四川广元市苍溪天然气化工基地规划方案

四川广元市苍溪利用超大储量天然气田的优势可发展天然气化工基地。乙烯生产工艺路线有石油乙烯路线即石脑油裂解制乙烯、煤制甲醇生产烯烃路线和天然气制甲醇生产烯烃路线。石油制烯烃路线需与大炼厂相结合,工艺流程及环境治理复杂,设备多造成投资费用大、能耗高,而且原料石油价格昂贵。乙烯生产由石油乙烯向天然气或煤炭制甲醇生产乙烯转变已成为今后的工艺技术发展方向。四川广元市苍溪天然气化工基地规划方案为:建天然气为原料制50×104t/a甲醇的装置共4套(共生产甲醇200×104t/a),天然气制甲醇生产乙、丙烯40×104t/a的装置共两套(共产乙、丙烯80×104t/a)。基地总年用天然气16×108m3/a,用电10×104kW,总投资约100亿元,总年产值约92亿元,利税约26.5亿元。甲醇生产采用国内开发已成功用于大规模生产的节气减排CO2的二段炉纯氧自热转化合成甲醇工艺;甲醇脱水制乙、丙烯技术也采用国内开发已实现工业化生产的新工艺。规划设计采用的工艺技术先进、能耗低、投资省、效益好、天然气中碳元素充分利用。天然气制乙、丙烯的生产成本比以石油为原料的低,且无环境污染,产品有竞争力。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅳ)——天然气能源在中国的应用前景和碳减排分析

中国目前天然气在能源消费结构中的比例不到4%。与欧美发达国家相比,中国在商业和居住方面的年人均天然气消费量要低30多倍;按照EIA的中长期预测,中国天然气仅占家庭用能的21%～28%、商业用能的14%～20%,与发达国家大约相差1倍。中国用于发电的天然气使用量不到2%,由于风电比例的提高,非常有必要争取2050年将天然气调峰发电的比率提高到5%以上。如果2030年中国天然气产量达到3000×108m3并加大从国外的进口量,使消费量达到5000×108m3,天然气在能源消费结构中的比率有可能提高到14%。制约中国天然气消费量提高的因素包括国内天然气产量、国外进口量、基础设施建设和天然气价格等。提出2050年中国实现天然气消费量达到6000×108m3和8000×108m3的两个情景,其基础是确保常规天然气产量为2500×108m3,页岩气产量达到1000×108~1500×108m3,煤层气和煤制替代天然气产量达到1000×108~1500×108m3,进口量为1500×108~2500×108m3,这是一个非常艰巨但却有可能实现的目标。如果2050年中国天然气消费量达到8000×108m3的高消费量情景,按照发改委能源研究所设定的节能情景的能源消费总量测算,天然气在一次能源消费结构中的比例可上升到14%;按低碳情景测算,天然气的比例可上升到18%;按强化低碳情景测算,天然气的比例可上升到20%,达到目前世界的平均水平。两个天然气消费情景的二氧化碳排放量分别为7.4×108t和9.6×108t。从各方面而言,增加天然气消费量都是正效应而非负效应。     

轻烃内氧部分氧化替代外燃蒸汽转化制取合成气的先进技术

我国轻烃资源丰富,是制氨、尿素与甲醇的主要原料。我国现年产合成氨和甲醇近3000×104t,耗用轻烃(折CH4计)近300×108m3/a,大都采用外燃蒸汽转化,其中包括用干燃料的轻烃约100×108m3/a,并燃烧排放出CO2达2000×104t/a。采用我国成功开发的纯氧自热转化替代外燃蒸汽转化,用2m3O2可替代出燃料1m3CH4,免除产生CO2排放2kg/m3CH4,同时将节省下来的轻烃燃料作原料用可增产30%。与外燃蒸汽转化相比,新工艺原料消耗可降低20%～30%,甲醇合成能力可提高20%～100%,减排CO220%～80%,而且新工艺的转化炉体积小、造价低、省去了耐高温贵镍合金材料、使用寿命长。我国近3000×104t/a轻烃制氨、甲醇生产厂,如果应用此新工艺替代传统外燃蒸汽转化工艺,每年可节省轻烃燃料约100×108m3,可用于增产氨、甲醇125×104t/a,减排CO22000×104t/a。我国若在四川苍溪,采用纯氧自然转化、无CO2排放的等压合成甲醇转化制乙烯工艺,建设2×50×104t/a乙、丙烯基地,仅耗用天然气20×108m3/a。     

