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高硫石油焦中硫含量较高,一般只能用作工业燃料,如水泥窑炉、循环流化床锅炉等。但高硫石油焦燃烧过程中会产生大量的SOx、NOx等污染性气体,进而大幅度增加企业的环保成本。将高硫石油焦用作烧制水泥的燃料时,当石油焦中硫的含量超过一定值时,生产出水泥的强度会受到影响,缩短水泥的使用寿命。且此种方法只能用于立式窑,技术性能差,规模小。目前解决高硫石油焦出路的主要方案是将其应用于循环流化床(CFB)燃烧发电等,通过添加大量的石灰石来处理高硫石油焦在燃烧过程中产生的污染性气体,产生了大量CaSO4废渣,增大了占地面积,提高了投资成本。因此,寻找一种更为高效、清洁的高硫石油焦利用方式迫在眉睫。
2高硫石油焦气化的研究和应用进展
由于高硫石油焦在利用过程中面临着增加环保成本、影响产品质量等问题。同时高硫石油焦又具有碳含量高、热值高和价格低等特点。鉴于此,世界各国专家、学者都在积极探索高硫石油焦更高价值的利用方式,研究表明:高硫石油焦作为气化原料制取合成气是解决高硫石油焦利用的一条有效途径。高硫石油焦气化是将其在气化炉中以一定的温度和压力与气化剂反应生产合成气(主要成分CO和H2),通过高温气化可充分有效地利用其中的C、H元素,高硫石油焦中所含的硫元素可通过克劳斯工艺进行硫磺回收,得到高纯度的硫磺,其中的重金属则可以以渣的形式排出气化炉,几乎对环境无任何影响。因此,高硫石油焦气化技术是一项清洁、高效的技术,具有很大的发展前景。随着我国高硫石油焦产量的增多,一些科研机构、高校和石化企业开始重视高硫石油焦的应用。但是高硫石油焦气化也存在着一定的问题,其主要原因是石油焦的气化反应性较差。大量的研究表明石油焦的气化反应活性远远低于一般煤或煤焦,甚至低于石墨。对于石油焦自身而言,影响其气化反应活性的主要因素包括碳的微晶结构、比表面积、气化剂、气化温度等,影响结果如表4所示。针对石油焦气化反应活性较差的问题,为了有效地提高石油焦的反应活性,许多专家学者开展了在石油焦中添加一定量的催化剂来提高其反应性的研究,并取得了一定的成果。目前催化剂的研究主要集中于碱金属盐、碱(土)金属盐、过渡金属盐和可弃催化剂等对石油焦气化反应性的影响,具体结果见表5。大量的研究表明:添加碱金属盐、碱(土)金属盐、过渡金属盐和可弃催化剂均可以不同程度的提高石油焦的气化反应活性。但是考虑到经济和环境因素,采用碱金属盐、碱(土)金属盐或过渡金属盐等作为石油焦气化的催化剂是难以实施的,且催化剂很难回收利用。而可弃催化剂的利用则存在着催化活性不高且不同催化剂的催化活性差异较大等问题。因此,石油焦的催化气化还处在研究阶段。鉴于石油焦的催化气化难以实施,大量研究转向了高硫石油焦与生物质或煤的共气化。研究结果如表6所示。研究表明生物质对石油焦气化反应性起到了很大的改善作用,但目前我国生物质气化还处于研究之中,尚未形成规模效应。而我国又是一个以煤为主要能源的国家,发展煤气化技术是煤炭综合利用的必然选择,因此,随着我国高硫石油焦产量的逐年增多,通过在煤中掺配高硫石油焦气化制取合成气将是实现其清洁、高效利用的较佳方案之一。
在实验室研究成果的基础上,一些企业开展了石油焦气化的工业试验与应用。其中主要有以湿法进料的GE、多喷嘴对置式水煤浆气化技术以及干煤粉进料的Shell气化技术。1996年,Texaco公司在其ElDoradoKan炼油厂建立了一个气化单元,用来气化石油焦和其他炼油废料。2003年美国Wabash电厂和Tampa电力公司利用联合循环发电(IGCC)设施将煤炭气化更换成为石油焦气化。我国在2005年建立了以石油焦为原料生产合成气的装置,其中中国石化金陵分公司煤化工运行部水煤浆气化装置采用GE公司水煤浆气化技术,以煤和石油焦为原料,用于制取氢气,其中石油焦的掺配量达到30%~50%,但由于GE水煤浆气化技术的温度相对较低,加上石油焦的反应活性差导致运行结果并不理想[40]。