煤制烯烴項(xiàng)目的煤氣化技術(shù)對(duì)比分析

摘 要：我國各類中小企業(yè)必須依靠自身的資源優(yōu)勢(shì)，采用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行有效的資源替代是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的基本要求。對(duì)于化工產(chǎn)業(yè)來說，則需要發(fā)展基礎(chǔ)化工原料，用煤制烯烴技術(shù)替代石油生產(chǎn)甲醇，進(jìn)而生產(chǎn)位于下游產(chǎn)業(yè)鏈的聚烯烴、丙烯、乙烯等商品。從國家能源安全的角度來看，利用我國豐富的煤炭資源開發(fā)經(jīng)濟(jì)上有利的煤基石油替代產(chǎn)品是一種趨勢(shì)。本文將從裝置規(guī)模、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品適應(yīng)性等方面對(duì)目前國內(nèi)外主要的煤氣化技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)我國發(fā)展煤制烯烴項(xiàng)目的必要性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：煤制烯烴;煤氣化技術(shù);對(duì)比分析

我國的化學(xué)工業(yè)隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展而發(fā)展。中國是一個(gè)典型的富煤、缺氣、缺油的國家。因此，用煤化工產(chǎn)品替代石化產(chǎn)品有利于中國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。結(jié)合國內(nèi)煤制烯烴項(xiàng)目中煤氣化、轉(zhuǎn)化、凈化、甲醇制備、烯烴制備和聚烯烴技術(shù)方案的選擇過程，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和能源轉(zhuǎn)化效率等方面論證了煤制烯烴項(xiàng)目技術(shù)優(yōu)化集成方案的先進(jìn)性，并總結(jié)了該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)。

1 煤制烯烴的煤氣化技術(shù)

顧名思義，該技術(shù)是以煤為原料生產(chǎn)聚烯烴產(chǎn)品，其關(guān)鍵工藝和技術(shù)包括煤氣化、一氧化碳變換、脫除雜質(zhì)酸性氣體、空氣分離、甲醇制備和精制蒸餾、甲醇制烯烴（MTO）、聚丙烯、聚乙烯等。其中煤氣化是最重要的。后續(xù)裝置的組裝和運(yùn)行工藝路線由不同的煤氣化方法決定。因此，選擇什么樣的氣化技術(shù)方案以及如何實(shí)施這些方案對(duì)煤化工項(xiàng)目來說是非常重要的。然而，不同煤氣化技術(shù)對(duì)應(yīng)的煤種并不完全一致。選取爐型、裝置以及技術(shù)類型時(shí)都要結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r因地制宜的選擇。

2 煤氣化技術(shù)的類型及方案

根據(jù)氣化爐的形式，各種煤氣化技術(shù)可分為固定床、流化床和氣流床三大類，其中氣流床技術(shù)因其環(huán)保特性在國內(nèi)煤化工行業(yè)得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。根據(jù)進(jìn)料方式的不同，分為水煤漿氣化技術(shù)（主要是通用電氣德士古、多噴嘴和多組分漿）和以殼牌、GSP、HT-L和TPRI為代表的粉煤氣化技術(shù);根據(jù)高溫氣體冷卻方式的不同，可分為自由基冷卻型、廢鍋爐型和廢鍋爐激冷組合型;另外，不同的氣化技術(shù)在進(jìn)料方式的影響下會(huì)形成各具特色的氣化壓力。

2.1 技術(shù)選擇

目前常用的主要有水煤漿氣化技術(shù)、BGL、Shell干煤粉三種，其中第一種是高溫氣化制合成氣。純化后，合成甲醇，然后與甲醇進(jìn)一步反應(yīng)制備乙烯和丙烯。最終獲得多品牌聚丙烯和聚乙烯產(chǎn)品。該工藝由GE單噴嘴水煤漿氣化操作。此外，BGL采用BGL塊（碎）煤渣氣化工藝制氣，凈化后得到甲醇。以甲醇為反應(yīng)原料制備乙烯和丙烯，最終得到多品牌聚丙烯和聚乙烯產(chǎn)品。由于BGL氣化爐生產(chǎn)的合成氣中含有大量的甲烷氣體，一般會(huì)回收利用，生產(chǎn)成型天然氣工業(yè)產(chǎn)品。因此，通過我們方案的細(xì)節(jié)，低溫分離過程用于合成氣中甲烷的二次收集。Shell干煤粉氣化技術(shù)一般先制備混合氣，凈化后生產(chǎn)甲醇，再與甲醇反應(yīng)生產(chǎn)乙烯和丙烯，最后生產(chǎn)多牌號(hào)聚丙烯和聚乙烯產(chǎn)品。