煤制油与煤气化制甲醇技术的比较与选择

煤炭液化制油技术投资大、煤耗高、耗水多、污染严重,以目前的技术水平,生产1t油往往需要4～5t煤,折算其热能利用率为50%,若按南非的煤耗（6t）计,其热能利用率仅为33.3%。改用煤炭气化制甲醇技术,采用6MPa纯氧高压气化制合成气（CO＋H2）,合成气可产双倍的甲醇,则1t甲醇的煤耗仅为1.3～1.5t,甲醇用作汽车发动机燃料时,以1.3～1.5t甲醇相当于1t汽油作功计算,则煤炭的热能利用率可以达到66%～76%。如果配套水电解制氢技术,还可以实现CO2的零排放。中国每年有20×10^8t的煤炭产量,如果将其中的12×10^8t纳入煤炭气化制甲醇产业链,可每年创造产值约2.67万亿元,可减排CO2约30×10^8t。     

从战略高度看待分布式能源——解决中国未来20年低碳发展面临的重大战略问题

以冷热电联供为特色的分布式能源系统(DES/CCHP)是实现低碳发展的重要途径之一,是中国继续和完成工业化、城市化的能源供应保障,也是促进天然气产业链上、中、下游均衡、快速、健康发展,推动中国加速一次能源结构转型的动力。提高占总能耗50%的工业能效的关键,是以工业园区DES/CCHP替代分散的小锅炉。通过DES/CCHP项目可提高占总能耗30%的商住能效,根据估算,每年可有0.3×1012kW·h原用于生活热水的电耗被节省下来。另外,通过减少长距离输电设施的投资建设费用和输变电损耗,可以节省输电投资4160亿元,还可节省煤矿建设投资1500亿元。到2020年,中国每年天然气消耗量将在4000×108m3左右,如果其中2700×108m3都用于与电网调峰相结合的工业、商住DES/CCHP,粗略估算,可替代动力煤9.7×108t,仅此一项就可使全国总能效提高6.8个百分点。再加上其他措施,使总能效提高到接近目前世界平均水平(50%)是很有可能的,同时有可能使2020年中国的煤炭消耗总量降回到30×108t/a的水平。相应还可以减排二氧化碳19×108t/a,加上优化产业结构、提高建筑物和交通能效等方面的贡献,到2020年中国的二氧化碳排放量有可能回落到74×108t/a左右。天然气DES/CCHP路线在社会总投资方面也是低于"以煤为主"路线的,如果以解决中国的能效和碳减排问题为战略目标来看待和发展分布式能源系统,必须着眼于大型项目。发展DES/CCHP的制约因素不是技术和资金,而是各级政府的能源战略观念。     

我国天然气供需现状及煤制天然气工艺技术和经济性分析

我国天然气消费市场持续增长,2008年天然气消费量达807×10^8m3,比上年增长10．1％;2020年天然气需求将增至2500×10^8m3,供应缺口达1000×10^8m3。与国际天然气价格相比,我国天然气价格水平仍然偏低。煤制天然气可以作为液化石油气和常规天然气的替代和补充,缓解我国天然气供应缺口。其竞争力主要源于可采用低价劣质煤．需要选择的主要是煤气化及甲烷化技术。含水含灰高、低热值的褐煤比较适于碎煤加压固定床或流化床气化。鲁奇煤气化工艺是煤制天然气项目首选的煤气化技术,此外还有流化床气化炉技术、BGL块／碎煤熔渣气化技术。鲁奇甲烷化技术是世界上首个商业化业绩,此外还有托普索公司甲烷化循环工艺技术和Davy甲烷化技术。以某年产10×10^8m3（标准）煤制天然气项目为例,其投资利润率16．16％（平均）,全部投资内部收益率16．21％（所得税后）,投资回收期7．72年,在经济上是可行的。目前一些地方和企业对煤制天然气项目的风险认识不足,首先应正确评价煤制天然气的能源效率和CO2排放,过分强调和夸大煤制天然气这个单一过程的高能源效率是不客观的：其次应认识到原料煤及产品价格是制约煤制天然气项目的关键因素;同时此类项目产品关联度低,并会受到天然气管网建设和管理的制约。     

