水煮煤和陜西工商業(yè)聯(lián)合會課件

1、“水煮煤”技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目投資分析報告目 錄：“水煮煤” 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景“水煮煤”投資及效益分析“水煮煤”產(chǎn)業(yè)化相關(guān)建議“水煮煤”的技術(shù)研究介紹一：“水煮煤” 的技術(shù)特點“水煮煤”和“火燒煤”的比較“水煮煤”技術(shù)研究的先進(jìn)性“水煮煤”的基本概念、原理和工藝路徑“水煮煤”的技術(shù)研究介紹“水煮煤”技術(shù)環(huán)保解決措施1.1： “水煮煤”的基本概念、原理和工藝路徑“水煮煤”的基本概念：“水煮煤”是指以超臨界水氣化為核心的煤的新型高效氣化制氫耦合發(fā)電技術(shù)的俗稱。其核心是超臨界壓力和溫度下煤與水的混溶熱解技術(shù)?！八竺骸钡幕驹恚豪贸R界水(指當(dāng)壓力和溫度達(dá)到臨界點以上時，水的氣液相界面消失，水的液體和氣

2、體完全交融，成為一種非常規(guī)狀態(tài)的新物質(zhì))所具有的高溶解性、高擴(kuò)散性、高反應(yīng)性 等物理、化學(xué)性質(zhì)，實現(xiàn)煤等原料的高效、潔凈轉(zhuǎn)化。 水的相圖超臨界水煤氣化制氫耦合發(fā)電1.1： “水煮煤”的基本概念、原理和工藝路徑“水煮煤”的工藝路徑：工業(yè)化途徑大致有兩條，煤漿與水進(jìn)入溫度約為6001000，壓力約為25MPa的臨界水煤氣化爐中進(jìn)行反應(yīng)，其中約1020%的煤與氧化劑發(fā)生部分氧化自熱反應(yīng)放熱，為其余8090%煤的氣化提供熱量。氣化反應(yīng)的主要產(chǎn)物是H2和CO2，由于反應(yīng)是在超臨界水環(huán)境中進(jìn)行的，而超臨界水對無機(jī)鹽的溶解度小至可以忽略不計，因此氮、硫及重金屬元素等均在煮鍋底部沉積下來并定期排出。如果以制氫

3、或者高附加值煤化工工藝為目的，則可以根據(jù)下游工藝參數(shù)的需要在適當(dāng)參數(shù)條件下分離H2，或者H2可以繼續(xù)進(jìn)入下游工藝制高附加值產(chǎn)品，例如合成氨，制甲醇，合成天然氣等，分離H2后的超臨界水和CO2則進(jìn)入新型混合工質(zhì)透平，將自身的熱動能做功轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電后的CO2和水經(jīng)過分離，CO2進(jìn)行利用、封存，而水則可以循環(huán)使用。如以單純發(fā)電為目的，則超臨界水及其溶解的H2和CO2進(jìn)入新型燃?xì)溲a(bǔ)熱蒸汽輪機(jī)，將超臨界水和CO2的熱動能與H2的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同樣，發(fā)電后的CO2和水經(jīng)過分離， CO2進(jìn)行利用、封存，水可以循環(huán)使用。 1.1： “水煮煤”的基本概念、原理和工藝路徑 1.2： “水煮煤”的技術(shù)特點一

4、反應(yīng)速度快，幾秒到幾十秒鐘即可實現(xiàn)煤的完全氣化反應(yīng)。二轉(zhuǎn)化條件溫和，反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)煤氣化及煤燃燒溫度。三煤電轉(zhuǎn)化效率高，可以較容易地達(dá)到60%以上的轉(zhuǎn)化效率。四產(chǎn)量高、濃度高，氫氣產(chǎn)量可提高約15%，氣體產(chǎn)物中H2體積含量可達(dá)55%65%。五無氣態(tài)污染物排放，硫、氮及重金屬元素等各種無機(jī)成分以沉渣形式集中排出并可資源化利用。六無溫室氣體排放，氣化產(chǎn)物中CO2可通過降壓吸附等成熟工藝加以分離，得到高純的CO2副產(chǎn)物。七一次性投資低，1000MW裝機(jī)容量下，較常規(guī)燃煤電廠節(jié)約40%。八低耗水，采用封閉循環(huán)，低耗水且無污水排放，對進(jìn)料水沒有純凈化處理要求，節(jié)水超過40%。九物料適應(yīng)性強(qiáng)，對各種煤

