气化技术那种最好

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煤气化技术那种最好？煤气化是煤化工的关键技术和龙头技术，核心是煤气化炉，包括固定床（移动床，记者误写，固定床是鲁奇气化或BGL等加压气化工艺，移动床就是传统的固定层气化工艺，概念不同）、流化床、气流床3种类型，其中气流床成为当今煤气化技术发展的主流。近10年来，我国煤气化技术开发明显加快，相继开发成功清华气化炉、多喷嘴对置式水煤浆气化炉、航天加压粉煤气化炉、两段式干粉煤气化炉以及灰熔聚流化床粉煤气化炉等煤气化技术，形成了与国外技术竞相发展的局面。“新型煤气化技术主要指粉煤加压气化技术和新型水煤浆气化技术。与固定床煤气化技术相比，新型煤气化技术在节能环保、煤种适应性等方面具有十分突出的优势。”中国化工信息中心副主任李中说，在此次煤气化技术/经济发展论坛上，国内自主煤气化技术与美国GE、壳牌、西门子GSP、科林CCG等国外先进技术同台竞技，各展风采。由于是商业性会议、用户业主只来了10家左右、基本上是参会众多技术单位和专家自我欣赏居多！ 记者注意到，国产化技术毫不逊色，一些甚至达到国际领先水平。“在第一代清华气化炉应用世界首个氧气分级气流床煤气化技术的基础上，我们又创新将燃烧凝渣保护和自然循环膜式壁技术引进气化领域，成功开发了新一代清华水冷壁气化炉，装置全部采用我国自主技术和国产设备，解决了水煤浆气化技术的煤种限制和高能耗点火问题，形成了世界第一个水煤浆水冷壁煤气化工艺。”清华大学盈德气体煤气化联合研究中心主任张建胜教授自豪地说，水冷壁保护结构水煤浆气化技术，具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，比如气化炉操作温度不再受耐火砖的限制，可以使用灰熔点更高的煤作为原料，煤种适应性更宽，覆盖了褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶。除此以外，清华水冷壁气化炉的水冷壁按照自然循环设计，强制循环运行。即便在停电、停泵等事故状态下无法强制供水，水汽系统仍可自然循环，水冷壁不会损坏，保证气化炉安全停车。采用水冷壁结构，也不必每年停车更换锥底砖和全炉向火面砖，单炉年运转可达8000小时以上。与其他水冷壁炉相比，清华水冷壁气化炉系统压力高50%～100%，粗合成气中H2含量高50%以上，后续变换、净化、合成等工序能耗降低，设备投资和运行成本大幅下降。去年9月，清华水冷壁气化炉技术通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，总体技术处于国际领先水平。华东理工大学洁净煤技术研究所所长于广锁告诉记者，其多喷嘴对置式水煤浆气化炉由于采用四喷嘴对置设计，不存在短路物流现象，具有高效节能、碳转化率高等优点。今年4月，日处理煤2000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化技术通过了中国石油和化学工业联合会成果鉴定，专家给予高度评价，认为该成果创新性强，总体处于同类技术的国际领先水平。中国华能集团清洁能源技术研究院研发的两段式干煤粉加压气化技术， 创新采用两室两段多喷嘴反应、分级气化，有效气含量可达90%以上，碳转化率可达99%，而且煤种适应性好，可气化灰熔点1500℃以上的原料，包括次烟煤、烟煤、褐煤、无烟煤、石油焦等。“两段式干煤粉加压气化技术在我国首座IGCC示范电站—华能天津绿色煤电250WM级IGCC示范工程成功应用，气化炉日处理煤2000吨。2012年4月17日，气化装置点火投料，11月6日完成72+24小时连续运行，正式进入商业化运行。运行结果表明，冷煤气效率82%～84%，碳转化率超过99%。”华能集团清洁能源技术研究院院长许世森说。“HT-L航天粉煤加压气化炉汇集了水煤浆及粉煤气化技术的优点，有效气含量可达90%以上，碳转化可达99%，单位氧耗低，对煤种要求低，而且设备全部实现了国产化。”