, 12% и 34% соответственно. 4. Стал важным дополнением к нефтехимической продукции. Развитие современной угольной химии способствовало диверсификации сырья в нефтехимической промышленности, что частично компенсировало недостаток нейтрального нефтяного газа в нашей стране и повысило объемы поставок некоторых химических продуктов. К концу 2016 года общая производственная мощность по производству олефинов из угля составила 5,74 миллиона тонн в год; эта мощность составляла 11,39% от общей производственной мощности страны по производству этилена и пропилена ； Общая производственная мощность по производству природного газа из угля составляет 3,1 миллиарда кубометров в год; фактическое производство — 2,16 миллиарда кубометров. Это соответствует 1,57% от общего объема потребления природного газа в стране ； Было построено 11 установок для производства этиленгликоля из угля мощностью по 200 тысяч тонн в год; общая мощность этих установок составляет 2,7 миллиона тонн в год, что составляет 32,8% от общего объема производства этиленгликоля в стране. 5. Несмотря на колебания цен на нефть, была подтверждена экономическая эффективность данной отрасли. Результаты исследований показали, что при высоких мировых ценах на нефть современные проекты в области угольной химии демонстрировали хорошую рентабельность ； Когда международные цены на нефть составляли около 40 долларов за баррель, предприятия, производящие нефть и газ из угля, терпели убытки, в то время как проекты по производству олефинов из угля приносили небольшую прибыль. Результаты исследования проекта показывают, что при цене угля 220 юаней/тонна, в условиях самых строгих экологических требований и цены на торговлю углеродом в размере 20 юаней/тонна, точка безубыточности для проектов прямой ликвидации угля составляет 50–55 долларов США за баррель по цене нефти Брент; для проектов косвенной ликвидации угля — 60–65 долларов США за баррель; а для производства олефинов из угля — 40–45 долларов США за баррель. То есть, когда международная цена на нефть составляет не менее 65 долларов за баррель, современная угольная химическая промышленность может функционировать без убытков ； При международной цене на нефть около 85 долларов за баррель современная угольная химическая промышленность может достичь базовой нормы доходности отрасли (11% до уплаты налогов). В последнее время международные цены на нефть восстановились до уровня около 60 долларов за баррель, что является хорошей новостью для развития современной угольной химической промышленности. Следует отметить, что современная промышленность по переработке угля находится на начальном этапе развития. В её развитии всё ещё существуют проблемы: необходимо дальнейшее совершенствование технологий производства, усиление контроля за деятельностью предприятий, а также корректировка их расположения. Проблемы, вызывающие общественную озабоченность, такие как использование водных ресурсов, охрана окружающей среды, выбросы углерода и конкурентоспособность промышленности, по-прежнему мешают её развитию. Для решения этих проблем необходимо в рамках плана «13-я пятилетка» проводить работу по совершенствованию технологий и развивать научно-технические инновации, чтобы постепенно преодолевать эти трудности в будущем. II. Возможности и вызовы для развития промышленности В период «13-й пятилетки» развитие современной угольной химической промышленности сталкивается с новыми условиями и вызовами. Положительные факторы и ограничения сосуществуют друг с другом, при этом одновременно существуют и возможности, и вызовы. Возможность №1: позиционирование отрасли развития уже определено. 28 декабря 2016 года, в день ввода в эксплуатацию пилотного проекта по преобразованию угля в нефть компании Shenhua Ningmei, **** выдал важное указание: «Ввод в эксплуатацию этого крупного проекта имеет огромное значение для укрепления способности нашей страны обеспечивать себя энергией, для содействия чистому и эффективному использованию угля, а также для развития регионов, населенных представителями отдельных национальностей. Это является полезным примером развития энергетики на основе принципов безопасности, эффективности, чистоты и низкого уровня выбросов парниковых газов. Кроме того, это важный результат реализации стратегии развития, основанной на инновациях». В феврале 2017 года, с одобрения Государственного совета, **Управление по энергетике опубликовало «План развития промышленности глубокой переработки угля на период до 2025 года» ； В марте **Комиссия по развитию и реформам вместе с Министерством промышленности и информатизации опубликовали «План инновационного развития современной отрасли угольной химии». В этом документе четко указывается, что «умеренное развитие отрасли глубокой переработки угля необходимо как для обеспечения технологического и производственного потенциала в области энергетики, так и для содействия чистому и эффективному использованию угля, а также для обеспечения энергетической безопасности». Также в документе говорится о необходимости превратить отрасль глубокой