5、種（包括蘭炭）乃至各種有機(jī)廢棄物都能實現(xiàn)碳的完全氣化。十可帶動煤化工產(chǎn)業(yè)的升級換代，H2與CO2將有力促進(jìn)合成氨、甲醇等煤化工下游工藝的發(fā)展。十一易與可再生能源結(jié)合，適用于分布式能源供應(yīng)。十二適合促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實現(xiàn)“三個轉(zhuǎn)化”。1.3： “水煮煤”和“火燒煤”的比較對比項目燃煤發(fā)電技術(shù)（“火燒煤”）超臨界水氣化技術(shù)耦合發(fā)電技術(shù)（“水煮煤”）原理煤在空氣中燃燒，以空氣為氧化劑的氣態(tài)環(huán)境下“一把火燒煤”放熱，再通過鍋爐吸熱將水加熱至高溫高壓蒸汽推動輪機(jī)做功發(fā)電的過程。利用超臨界水獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，為煤的轉(zhuǎn)化提供了一個高速、均相的反應(yīng)媒介，生成高純CO2和H2，同時大規(guī)模生產(chǎn)高溫高壓參數(shù)

6、的可以做功的超臨界水蒸汽。污染物生成大量NOx、SOx、PM2.5、重金屬Hg等氣態(tài)污染物，與過量惰性氣體混合，難以分離。氮、硫及其他重金屬物質(zhì)以無機(jī)鹽的形式沉積排出，無氣態(tài)污染物和粉塵排放。溫室氣體與過量惰性氣體混合，難以分離?？赏ㄟ^控制系統(tǒng)工藝參數(shù)簡單實現(xiàn)CO2的富集與分離。煤電轉(zhuǎn)化效率平均水平約40%，最先進(jìn)的超超臨界IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組不超過60%可相對容易地超過60%每度電煤耗282克(1000MW機(jī)組)約240克(1000MW機(jī)組)耗水一度電耗水約0.40.6kg閉式循環(huán)不耗水，開式循環(huán)的耗水量與常規(guī)燃煤發(fā)電相當(dāng)；可實現(xiàn)有機(jī)污水潔凈處理再生技術(shù)現(xiàn)狀我國對燃煤發(fā)電技術(shù)掌握程度較高

7、，技術(shù)相對成熟全新技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)在實驗室獲得突破，正在組織產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)1.4：西安交通大學(xué)“水煮煤”技術(shù)研究的先進(jìn)性 核心工藝過程是將煤與水制成水煤漿，加入到超臨界水反應(yīng)器中進(jìn)行吸熱、還原反應(yīng)，最終生成H2和CO2并溶解于超臨界水中，以高溫高壓混合流體形式離開反應(yīng)器去推動輪機(jī)做功并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而將混合工質(zhì)的熱能和動能轉(zhuǎn)化成電能。在這一過程中，煤炭中所含有的氮、硫及重金屬元素等各種無機(jī)成分，可在反應(yīng)器內(nèi)凈化沉積于底部后間隙排出。 利用超臨界水為煤的氣化反應(yīng)提供一個高速、均相的反應(yīng)媒介，實現(xiàn)煤的高效、潔凈氣化，同時實現(xiàn)超臨界水的熱解制氫，將煤轉(zhuǎn)化成為高純度的H2和CO2，在獲得清潔能源H2的同

8、時，從源頭上實現(xiàn)NOx、SOx的零排放和CO2的資源化利用。1.5：“水煮煤”技術(shù)環(huán)保解決措施N元素S元素氣化前氣化后氣化前氣化后季氮 10%銨鹽 100%有機(jī)硫 75%硫化物 99%吡啶 30%硫鐵礦 24%吡咯 60%硫酸鹽 1%硫酸鹽 1%典型煤種中N、S元素的賦存及遷徙規(guī)律研究“水煮煤”技術(shù)在治污方面的用途： 超臨界水氣化技術(shù)可以處理有機(jī)廢液污染物實驗室已經(jīng)成功將多種有機(jī)廢棄物成功降解，包括化學(xué)武器、核工業(yè)離子交換樹脂、造紙黑液、火箭發(fā)射廢液、制藥廢水等，可以將有機(jī)廢棄物同時實現(xiàn)無害化處理與資源化利用。二：“水煮煤” 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化存在的困難積極穩(wěn)妥推進(jìn)“水煮煤”技術(shù)產(chǎn)業(yè)化“水煮煤”產(chǎn)業(yè)成

