現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中潔凈煤氣化技術(shù)的分析與比選

梁永煌游 偉 章衛(wèi)星 徐建民 中國五環(huán)工程有限公司 武漢430223

以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料及化學(xué)品，生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品的化學(xué)工業(yè)稱為煤化學(xué)工業(yè)，簡稱煤化工［1］。我國是一個缺油、少氣但煤炭資源相對豐富的國家，大力發(fā)展煤化工，充分合理利用豐富的煤炭資源，已成為當(dāng)前我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。以潔凈煤氣化技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，以其高效的能源利用率、資源利用充分、二氧化碳溫室氣體排放量少等眾多優(yōu)勢，成為當(dāng)前和未來我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域［2，3］。發(fā)展以煤制烯烴、煤制天然氣、煤制油和煤制乙二醇等現(xiàn)代新型煤化工產(chǎn)業(yè)，成為了當(dāng)前我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向［4］。

1 潔凈煤氣化技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀概述

潔凈煤技術(shù)是指在煤炭開發(fā)和利用過程中，旨在減少污染和提高效率的煤炭開采、加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等一系列新技術(shù)的總稱［2］。潔凈煤氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的一個重要分支，是煤炭氣化過程中采用潔凈、安全、無污染或最小污染的，而煤炭利用效率又是最高的煤氣化技術(shù)［3］。

1.1 國外潔凈煤氣化技術(shù)

按氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和燃料在氣化爐中轉(zhuǎn)化時的運(yùn)動方式，可將氣化技術(shù)分為固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)和氣流床氣化技術(shù)［4］。表1為國外已工業(yè)化應(yīng)用的潔凈煤氣化技術(shù)一覽表。

表1 國外工業(yè)化應(yīng)用的潔凈煤氣化技術(shù)情況

從表1可知，國外已工業(yè)化應(yīng)用的12種先進(jìn)潔凈煤氣化技術(shù)涵蓋了固定床、流化床和氣流床三種不同類型的煤氣化技術(shù)，其中以Shell和Texaco氣化技術(shù)為代表的氣流床煤氣化技術(shù)最多，應(yīng)用最為廣泛。

1.2 我國自主開發(fā)的潔凈煤氣化技術(shù)

在我國煤化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求的帶動下，國內(nèi)工程公司、研究院、設(shè)計院和高等院校等通過對引進(jìn)國外先進(jìn)的潔凈煤氣化技術(shù)經(jīng)過長期的消化、吸收和工程實(shí)踐，進(jìn)行了一系列的自主創(chuàng)新，開發(fā)出了多達(dá)十幾種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的潔凈煤氣化技術(shù)。表2為我國自主開發(fā)并已工業(yè)化應(yīng)用(含在建)的潔凈煤氣化技術(shù)一覽表。

從表2可知，國內(nèi)自主開發(fā)并且已經(jīng)或正在工業(yè)化應(yīng)用的潔凈煤氣化技術(shù)多達(dá)11種，除碎煤加壓氣化技術(shù)是固定床氣化技術(shù)，恩德粉煤氣化技術(shù)和ICC灰熔聚氣化技術(shù)屬于流化床氣化技術(shù)之外，其余超過70%國內(nèi)自主開發(fā)的潔凈煤氣化技術(shù)均屬于氣流床加壓氣化技術(shù)。除此之外，我國自主開發(fā)的潔凈煤氣流床氣化技術(shù)還有單噴嘴熱壁式粉煤氣化技術(shù)、711所煤氣化技術(shù)、新型余熱回收式粉煤氣化技術(shù)等，目前這3種氣化技術(shù)在國內(nèi)也處于推廣和尋求工業(yè)化應(yīng)用過程中［4，5］。

綜合上述分析可知，無論是國內(nèi)還是國外，當(dāng)前對潔凈煤氣化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用主要集中于煤種適應(yīng)性更廣、裝置更加大型化、碳轉(zhuǎn)化率更高、氣化效率更高、能耗更低、環(huán)保性能更優(yōu)的加壓氣流床潔凈煤氣化技術(shù)［6］。

2 我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)政策分析

2.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀［7－10］

煤化工產(chǎn)業(yè)可分為傳統(tǒng)煤化工和現(xiàn)代煤化工:傳統(tǒng)煤化工包括煤焦化、煤電石、煤制甲醇、煤制合成氨尿素(化肥)等;現(xiàn)代煤化工包括煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇、煤制二甲醚和煤制油等。我國目前正積極從傳統(tǒng)煤化工向現(xiàn)代新型煤化工轉(zhuǎn)型，據(jù)2012年公布的《煤炭深加工示范項(xiàng)目規(guī)劃》，未來幾年我國將重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)蒙古、新疆等10個省區(qū)的15個煤炭深加工示范項(xiàng)目，主要集中在現(xiàn)代新型煤化工領(lǐng)域，包括7個煤制天然氣、3個煤制烯烴、2個煤制油、2個低質(zhì)煤綜合應(yīng)用、1個煤制二甲醚，合計總投資金額在7000億元左右。2013年上半年，國家發(fā)改委陸續(xù)核準(zhǔn)了13個現(xiàn)代煤化工示范項(xiàng)目，包括了8個煤制天然氣、4個煤制烯烴和1個煤制油項(xiàng)目。