中国石化安庆分公司(简称安庆石化)、中国石化湖北化肥分公司以及贵州瓮福集团天福化工有限责任公司的Shell粉煤气化装置分别于2011—2013年期间进行了气化原料煤掺烧高硫石油焦的工业试验,并取得了良好的效果。实践证明,对于Shell粉煤气化技术而言,原料煤中掺烧一定比例的高硫石油焦是可行的,能够有效改善入炉煤的质量,降低入炉煤灰分。与掺烧高硫焦前气化相比,掺烧高硫石油焦后比氧耗、比煤耗均有所降低,有效合成气产量有一定增加。但仍然存在一定问题,如气化炉渣中碳含量增大、滤饼的产量增加等。
3高硫石油焦配煤气化与干粉煤气化制取合成
气的模拟计算与技术经济比较大量的研究与实践证明,将高硫焦配煤用于气化制取合成气技术不仅是可行的,而且能够带来一定的经济效益。为了更加直观的分析比较高硫石油焦配煤气化与干煤粉气化的技术经济性,利用Aspenplus软件对高硫焦配煤气化与干煤粉气化方案进行模拟计算,并与安庆石化Shell气化装置原料煤掺烧高硫焦气化的实际运行结果作了比较。
3.1高硫石油焦配煤气化与干粉煤气化模拟计算以安庆石化Shell气化装置制取合成气工艺为例,该单位采用的干煤粉气化方案为:A(煤):B(煤)=1:1+4%石灰石(即两种煤按照质量比为1:1并添加4%的石灰石助熔剂),记为方案1;高硫石油焦配煤气化方案为A(煤):C(高硫石油焦)=3:1+6%石灰石,记为方案2。利用Aspenplus软件对方案1和方案2分别进行模拟计算,并对比分析了高硫石油焦和煤价在一定范围内波动时两种方案的经济性。样品的基础分析数据及气化工艺条件分别如表7和表8所示。结合元素质量守恒和能量平衡两个基本原理建立数学模型,两种方案的气化模拟结果如表9所示。由表9中气化模拟结果可以看出,与方案1相比,方案2粗合成气中CO、H2较高,比煤耗和比氧耗降低,有效气流量增加了4.38%。总体来看,高硫石油焦配煤气化方案要明显优于干煤粉气化方案。由于煤炭和高硫石油焦价格随市场波动较大,而原料价格波动对生产的合成气成本具有重要的影响,表10计算了煤炭和高硫石油焦价格变化对生产合成气成本的影响。其中氧气的成本按0.50元/m3进行计算。由表10的计算结果可以看出,当煤炭价格在600元/t、高硫石油焦价格不超过1000元/t时,当煤炭价格在700元/t、高硫石油焦价格低于1100元/t时,以及当煤炭价格大于或等于800元/t、高硫石油焦价格在700~1200元/t波动时,高硫石油焦配煤气化方案的经济性全都优于干煤粉气化。且随着高硫石油焦价格的降低,高硫石油焦配煤气化方案的经济性越明显。
3.2Shell气化装置原料煤掺烧高硫石油焦气化运行结果分析气化模拟计算结果表明高硫石油焦配煤气化的技术经济性明显优于干煤粉气化。表11为安庆石化Shell气化装置原料煤掺烧高硫石油焦工业试验前后主要气化指标对比。与掺烧高硫石油焦前相比,掺烧高硫石油焦后,每生产1000m3的有效气体的氧耗和煤耗均有不同程度的降低,有效气流量增加2.66%。由于模拟计算是偏向于理想情况,与工业试验的运行结果略有出入,但总体趋势一致。即Shell气化装置掺烧高硫石油焦不仅技术上可行,且具有良好的效益,为高硫石油焦在气化领域大规模的应用提供了理论和实践基础。
4结论与建议
1.1总量传导机制
1.1.1对国内价格总水平的传导。石油作为基础能源,是非常重要的国民经济的生产要素,所有以石油或石油产品为生产资料的产业都会因其价格波动通过价格传导机制而受到影响。国内价格总水平受到国际石油价格波动的传导,影响国内石油的价格,我国原油对外依存度已到达百分之五十以上,原油和成品油价格已经和国际市场的价格实行联动,国际石油价格的上涨直接推升了国内石油价格。石油产业链行业成本受影响,上涨的石油价格使炼油企业的原材料成本增加。非石油产业链行业成本受影响,交通运输、物流、纺织服装等的生产成本会全面提升。