9、果推廣前景分析“水煮煤”產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景2.1： 發(fā)展“水煮煤”產(chǎn)業(yè)成果推廣前景分析傳統(tǒng)發(fā)電過程排放大量的NOx、SOx、Hg、PM2.5等，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，直接危害人民的身體健康?！八竺骸奔夹g(shù)無硫氧化物、氮氧化物、粉塵、污水等排放，CO2 可資源化利用，具有巨大的環(huán)境效益。環(huán)境效益“水煮煤”技術(shù)高效、節(jié)煤、節(jié)水，無需專有的污染物減排設(shè)備，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。在整個煤制氫與發(fā)電過程中，其成本均低于傳統(tǒng)方式。經(jīng)濟(jì)效益該技術(shù)幾乎可以拉動整個能源與化工領(lǐng)域的進(jìn)步，涉及人民生活、社會生產(chǎn)的各行各業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的更快升級和轉(zhuǎn)變；可以大大拉動能源裝備、化工裝備行業(yè)的發(fā)展，對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級和換代

10、，提升等具有變革性的推動或引領(lǐng)作用，成為新的經(jīng)濟(jì)增長點。社會效益2.1： 發(fā)展“水煮煤”產(chǎn)業(yè)成果推廣前景分析2.2： 關(guān)于“水煮煤”技術(shù)產(chǎn)業(yè)化存在的困難III相關(guān)設(shè)計準(zhǔn)則與新型高效低阻換熱器、新型 H2/CO2分離設(shè)備的設(shè)計開發(fā)技術(shù)等問題還需進(jìn)一步研究攻關(guān)?！八竺骸奔夹g(shù)成熟度較低，尚無商業(yè)化運行業(yè)績。III在工業(yè)化試驗方面，需要與有關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作，而企業(yè)出于對技術(shù)的認(rèn)知程度及自身風(fēng)險承受能力，深度參與的積極性仍有欠缺，制約了該技術(shù)走向工業(yè)化試驗及示范階段。 2.3： 積極穩(wěn)妥推進(jìn)“水煮煤”技術(shù)產(chǎn)業(yè)化 繼續(xù)推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新為了推進(jìn)“水煮煤”技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，西安交通大學(xué)聯(lián)合清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西北

11、有色金屬研究院、東方電氣集團(tuán)、陜西煤業(yè)化工集團(tuán)、陜西鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)等單 位，成立了“煤的新型高效氣化及規(guī)模利用協(xié)同創(chuàng)新中心”。下一步，協(xié)同創(chuàng)新中心各成員單位要在前期良好合作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)作配合，力爭把技術(shù)創(chuàng)新往前、往深繼續(xù)推進(jìn)，并不斷取得新的突破。 在“以市場為導(dǎo)向、以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合”推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新的大背景下，政府應(yīng)當(dāng)就以下兩點給予充分支持：一是增強(qiáng)判斷力，包括技術(shù)認(rèn)知、產(chǎn)業(yè)效益判斷、風(fēng)險掌控等；二是加強(qiáng)引導(dǎo)，促進(jìn)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈有機(jī)結(jié)合。 強(qiáng)化政府支持引導(dǎo)三：收益分析純發(fā)電系統(tǒng)簡要分析投資成本構(gòu)成“水煮煤”投資成本及效益分析3.1： 投資成本構(gòu)成前期投資主要包括，設(shè)備購置費用、土建及

12、安裝費用、電氣熱控儀表、管道材料、閥門購置、備品備件、技術(shù)服務(wù)等費用。假設(shè)干煤處理量為36t/h的超臨界水煤氣化制氫系統(tǒng)，前期投資如下：項目金額（萬元）比例（%）設(shè)備購置費用45406.272.29電氣熱控儀表6257.89.96管道材料費用1393.32.22閥門購置費用664.81.06備品備件費用799.51.27安裝費用2925.14.66土建費用4460.07.10技術(shù)服務(wù)費用906.01.44合計62812.71003.1.1前期投資估算3.1： 投資成本構(gòu)成煤炭：目前煤的坑口價150元/t,系統(tǒng)的干煤處理量為36t/h。按坑口價150元/t計算，煤炭的總成本為5400元。水消耗：