2.1.1 煤制烯烴

自“十一五”規(guī)劃起，煤制烯烴就被確立為我國優(yōu)先發(fā)展的新型煤化工產(chǎn)業(yè)方向之一，而烯烴原料多樣化的發(fā)展方針，則進(jìn)一步促進(jìn)了煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的快速增長。已完成了甲醇生產(chǎn)乙烯和丙烯的相關(guān)技術(shù)，并進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)階段。據(jù)統(tǒng)計，目前計劃建設(shè)的煤制烯烴項(xiàng)目超過20個，總產(chǎn)能超過千萬噸(包括神華、大唐、浙江禾元、中煤、中石化、神華－陶氏化學(xué)等)，國內(nèi)已投產(chǎn)或在建煤制烯烴項(xiàng)目8個，規(guī)模為381萬噸/年;擬建項(xiàng)目13個，規(guī)?？傆?48萬噸/年;規(guī)劃項(xiàng)目10個，規(guī)?？傆?20萬噸/年。

2.1.2 煤制天然氣

煤制天然氣示范項(xiàng)目建設(shè)自2009年開始，截至目前，由大唐集團(tuán)在內(nèi)蒙古建設(shè)的國家首個大型褐煤制天然氣示范項(xiàng)目大唐克旗40億立方米/年煤制天然氣項(xiàng)目一期工程13.3億立方米/年2013年12已投入商業(yè)運(yùn)行，并向北京供氣;新疆慶華伊犁55億立方米/年煤制天然氣項(xiàng)目一期13.75億立方米/年也已于2013年8月建成投產(chǎn)，向西氣東輸二線管道供氣。預(yù)計未來2年內(nèi)，國家發(fā)改委首批核準(zhǔn)的4個煤制天然氣示范項(xiàng)目將全部建成投產(chǎn)，合計產(chǎn)能151億立方米/年。2012年12月《天然氣發(fā)展十二五規(guī)劃》首次把煤制天然氣列入發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃提出煤制天然氣150～180億立方米，占總規(guī)劃產(chǎn)能8.5%～10%。2013年初至2014年4月，我國共有17個煤制天然氣項(xiàng)目獲國家發(fā)改委允許開展前期工作，主要位于新疆、內(nèi)蒙、山西和安徽，總產(chǎn)能達(dá)772億立方米/年。迄今為止，我國在建、擬建的煤制天然氣項(xiàng)目將近40個，總產(chǎn)能達(dá)1620億立方米/年。

2.1.3 煤制油

2001年國家科技部“863”計劃和中國科學(xué)院聯(lián)合啟動了“煤制油”重大科技項(xiàng)目，經(jīng)十幾年的發(fā)展，在煤制油領(lǐng)域已取得了相當(dāng)成果，先期已投產(chǎn)的神華鄂爾多斯108萬噸、潞安21萬噸和伊泰16萬噸三個煤制油示范項(xiàng)目投產(chǎn)以來運(yùn)轉(zhuǎn)狀況良好。截至目前，己投入工業(yè)化示范的煤制油項(xiàng)目5個，產(chǎn)能達(dá)160萬噸，主要集中在內(nèi)蒙古地區(qū)，2013年該地區(qū)煤制油產(chǎn)量達(dá)到了104萬噸。根據(jù)煤制油項(xiàng)目進(jìn)展情況和幾個煤制油企業(yè)規(guī)劃，到2015年我國煤制油產(chǎn)能將達(dá)1200萬噸，2020年可達(dá)3300萬噸的規(guī)模。

2.1.4 煤制乙二醇

2009年初將煤制乙二醇列入國家石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃后，便掀起了一股煤制乙二醇的開發(fā)投資熱潮。萬噸級煤制乙二醇新技術(shù)是我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的一個重大突破，盡管在技術(shù)成熟度和能量轉(zhuǎn)化效率方面受到一些質(zhì)疑，但煤制乙二醇仍以其優(yōu)秀的產(chǎn)品易用性成為我國新型煤化工的重要發(fā)展方向之一。目前包括通遼金煤、中石化南京揚(yáng)子石化、河南煤化集團(tuán)等多個單位已有多個乙二醇項(xiàng)目(含中試裝置)建成投產(chǎn)，截至目前，我國擬建和在建的煤制乙二醇項(xiàng)目超過20個，總產(chǎn)能超過500萬噸。2013年我國煤制乙二醇項(xiàng)目進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段，據(jù)統(tǒng)計，到2013年底我國已形成合計175萬噸/年的乙二醇生產(chǎn)能力，2014年將進(jìn)入正式生產(chǎn)階段。

