柴达木循环经济的分析

摘要:主要介绍了位于青海省的柴达木盆地蕴涵着丰富的自然资源,通过近两代人的不懈努力对盐湖资源的开发和利用,同时也对不同的自然资源进行可行性分析,不断地开发和利用新技术使国家的自然资源进行了有效的利用,同时为国家和社会创造了巨大的社会效益和经济效益。对钾盐资源、金属镁资源、天然气资源、煤资源的利用进行了全方位的经济分析。

关键词:循环经济;开发利用;可行性分析;资源;钾肥;金属镁;天然气

中图分类号:F127文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)28-0193-03

青海省格尔木市盐湖集团位于资源丰富的柴达木盆地,自1958年建厂以来,利用察尔汗盐湖的K+、Na+、Mg++/Cl-―H2O体系卤水一直致力于氯化钾的工业生产,采用的方法基本上是利用盐田日晒得到中间产品光卤石,然后对光卤石进行工厂生产氯化钾。光卤石加工成氯化钾历史上曾采用了冷分解浮选洗涤法、冷分解热溶结晶法、冷结晶浮选洗涤法、反浮选冷结晶洗涤法,盐田重结晶法,目前已形成产能260万吨/年。但卤水资源的储量决定了适宜的氯化钾的生产规模,进一步做大氯化钾产业的规模尚有待于盐湖固相中的氯化钾资源尽快地转化为易于利用的液相资源。因此,自2004年以后,利用盐湖资源及天然气资源又开始建设了综合利用一期、二期、三期项目,目前尚处于建设期。建成后将形成12万吨钾碱、100万吨烧碱、72万吨PVC、66万吨尿素、10万吨甲醇、20万吨硝酸钾、10万吨金属镁等产品的生产能力。届时盐湖集团才能称为一个立足氯化钾工业、多业发展的一个综合性企业。为进一步壮大企业实力,早日跨入国内五百强行列,集团必须新建一批具有经济效益的项目。因此,合理开发利用柴达木盆地资源对提高集团公司的综合实力至为关键。

一、镁资源的循环经济

中国是世界上原镁贮量最大的国家,含镁矿石十分丰富,主要有菱镁矿、白云石、水氯镁石、光卤石、泻利盐等等,原镁年产量占世界的2/3,金属镁年出口量达到近30万吨。但中国并非生产强国,关键是深加工关键先进技术至今仍为国外所垄断。柴达木盆地盐湖的钾盐和镁盐资源紧密共生,氯化镁盐储量31.43亿吨。但镁资源目前刚刚开始开发。

察尔汗盐湖卤水在天然蒸发条件下,其析盐顺序为:

NaClNaCl+KClKCl+NaCl+KCl・.MgCl2・.6H2ONaCl+KCl・.MgCl2・.6H2O MgCl2.・6H2O

盐田法生产的水氯镁石矿的组成(如表1所示):

表1盐田法生产水氯镁石矿的组成

从水氯镁石中可开发的产品有金属镁、镁合金、多品种氧化镁、脱水氯化镁、镁水泥等产品。

(一)金属镁的生产

金属镁和铝、钛一起被称为三大轻金属,广泛应用于航天航空、汽车制造等工业,市场十分广阔。镁比铁轻7/9,比铝轻1/3。密度在20℃时仅为1.74T/M3。金属镁的生产方法依原料而定。菱镁矿、光卤石、盐湖卤水、海水为原料时应用电解法生产,白云石作原料时则采用硅热高温还原法。目前经济效益最好、技术上最先进的电解法生产是以脱水氯化镁为原料,脱水低钠光卤石及铵光卤石为原料成本则要高得多。对原料的要求一般是要消除硫酸根、硼等有害物质对电解过程的影响。

脱水氯化镁电解理论上依据法拉第定律,每生产1吨金属镁,需要脱水氯化镁3.92吨,同时副产2.92吨氯气。化学反应式如下:

Mgcl2=Mg+Cl2

电解法生产金属镁的副产品氯气的利用途径,一是作为生产PVC的原料,路径有两种:一种路径是用氧气、氯气与乙烯反应,即氧氯化法生产PVC,另一路线是与氢气合成氯化氢进一步和乙炔反应加工生产PVC;二是和氢氧化钠反应生产次氯酸钠,进一步和合成氨或尿素生产联二尿及发泡剂。