中原地区建设煤制天然气项目前景分析

我国"缺油、少气、多煤"的能源禀赋特点决定了在今后较长时期内,国内能源消费结构将以煤为主,发展洁净煤气化、洁净煤代油技术对我国的能源安全战略和环境保护具有重要意义。从中原地区的煤炭赋存、水资源、煤炭售价、市场容量、项目经济性等实际情况出发,以20×10~8m~3/a煤制天然气项目为例,分析了在中原地区建设煤制天然气项目的前景。研究表明,由于高煤价、低油价和低气价,在中原地区建设煤制天然气项目经济性较差,盈利困难;同时中原地区对天然气的消费量有限,新建产能需要入网销售,受制于管道商。另外,中原地区环境容量有限,水资源缺乏,这些都严重制约高耗煤、高耗水、三废量大的煤制天然气项目落户中原地区。按照原料煤450元/t、燃料煤280元/t、天然气2.01元/m~3计算,在中原地区建设该项目年亏损近15亿元。     

世界天然气格局的变化和中国的机遇

近年来世界天然气产、销和国际贸易格局发生了重大变化。在经济衰退的影响下,2009年世界天然气年产量和消费量出现2.41%和2.34%的下降;但国际贸易量却持续增长,2007～2009年年均增长率6.28%,其中LNG贸易有更快的发展,其灵活的销售策略和降低现货价在许多地区挤占了管输出口的市场份额。在经济衰退的恢复期和/或天然气供应充足或过剩时期气与煤的比价较为接近,这为气代煤创造了条件。新兴经济体,特别是中国、印度及周围的东亚、南亚地区占世界天然气消费量的份额日趋加大。1999～2009年的10年间,中国天然气产量、消费量年均增长率分别为12.95%和13.91%,印度分别为4.59%和7.53%。金融危机促进了世界经济中心向东亚转移,天然气发展更趋均衡、多中心化的进程将更快。亚太地区,特别是中国、印度的天然气生产、消费和国际贸易在今后也将获得更快的发展。页岩气产量的持续快速增长不仅影响着近年来的天然气国际贸易,亦将对世界天然气格局产生更深远的影响。这些为中国天然气大发展带来了新机遇。按照框架性预测的两个方案,预计2015年中国天然气消费量将分别约为2400×108m3和2500×108m3,需国内供应皆为1500×108m3,进口分别为900×108m3和1000×108m3。2015年国内常规气层气产量要达到1300×108m3或1350×108m3,两种情况下所对应的2010～2015年年均增长率分别为9.81%和9.12%。除管输进口以外,2015年需要有600×108～800×108m3的LNG进口。从国内对策来讲,除了加强勘探开发,特别要关注天然气上中下游的协调发展和LNG系统工程的提前部署。关于进口,应重视天然气进口的广义多元化,在进口采买中将多种长期合同、意向性协议和短期现货交易灵活结合起来;加强国际合作;建设完整的配套体系。     

低碳经济下我国煤层气的发展机遇

天然气是最清洁、高效、低碳的化石燃料,提升天然气在能源消费中的比例,将使我国能源消费结构趋于合理,有利于减少碳排放,有助于实现我国发展低碳经济的目标。2010~2020年间预计我国天然气需求量年均增长13.04%,高于同期天然气产量增幅4.12个百分点,天然气需求缺口为煤层气提供了市场,也为我国煤层气(煤矿瓦斯)开发利用储备了充足的用户。"十一五"期间,国家启动了沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两个煤层气产业化基地建设。截至2010年底,全国形成煤层气产能25×108m3/a,实现煤层气产量15.57×108m3。预计2015年全国煤层气(煤矿瓦斯)产量将达215×108m3,利用率在60%以上,瓦斯发电装机容量超过300×104kW;新增煤层气探明地质储量8500×108m3;建成13条输气管道,总长度2121km,设计年输气能力180×108m3。建议国家应进一步鼓励煤层气(煤矿瓦斯)的开发利用,将煤层气利用量纳入综合利用进行统计;加大政策支持和政府投入力度,适当提高财政补贴标准,设立煤层气发展基金;组建国家煤层气公司,增加煤层气企业的资本金投入,支持煤层气企业重组上市;同时应大力发展二氧化碳捕集技术,将以消灭或减少煤层气(煤矿瓦斯)放空为目标的专项治理纳入国家瓦斯治理计划。     