2.2 產(chǎn)業(yè)政策分析

當(dāng)前各地發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)積極性高，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)能過剩、石油替代產(chǎn)品穩(wěn)步發(fā)展、環(huán)境資源約束、政策措施配套、能耗高、污染重等諸多挑戰(zhàn)。近年來，國家有關(guān)部門陸續(xù)出臺了一系列針對煤化工產(chǎn)業(yè)的調(diào)控政策，規(guī)范煤化工市場秩序和投資行為，防止盲目建設(shè)和投資浪費(fèi)，引導(dǎo)煤化工產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。相關(guān)的煤化工產(chǎn)業(yè)政策文件如下:

(1)《國家發(fā)展改革委關(guān)于規(guī)范煤化工產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的通知》(2011年3月23日，發(fā)改委［2011］635號)。

(2)《關(guān)于“十二五”期間進(jìn)一步推進(jìn)煤炭行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》(發(fā)改能源 ［2011］2091號)

(3)《“十二五”煤化工示范項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范》(2011年9月，送審稿)。

(4)《國家能源科技“十二五”規(guī)劃》(2011年12月5日，國能科技 ［2011］395號)

(5)《石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》(2012年2月3日，工信部發(fā)布)，同期還發(fā)布《烯烴工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、 《化肥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等四個子規(guī)劃。

(6)《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(2012年3月18日，發(fā)改能源 ［2012］640號)。

(7)《煤炭深加工示范項(xiàng)目規(guī)劃》(國家能源局2012年4月下發(fā))。

(8)2012年7月，國家發(fā)改委、能源局編制的《煤炭深加工示范項(xiàng)目規(guī)劃》和《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》通過國家發(fā)改委主任辦公會審批。

(9)《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(2012年10月22日，發(fā)改能源 ［2012］3383號)

(10)2013年3月，國家能源局和國家煤礦安全監(jiān)察局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于做好2013年煤炭行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》，國能煤炭 ［2013］145號。

(11)2013年11月，國務(wù)院辦公廳下發(fā)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)煤炭行業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行的意見》，國辦發(fā) ［2013］104號。

(12)2014年1月，國家能源局發(fā)布《國家能源局關(guān)于印發(fā)2014年能源工作指導(dǎo)意見的通知》，國能規(guī)劃 ［2014］38號。

(13)2014年3月，國家發(fā)改委協(xié)同國家能源局和國家環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作方案的通知》，發(fā)改能源［2014］506號。

(14)2014年4月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于建立保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長效機(jī)制若干意見》，國辦發(fā) ［2014］16號。

(15)2014年6月，國家能源局下發(fā)《國家能源局關(guān)于下達(dá)2014年第一批能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制(修)訂計劃的通知》，國能科技 ［2014］298號。

分析以上政策文件，同時基于我國一次能源稟賦特點(diǎn)、能源發(fā)展戰(zhàn)略與安全、煤化工技術(shù)的逐步成熟和市場剛性需求等因素綜合分析可知，我國對煤化工的發(fā)展總體上是持規(guī)范發(fā)展、審慎支持的態(tài)度。此外，鑒于煤化工資源消耗高、三廢排放量大、投資和技術(shù)難度大等特點(diǎn)，為降低投資風(fēng)險，保持資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡協(xié)調(diào)，在今后一段時期內(nèi)煤化工發(fā)展的原則仍將以示范為主，待技術(shù)逐步完善成熟后再適度擴(kuò)大規(guī)模，有序發(fā)展。因此，在“十二五”期間煤化工的核心任務(wù)是理順行業(yè)發(fā)展秩序，重點(diǎn)對新型煤化工項(xiàng)目進(jìn)行升級示范。

3 我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中潔凈煤氣化技術(shù)的選擇

3.1 潔凈煤氣化技術(shù)的比選要素［1，11，12］

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型和資金密集型產(chǎn)業(yè)，往往項(xiàng)目規(guī)模大、投資高、技術(shù)集成度高、系統(tǒng)復(fù)雜，作為龍頭、基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)的煤氣化裝置在整個項(xiàng)目中投資占比高(一般占項(xiàng)目總投資30%以上)，對后續(xù)工藝裝置和公用工程配置，以及全廠能耗、運(yùn)行費(fèi)用等影響較大，因此，選擇一種先進(jìn)、適用、安全、可靠、環(huán)保的潔凈煤氣化技術(shù)，對于整個煤化工項(xiàng)目的成敗將起到?jīng)Q定性的先導(dǎo)作用。一般而言，潔凈煤氣化技術(shù)的比較和選擇需考慮以下因素:

(1)煤種適應(yīng)性:不同的煤氣化技術(shù)對原料煤都有不同的適應(yīng)性要求，包括對原料煤的水分、灰分、揮發(fā)分、粘結(jié)性、化學(xué)活性、成漿性能、灰熔點(diǎn)、成渣特性、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等的要求，而不同的原料煤性質(zhì)也影響著不同的氣化結(jié)果。目前世界范圍內(nèi)暫時還沒有一種煤氣化技術(shù)能夠適應(yīng)所有不同的煤種。根據(jù)項(xiàng)目煤種特性合理選擇相適應(yīng)的潔凈煤氣化技術(shù)是煤氣化技術(shù)選擇的關(guān)鍵因素之一。

(2)目標(biāo)產(chǎn)品的種類和特性:煤化工項(xiàng)目主要是由煤氣化生成合成氣，再利用合成氣加工成不同的化工產(chǎn)品，如合成氨、甲醇、天然氣和油品等。由于不同的目標(biāo)產(chǎn)品對氣化所得的合成氣組成(主要是CO、H2和CH4)要求不同，而不同的煤氣化技術(shù)所得的合成氣組成差異較大，例如生產(chǎn)合成氨只需要H2，合成氣中的CO需要變換成H2，因此合成氣中H2越多越好;而天然氣、甲醇、合成油生產(chǎn)要求合成氣中氫碳比在1.6～2.1之間，要求合成氣中CH4含量越高越好，魯奇爐等固定床加壓氣化技術(shù)，由于合成氣中CH4含量高(一般在5%～12%)，適于生產(chǎn)天然氣，而干粉氣流床CO含量高(一般在60%～75%)，有效氣(CO+H2)高達(dá)90%以上，合成氣熱值高，適用于燃燒發(fā)電、制取CO、生產(chǎn)甲醇等。

(3)項(xiàng)目(裝置)規(guī)模:煤化工產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；б娣浅Ｃ黠@，規(guī)模大的煤化工項(xiàng)目應(yīng)選擇生產(chǎn)能力大的煤氣化裝置，這在項(xiàng)目占地、投資和運(yùn)行管理等方面將具有較大的優(yōu)勢。

(4)后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)對合成氣壓力的要求:氣化壓力要與后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計壓力相匹配，例如甲醇合成壓力約為7.5MPa，選擇8.7MPa的氣化壓力，可以實(shí)現(xiàn)等壓合成，省去合成氣壓縮機(jī)，合成氣凈化系統(tǒng)也相應(yīng)減小，電耗能耗明顯下降。

(5)煤氣化裝置的投資及經(jīng)濟(jì)性:不同的煤氣化裝置投資差別大，干法氣流床廢鍋流程投資最高，激冷流程投資次之，流化床氣化和固定床氣化投資較省。在同樣滿足產(chǎn)品工藝技術(shù)的要求下，應(yīng)選擇投資少、能耗低、經(jīng)濟(jì)性好的煤氣化技術(shù)。但也應(yīng)注意，項(xiàng)目的投資和經(jīng)濟(jì)不僅限于煤氣化裝置，還應(yīng)包括原料煤的預(yù)處理、合成氣凈化、三廢處理等多種因素，需要進(jìn)行整個項(xiàng)目全過程的投資和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價，僅僅做煤氣化裝置的評價比較片面，會產(chǎn)生誤導(dǎo)，造成不合理的選擇。

(6)項(xiàng)目的能效和資源消耗指標(biāo):指導(dǎo)和規(guī)范“十二五”時期煤化工行業(yè)發(fā)展的綱領(lǐng)性文件《煤炭深加工示范項(xiàng)目規(guī)劃》，對煤化工示范項(xiàng)目提出了先進(jìn)的能效、煤耗、水耗等準(zhǔn)入指標(biāo)要求，而項(xiàng)目的這些指標(biāo)要求跟所采用的技術(shù)息息相關(guān)，煤氣化技術(shù)作為項(xiàng)目的龍頭和關(guān)鍵技術(shù)，顯得尤為重要。

(7)煤氣化技術(shù)的成熟性、先進(jìn)性、可靠性和運(yùn)行業(yè)績:由于煤氣化裝置占項(xiàng)目投資比例高，因此選擇成熟、先進(jìn)、可靠、具有良好運(yùn)行業(yè)績的煤氣化技術(shù)也是煤氣化技術(shù)選擇的一個重要方面。煤化工項(xiàng)目能否取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益一方面取決于市場因素，另一方面則取決于裝置運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。煤氣化技術(shù)選擇不能盲目追求技術(shù)的先進(jìn)性，而應(yīng)選擇經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)、具有較好的工業(yè)化業(yè)績和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、能達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行、成熟可靠的煤氣化技術(shù)，在此前提下再考慮技術(shù)的先進(jìn)性。如果一種煤氣化技術(shù)不能長周期穩(wěn)定運(yùn)行，即使技術(shù)再先進(jìn)，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性得不到保證，技術(shù)的先進(jìn)性也將變得毫無意義。

