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蘇尼特右煤制乙炔可以變魔鬼為天使

2021-05-10

 新型煤化工三人談 之中國工程院院士金涌訪談
     
      近年來國內風頭正勁的煤化工產業(yè)眼下正處于發(fā)展的一個調整期:既要應對全球金融危機的打擊,也要應對產業(yè)自身發(fā)展瓶頸的考驗。調整得好,國內煤化工產業(yè)可以擺脫高能耗、低效率的桎梏,出現一個新的飛躍并對整個經濟產生積極影響。為此,我們特邀到3位權威專家暢談新型煤化工產業(yè),以幫助煤化工企業(yè)明確今后的發(fā)展思路。
      
     素有“有機化工之母”美稱的乙炔,是目前世界上有機化工產品最基礎的原料之一。1970年以后,由于石油化工的飛速發(fā)展,乙炔作為有機產品的基礎原料逐漸被廉價的乙烯、丙烯所取代。但近年來,隨著石腦油裂解制乙烯成本的增加和石油資源的缺乏,乙烯作為基礎原料的加工路線面臨巨大的挑戰(zhàn),乙炔化工重新煥發(fā)活力。
      
      在煤化工下游產品中,業(yè)內關注較多的是煤制甲醇和由甲醇往下延伸的二甲醚、乙烯、丙烯,以及煤制油。中國工程院院士、清華大學化學工程系教授金涌則認為,煤制乙炔一步反應就可以實現,是煤化工的捷徑之一,應該受到關注。就此觀點,記者近日對金涌院士進行了專訪。
      
      中試技術已通過鑒定
      
      記者:在煤化工中,大家比較關注甲醇及其下游產品,您為什么對煤制乙炔另眼相看?
      
      金涌:前一段時間,大家比較看重的是煤制乙烯、丙烯,但是這個路線很長。首先煤氣化,然后合成甲醇,再繼續(xù)往前走,起碼要三四步化學反應,并且還要進行分離。而煤制乙炔一步反應就可以實現,路線更直接,裝置更小,并且乙炔的活性不比乙烯小。我認為煤制乙炔是煤化工中的一條捷徑。
      
      記者:乙炔通常采用電石法生產,煤制乙炔是如何實現呢?
      
      金涌:目前乙炔主要用石灰石和焦炭以電石法生產,但該方法存在很多問題:一是電能耗比較大。因為要把石灰石和焦炭在電爐里熔化成熔融態(tài),形成碳化鈣,然后再跟水反應生成乙炔。石灰石中的鈣元素并不進入產品,但在生產乙炔的過程中需要把它熔融,電能耗大;二是產生電石渣這樣的廢渣,同時還有廢水、廢氣。如果要解決以上問題,就應該考慮不需要石灰石介入,不經過電石,用煤直接生產乙炔。
      
      當然如果直接用煤粉加氫生產乙炔,就需要煤粉有很高的活性。因此考慮采用等離子體技術,即利用等離子體炬產生平均溫度達5000℃的氫等離子體,然后向其中噴入煤粉,直接生成乙炔、氫氣、一氧化碳等混合氣,再分離、提濃混合氣體后,可得到高質量的乙炔。上世紀90年代我國曾經嘗試過從俄羅斯引進該技術,但合作沒有成功就擱淺了。
      
      后來清華大學、復旦大學和新疆天業(yè)集團合作開發(fā)了自主知識產權的等離子體裂解煤制乙炔技術,2006年建成了一個最大炬功率2兆瓦的等離子體裂解煤制乙炔實驗裝置,可年產乙炔1600噸。該裝置基本成功之后,近年來又建成了一個最大炬功率5兆瓦的等離子體裂解煤制乙炔裝置,可年產乙炔4000噸。
      
      當然,這個裝置在研制過程中也遇到過問題,主要就是反應爐容易堵塞。因為有溫度波動,煤里面的煤矸石會熔融黏結。該問題造成的主要矛盾就是開車時間比較短,反應爐在很短的時間內就堵死了。這個問題在進行了技術攻關之后,現在已經完全解決了。功率5兆瓦的裝置可以做到開車想開就開,想停就停。這套核心設備3月份已經在新疆天業(yè)集團通過了新疆建設兵團主持的鑒定。 
      
      理論上效益是可觀的
      
     記者:那么等離子體煤制乙炔可以實現產業(yè)化了嗎?
      