目前盐湖集团10万吨的金属镁生产装置全套引进国外的技术和设备,项目正在紧张的建设中,有望在2011年开始生产。

(二)氢氧化镁的生产

氢氧化镁作为性能优良的阻燃剂,被广泛应用于塑料加工工业,目前盐湖集团已有一套年产1000中试装置,生产方法采用清华大学开发的常温合成―水热改性。其工艺采用氢氧化钠与氯化镁溶液作原料,

表2氢氧化镁原材料和动力消耗表

(三)其他镁盐资源的开发利用

柴达木盆地镁盐资源十分丰富,除氯化镁外,尚有储量高达十几亿吨的硫酸镁资源。个别盐湖富藏K+、Na+、Mg2+//Cl-、SO42-――H2O体系卤水,如柴旦湖、一里坪等地,为较大规模生产硫酸钾和硫酸钾镁肥的理想原料。经济的生产方法是利用当地光热资源的优势分阶段滩晒卤水,在盐田内生产中间产物如钾盐镁矾,再在加工场常温常压下转化为硫酸钾。

二、煤资源循环经济

柴达木盆地原煤储量十分丰富,保有储量40亿吨。煤是基础的、重要的化工原料之一。煤化工应用的三条主要产业链: 煤炭的传统应用在电力和取暖、城市煤气等领域,而煤化工产业链的延伸拓宽了煤炭应用的空间。煤化工产业链的延伸主要有三条:传统的焦化和电石乙炔化工、煤气化和煤液化。通过这几条产业链煤炭可以在石化产品、化工产品和燃料油等多个领域替代石油和天然气。而煤化工的成本优势来自于煤炭价格的优势和煤炭能源转化效率的优势。

(一)焦化和电石乙炔化工

最传统的煤炭利用方法是煤炭高温焦化,这是最古老的煤炭中提取液体的方法,但此工艺下,焦炭是主要产品,而焦炉煤气和富含烃类液体的焦油是焦化的副产物。主要产品焦炭可以用来生产电石(CaC2),而电石可以用来生产大量的化工产品,包括聚氯乙稀(PVC)、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1,4 丁二醇(BDO)和氯丁橡胶等。 煤焦油只占炼焦产物的 5%以下,比例很低,煤焦油中可以提取苯、甲苯、二甲苯以及萘、蒽醌 和吡啶等芳香或稠环烃,这些化学品作为炼焦的副产物,占整个化工品比例很低。焦炉煤气主要成分为一氧化碳,可以用来合成氨和甲醇等下游化工品。

(二)煤气化

煤化工应用和发展比较成熟,也是最广泛的是煤气化,即在缺氧条件下使煤炭不完全燃烧成为气体(工业上成为合成气),该气体中主要含有一氧化碳、氢气和二氧化碳等,可以用来合成合成氨和甲醇以及其他包括尿素等各类氮肥、硝酸、纯碱、二甲醚、甲醛等。

(三)煤液化

煤化油中的间接液化即先将煤炭气化成合成气,然后再通过费―托反应,过程中一氧化碳和氢反应生产烷烃和水以及蒸馏分离得到石脑油、柴油和汽油等终端产品。另外一条煤利用途径是煤炭的直接液化工艺,目前国际上已经开发出多种直接液化工艺,原理上都比较类似:即在高温高压条件下,在溶剂中将较高比例的煤溶解,然后加入氢气和催化剂进行加氢裂化反应,在通过蒸馏分离出油品,基本上每3.5吨原煤即可生产一吨成品油。

三、天然气资源循环经济

柴达木盆地富藏天然气资源,是中国四大气田之一,累计探明地质储量1 584.9亿立方米(2001年已达3 000亿立方米)其中可采储量800.1亿立方米,目前仍保有可采储量797.1亿立方米。天然气与煤一样,早期的用途主要是作为燃料应用于取暖、发电,20个世纪作为化工原料被广泛应用,其加工的化工产品结构一是合成氨及其衍生物,二是甲醇及其衍生物,三是乙炔及其衍生物。和煤化工的产品结构有诸多类似之处。但作为化工原料,因其洁净、热值高,价格偏低时比煤作为原料更具优势。世界上加工合成氨、甲醇、乙炔的首选原料仍是天然气,在天然气资源缺乏的条件下才会去选用煤炭。在天然气价格低于1.2元/NM3时,合成氨、甲醇的制造原料天然气明显优于煤炭。利用天然气裂解制乙炔生产PVC附产合成氨、甲醇等循环经济连已在青海盐湖集团开发使用。