(8)環(huán)境影響:隨著國家對煤化工項(xiàng)目環(huán)保方面的日益重視，選擇清潔、三廢排放少的潔凈煤氣化技術(shù)也是現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目必須考慮的一項(xiàng)重要影響因素。固定床氣化技術(shù)由于廢水排放量大、治理難度大、成本高，相對而言，氣流床氣化技術(shù)由于環(huán)保性能好，為當(dāng)代最為先進(jìn)環(huán)保的潔凈煤氣化技術(shù)。

綜上所述，對于現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目，特別是大型化項(xiàng)目中，對潔凈煤氣化技術(shù)的選擇需要從煤種適應(yīng)性、產(chǎn)品特性、煤氣化裝置的投資和可靠性、環(huán)境影響等多方面全方位綜合考慮，對技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)需要進(jìn)行全面比較，深入比選，才能得出正確的判斷，比選出最適合項(xiàng)目發(fā)展應(yīng)用的潔凈煤氣化技術(shù)，最終獲得理想可靠的結(jié)果。

3.2 潔凈煤氣化技術(shù)比選實(shí)例分析

結(jié)合當(dāng)前我國正大力推行煤制烯烴和煤制天然氣兩種現(xiàn)代大型煤化工項(xiàng)目的示范建設(shè)，本文接下來將以60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目和40億標(biāo)方/年煤制天然氣項(xiàng)目為例，對現(xiàn)代大型煤化工項(xiàng)目潔凈煤氣化技術(shù)的比選進(jìn)行舉例分析，表3為進(jìn)行比選的原料煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)。

表3 原料煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

當(dāng)前應(yīng)用的潔凈煤氣化技術(shù)分別為:固定床氣化技術(shù)、普通流化床氣化技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)、水煤漿氣流床激冷流程技術(shù)、廢鍋流程技術(shù)、干粉氣流床氣流床激冷流程技術(shù)和廢鍋流程技術(shù)。根據(jù)這幾種氣化技術(shù)的應(yīng)用業(yè)績和考慮我國自主開發(fā)技術(shù)具有投資低等特點(diǎn)，本文接下來的煤氣化技術(shù)比選將從中選取國內(nèi)外具有典型代表的魯奇爐、碎煤加壓氣化技術(shù)、恩德爐、TRIG、Texaco、多噴嘴、航天爐、GSP和Shell(廢鍋流程)共9種氣化技術(shù)進(jìn)行潔凈煤氣化技術(shù)的分析和比選。

3.2.1 60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目潔凈煤氣化技術(shù)比選

以60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目為例，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)及各種氣化技術(shù)的特性，從煤種適應(yīng)性、大型化能力、應(yīng)用業(yè)績和可靠性、合成氣質(zhì)量、能效和資源消耗指標(biāo)影響、環(huán)境影響等方面進(jìn)行深入比較和分析，選擇出最優(yōu)的潔凈煤氣化技術(shù)，現(xiàn)將比較和分析過程概述如下:

(1)煤種適應(yīng)性

艾迪需要一個能夠肯定她存在的人，而與安斯的婚姻正是給了艾迪“一種即刻的解脫”，而這種解脫在她懷上兒子凱什時又不復(fù)存在了。艾迪說:“后來當(dāng)我知道我懷上了凱什的時候，我才知道生活狀況是多么糟糕，我才知道這是生活做出的回應(yīng)?！保?］此時的艾迪頓悟到“話語是毫無價值的”。艾迪認(rèn)為，僅用言語交流的人像“蜘蛛一樣，靠嘴巴吐出的一根絲懸垂下來，搖蕩、旋轉(zhuǎn)，彼此卻絕不接觸”，而“只有通過鞭子的抽打才能使我的血液和他們的血在一根血管里流動”。［3］

如前文所述，不同的煤氣化技術(shù)對煤質(zhì)有著不同的要求，對于特定煤種，必須首先考慮煤氣化技術(shù)對煤種的適應(yīng)性情況。表4為選定的9種不同潔凈煤氣化技術(shù)的煤種適應(yīng)性分析情況。