      金涌:雖然等離子體煤制乙炔這個技術開發(fā)出來了,但這個裝置目前主要還是做實驗用的。前面與之相配套的制煤系統、后面的分離處理裝置都尚未配套完善,所以這套裝置前面的煤粉系統需要擴建,后面的分離等后處理裝置要跟上,使得等離子體煤制乙炔形成穩(wěn)定的生產,并且送到后面的氯乙烯等大系統里面去,這樣就可以連續(xù)開車了。
      
      總的來說,現在核心技術已經研究出來了,就是要把前面后面的輔助系統都完善起來,并且納入到大系統中去進行穩(wěn)定連續(xù)地生產,變成產業(yè)化的技術。
      
      記者:請您分析一下采用等離子體煤制乙炔技術的經濟效益。
      
      金涌:從原理上講,等離子體煤制乙炔技術擺脫了石灰石的介入,不用熔融石灰石,按計算結果來看,可以降低能耗30%~35%。由于這個技術的成本主要就在耗電上,所以它比電石法降低能耗30%~35%,也等同于理論上降低成本30%~35%。這樣乙炔就不再是高耗能的工業(yè)了。盡管還不是非常省能的,但起碼不是高耗能的,是可以接受的技術。同時該技術不產生廢渣、廢水和廢氣,是一項清潔技術。
      
      就實際情況來講,因為現在這個系統還沒有與后面的大系統并網,還沒有進行余熱利用,所以還不能具體核算效益。總的來講,我認為等離子體煤制乙炔在技術上是可行的,理論經濟效益是可觀的,具體經濟效益還要做核算,等并網真正運作一年下來,就能核算出究竟節(jié)能多少的結果。
      
      記者:乙炔的市場空間如何?
      
      金涌:目前電石法乙炔的衍生物主要有聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、環(huán)氧乙烷、醋酸乙烯等。其中聚氯乙烯是電石法乙炔最大的用戶,其消費量占電石法乙炔總消費量的70%左右。截至2008年底,我國聚氯乙烯總產能的75%采用電石法。2008年聚氯乙烯產能為1581萬噸,同比增長9%。乙炔大有用武之地。
      
     魔鬼可以變成天使
      
     記者:乙炔下游最主要的應用領域是做聚氯乙烯,可是電石法聚氯乙烯一直是被視為落后工藝的。
      
      金涌:沒錯,近年來,大家認為用煤制聚氯乙烯是一定要淘汰的技術,視之為一個魔鬼。因為一是大量耗能;二是有“三廢”產生;三是由乙炔反應生成氯乙烯的催化劑含有汞;四是產業(yè)規(guī)模很小,一臺氯乙烯反應爐的產能只有5000~7000噸。在電石法聚氯乙烯的工廠,可以看到一個個的“圓包”,那就是反應器。一個工廠有三五十臺這樣的小反應器是很常見。假如每臺反應器產能5000噸,要生產100萬噸聚氯乙烯,就需要200臺這樣的反應器。這得需要多少儀表和人員來控制它?這就是導致電石法聚氯乙烯無法規(guī)模化大生產的主要原因。因此業(yè)內以前認為電石法聚氯乙烯應該被乙烯法聚氯乙烯替代。
      
      但是由于我國石油資源稀缺,沒有足夠多的乙烯用來生產聚氯乙烯,所以盡管大家認為電石法是魔鬼,但還是要跟它打交道、使用它。目前中國一半以上的聚氯乙烯是電石乙炔法做的。
      
      值得一提的是,為徹底將以煤為原料生產聚氯乙烯的工藝從魔鬼變?yōu)樘焓梗瞬捎玫入x子體裂解煤制乙炔技術外,還應配套一個流化床氯乙烯反應器。因為現在的電石法氯乙烯合成爐是固定床反應爐,產能規(guī)模很小,只有5000~7000噸,并且使用含汞催化劑。如果用流化床反應器來代替固定床反應器,不僅可以擴大產能規(guī)模,而且可以減少甚至完全不采用含汞催化劑。因為原來的固定床在操作周期中反應溫度熱點不斷上移,反應過程中導致汞升華損失,所以產生汞污染。而流化床是等溫床,汞的升華損失會大大減少,汞污染可以大幅降低。
      