煤制天然气的竞争力分析

通过煤炭气化将部分煤炭转化成天然气是我国一项重要的战略选择.煤制天然气项目的经济性要考虑多方面因素.煤制天然气的热值高于国家质量标准17.8%-21%,其他指标也高于或满足国家标准.对不同工艺煤制天然气生产成本的分析表明,生产成本中原材料和燃料动力费用所占比例高达60%左右,折旧和修理费用所占比例约为22%-30%,说明煤炭价格是影响天然气生产成本的最敏感因素,投资对生产成本的影响也较大.再考虑到管道输送等因素,建议煤制天然气项目应重点布局在新疆、内蒙古东部等地区.但无论是在新疆、内蒙古或其他地区的煤制天然气项目都难以与西气东输一线和陕京线国产天然气相竞争.新疆煤制天然气的竞争力高于土库曼斯坦进口天然气.内蒙古、山东的煤制天然气项目可与西气东输二线进口天然气竞争.此外,新疆、内蒙古和山东等地区的煤制天然气可与新增进口LNG(石油价格在80美元/bbl时)相竞争.从新疆到达华南地区的煤制天然气竞争力强于进口LPG.     

低碳发展时代的世界与中国能源格局

哥本哈根会议认定了"2℃"和"在2050年前全球排放量减到1990年的一半",到2050年,碳减排要求世界人均能耗不高于2.5t标煤/a。能源碳强度ω是一个反映碳排放与能源结构关系的新指标,利用它与一次能源消费中生成并排放二氧化碳的各种形式能源所占比率γ的关联式ω=2.4γ进行推算:按照450情景方案,二氧化碳排放峰值307×108t出现在2020年,而能耗峰值在2030年左右;按照丹麦方案,二氧化碳排放峰值320×108t出现在2025年,能耗峰值也大约在2030年,将达到273×108t标煤/a,人均3.3t标煤/a。碳排放峰值年越推迟,达到2050年远期目标的难度越大。按照丹麦方案,2030~2050年的20年间,需平均每年减排10×108t二氧化碳,同时与450情景方案相比,大气中二氧化碳总量将增加400×108t以上。根据中国政府宣布的2010~2020年的减排目标推算,2020年能耗为41×108t标煤,二氧化碳排放约74×108t,中国只要能做到能耗强度每5年降低20%,就能够实现此目标。中国应在2020年之前快速发展非化石能源、加速产业转型、大力发展天然气、大幅提高能效,这样就完全能够与世界减排同行。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅰ)——中国分阶段温室气体减排目标的提出及其依据

减少温室气体排放已刻不容缓,一系列研究显示,温升2℃是人类生活不受气候变化干扰的上限,大致550μL/L二氧化碳当量的温室气体浓度或约450～500μL/L的二氧化碳浓度对应2℃的温升。达到稳定浓度时的2005年以后的累积排放量和2005年的排碳数据一起才可以计算出最终的减排量化指标,而拐点年代和逐年排放量是可调控的动态指标。核实本世纪上半叶的累积排放量,并将排放额度分解到各个国家和地区是一项十分艰巨且很迫切的任务。我国的碳减排可分为2005～2020年的前期、2021～2035年的中期和2036～2050年的后期。权威部门曾推算了一系列数据,但与当前掌握的实际数据对比,对2010年的碳排放预测数据均偏低。有学者提出我国2005～2050年间的排碳额度为370Gt,约为全世界的28%,比例基本合理。如果2050年二氧化碳排放总量确定为140×108t,则中国为40×108t,人均2.6t,形势非常严峻。把我国2020年二氧化碳排放量控制在100×108t以内十分必要;我国碳减排中期处于拐点过渡期,我国的拐点将直接影响世界的拐点,应争取拐点出现在2025年,过渡期为2020～2030年;我国2050年与2035年的二氧化碳排放量差值应为45×108t,只要依靠非化石能源替代化石能源、采用CCS技术、最大限度地采用零碳排放甚至负碳排放的替代燃料就能得到控制,但仍然存在许多不确定因素,有待深入研究。     