2.2 進(jìn)料方式

水煤漿氣化和粉煤加壓氣化有著不同的進(jìn)料方式。水煤漿氣化制漿后，由高壓煤漿泵送至氣化爐燃燒器。水煤漿進(jìn)料安全，操作簡便。煤的含水量相對(duì)較松，但原煤的灰熔點(diǎn)有一定的要求。干粉被加壓和氣化以供給干煤粉，干煤粉與高壓二氧化碳一起被送到氣化器。煤需要干燥并磨成細(xì)粉，而煤的干燥需要消耗一定的熱量，所以煤的含水量越小越好。

2.3 冷卻流程

①廢鍋流程：粗煤氣帶來的高位熱能由廢鍋收集，另一種產(chǎn)品是高壓蒸汽。該工藝熱效率高，可最大限度地收集兩次原煤氣的顯熱，回收相當(dāng)于原煤最小能量的14%～18%的熱量，使熱煤氣效率達(dá)到90%～95%。但是，由于增加了大型復(fù)雜的余熱鍋爐，工藝流程長，設(shè)備材料要求高，施工難度大，一次性投資和維護(hù)費(fèi)用高;②激冷流程：氣化爐燃燒室與快速冷卻室相連，結(jié)構(gòu)體系更加嚴(yán)密。水可以快速冷卻粗煤氣，大量的水蒸氣混合在水冷式粗煤氣中，可以排入變換系統(tǒng)，因此整個(gè)過程不需要補(bǔ)充蒸汽。淬火工藝簡單，易于操作。由于氣化爐溫度低，氣化設(shè)備投資少，維護(hù)工作量少。然而，冷卻過程僅使用氣體的部分顯熱。與廢鍋爐工藝相比，設(shè)備投資少，維護(hù)工作量少，但熱效率降低5%～8%;③聯(lián)合流程：一種集廢鍋流程和激冷流程的優(yōu)勢(shì)于一體的流程，利用廢鍋流程中的冷卻環(huán)節(jié)與水激冷相結(jié)合進(jìn)行，其熱效率接近純廢鍋流程，有效能效率也有較大程度的提高。

3 幾種工藝對(duì)比與分析

3.1 設(shè)備規(guī)模的對(duì)比

空分設(shè)備使用分子篩來進(jìn)行空氣凈化提純、空氣增壓、氧氣內(nèi)壓縮、提取低壓氮?dú)獾倪^程，進(jìn)一步使用增壓機(jī)給N2提升壓力，帶中壓空氣加壓機(jī)，精餾塔上塔整齊地填充反應(yīng)物。其中水煤氣化的氧氣規(guī)模要求為6～80000m/h，而BGL和Shell干煤粉技術(shù)則分別為4*70000/h和6*60000/h。水煤氣化技術(shù)對(duì)氣化裝置的氣化爐需求為直徑3200mm，啟動(dòng)時(shí)壓力65MPa，氣體產(chǎn)生的速率是96700m3/h，BGL技術(shù)則需要操作壓力40MPa、直徑3600mm的氣化爐，氣體產(chǎn)生速率1041000m3/h，Shell干煤粉技術(shù)的操作壓力與BGL相同，但需要直徑3800mm的氣化爐，可每小時(shí)有效產(chǎn)氣967000m3/h。