(一)合成氨产业

天然气加工合成氨主要是利用水蒸汽进行转化造气,分两段进行,第二段引入压缩空气,合成气主要成分是氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳。然后通过中低温变换、脱碳得到合适比例的合成气高温、高压下借助催化剂进行氨的合成。

(二)甲醇产业

甲醇的生产在造气时,几乎和合成氨一样用水蒸汽进行转化,差别仅仅是不引入压缩空气,其合成气主要成分是氢气、一氧化碳、二氧化碳。通过调整合适的H2/CO+CO2摩尔比值后,即可去进行甲醇的合成,合成过程因催化剂不同又分高、中、低压合成法。合成后粗甲醇通过蒸馏分离出精甲醇。

(三)乙炔产业

乙炔是基本的有机化工原料,生产方法长期以来占主导地位的四种方法分别是:以石灰石和焦炭作原料的电石法、以天然气作原料的电弧法、等离子体法和部分氧化法,天然气等离子体法是最具经济技术优势的工艺,仅在德国有大规模工业装置。

天然气中的甲烷与氧气发生部分氧化反应,并发生甲烷的裂解反应生成乙炔,同时生成氢气、一氧化碳和水以及少量的二氧化碳、丁二炔、乙烯基乙炔、其他烃类物质以及碳黑。反应生成的裂解气中乙炔浓度低,必须净化并借助溶剂进行提浓后,才能用于VCM生产。

主要的反应如下:

合成气反应

CH4 + O2 CO + H2O + H2H = - 278 kJ/mol

乙炔生成反应

2 CH4 C2H2 +3 H2H = + 376 kJ/mol

副反应:

乙炔分解反应

C2H2 2 C + H2H = - 227 kJ/mol

总反应式

> 1700 °C

5 CH4 + 3 O2 HC CH + 6 H2 + 3 CO + 3 H2O

~ 0.1 MPa,1-3 ms

因为为防止碳析出,并加大合成气产量,裂解温度定得偏高理论近200度,这样每吨乙炔产品天然气单耗将由6 300NM3上升到6 800NM3,而裂解气中的乙炔浓度则由8%～8.5%下降到6.5%～7.0%之间。

四、其他循环经济

(一)芒硝资源

芒硝资源在盆地分布非常广泛,芒硝除可以生产硫酸钾、硫化钠外,不久的将来还可以能够通过电解生产烧碱,基本技术是应用双极膜,电解的产物分别是烧碱与硫酸。吨NaOH直流电耗将有现在用氯化钠电解吨耗2 100kwh下降到不足1 200kwh,槽电压下降1.4v。最主要的是该方法不存在氯碱平衡问题。

(二)石灰石资源

石灰石资源在柴达木盆地也十分丰富,石灰石的利用途径大体上有两种用途,一是作为建材工业中水泥的原料,二是在化工行业中作为电石及纯碱工业的原料之一。纯碱工业国内市场严重饱和,利用有效的自然资源在青海省德令哈、西宁、格尔木市已分别立项开建多座利用石灰石生产电石的生产装置,氨碱法工艺几十年来非常成熟,暂不列入急于开发的项目。

五、结论

通过现代人的不懈努力位于高山峻岭的柴达木盆地正在不断的开发和利用,为国家的西部建设和现代化生产正在发挥着巨大的潜力。相信在短时间内柴达木盆地很快将成为中国西部经济的主要支柱产业。

参考文献:

[1]冀康平.青海盐湖矿产资源开发应发展循环经济型生产模式[J].盐湖研究,2005,(2).

Circular Economy of Chaidamu Analysis

ZHANG Hai-qing,CAI Sheng-ji,KANG Jin-fu

(Qinghai saline group Co.,LTD,Germu 816000,China )

Abstract: This paper introduces the Qaidam Basin in Qinghai Province,contains abundant natural resources,nearly two generations through the tireless efforts of the development and utilization of salt lake resources,but also on the feasibility analysis of different natural resources,continued development and the use of new technology to countries the effective use of natural resources,while the state and the community to create a huge social and economic benefits.On the potash resources,magnesium resources,natural gas,coal resources were all aspects of the use of economic analysis.

Key words: recycling economy;development and utilization;feasibility analysis;resources;K;magnesium;natural gas