Газета «Китайская химическая промышленность»: угольная химия получает дополнительную поддержку в процессе трансформации

Thread Content

Газета «Китайская химическая промышленность»: Угольная химия получает дополнительные стимулы для развития. Автор/Источник: Дата: 08.08.2016. Количество просмотров: 6. Четыре года упорных усилий принесли результаты. 26–27 июля в Сиане под эгидой Ассоциации нефтяной и химической промышленности провинции Шэньси была проведена оценка четырех новых технологий, разработанных Научно-исследовательским центром технологий эффективного использования углеводородов группы компаний Yanchang Petroleum. Речь идет о технологиях прессованного термолиза угольного порошка в флюидизированном слое, совместного термолиза биомассы и угля, прямого преобразования метана в ароматические углеводороды с одновременным получением водорода, а также о высокоэффективных катализаторах для гидроразложения в суспензионном слое. Эксперты считают, что эти технологии находятся на передовом уровне как в мировом, так и в отечественном масштабе. В чем же заключаются сильные стороны этих технологий? Каково значение трансграничной интеграции в промышленности угольной химии? Возможно ли преодолеть технологические барьеры, мешающие совместному развитию угольной химии и других отраслей? Репортер газеты «Китайская химическая промышленность» провел интервью. Быстрая термическая деструкция угля: недорогой способ производства зеленой энергии. Ли Дапэн, ведущий эксперт в области угольной химии и директор центра по исследованиям углеводородов, отмечает, что технология быстрой термической деструкции угля в плавающем слое при повышенном давлении использует уголь в качестве сырья. В этой технологии применяется реактор с плавающим слоем, что позволяет быстро получить угольный тар в условиях гидридации и повышенного давления. Поскольку время реакции термического разложения при этой технологии очень короткое, это позволяет значительно снизить количество вторичных реакций первичных продуктов термического разложения, тем самым максимизируя выход жидкости. Как сообщается, одной из инноваций этой технологии является флуидизированный реактор типа трубчатого реактора с газо-твердотельным теплоносителем. Благодаря пиролизу под давлением в водородной атмосфере обеспечивается высокий уровень выхода тары; кроме того, повышается нагрузка на систему, что способствует более эффективной сепарации и восстановлению последующих продуктов, а также повышает общую энергоэффективность устройства. В то же время была разработана технология и оборудование для эффективного разделения газов и масел, получаемых в процессе пиролиза, от золы; это позволяет снизить содержание пыли в каменноугольном нафталине и обеспечить условия, необходимые для дальнейшей переработки. На экспериментальном оборудовании, созданном в Центре углеводородов компании Yanchang Petroleum (давление 1,0 МПа, объем подачи — 10 кг/ч), было проведено 20 испытаний при холодных условиях, 26 испытаний в холодной среде и 134 испытания при горячих условиях. Благодаря этому были получены довольно полные данные и закономерности, связанные с процессом пиролиза. Результаты показали, что выход каменноугольного тара превышает существующий в отрасли уровень в 6–8%. При оптимальных условиях технологического процесса выход каменноугольного дегтя может достигать 18,27%, в среднем — 15,14%, что является наивысшим показателем на сегодняшний день. На этой основе в Центре углеводородов компании Yanchang Petroleum была создана промышленная пилотная установка для технологии интегрированной выработки коксующегося нафталена и синтез-газа из угля мощностью 36 тонн в сутки (CCSI). В этой установке процессы термического разложения угля и газификации полукокса объединены в одном реакторе с целью поэтапной переработки и оптимизации процесса. Продуктами являются коксующийся нафтален, синтез-газ и другие продукты, получаемые в ходе дальнейшей переработки; таким образом достигается получение нефтепродуктов как на начальном, так и на конечном этапах процесса. На данный момент проведено 3 испытания на работу установки, при этом удельный выход каменноугольного тара составил более 15%. Если считать, что в год перерабатывается 100 миллионов тонн угольной пыли, то будет получено 15 миллионов тонн качественного угольного тара, что эквивалентно созданию ещё одного крупного нефтяного месторождения объемом в 10 миллионов тонн. Если синтез-газ перерабатывать в продукты высокой химической ценности, добавленная стоимость будет ещё выше. “Значимость этой технологии не ограничивается этим: грубый синтез-газ, получаемый с использованием CCSI (с воздухом в качестве газификатора), также может использоваться для производства электроэнергии. Его можно интегрировать с технологиями производства зеленой энергии, что позволяет создать новую модель многопрофильного производства, объединяющую чистую и эффективную переработку угля, глубокую переработку угольной нефти и производство зеленой электроэнергии. ”Ли Дапэн сказал журналистам, что угольные электростанции составляют более 70% от общего числа электростанций в нашей стране. По расчетам, если осуществить модернизацию угольных котлов на существующих электростанциях с применением технологии производства электроэнергии на основе субкритического газа мощностью 300 МВт, стоимость такой модернизации составит около 50 миллионов юаней. В этом случае общий коэффициент эффективности использования энергии достигнет 42,99%, а расход угля на производство 1 кВт·ч снизится до 293,16 гэц/кВт·ч. Кроме того, количество загрязняющих веществ в выделяемых