现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选_.pdf

2014， 24 4梁永煌等现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选 现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选 梁永煌*游伟章卫星徐建民中国五环工程有限公司武汉430223 摘要概述国内外洁净煤气化技术及其发展现状，以及我国现代煤化工产业的发展现状及相关产业政 策，分析洁净煤气化技术的比选要素。在此基础上，本文以 60 万吨/年煤制烯烃项目和 40 亿标方/年煤制天然 气项目为例，分析探讨我国现代大型煤化工项目洁净煤气化技术的比选。 关键词洁净煤气化技术现代煤化工产业煤制烯烃煤制天然气 以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、 液体、固体燃料及化学品，生产各种化工产品的 化学工业称为煤化学工业，简称煤化工 ［1 ］。我国 是一个缺油、少气但煤炭资源相对丰富的国家， 大力发展煤化工，充分合理利用丰富的煤炭资源， 已成为当前我国能源产业发展的一个重要方向。 以洁净煤气化技术为基础的现代煤化工产业，以 其高效的能源利用率、资源利用充分、二氧化碳 温室气体排放量少等众多优势，成为当前和未来 我国煤化工产业发展的重要领域 ［2， 3 ］。发展以煤制 烯烃、煤制天然气、煤制油和煤制乙二醇等现代 新型煤化工产业，成为了当前我国煤化工产业发 展的主流方向 ［4 ］。 1洁净煤气化技术及其发展现状概述 洁净煤技术是指在煤炭开发和利用过程中，旨 在减少污染和提高效率的煤炭开采、加工、燃烧、 转化和污染控制等一系列新技术的总称 ［ 2 ］。洁净煤 气化技术是洁净煤技术的一个重要分支，是煤炭气 化过程中采用洁净、安全、无污染或最小污染的， 而煤炭利用效率又是最高的煤气化技术 ［ 3 ］。 1. 1国外洁净煤气化技术 按气化炉的结构特点和燃料在气化炉中转化 时的运动方式，可将气化技术分为固定床气化技 术、流化床气化技术和气流床气化技术［4 ］。表 1 为国外已工业化应用的洁净煤气化技术一览表。 表 1国外工业化应用的洁净煤气化技术情况 序号气化技术所属专利商技术类型应用情况 1Lurgi 气化技术德国 Lurgi 公司固定床干法排渣德国、南非、中国等地超过 50 多台气化炉投运或在建 2BGL 气化技术英国燃气公司固定床液态排渣英国、德国和中国超过 20 台气化炉投运或在建 3U － gas 气化技术美国 SES 公司流化床 美国和中国超过 15 台气化炉投运或在建 含早期中国 上海已停运的 8 台气化炉 4TＲIG 气化技术美国 KBＲ 公司循环流化床美国、中国和印度约共 5 台气化炉投运或在建 5HTW 气化技术德国莱茵褐煤燃料公司流化床德国、中国超过 10 台气化炉投运 6CCP 气化技术 日本中央电力研究所 和三菱重工 流化床日本 1 台气化炉投运 7Shell 气化技术荷兰 Shell 公司 干粉气流床 废锅/激冷流程 荷兰、美国、中国和越南等地超过 35 台气化炉投运或 在建 8Texaco 气化技术美国 GE 公司 水煤浆气流床 激冷/废锅流程 美国、中国等地超过 80 台气化炉投运或在建 9GSP 气化技术德国 Siemens 公司干粉气流床激冷流程德国、美国和中国超过 40 气化炉投运或在建 10CCG 气化技术德国科林公司干粉气流床激冷流程德国和中国约 5 台气化炉投运或在建 11Prenflo 气化技术德国伍德公司干粉气流床废锅流程西班牙 1 台气化炉投运 12E － gas 气化技术 美国 DOW 化学公司路易 斯安那煤气化公司 水煤浆气流床 废锅流程 美国、印度、韩国和中国约10 台气化炉 含备炉投 运或在建 7 *梁永煌助理工程师。2011 年毕业于中南大学化学工程专业获硕士学位。目前主要从事煤化工工艺设计和技术开发工作。联系电 话18717189365，E － mailliangyonghuang cwcec. com。 CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计 2014， 24 4 从表 1 可知，国外已工业化应用的 12 种先进 洁净煤气化技术涵盖了固定床、流化床和气流床 三种不同类型的煤气化技术，其中以 Shell 和 Tex- aco 气化技术为代表的气流床煤气化技术最多，应 用最为广泛。 1. 2我国自主开发的洁净煤气化技术 在我国煤化工产业高速发展和产业需求的带 动下，国内工程公司、研究院、设计院和高等院 校等通过对引进国外先进的洁净煤气化技术经过 长期的消化、吸收和工程实践，进行了一系列的 自主创新，开发出了多达十几种具有自主知识产 权的洁净煤气化技术。表 2 为我国自主开发并已工 业化应用 含在建的洁净煤气化技术一览表。 