1.1.2对国内总产出水平的传导。石油价格上涨引发的供给冲击降低了真实工资,消费者的消费需求结构被改变了,市场需求低迷,经济增长受到影响;石油价格上涨使市场需求低迷,并增加了企业原材料、劳动投入等生产成本,导致产业效益下降;石油价格上涨使新的消费需求热点受到阻碍,使产业结构和市场消费需求结构都发生变化,在短期内很难实现经济增长。
1.1.3对国际收支水平的传导。当前我国石油储备体系、石油定价机制的不完善,加之具有不确定性的国际石油价格,使我国的石油进口出现了买涨不买跌的怪象。石油进口量因国际石油价格的上涨而增加,就大量减少了用于石油进口的外汇储备量;持续上涨的国际石油价格会使世界经济整体衰退,对我国出口商品的消费需求减少,降低了我国出口总额;严重影响我国低附加值商品的出口。
1.2配置传导机制
1.2.1在消费需求方向的传导。市场总体价格因国际石油价格上涨而被推高,消费者对生活必需消费品以外的商品消费需求减少;油价走势的不确定性,使消费者的消费决策更加谨慎;间接影响消费支出结构,对消费者的心理造成巨大影响。
1.2.2在投资需求方向的传导。石油价格上涨会导致对于石油产业链下游及相关行业的生产性投资更加谨慎;使政府财政收入减少,国民经济增长趋缓,使公共产品投资减少。
1.3利率传导机制
1.3.1投资需求受基准利率调整的影响面比较广泛。利率上调会提高实体经济的资金成本,影响资金高投入产业,增加了商业银行贷款积极性,增强部分企业对外投资的冲动,影响我国商品出口竞争力。在金融市场方面可对流动性过剩予以抑制、上市公司成本得到提高、降低了股票、基金市场的投资需求等等。
1.3.2消费需求受利率调整的影响。基准利率上调使居民储蓄增加,市场消费受到抑制,但居民会因人民币升值而使商品消费和出国消费增加。利率下调会使生活消费支出相对增加。国际石油价格和我国的存款、贷款基准利率之间存在正相关性,其波动趋势比较一致,利率的调整及波动幅度要滞后并小于国际石油价格的波动,它们之间的指数不存在长期稳定的均衡关系。
1.4汇率传导机制
利率政策通过经常项目影响汇率,通过国际资本流动间接影响汇率。国际油价会通过国际收支的渠道传导到人民币汇率,由于我国实行的是有管理的浮动汇率制度,所以对汇率传导的效应较小。人民币汇率升值影响宏观经济,对货币金融政策的制定会产生较大压力,较大的冲击着金融体系的稳定性;进口商品的相对价格降低,会冲击国内市场,抑制经济增长。人民币汇率和国际石油价格存在负相关性,汇率的变化和石油价格波动相反,二者不存在长期稳定的均衡关系。
2、国际石油价格波动对中国经济影响的对策
2.1开源节流,保障国内能源供应的基础。首先,加强建设国内石油生产供应能力。加大常规油气资源勘探开发力度,推进原油增储稳产,加强老油田稳产改造,提高采收率。加快非常规油气资源勘探开发,增强我国能源供应保障能力;其次,要大力发展新能源。合理规划风电发展,加强经济性研究,做好和电力规划相协调的发展。大力支持光伏产业发展,其发展极具潜力,是要高度重视的产业,其发展需要政策、技术、金融三大要素的支持。适度推进生物质能发展,是一种可再生能源,在整个能源系统中占有重要地位;再次,在确保安全的基础上高效发展核电,对保障能源供应与安全,保护环境,可持续发展和电力工业结构优化的实现,我国综合经济实力、国际地位、工业技术水平的提升,都有非常重要的意义;最后,积极推进节能型国家建设。战略提升,促进经济发展方式转变和结构调整;创新技术,强化重点消费领域的用能管理;树立理念,倡导绿色消费、全民节能;关注三农,重视农业、农村节能减排。
2.2能源战略储备体系建设要全面加强。为保障石油储备建设要完善法律法规,进行统筹布局科学地制定石油储备发展规划,为实现多主体参与石油储备的发展格局要放松管制,为石油储备建设要拓宽渠道多方面筹措资金,根据实际情况实现石油储备品种和方式的多元化。