переработки угля в важную составляющую современной энергетической системы страны. Таким образом, на государственном уровне была более четко определена роль этой отрасли. Возможность номер два: **потребность в энергетической безопасности. Наша страна стала одним из крупнейших в мире потребителей и импортеров нефти и газа. В 2016 году доля импорта сырой нефти составила более 60%, а доля импорта природного газа — 36,6%. Эти показатели имеют тенденцию к увеличению с каждым годом. Под давлением все более строгих экологических требований ускоряется процесс повышения качества нефтепродуктов. Развитие производства нефти из угля позволяет расширить ассортимент качественных и чистых нефтепродуктов, тем самым снижая влияние использования нефти на состояние атмосферы во время туманной погоды. В нашей стране уровень зависимости от импорта некоторых основных нефтехимических продуктов довольно высок. В 2016 году доля отечественного производства этилена (в эквиваленте), п-диметилбензола, полиэтилена, этилгликоля и стирола составляла соответственно 52,5%, 43%, 62,9%, 34,6% и 60%. Существуют значительные возможности для развития современной угольной химической промышленности. Возможность номер три: потребность в чистом и эффективном использовании угля. Обширные туманы по всей стране заставляют нас уделять особое внимание и повышать эффективность чистого использования угля. Современная угольно-химическая промышленность является стратегической новой отраслью, способствующей чистому и эффективному использованию угля, а также трансформации и модернизации угольной промышленности; она представляет собой эффективный способ дальнейшего развития угольной промышленной цепочки. Производство нефти и газа из угля позволяет преобразовать сложный по составу и «нечистый» уголь в качественные, чистые нефтепродукты и природный газ. Химические продукты, получаемые из угля, позволяют полностью использовать такие элементы угля, как углерод, водород, сера и кислород. Уровень газообразных загрязнителей, образующихся в процессе производства, значительно ниже, чем при прямом сжигании угля. Часть углерода может быть закреплена в химических продуктах. Возможность четвертая: потребности в развитии региональной экономики. Инвестиции в современную угольную химическую промышленность велики, добавленная стоимость продукции высока, а налоги и сборы за тонну нефтепродуктов также велики. Развитие этой отрасли может эффективно способствовать развитию региональной экономики и помочь провинциям с большими запасами угля в оптимизации и улучшении структуры их промышленности. Поэтому основные провинции-производители угля проявляют высокую заинтересованность в его развитии. Вызов №1: Международные цены на нефть остаются на низком уровне. Международные цены на сырую нефть остаются на низком уровне, что значительно снижает производственные затраты на нефтеперерабатываемую химию в стране и, в свою очередь, понижает цены на химическую продукцию. Современные проекты по переработке угля функционируют в условиях практически неизменных затрат на сырье и значительного снижения цен на продукцию, в результате чего их рентабельность сильно снижается. В настоящее время, за исключением производства олефинов из угля, которое приносит небольшую прибыль, большинство современных проектов в области угольной химии работают с убытками. Поэтому конкурентоспособность с точки зрения затрат становится ключевым фактором для выживания и развития современной угольной химии. Вызов номер два: конкуренция с отечественными и зарубежными производителями нефти, природного газа и химической продукции. В нашей стране наблюдается серьезный избыток мощностей по переработке нефти, а быстрое развитие альтернативных топлив усиливает конкуренцию на рынке готовой нефтепродукции. К концу 2016 года общая мощность нефтеперерабатывающей промышленности страны составила 783 миллиона тонн в год, что позволило ей занять второе место в мире. В настоящее время планируется или строится ряд крупных предприятий по переработке нефти и производству химической продукции. В последние годы альтернативные топлива, такие как природный газ, топливный этанол, метанол и биодизель, быстро развиваются; к 2016 году их совокупное производство уже составляло 5,7% от общего объема производства нефтепродуктов. Быстрое развитие электромобилей в будущем приведет к снижению потребления нефти. Производственные мощности по производству полипропилена в стране быстро растут, что в будущем может привести к региональному насыщению рынка или даже его избытку ； На международном уровне Ближний Восток и Соединенные Штаты, благодаря наличию природного газа и преимуществам в добыче сланцевого газа по низкой стоимости, в последние годы значительно расширили производство этилена. Их химическая продукция низкой стоимости может оказать определенное влияние на производство химикатов из угля в нашей стране. Конкуренция с отечественными и зарубежными нефтеперерабатывающими и газохимическими продуктами по ценам, соответствующим полноценной рыночной стоимости, станет серьезной задачей и высокой