3.2 產(chǎn)品適應(yīng)性

三種工藝下生產(chǎn)的產(chǎn)品適應(yīng)性具有很大差異，水煤漿氣化工藝得到的合成氣體，氣汽比是1.4，生產(chǎn)合成氨和甲醇是非常對(duì)口的，也可以制氫 、羰基合成等用途比較廣泛的氣體;BGL熔渣氣化工藝氣化爐最終合成氣體中甲烷燃?xì)庹?%，適合當(dāng)IGCC體系的燃料和制備天然氣，制備甲醇需要把混合氣體中的甲烷反應(yīng)掉。所以使用BGL塊（碎） 煤熔渣氣化工藝要增加深冷分離的相關(guān)流程和設(shè)備，對(duì)含有大量甲烷的混合物進(jìn)行二次收集后作為副產(chǎn)物售賣，使整個(gè)流程變得十分復(fù)雜，成本和投資也直線上升：Shell粉煤氣化工藝使用廢熱鍋爐變換，要投放更多的水蒸汽并且使用多級(jí)噴水冷卻方式。還有一種辦法是使用更低的水氣比效率，粗略合成氣體中CO2占60%-65%，對(duì)CO2變換的提出了更多條件。

3.3 成本的對(duì)比

BGL技術(shù)在運(yùn)輸總圖、原料轉(zhuǎn)運(yùn)、技術(shù)設(shè)備、配套熱電的安裝、公用系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)設(shè)施等全廠性的費(fèi)用、預(yù)備費(fèi)等基礎(chǔ)費(fèi)用上比其他兩種技術(shù)增加了型煤制備、污水預(yù)處理及深冷分離等方面的投資。

3.4 實(shí)際項(xiàng)目案例分析

陜西蒲城煤制烯烴項(xiàng)目結(jié)合了全廠物料平衡、能耗平衡及所處地實(shí)際狀況，選用了GE 德士古8.7MPa高壓大型水煤漿氣化技術(shù)。該技術(shù)創(chuàng)造了水煤漿氣化壓力世界最高、單爐生產(chǎn)能力世界最大、氣化裝置總生產(chǎn)能力世界最大等三個(gè)世界之最，是本項(xiàng)目最大的創(chuàng)新點(diǎn)之一。該項(xiàng)目還采用了低溫甲醇洗工藝、兩個(gè)系統(tǒng)配置、單系列對(duì)應(yīng)90萬t/a甲醇?xì)饬康膬艋b置，而在回收硫裝置、甲醇裝置、MTO裝置上則是依賴于國外的先進(jìn)技術(shù)。神華集團(tuán)在包頭建造的煤制烯烴項(xiàng)目則采用了我國大化所研發(fā)的DMTO工藝技術(shù)，這種工藝技術(shù)與傳統(tǒng)的MTO技術(shù)相比，可以在節(jié)約50%的投資成本的同時(shí)將一氧化碳的轉(zhuǎn)換率提高到90%。神華寧夏丙烯項(xiàng)目選擇了由中國化工、淮南化工聯(lián)合清華大學(xué)共同研發(fā)的新型MTP技術(shù)，打破了依賴國外技術(shù)的局面，而且這項(xiàng)新型技術(shù)投產(chǎn)后得到的丙烯產(chǎn)物純度可達(dá)到99.69%。由于目前甲醇制烯烴技術(shù)不夠完善，我國的煤制烯烴項(xiàng)目普遍面臨著國外低成本產(chǎn)品擠壓市場、投資強(qiáng)度較高等問題。

4 結(jié)束語

綜上所述，雖然現(xiàn)代新型煤化工產(chǎn)業(yè)工藝技術(shù)種類繁雜，但各項(xiàng)技術(shù)均有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，只有通過工程設(shè)計(jì)階段對(duì)這些先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行高效集成優(yōu)化，方能實(shí)現(xiàn)整體效益的最優(yōu)化。因此，新建煤化工項(xiàng)目仍需結(jié)合實(shí)際情況，加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段的技術(shù)集成優(yōu)化，爭取項(xiàng)目各項(xiàng)效益的最大化。

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作者簡介：

趙倩（1995- ），女，籍貫：山西省原平市，目前職稱：助理工程師，研究方向：煤化工。