表4 潔凈煤氣化技術(shù)的煤種適應(yīng)性分析比較

從表4分析可知，從煤種適應(yīng)性方面分析，干粉氣流床的航天爐、GSP和Shell氣化技術(shù)、流化床的恩德爐和TRIG氣化技術(shù)比較適合該煤種，而固定床氣化的魯奇爐和碎煤加壓氣化技術(shù)基本合適，但這兩種技術(shù)供煤條件苛刻，對某些特定的煤質(zhì)性能指標(biāo)要求仍需進(jìn)一步測試分析。此外，煤炭成漿性計算預(yù)測該煤質(zhì)成漿性能差，屬難制漿煤種，如采用濕法氣流床的Texaco和多噴嘴氣化技術(shù)對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性將會有較大的影響，因此根據(jù)該煤種特點(diǎn)，不推薦采用濕法氣流床氣化技術(shù)。

(2)大型化能力

由于該項(xiàng)目規(guī)模較大，氣化爐必然是多臺并聯(lián)操作，單臺氣化爐的能力也是影響氣化技術(shù)比選的一個關(guān)鍵指標(biāo)，選擇能力較大的爐型可以減少氣化爐臺數(shù)，節(jié)約占地，同時降低裝置的復(fù)雜性和減少操作費(fèi)用。表5為60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目不同潔凈煤氣化技術(shù)的大型化能力分析比較。

表5 不同潔凈煤氣化技術(shù)的大型化能力分析比較

分析表5可知，恩德爐屬常壓氣化，生產(chǎn)能力較低，需要的氣化爐臺數(shù)要遠(yuǎn)多于其他加壓氣化技術(shù)，而碎煤加壓氣化技術(shù)和魯奇爐的大型化能力也相對Shell等氣流床氣化技術(shù)要差，因此，從大型化能力考慮，不推薦采用恩德爐。

(3)運(yùn)用業(yè)績和可靠性

(4)合成氣質(zhì)量

該項(xiàng)目以生產(chǎn)烯烴為目的，粗煤氣中如果有CH4將不能進(jìn)行合理利用。此外其它惰性氣體要求越低越好。因此相對于合成氣中CH4含量高的魯奇爐和碎煤加壓氣化技術(shù)，采用Shell、GSP和航天爐氣流床氣化由于其合成氣中CH4和其它惰性氣體含量低，應(yīng)用于生產(chǎn)烯烴將較為有利。

(5)能效和資源消耗指標(biāo)

“十二五”期間，煤制烯烴示范項(xiàng)目的能效和資源消耗指標(biāo)為:項(xiàng)目能效的基本要求≥40%、先進(jìn)值≥44%，煤耗(折標(biāo)煤)的基本要求≤5.3噸/噸烯烴、先進(jìn)值≤5.0噸/噸烯烴，新鮮水耗的基本要求≤4噸/噸標(biāo)煤、先進(jìn)值≤3噸/噸標(biāo)煤。根據(jù)石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院2012年的一份研究報告，采用廢鍋流程干粉氣流床煤氣化技術(shù)在各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到基本要求值，有的甚至達(dá)到并超過先進(jìn)值，而采用激冷流程的干粉或水煤漿氣流床煤氣化技術(shù)，能效指標(biāo)基本能滿足基本值要求。

(6)環(huán)境影響

對于各種煤氣化技術(shù)對環(huán)境影響的分析即是基于對其煤氣化裝置所生成的廢氣、廢水及廢固的分析和比較。Shell氣化技術(shù)采用干法進(jìn)料，干法除灰流程，對環(huán)境影響小;航天爐和GSP氣化技術(shù)采用干法進(jìn)料、濕法激冷和洗滌，對環(huán)境影響適中;魯奇爐和碎煤加壓氣化由于副產(chǎn)物過多且復(fù)雜，如脂肪酸、酚以及HCN等，其污水治理流程長，管理要求高，很難達(dá)到長期穩(wěn)定的達(dá)標(biāo)排放，對環(huán)境影響最大。綜合環(huán)境影響，不推薦采用魯奇爐和碎煤加壓氣化技術(shù)。