航天长征化学工程股份有限公司总工程师卢正滔介绍说，自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至2012年5月上旬，在线运行的7台气化炉已使用或试烧过的煤种达数10种。其中神木煤、榆神煤和神华化工煤等煤质稳定，可以优化氧煤比等操作参数，碳转化率较高。“我们上世纪80年代就开始探索灰熔聚流化床粉煤气化技术，先后完成系列中试、低压工业应用，并迈向加压技术示范。”中科院山西煤炭化学研究所粉煤气化工程中心总工程师徐奕丰说，2009年晋煤集团采用该技术建成世界首个劣质无烟煤甲醇合成油（MTG）示范项目，配备6台0.6MPa灰熔聚气化炉，单台气化炉日处理300～330 吨高灰分、高灰熔点、高硫劣质的晋城无烟粉煤。投入运行后，冷煤气效率和有效气含量均超过70%。2011年4月，灰熔聚流化床劣质无烟煤粉煤气化技术与工业化示范项目通过技术鉴定，专家认为该创新成果为解决劣质无烟煤气化难题提供了新的技术路径，达到国际领先水平。专家：技术经济缺一不可“中国是拥有煤气化炉最多的国家。目前已实现工业运行的煤气炉有10多种，其中引进国外技术的有6种炉型，形成了国内外技术相互竞争、相互促进的局面，可谓百花齐放、百家争鸣。”国内知名煤化工专家、陕西省化工学会名誉理事长贺永德说，预计到2020年通过气化转化煤炭数量将增加到7.5亿～8亿吨（以5500大卡/千克原煤计），占全国煤产量的18.8%～20%，约需要煤气化炉1500台左右（以气化煤2000吨/日·台计）。“世界上没有万能的气化技术，只有更好没有最好。但一些化工企业盲目崇洋媚外，或一味追求先进的煤气化技术。”贺永德提醒说，仅拿气化炉比较没有意义，技术先进的未必适合自己。技术先进是一方面，还要通盘考虑煤种煤质、后续产品路线、能耗水平、投资大小等综合因素。首先要根据拟建项目就近的煤种、煤质选择合适的气化炉。比如灰熔点高的煤可以选择粉煤气化技术，灰熔点低的煤适合水煤浆技术，含油率高的陕北煤，可先经过干馏拿出油，副产品半焦气化再生产化工产品， 可大幅降低原料成本。其次，不同的煤气化技术其煤气成分差别很大，生产不同产品对合成气成分要求也不相同。因此，企业在确定气化技术时要看产品是否匹配，根据不同产品因地制宜选择煤气化技术。例如合成氨生产只需要氢气，CO2要脱除，所以要求煤气中氢多，CO和CO2越少越好；煤制天然气、合成油、甲醇等合成气中氢碳比为1.6～2.1；醋酸生产只需要煤气中CO等。因此水煤浆气化中H2含量35%～40%，就很适合合成氨生产；干粉煤气流床煤气中含CO高达65%～70%，H2为25%左右，热值较高，宜用于发电、生产甲醇、醋酸、草酸、碳酸二甲酯等产品，不宜于制氢和合成氨生产；鲁奇炉则宜用于生产城市煤气、合成天然气等。此外，气化装置投资及经济性也很重要。在同样满足产品工艺技术要求下，应选择投资少、能耗低、经济性好的煤气技术。总体讲，国外的气化技术投资高于国内，有的高出好多倍；干粉煤气化投资比水煤浆大，前段磨煤和逆向气流输送系统耗能较高。投资及经济性还不仅限于气化装置，还应包括原料煤处理、煤气净化、合成气压缩、“三废”处理、维修费用等多种因素，即全过程评价，仅做气化装置评价比较是不全面的，往往会产生误导。李中、于广锁以及张建胜等专家也表达了对贺永德的观点的认同。他们认为采用所谓的先进高效煤气化炉，企业综合效益未必就好。企业在选择气化技术时，要根据当地的煤质特点，从投资、可靠性、可用率、运行成本、全流程能耗等经济性和环保性多方面综合考虑，而不能仅仅考虑气化炉本身。企业：理性选择实用就好，一些化工企业大胆尝试、推广应用国内自主研发的煤气化技术。2011年8月，世界首套水煤浆水冷壁煤气化装置600吨/日示范炉在山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司一次投料成功， 首次投料创开车连续运行140天纪录。