加速发展天然气产业是我国能源结构调整的核心任务之一

加速发展天然气产业应是我国能源结构调整的核心任务之一。由非常规天然气带动的天然气"革命"为世界天然气产业发展创造了有利的资源条件,全球天然气过剩,价格下降。目前我国天然气在一次能源结构中所占的比例仍然过低,只达到世界水平的1/4左右,而提升天然气的消费比例与提高综合能效具有正相关关系。综合考虑,"十二五"末我国天然气在一次能源消费中的比例应达到12%～15%,甚至更多一些。21世纪以来我国常规天然气储产量增长迅速,新增探明天然气储量已连续7年保持在5000×108m3以上。预计2020年我国天然气年产量将达到2000×108m3,2030年前后可达到2500×108～3000×108m3,加上从国外进口的天然气(包括沿海进口的LNG)和煤制气的发展,天然气消费总量将达4500×108m3,占国内一次能源消费比重可望有一个大幅度的提升。"十二五"期间我国煤层气开采可望首先获得突破性进展,而页岩气正处于勘探开发起步的关键时期,国家在加强领导的同时要加大扶持力度。天然气储运工程对于天然气产业和市场的发展非常重要,"十二五"期间成立中国天然气管道总公司的条件已经成熟。     

我国应适当提高煤电的比重

我国2005年电源投资3228亿元,其中火电投资2270.6亿元,占70.3％;非化石电源投资957.4亿元,占29.7％.2010年我国电源投资3641亿元,其中火电投资1311亿元,占36％;非化石电源投资2330亿元,占64％.“十一五”期间,我国火电新增装机容量锐减,非化石电源新增装机容量剧增,而每年新增发电量则逐年减少.我国2006年火电新增装机容量9287×104kW,到2010年新增火电装机容量降为5872×104kW;我国2006年非化石电源新增装机容量1216×104kW,到2010年非化石电源新增装机容量上升到3256×104kW.每年新增装机容量可增加的年发量,2006年估计为5400×108kW·h,到2010年已降为4000×108kW·h左右.2010年我国电源投资中仅占36％的火电,却提供了64％的新增装机容量,而占64％的非化石电源只提供了约36％的新增装机容量,如果按新增发电量计,则火电机组提供的发电量比例更高.按中国电力企业联合会的规则,“十二五”期间我国非化石电源比例进一步增加,火电增幅继续下降.按火电机组等效容量计,2010～2015年年均增长率仅为8％,低于同期国内年均用电量增长率8.5％.鉴于我国的资源禀赋条件和“十一五”、“十二五“电源构成的变化趋势及其后果,建议我国应适应增加煤电的比重.     

中国乙烯工业市场和原料分析

近年来我国乙烯工业发展迅猛,2010年乙烯产能达到1494.9×104t/a,已投产的27套乙烯装置平均规模达到55.37×104t/a;在建乙烯产能达到300×104t/a;2010年乙烯产量为1418.78×104t。节能降耗工作也取得成效,2011年1月中国石化乙烯能耗首次降至592kg标油/t,与2010年乙烯能耗水平相比,1个月可降低成本2400万元。2010年我国乙烯表观消费量达到1496.88×104t,乙烯当量消费也快速增长,2010年达到约3315×104t,预计2015年将达到4003×104t。乙烯当量消费缺口较大,表明我国乙烯工业仍有一定发展潜力。与此同时,乙烯装置国产化率正在提高,乙烯三机等关键设备"十一五"期间陆续实现国产化,目前乙烯装置国产化率已达到75%左右。但与国际先进水平相比,还存在较大技术差距,装备的可靠性和稳定性还有待进一步提高。在快速发展的同时,也要清醒地看到我国乙烯行业发展正面临全球乙烯产能过剩、存在步入周期性下降趋势的预期和潜在风险、中东石化产品对我国市场构成巨大压力等。我国大部分乙烯产能都以石脑油为原料,正面临原料资源供应日趋紧张的问题,预计2011年中国将成为亚洲最大的石脑油消费国。对此,应密切关注以煤作为替代原料采用MTO技术的工业化进程,同时要加快开发新的乙烯生产技术路线,尽可能以天然气、干气为原料,开发用甲烷、乙烷、丙烷和丁烷为主要原料的低成本乙烯生产技术路线。甲醇制烯烃、重油催化热裂解制乙烯、生物质乙醇脱水制乙烯等将面临发展机遇。