(7)綜合結(jié)論

綜合以上各項(xiàng)因素分析可知，根據(jù)煤制烯烴項(xiàng)目產(chǎn)品特性要求，本文重點(diǎn)推薦干粉氣流床氣化技術(shù)的航天爐、GSP和Shell氣化技術(shù)。從目前 國內(nèi)這三種氣化技術(shù)運(yùn)行情況，Shell氣化技術(shù)由于引入中國較早，目前已有23個項(xiàng)目共30臺Shell氣化爐(含激冷流程技術(shù))，其中已有22臺處于運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過近幾年的不斷改進(jìn)和提高，已基本實(shí)現(xiàn)了“長、安、穩(wěn)、滿、優(yōu)”運(yùn)轉(zhuǎn);航天爐750t/d的氣化爐在國內(nèi)已有多套裝置運(yùn)行，并基本達(dá)到了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，但1600t/d投煤量的氣化爐目前約5臺氣化爐投運(yùn)，首臺1600t/d航天爐在河南晉開項(xiàng)目于2013年4月通過性能考核，但截至目前仍缺少穩(wěn)定可靠的年運(yùn)行數(shù)據(jù)，而GSP氣化技術(shù)在神華寧煤烯烴的5臺氣化爐于2013年7月通過了考核驗(yàn)收，也還缺少穩(wěn)定可靠的年運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此，這兩種氣化技術(shù)要達(dá)到“長、安、穩(wěn)、滿、優(yōu)”可能還需要一定時間的運(yùn)行和積累。同時，與“十一五”相比，國家“十二五”規(guī)劃對當(dāng)前新上煤化工項(xiàng)目在節(jié)能、節(jié)水、減排方面的要求顯著提高。從能效及廢水排放來講，采用廢鍋流程的Shell氣化技術(shù)都要優(yōu)于采用激冷流程的航天爐和GSP氣化技術(shù)。除投資方面Shell廢鍋流程氣化技術(shù)較高外，其他指標(biāo)均明顯優(yōu)于其它兩種氣化技術(shù)。因此，單從技術(shù)方面分析考慮，該60萬噸/年煤制烯烴項(xiàng)目的氣化技術(shù)筆者推薦采用Shell氣化技術(shù)。

當(dāng)然，由于采用廢鍋流程的Shell氣化技術(shù)投資較高，因此該項(xiàng)目需要通過前期精細(xì)的可行性研究對采用Shell、GSP和航天爐三種氣化技術(shù)進(jìn)行從煤氣化裝置、凈化裝置到烯烴裝置，以及公用工程配套的項(xiàng)目全流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，通過全面、深入、客觀的全流程綜合分析評價，從而選擇出技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)、安全可靠、節(jié)能環(huán)保，適合項(xiàng)目應(yīng)用和發(fā)展的潔凈煤氣化技術(shù)。

3.2.2 40億標(biāo)方/年煤制天然氣項(xiàng)目潔凈煤氣化技術(shù)比選

從煤種適應(yīng)性、大型化能力、運(yùn)用業(yè)績和可靠性、合成氣質(zhì)量、能效和資源消耗指標(biāo)、環(huán)境影響等方面針對40億標(biāo)方/年煤制天然氣項(xiàng)目的潔凈煤氣化技術(shù)進(jìn)行簡單的綜合分析比選，比選過程如下:

(1)煤種適應(yīng)性

根據(jù)給定煤質(zhì)分析，不推薦采用濕法氣流床氣化技術(shù)的Texaco和四噴嘴水煤漿氣化技術(shù)。

(2)大型化能力

根據(jù)大型化能力比較，不推薦采用恩德爐氣化技術(shù)。

(3)運(yùn)用業(yè)績和可靠性

從運(yùn)用業(yè)績考慮，暫不推薦采用TRIG氣化技術(shù)。

(4)合成氣質(zhì)量

該項(xiàng)目以生產(chǎn)天然氣為目的，粗煤氣中CH4含量越高越好，因此，魯奇爐和碎煤加壓氣化技術(shù)具有一定優(yōu)勢。

(5)能效和資源消耗指標(biāo)

“十二五”期間，煤制天然氣示范項(xiàng)目的能效和資源消耗指標(biāo)為:項(xiàng)目能效的基本要求≥56%、先進(jìn)值≥60%，煤耗(折標(biāo)煤)的基本要求≤2.3噸/千標(biāo)方天然氣、先進(jìn)值≤2.0噸/千標(biāo)方天然氣，新鮮水耗的基本要求≤3.0噸/噸標(biāo)煤、先進(jìn)值≤2.5噸/噸標(biāo)煤。經(jīng)初步研究，采用固定床氣化技術(shù)和廢鍋流程的干粉氣流床氣化技術(shù)能滿足該指標(biāo)的基本值要求。當(dāng)然，國家有關(guān)職能部門正在優(yōu)化上述指標(biāo)，以避免如因單純追求能效而對環(huán)保性能指標(biāo)好的技術(shù)形成壁壘。

(6)環(huán)境影響

魯奇爐和碎煤加壓氣化污水治理流程長，管理要求高，對環(huán)境影響較大，需要慎重考慮。

(7)綜合結(jié)論

綜合以上因素分析，根據(jù)煤制天然氣項(xiàng)目產(chǎn)品特性要求和項(xiàng)目規(guī)模，該煤氣化技術(shù)可以選擇固定床氣化技術(shù)的魯奇爐和碎煤加壓氣化，也可以選擇干粉氣流床氣化技術(shù)的航天爐、GSP和Shell氣化工藝。