газах значительно сократится. Если при создании нового устройства CCSI использовать газотурбинные генераторы мощностью 350 МВт, то сумма инвестиций составит примерно 6000–7000 юаней на кВт·ч. Уровень комплексной энергоэффективности будет составлять 46,85%, а расход угля для производства электроэнергии — 264,62 гэц/кВт·ч. Выбросы отработанных газов будут соответствовать самым строгим стандартам, предусмотренным для газотурбинных установок. Благодаря низкой стоимости синтез-газа, производимого с помощью CCSI, его себестоимость соответствует примерно цене природного газа — около 0,74 юаня за Нм3, что значительно повышает его конкурентоспособность и экономическую эффективность. Если 60% угольных электростанций будет соединено с технологией CCSI, то при производстве «зеленой» электроэнергии можно будет получить ещё 180 миллионов тонн угольного тара — это больше половины объема импорта нефти в нашей стране. Комиссия по оценке во главе с Хэ Юндэ, экспертом Комитета по угольной химии при Китайской федерации нефтехимической промышленности и почетным председателем Шэньсийского общества химической промышленности, считает, что данная новая технология термического разложения угля отличается оригинальностью и инновационностью; она находится на передовом уровне в стране. Эта технология имеет важное значение для повышения эффективности чистого использования угля низкого качества. Рекомендуется ускорить промышленные испытания по интегрированной пиролизно-газификационной обработке угля бурого, чтобы как можно скорее обеспечить трансформацию и внедрение научно-технических достижений. “Органическое сочетание прессованной быстрой термической деструкции угля с газификацией полуграфита позволяет не только получать высокий уровень выхода угольного тара, но и полностью использовать водородные ресурсы, содержащиеся в этом таре. Полученное топливо можно использовать как в процессе синтеза топлива по методу Фишера-Тропша, так и для производства электроэнергии. Стоимость инвестиций значительно ниже, чем при использовании технологии IGCC, а затраты на производство электроэнергии существенно снижаются. Это действительно двойная выгода. ”Главный инженер Института планирования нефтегазовой и химической промышленности Ли Цзюньфа также высоко оценил эту технологию. Биомасса и совместная термохимическая разложимость: максимизация синергетического эффекта. В последние годы исследования, посвященные совместной термохимической разложимости биомассы и угля, привлекают большое внимание. Однако из-за значительных различий в температурах термохимической разложимости этих веществ существуют споры относительно наличия синергетического эффекта. Центр углеводородов компании Yanchang Petroleum, опираясь на технологию прессованной термической пиролиза угля, предложил новый подход к пиролизу биомассы и угля в два этапа. Были разработаны такие патентованные устройства, как устройство для непрерывной загрузки материала под давлением, а также реактор с флюидизированным слоем для совместного термического пиролиза биомассы и угля с использованием принципа теплового сопряжения. Ли Дапэн сказал, что такой способ быстрого копиролиза биомассы и угля в флюидизированном слое представляет собой новый технологический подход, позволяющий снизить затраты и повысить выход тара. Благодаря самостоятельно разработанному устройству для подачи биомассы в виде спирали удается решить проблемы, связанные с плохой подвижностью биомассы, такие как её запутывание и образование мостиков, что обеспечивает непрерывную и стабильную подачу материала. Благодаря поэтапной отдельной пиролизу биомассы и угля в одном интегрированном реакторе, пиролиз обоих материалов происходит при оптимальной температуре. При пиролизе биомассы образуется H2, а также металлические элементы, такие как K, Ca, Na, которые способствуют гидрированию и катализации процесса пиролиза угля. В то же время при термическом разложении угля образуется достаточное количество свободных радикалов. В результате вторичных реакций биологического масла, а также редукционных реакций полуграфита выделяются H2 и CO, что обеспечивает углю достаточное количество источников водорода. При этом достигается оптимальный баланс между свободными радикалами и источниками водорода, что позволяет использовать преимущества как биологического масла, так и угольного тара, тем самым повышая выход термически разложенного масла и максимизируя синергетический эффект совместного термического разложения. Как сообщается, испытательное устройство для быстрой пиролизации в режиме флюидизированного слоя мощностью 10 кг/ч, созданное в Центре углеводородов компании Yanchang Petroleum, после 77 повторных экспериментов позволило выбрать подходящие виды биомассы и угля. Оптимальное соотношение смеси биомассы и угля было определено как 70%:30% (по весу). В результате пиролиза получалось 16–20% дегтя, а эффект синергии составлял 20–40%. Кроме того, с точки зрения анализа качества нефтепродуктов, в нефти, полученной в результате совместной пиролизации, содержание фенольных соединений, а также соединений с гетероциклическими структурами, содержащими атомы O, N и S, невелико; при этом содержание ароматических соединений высоко. Это свидетельствует о значительной гидридации биомассы, что делает её подходящей в качестве сырья для химической промышленности, а также для производства бензина и дизельного топлива путем гидридации. По статистике, в 2015 году объем производства соломы в Китае составил примерно 800 миллионов тонн, что эквивалентно 400 миллионам тонн стандартного угля; 60% от этого объема использовалось в