2.3对能源金融体系要不断健全并完善。首先要改革国内石油价格定价机制,使其更趋于合理化。发展国内石油期货市场,其关键是要放开市场。加强石油金融工具创新,建立石油银行、石油外汇储备、设立石油基金。积极推进人民币国际化,开放资本市场和人民币汇率制度。
1.1总量传导机制
当前我国石油储备体系、石油定价机制的不完善,加之具有不确定性的国际石油价格,使我国的石油进口出现了买涨不买跌的怪象。石油进口量因国际石油价格的上涨而增加,就大量减少了用于石油进口的外汇储备量;持续上涨的国际石油价格会使世界经济整体衰退,对我国出口商品的消费需求减少,降低了我国出口总额;严重影响我国低附加值商品的出口。
1.2配置传导机制
1.2.1在消费需求方向的传导。市场总体价格因国际石油价格上涨而被推高,消费者对生活必需消费品以外的商品消费需求减少;油价走势的不确定性,使消费者的消费决策更加谨慎;间接影响消费支出结构,对消费者的心理造成巨大影响。
1.2.2在投资需求方向的传导。石油价格上涨会导致对于石油产业链下游及相关行业的生产性投资更加谨慎;使政府财政收入减少,国民经济增长趋缓,使公共产品投资减少。
1.3利率传导机制。
1.3.1投资需求受基准利率调整的影响面比较广泛。利率上调会提高实体经济的资金成本,影响资金高投入产业,增加了商业银行贷款积极性,增强部分企业对外投资的冲动,影响我国商品出口竞争力。在金融市场方面可对流动性过剩予以抑制、上市公司成本得到提高、降低了股票、基金市场的投资需求等等。
1.3.2消费需求受利率调整的影响。基准利率上调使居民储蓄增加,市场消费受到抑制,但居民会因人民币升值而使商品消费和出国消费增加。利率下调会使生活消费支出相对增加。国际石油价格和我国的存款、贷款基准利率之间存在正相关性,其波动趋势比较一致,利率的调整及波动幅度要滞后并小于国际石油价格的波动,它们之间的指数不存在长期稳定的均衡关系。
1.4汇率传导机制
利率政策通过经常项目影响汇率,通过国际资本流动间接影响汇率。国际油价会通过国际收支的渠道传导到人民币汇率,由于我国实行的是有管理的浮动汇率制度,所以对汇率传导的效应较小。人民币汇率升值影响宏观经济,对货币金融政策的制定会产生较大压力,较大的冲击着金融体系的稳定性;进口商品的相对价格降低,会冲击国内市场,抑制经济增长。人民币汇率和国际石油价格存在负相关性,汇率的变化和石油价格波动相反,二者不存在长期稳定的均衡关系。
2、国际石油价格波动对中国经济影响的对策
2.1开源节流,保障国内能源供应的基础
首先,加强建设国内石油生产供应能力。加大常规油气资源勘探开发力度,推进原油增储稳产,加强老油田稳产改造,提高采收率。加快非常规油气资源勘探开发,增强我国能源供应保障能力;其次,要大力发展新能源。合理规划风电发展,加强经济性研究,做好和电力规划相协调的发展。大力支持光伏产业发展,其发展极具潜力,是要高度重视的产业,其发展需要政策、技术、金融三大要素的支持。适度推进生物质能发展,是一种可再生能源,在整个能源系统中占有重要地位;再次,在确保安全的基础上高效发展核电,对保障能源供应与安全,保护环境,可持续发展和电力工业结构优化的实现,我国综合经济实力、国际地位、工业技术水平的提升,都有非常重要的意义;最后,积极推进节能型国家建设。战略提升,促进经济发展方式转变和结构调整;创新技术,强化重点消费领域的用能管理;树立理念,倡导绿色消费、全民节能;关注三农,重视农业、农村节能减排。
2.2能源战略储备体系建设要全面加强
为保障石油储备建设要完善法律法规,进行统筹布局科学地制定石油储备发展规划,为实现多主体参与石油储备的发展格局要放松管制,为石油储备建设要拓宽渠道多方面筹措资金,根据实际情况实现石油储备品种和方式的多元化。
2.3对能源金融体系要不断健全并完善
首先要改革国内石油价格定价机制,使其更趋于合理化。发展国内石油期货市场,其关键是要放开市场。加强石油金融工具创新,建立石油银行、石油外汇储备、设立石油基金。积极推进人民币国际化,开放资本市场和人民币汇率制度。
2.4大力加强能源国际合作