由于煤礦開采過程中，不僅有塊煤，還有大量的粉煤產(chǎn)生，考慮到原煤的粒度分布及破碎過程粉煤的產(chǎn)生，一般6～50mm粒徑的原煤占總開采煤量的40%～70%，而煤制天然氣項(xiàng)目規(guī)模大，需要的氣化爐數(shù)量多，因此可考慮將固定床氣化和干粉氣流床氣化兩種氣化方式進(jìn)行組合配置，充分發(fā)揮兩種氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，盡可能充分有效利用原料煤，減少投資風(fēng)險，提高項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

綜合煤氣化技術(shù)的煤種適應(yīng)性、先進(jìn)性和可靠性，考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，該煤制天然氣項(xiàng)目推薦采用固定床氣化技術(shù)+干粉氣流床氣化技術(shù)的組合配置，具體采用哪種固定床和哪種干粉氣流床技術(shù)，以及進(jìn)行怎樣的組合配置，需要根據(jù)項(xiàng)目原料塊煤和粉煤的產(chǎn)量情況，以及項(xiàng)目用地、水資源狀況、投資及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等進(jìn)一步綜合分析考慮，最終比選出最優(yōu)的組合配置方式。

當(dāng)然，以上推薦結(jié)果，只是根據(jù)現(xiàn)有的資料進(jìn)行技術(shù)層面上初步的分析和比較得出，實(shí)際項(xiàng)目中潔凈煤氣化技術(shù)的比選涉及的影響因素很多，過程復(fù)雜而繁瑣，特別是由于項(xiàng)目規(guī)模大，投資高，更需要慎重考慮。因此，針對現(xiàn)代大型煤化工項(xiàng)目的潔凈煤氣化技術(shù)比選一般需要通過前期精細(xì)的可行性研究，根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，從全流程配置，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和能效方面進(jìn)行全面、深入、客觀的綜合分析評價，得出最適合項(xiàng)目應(yīng)用和發(fā)展的潔凈煤氣化技術(shù)。

4 結(jié)語

鑒于“十二五”期間我國煤化工核心任務(wù)是理順行業(yè)發(fā)展秩序，重點(diǎn)對新型煤化工項(xiàng)目進(jìn)行升級示范的政策導(dǎo)向，而潔凈煤氣化技術(shù)在現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中又處于基礎(chǔ)和關(guān)鍵性地位，其技術(shù)水準(zhǔn)和可靠性對現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的投資、能效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會效益等有著重要的影響，因此能否選擇合適的潔凈煤氣化技術(shù)，將直接影響著現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的成敗。由于當(dāng)前應(yīng)用于我國煤化工產(chǎn)業(yè)的潔凈煤氣化技術(shù)種類繁多，且各具特點(diǎn)，同時我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)多元化發(fā)展，地區(qū)差異性大，原料煤質(zhì)千差萬別，項(xiàng)目產(chǎn)品類型多樣化，這些都對潔凈煤氣化技術(shù)的選擇提出了更高的要求。因此，針對現(xiàn)代大型煤化工項(xiàng)目潔凈煤氣化技術(shù)的比選需要從煤種適應(yīng)性、目標(biāo)產(chǎn)品的種類和特性、項(xiàng)目規(guī)模、潔凈煤氣化技術(shù)的成熟性、先進(jìn)性和可靠性、煤氣化裝置的投資及經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響、能量轉(zhuǎn)化效率等多方面進(jìn)行深入、客觀、全面的分析和比較，并選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的工程公司，通過精細(xì)的可行性研究等前期工作，綜合分析比選出適合項(xiàng)目應(yīng)用和發(fā)展的潔凈煤氣化技術(shù)，為項(xiàng)目的最終成功打下堅實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

1 賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(第2版)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

2 李志堅.潔凈煤氣化技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用前景［J］.化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005，23(2):1－7.

3 趙嘉博，劉小軍.潔凈煤技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.露天采礦技術(shù)，2011(1):66－69

4 梁永煌，游 偉，章衛(wèi)星.我國潔凈煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題及發(fā)展趨勢(上)［J］.化學(xué)工業(yè)，2013，40(6):30－36.

5 梁永煌，游 偉，章衛(wèi)星.我國潔凈煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題及發(fā)展趨勢(下)［J］.化學(xué)工業(yè)，2014，41(1):22－28.

6 亢萬忠.當(dāng)前煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.大氮肥，2012，35(1):1－6.

7 蘇喜明.現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式探析［J］.煤炭技術(shù)，2012，31(6):243－245.

8 高 恒，劉宏建.煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用［J］.煤化工，2009(1):37－39.

9 亞化咨詢公司:2011年中國新型煤化工年中回顧，2011－7－12.

10 亞化咨詢公司:中國煤化工月報，2013:12.

11 陳家仁.煤氣化技術(shù)選擇中一些問題的思考［J］.煤化工，2011，(1):1－5.

12 中國化工報:煤氣化技術(shù)，想說用你不容易，2012－2－21.