требованием для развития современной угольной химии в нашей стране. Вызов №3: Усиливающееся давление в области охраны окружающей среды и сокращения выбросов углерода. С введением новых экологических законов, а также реализацией специальных программ по борьбе с загрязнением атмосферы, воды и почвы, **требования к контролю за загрязнением в современной угольной химической промышленности становятся все более строгими. Построение новых предприятий становится сложнее из-за ограничений в использовании воды, энергии и соблюдении экологических норм». Для реализации Парижского соглашения, принятого на Климатической конференции в Париже, в нашей стране становится неизбежным внедрение системы торговли углеродными квотами или введение налога на охрану окружающей среды. Это повлияет на общую конкурентоспособность современной угольно-химической промышленности. Задача четвертая: усиливаются ограничения в области водных ресурсов. Благодаря более чем десяти годам пилотной деятельности, а также благодаря совершенствованию технологий производства в современных угольных химических предприятиях и повышению уровня управления, потребление воды на единицу продукции значительно снизилось. Например, на новом предприятии Shenhua Ningmei по косвенной ликвидации угля мощностью 4 миллиона тонн в год потребление воды на тонну нефтепродуктов составляет всего 6 тонн воды на тонну продукции. Однако общее количество воды, потребляемое на этом предприятии, по-прежнему остается высоким. Современная промышленность по переработке угля в основном расположена в западных регионах, богатых угольными ресурсами. Массовое строительство таких проектов будет усугублять проблему нехватки водных ресурсов в этих регионах. Вода стала ключевым фактором, ограничивающим развитие современной промышленности по переработке угля. III. Основные направления развития современной угольной химической промышленности в период «13-й пятилетки» и будущие перспективы. В «Плане по модернизации промышленности глубокой переработки угля (2016–2020 гг.)» четко определены ключевые задачи современной угольной химической промышленности в течение периода «13-й пятилетки». Предусматривается акцентированная работа над пятью основными направлениями: производство нефти из угля, производство природного газа из угля, многокомпонентная переработка угля, производство химикатов из угля, а также комплексная переработка угля и нефти. Также предусмотрена модернизация соответствующих технологий и оборудования. Путем системной интеграции, оптимизации технологических процессов, корректировки структуры продукции и совершенствования управления можно решить существующие в современной угольной химии проблемы, связанные с охраной окружающей среды и использованием водных ресурсов. Это позволит дальше снизить затраты на строительство и повысить конкурентоспособность отрасли. Согласно исследованиям, период «13-й пятилетки» и последующий длительный срок являются ключевым временем для модернизации отрасли современной угольной химии в нашей стране. Следует уделять особое внимание исследованиям и работам в следующих областях: во-первых, необходимо усилить разработку и производство сверхчистых нефтепродуктов и специальных масел на основе угля. Используя такие особенности нефти, получаемой путем прямого сжижения угля, как высокое содержание циклогексана, низкая температура затвердевания, высокая плотность и низкий индекс вязкости, проводятся исследования по производству продуктов, которые сложно получить с помощью традиционных методов нефтехимической промышленности. Речь идет о топливе для военной и гражданской авиации, космических ракет, а также для специальных бронированных машин. Это необходимо для удовлетворения растущего спроса на специальные виды топлива в нашей стране и обеспечения потребностей в области национальной обороны. Благодаря возможности косвенного производства нефти из угля можно получать сверхчистую нефть без серы, с низким содержанием алкенов и ароматических веществ. Это позволяет использовать такой продукт в качестве высококачественного компонента для производства чистой нефти и её улучшения. Кроме того, можно получать высококачественный нейтральный нефтяной газ для процесса парового кристаллизации, а также высококачественные парафины, растворители, α-алкены и высококачественные смазочные масла – продукты с высокой добавленной стоимостью. По мере роста спроса на улучшенные виды специального топлива и нефтепродуктов в нашей стране преимущества продуктов, получаемых из угля, будут ещё больше проявляться. Во-вторых, разработка высокотехнологичных и уникальных новых продуктов на основе угля: олефинов и этиленгликоля. Технология производства этиленгликоля из угля с использованием ортоцетатного пути развивается в направлении снижения затрат, повышения селективности и увеличения срока службы катализатора. По мере постоянного совершенствования качества продукта, а также роста интереса со стороны конечных потребителей к этому продукту, его начали массово использовать в промышленности полиэфирных волокон. Переработка ПЭ и ПП на