      由于流化床的催化劑可以連續(xù)再生,所以對開發(fā)新型的催化劑沒有壽命要求。這就使得選擇催化劑的范圍擴大,為開發(fā)無汞催化劑打下了很好的基礎。如果采用等離子體煤制乙炔代替電石法乙炔,用流化床氯乙烯反應器代替原來的固定床氯乙烯反應器,就可以把以煤為原料生產聚氯乙烯整個工藝的污染問題、能耗問題、汞催化劑問題、大規(guī)模化生產問題全部解決,從源頭上解決目前電石法聚氯乙烯存在的這4個問題。
      
      記者:那么目前氯乙烯流化床反應器的研究和產業(yè)化進展又如何?
      
      金涌:現在新疆天業(yè)集團已經建成了4臺流化床氯乙烯反應器,單臺年產能10萬噸,目前正在使用,效果良好。這項氯乙烯合成流化床反應器技術過關后,與前面的等離子體煤制乙炔配套,就可以把電石法聚氯乙烯的全系統進行改造了。前面用等離子體技術完成煤制乙炔,后面用流化床反應器合成氯乙烯,可以實現聚氯乙烯的規(guī)模化大生產。我們希望單臺流化床反應器產能達到25萬噸,這樣只要4臺反應器就能達到100萬噸聚氯乙烯生產規(guī)模。
      
      記者:5兆瓦的等離子體煤制乙炔現在可以做到年產能4000噸,有進一步放大的打算嗎? 您覺得這個放大工作困難嗎?
      
      金涌:我覺得放大工作在技術上比以前的工作要容易,而且放大后在技術上變得更穩(wěn)定,更容易實現。5兆瓦的裝置是目前國際領先的,也是國際上最大的裝置。我國的這項技術還在不斷發(fā)展,我們還想進一步做大,下一步就瞄準了擴大到15兆瓦以上。這樣單臺等離子體乙炔爐就能達到2萬噸左右產能。建造15兆瓦等離子體煤制乙炔爐的想法正在做冷態(tài)實驗和計算,在做小試實驗。
      
      過去大家認為煤法聚氯乙烯是存在問題的,是個魔鬼,不能大型化,但是因為有經濟效益,所以也得擁抱這個魔鬼。等離子體法乙炔可以代替電石法乙炔,流化床為汞觸媒問題的解決提供了可能,聚氯乙烯這個非常大的領域就會有徹底的改變。當然這還需要時間。不少企業(yè)家和研究人員看好這個徹底的變革,正在努力實踐,希望在兩三年內把等離子體煤制乙炔最終制成聚氯乙烯這個“天使”真正塑造成功。這是一個美好的未來。當然現在離真正大型產業(yè)化還有距離。
      
      記者:還需要哪些方面的努力?
      
     金涌:研究方面需要學者的配合。另外需要找到有投資條件和相關煤資源的合作企業(yè)。這項技術需要的是比較年輕的煤種,就是揮發(fā)分比較多的煤種。總的講就是要把資源、資金和技術結合起來,把煤制乙炔直至聚氯乙烯的清潔生產徹底實現。
      
    
     金涌簡介
      
      金涌,清華大學化學工程系教授,化工科學與技術研究院院長,中國工程院院士。1935年生于北京,滿族。1959年畢業(yè)于前蘇聯烏拉爾工業(yè)大學,同年入天津大學化工系研究進修班學習。1997年當選中國工程院院士。現任中國化工學會和中國顆粒學會常務理事,中國生態(tài)經濟學會副理事長,工業(yè)生態(tài)經濟與技術專業(yè)委員會主任,國務院學位委員會化工學科評議組召集人,北京市人民政府專業(yè)顧問(第3屆至第6屆)。長期從事化學工程研究與技術創(chuàng)新開發(fā)工作。

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