“由于将预热烧嘴和工艺烧嘴组合成一个烧嘴，气化炉点火、升温、投料全过程只需要3个小时，与国外水煤浆煤气化技术相比节能90%。”张建胜说，清华水冷壁气化炉技术已得到业内普遍认可，目前已在12家化工企业推广应用，除阳煤丰喜外，克拉玛依盈德气体有限公司等7家企业共17台气化炉正在建设，另有6家企业正在设计或签署协议。多喷嘴对置式水煤浆气化炉2004年底在山东华鲁恒升化工股份有限公司建成运行以来，截至目前已在国内33个项目推广应用92台气化炉，其中已运行工业装置12套共计29台气化炉。自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至今，已经和正在开车的项目7个，采用HT-L航天炉12台，另在建项目12个、合同签订中的项目6个，共计43台，遍布山西、河北、山东、河南、内蒙古等12个省区。其中，晋煤中能化工甲醇和合成氨装置二期项目2012年1月打通流程以来一直满负荷运行，创造了单炉运行最长纪录。四川自贡鸿鹤化工股份有限公司目前以天然气为原料生产合成氨、纯碱、烧碱等，但随着城镇化的快速发展，企业与城市连在一起，被迫面临搬迁改造，规划扩大精细化工和新材料产品规模。“企业改造是以天然气还是煤为原料路线还未确定，但若是后者，气化技术肯定选择国内的，粉煤气化和水煤浆气化技术都比较成熟，投资低。我们看好具有国内自主知识产权的航天炉。”该公司副总工程师钟富生干脆地告诉记者。 但此次论坛上，记者也听到不同的声音，一些企业并不看好先进的气化技术。“我们一直采用固定层（原记者误写为固定床，概念不同）煤气化技术，并不断进行技术改造，效果也蛮不错。”湖北宜化集团有限责任公司副总工程师鲍同强介绍说，2011年底投产的新疆宜化公司40万吨合成氨、60万吨尿素项目，以烟煤为原料，采用自主研发的全富氧烟煤固定层粉煤气化工艺技术（氧气浓度50%以上，炉温稳定，发气量高），等于将间歇式改造为连续式，吨合成氨综合成本比无烟煤低500元。与湖北宜化一样，大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司40亿立方米/年煤制天然气项目也采用固定床气化技术（鲁奇炉加压固定床气化与固定层气化是二个概念，不能对记者同志的瞎比较引起误解）。“大型化、高压化理念固然好，但也要考虑实际情况。虽然也可以用流化床、气流床，但固定床煤气化炉产生的工艺气中含有12%左右的甲烷，这样合成工段负荷将节省50%。同时，反应温度较低，还可提炼煤焦油、石脑油、粗苯等化工副产品。主要设备可以国产化，从合经济效益来看优势较大。”大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司副总经理姜成旭在接受记者采访时说。据介绍，大唐阜新煤制天然气项目一期工程即将建成，今年10月份将投料试车。由于原料采用褐煤，水分含量30%以上，运输过程造成的沫煤较多。为充分利用沫煤，他们计划在二期工程将沫煤与中水制成水煤浆，再上一套国内的水煤浆气流床装置，既利用了沫煤，又解决了污水环保；或者将沫煤干燥后， 新建干粉煤气化炉进行处理，后续产品结构也要跟着变化。“气化技术成熟和可靠比先进重要。用户选择要经过实际生产检验、运行经验，能达到长周期稳定运行，成熟可靠的煤气化技术，在此前提下再考虑先进性。如果不能长周期稳定运行，就失去先进性的意义，经济性也无从谈起。”贺永德强调说，即使引进国外技术，也要适应中国国情，提高国产化水平，不然会“水土不服“。陕西省化工学会名誉理事长贺永德：一种气化炉只能适宜一种或几种煤，所谓的什么煤都能气化，那只是一种宣传，是不符合实际的，也是不科学的。化工企业要客观理性思考，深入调查研究，做出全面的技术经济比较。煤种对煤气化很重要，尽量选用好煤。国外气化用煤多为洗精煤。但国内煤炭企业“萝卜快了不洗泥”，化工企业迫不得已用劣质煤。现在煤炭行业“十年黄金期”已过，应该在提高煤炭洗精率、确保气化质量上下点功夫。中国化工信息中心煤工研究部经理桑建新：各种气化技术发展很快，很有竞争力，但稳定性最为重要。