последующих этапах позволяет производить сотни видов конечной продукции для рынка, однако в настоящее время большая часть полиолефинов, получаемых из угля, представляет собой продукцию низкого качества массового потребления; специализированные сорта полиэтилена и полипропилена встречаются крайне редко. Необходимо сосредоточить усилия на разработке ключевых общих технологий и оборудования, чтобы как можно скорее изменить нынешнюю ситуацию, когда конечные продукты слишком похожи друг на друга, и создать новую ситуацию, характеризующуюся высоким уровнем качества и разнообразием конечных продуктов. Благодаря технологическим инновациям и международному сотрудничеству необходимо расширить производственную цепочку и как можно скорее создать ассортимент высококачественной, дифференцированной продукции из ПЭ и ПП. В настоящее время несколько компаний и исследовательских институтов начали исследования в этой области. В-третьих, содействовать непрерывному, стабильному и чистому производству природного газа на основе угля при высокой нагрузке. В связи с такими проблемами, как сложности с поступлением газа, произведенного из угля, в трубопроводы для транспортировки, значительные колебания нагрузки на этот источник газа в течение всего года, а также низкая экономическая эффективность таких проектов, необходимо усилить усилия для обеспечения безопасности поставок импортируемого газа через трубопроводы. Также важно решить проблему дальней транспортировки энергии из районов с большими запасами угля, а также обеспечить районы, находящиеся в зоне повышенного загрязнения атмосферы, чистым газом. В-четвертых, необходимо прилагать усилия для развития новых моделей сортировки и использования угля низкого качества. По сравнению с прямым сжиганием угля, преимущество поэтапного и целенаправленного использования угля низкого качества заключается в возможности эффективного использования как веществ, так и энергии, повышении эффективности использования угля и увеличении его дополнительной стоимости. Для низкосортного угля, образовавшегося в поздний период, с высоким содержанием летучих веществ и высокой реакционной способностью, осуществляется его раздельное использование с учетом его свойств с помощью таких технологий, как пиролиз, использование полуграфита и гидрирование нафталина. Это позволяет искать новые модели многопроизводственной переработки угля с получением нефти, газа, химической продукции и электроэнергии, тем самым повышая общий уровень чистого и эффективного использования угля. Пятое — усилить синергетическое развитие современной угольной химической промышленности и нефтеперерабатывающей промышленности. Усиление синергетического и согласованного развития отраслей угольной химии и нефтепереработки не только способствует повышению комплексной конкурентоспособности современной угольной химической промышленности, но и, благодаря особенностям и экологичности угольного топлива, помогает повысить качество готовой нефти в нефтеперерабатывающей промышленности, снижая при этом затраты на её переработку. На фоне нынешнего избытка производственных мощностей по переработке нефти следует активно исследовать, как обе отрасли могут использовать свои преимущества, распределять свою деятельность таким образом, чтобы она дополняла друг друга, а также достигать синергии в производстве продукции и в улучшении её характеристик. Две отрасли координируют использование ресурсов, дополняют друг друга в технологическом плане и синхронизируют свою продукцию, тем самым прокладывая путь развития химической промышленности, подходящий для Китая. Независимые нефтеперерабатывающие заводы могут рассмотреть возможность использования технологии производства водорода из угля, что позволит сократить потребление природного газа и легких углеводородов – материалов, необходимых для производства водорода, а также способствует снижению затрат на переработку нефти ； Для современных угольнохимических заводов и нефтеперерабатывающих предприятий, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, можно изучить способы достижения «комплементарности углеводородов» и комплексного использования ресурсов угля, нефти и газа. Также стоит рассмотреть возможности интеграции нефтедобывающей и угольной промышленности, а также совместного использования угля и ароматических веществ. **Следует использовать преимущества угольных ресурсов западной части нашей страны для развития современной угольной химической промышленности в этом регионе. Это позволит создать дополнение к нефтехимической промышленности, заполнить пробелы на региональном рынке и способствовать распространению нефтехимической продукции в регионы центральной и западной частей страны. Благодаря технологическим инновациям развитие современной угольной химии полностью изменило представление о том, что ассортимент продуктов, получаемых в рамках традиционной химии C1, является ограниченным. Верится, что инновационное развитие современной угольной химии в будущем ещё больше расширит широкие возможности для производства продуктов на основе C1-химикатов.