13、系統(tǒng)中絕大部分用水可循環(huán)使用，系統(tǒng)的凈耗水量約為42 Nm3/h，工業(yè)用水的成本約為5元/Nm3。水的總成本為210元。電：系統(tǒng)中耗電的部分有：氣化爐局部劇烈吸熱區(qū)補(bǔ)充電加熱，系統(tǒng)泵功與其他自動化控制耗電，氫氣分離和純化PSA系統(tǒng)耗電等。整個系統(tǒng)的電力消耗為2814MW。該部分電力由系統(tǒng)發(fā)電提供，不產(chǎn)生額外費用。天然氣：天然氣用于流體升溫和提供超臨界水氣化所需的能量，考慮到天然氣鍋爐能量效率為85%，則需要天然氣的量7440Nm3/h。工業(yè)天然氣的價格為3元/Nm3，天然氣的總成本22320元。系統(tǒng)折舊：系統(tǒng)運營周期20年，前期投資為6.2813億元，假設(shè)不留殘值，每年折舊3140.64萬元。

14、維修費用：按照每年工作300天，每天工作24小時計算，維修費用為前期投資的2%，金額1256.25萬元。人員費用：假設(shè)每人每年3.5萬元費用，合計年人員費用126萬元。其他費用：按收入的5%預(yù)估。所得稅：假設(shè)企業(yè)適用所得稅稅率25%。其他稅費：根據(jù)增值稅實際稅負(fù)的12%進(jìn)行估算。3.1.2運營成本3.2： 收益分析氫氣：純度99.999%氫氣的產(chǎn)量37250Nm3/h。氫氣價格按含稅價5元/ Nm3計算。電：除去系統(tǒng)耗后凈發(fā)電為28137KWh。脫硫脫硝的煤電上網(wǎng)價格為0.42元/度。發(fā)電收益為11818元。項 目金 額（萬元）一、營業(yè)收入：121,887.74 1、電收入7,272.35 2

15、、氫氣收入114,615.38二、營業(yè)稅金及附加2,135.90三、營業(yè)成本： 27,804.23 1、煤成本 3,323.08 2、水成本129.23 3、天然氣成本13,734.65 4、人員工資126.00 5、維修費用1,256.25 6、折舊費用3,140.64 7、其他費用6,094.39四、利潤總額 91,947.61 所得稅 22,986.90 五、凈利潤 68,960.71 假設(shè)投入運營第一年即達(dá)產(chǎn)，盈利預(yù)測如下：該系統(tǒng)達(dá)產(chǎn)后，銷售凈利率高達(dá)57%。假設(shè)建設(shè)期1年，前期建設(shè)資金分兩次投入，每次投入50%，即建設(shè)期年初、年末分別投入31406.35萬元。項目靜態(tài)回收期1.87年

16、，項目10年內(nèi)（建設(shè)期1年、運營期9年）財務(wù)內(nèi)部收益率81.2%。3.2： 收益分析財務(wù)內(nèi)部收益率敏感性分析：氫價格煤炭價格 234515030.3%49.8%66.4%81.2%20029.2%48.9%65.6%80.5%25028.1%48.0%64.8%79.8%30026.9%47.1%64.0%79.1%不同氫氣煤炭銷售價格 ，10年期財務(wù)內(nèi)部收益率如下：投資敏感性分析：不同煤炭處理量與制氫成本之間的關(guān)系如下：干煤處理量前期投資額氫氣產(chǎn)量折舊成本維修費用維修費用分?jǐn)傔\行成本制氫總成本t/d億元萬m3元/ m3萬元/年元/ m3元/ m3元/ m3500.680.220.220313