企业上项目选择气化技术时要慎重，吸取煤制丙烯、煤制油等项目开车不正常的教训，既要适合煤种、目标产品，也要充分调研、全盘考虑。尤其是大型煤化工项目建设周期长，没等项目建成，产品也许就过剩了。华东理工大学洁净煤技术研究所所长于广锁：对国外先进的煤气化技术， 既不能盲目崇洋媚外，也不能照抄照搬或稍加改进称为自己的技术，保护知识产权、维护国际形象刻不容缓。煤气化技术特点各异，再先进也不会适合所有煤种。不同的煤对应何种气化技术不难界定，灰熔点低的用气流床，灰熔点高、灰分高的用固定床，流化床则适合低阶煤。但值得注意的是，同样是国产化技术，粉煤投资比水煤浆高近1倍；炉温高了未必就好，需要消耗更多的氧气和原料，成本当然就高。华陆工程科技有限责任公司总工程师山秀丽：新型煤气化技术发展方向是节能减排。中国是煤气化技术流派最多的国家，用户采用什么气化技术，要抓住两头（原料和产品结构），根据当地煤种和产品结构分析判断，挑选最适合自己的技术，确保建成后装置长满优运行。湖北宜化集团有限责任公司副总工程师鲍同强：国内外先进的煤气化技术特点各异，我们一直在关注，选择却很谨慎，没有十足的把握不会冒险。尤其是目前企业效益普遍不景气，煤化工热降温后要冷静思考。气化技术是否先进、是否成熟无关紧要，关键是看其经济性，投资大小、运行成本、消耗情况，只有经济效益好才是最好的。再好的气化技术，都要取决于煤炭资源。在煤炭资源丰富地区，固定层优势明显，粉煤气化前期投资本身就大，运行周期偏短，一有“风吹草动”就影响整个生产系统，停车后损失大，不像间歇式固定层煤气化炉，单台规模小、数量多、有备炉，影响小。在6月18～19日于西安召开的2013中国新型煤气化技术/经济发展论坛上了解到， 在国外气化装置呈现大型化、高压化、高温化的发展趋势下，中国自主研发的气化炉也走在了世界前列。陕西省化工学会名誉理事长贺永德认为，现代煤化工及煤基多联产促使煤气化炉向加压大型化方向发展，呈现气化炉大型化、气化压力高、气化温度高、有效成分含量高等特点，比如单台炉日处理煤量达2000～3000吨，以适应后续生产系统超大型化的要求；气化压力普遍采用4.0MPa、6.5MPa甚至8.7MPa，气化反应时间缩短；气化温度从1000℃、1350～1600℃向2000～2600℃发展；煤气中有效成分（CO+H2+CH4）浓度60%～90%不等。同时气化剂由空气、蒸汽向纯氧、蒸汽发展，气化原料也呈多元化。据了解，国内气化炉研发已瞄向大型化、高压化。据华东理工大学洁净煤技术研究所所长于广锁介绍，多喷嘴气化炉由于采用四喷嘴对置设计，易于实现大型化。华东理工大学和兖矿集团公司合作开发的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，2009年6月就在江苏灵谷化工公司45万吨合成氨/年项目投料运行，以单炉日处理煤2000吨创国内之最。随后，同样日处理煤2000吨的神华宁夏煤业集团有限责任公司、上海焦化有限公司、安阳盈德气体有限公司共计7台气化装置，分别于2010年3月、2013年3月和2013年5月投料，其中安阳盈德气体设计日投煤量2155吨（干基）。目前日处理煤2000吨级的用户已达4家共计9台气化炉，在国内大型化水煤浆气化市场占据了较大优势。“在此基础上，我们完成了‘863’项目—3000吨/日级多喷嘴对置式水煤浆气化技术开发，正在兖矿内蒙古荣信化工100万吨/年甲醇装置进行日处理煤3000吨水煤浆气化工业示范，预计2014年建成。”于广锁告诉记者，目前8.7MPa 气化炉工艺包也已完成，即将应用工业化；直径4.2米的大型气化炉也正在设计。航天长征化学工程股份有限公司总工程师卢正滔告诉记者，目前HT-L航天加压粉煤气化8.7MPa粉煤输送及关键设备、仪表试验研究也已经完成，日投煤量2500～2800吨的大型HT-L气化炉已完成了全系统和核心设备（气化炉、气化烧嘴）的详细设计，也将进入工业化示范阶段。（化工报记者李军采访整理）