качестве источника энергии. Если использовать этот недорогой возобновляемый «зеленый» ресурс вместе с углем для пиролиза с целью получения дегтя, это принесет огромную экономическую выгоду и значительные экологические преимущества. Хэ Йонгде считает, что при быстром и эффективном совместном пиролизе биомассы и угля наблюдается значительный синергетический эффект, который повышает эффективность пиролиза и выход тары, а также улучшает качество получаемого масла. Этот технологический результат находится на передовом уровне в стране и имеет важное значение для повышения эффективности чистого использования угля с низким уровнем превращения и биомассы. Рекомендуется усилить исследования по целенаправленной термолизу угля и биомассы с последующей переработкой в высококачественные химические вещества. Производство ароматических углеводородов из метана с одновременным получением водорода: оба ресурса имеют большую ценность. Технология прямого преобразования метана в ароматические углеводороды с одновременным получением водорода предусматривает использование таких источников, как природный газ, шейл-газ, газ из угольных пластов – источников, богатых метаном и другими низкомолекулярными алканами. При этом в безкислородных условиях происходит прямое преобразование этих ресурсов в такие ароматические углеводороды, как бензол, толуол, нафталин, которые в стране встречаются в недостатке. Одновременно с этим получается ценный водород. Это позволяет максимизировать использование ресурсов и повысить ценность продукции. Кроме того, данная технология может сочетаться с производством нефтепродуктов и угольной химии. “Самой значительной особенностью этой технологии является то, что она позволяет получать ароматические углеводороды, а также вторично производить водород; её можно использовать в сочетании с угольной химией. ”Комиссия по оценке во главе с Мэн Цуньгуй, экспертом из Консультационного центра CNPC и бывшим главным инженером Управления по переработке нефти и нефтепродуктов CNPC, считает, что технологии получения ароматических углеводородов из метана изучаются как в стране, так и за рубежом. Однако новый процесс регенерации в плавающем слое, разработанный Центром углеводородных технологий компании Yanchang Petroleum, является уникальным. Кроме того, масштабы экспериментального оборудования очень велики, поэтому этот результат можно считать одним из лучших в мире. Для решения проблем низкой степени превращения метана в ароматические соединения в условиях безкислородной среды, быстрой деградации катализатора и трудностей с непрерывным проведением процессов реакции и восстановления, было создано экспериментальное устройство для непрерывного функционирования в процессе безкислородной ароматизации метана – реактор-восстановитель с внутренним диаметром 50 мм и максимальной загрузкой катализатора в 300 граммов. Это позволило обеспечить непрерывную и стабильную работу устройства. Результаты экспериментов с использованием устройства циркуляционного флюидизации показали, что коэффициент преобразования метана оставался выше 15%, селективность к бензолу составляла около 45%, а селективность к ароматическим углеводородам — более 55%. Это создало основу для перехода к масштабированию процесса в промышленных условиях. Эффективные катализаторы: содействие локализации производства. Эффективные катализаторы для гидроразложения в суспензионных реакторах, получаемые с использованием методов окисления, осаждения и нанесения на носитель, способствуют ускорению процесса производства катализаторов внутри страны. Это микро- и наноструктурные композитные катализаторы, которые применяются при прямой ликвидации угля, совместной переработке керосина, преобразовании тяжелых и низкокачественных нефтей в более легкие формы, а также при гидрировании каменноугольного тара. Они повышают степень преобразования и выход жидкости, снижают риск образования кокса. Такие катализаторы способствуют распространению технологии гидроразложения в суспензионных реакторах, а также чистому использованию угля и эффективному использованию тяжелых и низкокачественных нефтей. Они могут заменить импортируемые катализаторы, которые в настоящее время широко используются в производстве нефти из угля, тем самым ускоряя процесс локализации производства высокотехнологичных продуктов. “Инновационность такого железосодержащего катализатора заключается в тщательном сочетании активного компонента в виде наноразмерных частиц α-FeOOH с носителем из углеродного материала микрометрового размера с высокой площадью поверхности. При его производстве преимуществами являются короткий процесс изготовления, хорошая контролируемость и низкая стоимость. С точки зрения эксплуатационных характеристик этот катализатор обеспечивает высокий уровень конверсии и выход жидкости, а также способствует снижению риска образования кокса. ”Мэн Цуньгуй сказал журналистам, что эти результаты в целом соответствуют международным стандартам передового уровня, и предложил ускорить масштабирование производства катализаторов и их широкое применение. Как стало известно, Центр углеводородов компании Яньчан Петролеум уже завершил производство катализаторов в килограммовом масштабе. На пилотном оборудовании для гидрокрекинга с использованием суспензионного слоя мощностью 150 кг в день проводятся эксперименты по оценке его эффективности. По сравнению с коммерческими катализаторами, используемыми на промышленном оборудовании для совместной переработки керосина, количество катализатора, требуемое для процесса, снижается на 45%. Кроме того, повышается выход жидкой продукции