17、6.800.0880.43 0.74 1001.170.430.1889234.600.0760.43 0.69 2002.010.860.1620402.320.0650.43 0.66 5004.102.160.1322820.790.0530.43 0.62 10007.044.310.11341407.600.0450.43 0.59 12008.115.170.10891622.160.0440.43 0.58 15009.656.470.10361929.770.0410.43 0.57 200012.078.620.09722413.940.0390.43 0.57 3.3： 純

18、發(fā)電系統(tǒng)簡要分析技術(shù)優(yōu)勢：IGCC系統(tǒng)由于一次性投資較高，發(fā)電成本比較高。而本技術(shù)相對于常規(guī)燃煤發(fā)電技術(shù)，由于大大提高了煤電轉(zhuǎn)化效率且節(jié)省了系統(tǒng)在減排方面的運行成本，因此發(fā)電成本最低。在裝機(jī)容量為1000MW時，發(fā)電成本為0.27元/度電。在電價為0.42元/度時，毛利率38%左右（不考慮稅費）。 不同裝機(jī)容量下發(fā)電成本情況：3.3： 純發(fā)電系統(tǒng)簡要分析項目金額占比設(shè)備費用74806.2 75.63%電氣熱控儀表8152.7 8.24%材料1512.4 1.53%閥門664.8 0.67%備品備件808.0 0.82%安裝費用5600.8 5.66%土建費用6060.0 6.13%技術(shù)服務(wù)費1

19、300.0 1.31%總計98904.9 100.00%前期投資：36t/h的系統(tǒng)需要的前期投資如下：在同樣36t/h的煤處理規(guī)模下，純發(fā)電系統(tǒng)較超臨界水煤氣化制氫耦合發(fā)電技術(shù)，投資成本高57個百分點。在裝機(jī)容量為1000MW時，純發(fā)電系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)毛利率38%左右（不考慮稅費）超臨界水煤氣化制氫耦合發(fā)電技術(shù)在氫價為2元時，銷售凈利率仍能達(dá)到40%以上，毛利率更高達(dá)60%。四：政府積極引導(dǎo)民營資本參與省內(nèi)重大項目專項建設(shè)合作模式分析全力加快“水煮煤”技術(shù)完善與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐相關(guān)建議與小結(jié)4.1：全力加快“水煮煤”技術(shù)完善與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐III對接我省煤業(yè)資源盡快取得工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)及需要解決的工程

20、問題方案，為加快工業(yè)化提供完善的技術(shù)理論支撐。 盡快研究完成太陽能聚焦加熱的配套設(shè)備。IIIIV在對技術(shù)進(jìn)行研究試驗的過程中，同時應(yīng)著手對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面分析，用完整的投入產(chǎn)出的各項經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，為大規(guī)模推廣應(yīng)用提供依據(jù)和支撐。積極開展廢渣綜合利用研究。研究處理有害物質(zhì)的方法，也要分離出有用物質(zhì)，提高綜合利用價值。以項目為紐帶，產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，建立緊密型轉(zhuǎn)化實體，取得工程完整數(shù)據(jù)，建立示范項目，為大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化提供條件。4.1：全力加快“水煮煤”技術(shù)完善與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐產(chǎn)業(yè)化途徑以制氫為目的：根據(jù)下游工藝需要在適當(dāng)參數(shù)條件下分離H2進(jìn)一步制取高附加值化工產(chǎn)品，分離H2后的超臨界水和CO2則進(jìn)入新型混合工質(zhì)輪機(jī)，將自身熱動能做功轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電后的CO2與水容易分離富集得到高純CO2加以利用或封存。以單純發(fā)電為目的：反應(yīng)器出口的超臨界水及溶解其中的H2和CO2均直接進(jìn)入混合工質(zhì)輪機(jī)發(fā)電，級間引入氧氣將氫氣燃燒補(bǔ)熱生成水蒸汽繼續(xù)做功，直到將超臨界水和CO2的熱動能與氫氣熱動能和化學(xué)能最大限度地高效轉(zhuǎn)化為電能為止。4.2：政府積極引導(dǎo)民營資本參與省內(nèi)重大項目專項建設(shè)超臨界水煤氣化制氫耦合發(fā)電技術(shù)（水煮煤）立足我國當(dāng)前基本國情，瞄準(zhǔn)我國能源規(guī)劃遠(yuǎn)景目標(biāo)和“十三五”規(guī)劃，有望解決我國煤炭資源利用