从表 2 可知，国内自主开发并且已经或正在工 表 2我国自主开发并已工业化应用 含在建的洁净煤气化技术情况 序号气化技术所属专利商技术类型应用情况 1碎煤加压气化技术赛鼎工程公司固定床超过 70 台气化炉投运或在建 2恩德炉气化技术抚顺恩德机械公司常压流化床超过 20 台气化炉投运或在建 3ICC 灰熔聚气化技术中科院山西煤化所流化床约 9 台气化炉投运或在建 4多喷嘴水煤浆气化技术华东理工大学和兖矿集团水煤浆气流床激冷流程超过 90 台气化炉投运或在建 5HT － L 炉气化技术中国航天科技集团干粉气流床激冷流程超过 40 台气化炉投运或在建 6多元料浆气化技术西北化工研究院水煤浆气流床激冷流程约 100 台气化炉投运或在建 7两段炉气化技术西安热工研究院干粉气流床废锅/激冷流程超过 10 台气化炉投运或在建 8 非熔渣 － 熔渣分级 清华炉气化技术 清华大学、北京达立科技公司 和山西阳煤丰喜集团 水煤浆气流床激冷流程超过 20 台气化炉投运或在建 9五环炉气化技术 中国五环工程公司和 河南煤业集团 干粉气流床激冷流程3 台气化炉在建 10SE 东方炉气化技术 中石化宁波工程公司、宁波技术 研究院与华东理工大学 干粉气流床激冷流程 约 8 台气化炉签约、在建或 投产 11宁煤炉气化技术神华宁煤集团与中国五环工程公司干粉气流床激冷流程4 台气化炉在建 业化应用的洁净煤气化技术多达 11 种，除碎煤加 压气化技术是固定床气化技术，恩德粉煤气化技 术和 ICC 灰熔聚气化技术属于流化床气化技术之 外，其余超过 70 国内自主开发的洁净煤气化技 术均属于气流床加压气化技术。除此之外，我国 自主开发的洁净煤气流床气化技术还有单喷嘴热 壁式粉煤气化技术、711 所煤气化技术、新型余热 回收式粉煤气化技术等，目前这 3 种气化技术在国 内也处于推广和寻求工业化应用过程中［4， 5 ］。 综合上述分析可知，无论是国内还是国外， 当前对洁净煤气化技术的开发和应用主要集中于 煤种适应性更广、装置更加大型化、碳转化率更 高、气化效率更高、能耗更低、环保性能更优的 加压气流床洁净煤气化技术［6 ］。 2我国现代煤化工产业发展现状及产业政 策分析 2. 1产业发展现状［7 －10 ］ 煤化工产业可分为传统煤化工和现代煤化工 传统煤化工包括煤焦化、煤电石、煤制甲醇、煤 制合成氨尿素 化肥等;现代煤化工包括煤制 烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制二甲醚和 煤制油等。我国目前正积极从传统煤化工向现代 新型煤化工转型，据 2012 年公布的 煤炭深加工 示范项目规划 ，未来几年我国将重点建设内蒙 古、新疆等 10 个省区的 15 个煤炭深加工示范项 目，主要集中在现代新型煤化工领域，包括7 个煤 制天然气、3 个煤制烯烃、2 个煤制油、2 个低质 煤综合应用、1 个煤制二甲醚，合计总投资金额在 7000 亿元左右。2013 年上半年，国家发改委陆续 核准了 13 个现代煤化工示范项目，包括了 8 个煤 制天然气、4 个煤制烯烃和 1 个煤制油项目。 2. 1. 1煤制烯烃 自 “十一五”规划起，煤制烯烃就被确立为 我国优先发展的新型煤化工产业方向之一，而烯 烃原料多样化的发展方针，则进一步促进了煤制 烯烃产业的快速增长。已完成了甲醇生产乙烯和 丙烯的相关技术，并进入工业化试验阶段。据统 计，目前计划建设的煤制烯烃项目超过 20 个，总 产能超过千万吨 包括神华、大唐、浙江禾元、 中煤、中石化、神华 － 陶氏化学等 ，国内已投产 或在建煤制烯烃项目 8 个，规模为 381 万吨/年; 8 2014， 24 4梁永煌等现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选 拟建项目 13 个，规模总计 848 万吨/年;规划项目 10 个，规模总计 720 万吨/年。 2. 1. 2煤制天然气 煤制天然气示范项目建设自 2009 年开始，截 至目前，由大唐集团在内蒙古建设的国家首个大 型褐煤制天然气示范项目大唐克旗 40 亿立方米/年 煤制天然气项目一期工程 13. 3 亿立方米/年 2013 年 12 已投入商业运行，并向北京供气;新疆庆华 伊犁 55 亿立方米/年煤制天然气项目一期 13. 75 亿 立方米/年也已于 2013 年 8 月建成投产，向西气东 输二线管道供气。预计未来 2 年内，国家发改委首 批核准的 4 个煤制天然气示范项目将全部建成投 产，合计产能 151 亿立方米/年。2012 年 12 月 天然气发展十二五规划首次把煤制天然气列入 发展目标，规划提出煤制天然气 150 ～ 180 亿立方 米，占总规划产能 8. 5 ～ 10。2013 年初至 2014 年 4 月，我国共有 17 个煤制天然气项目获国 家发改委允许开展前期工作，主要位于新疆、内 蒙、山西和安徽，总产能达 772 亿立方米/年。迄 今为止，我国在建、拟建的煤制天然气项目将近 40 个，总产能达 1620 亿立方米/年。 2. 1. 3煤制油 2001 年国家科技部 “ 863”计划和中国科学院 联合启动了 “煤制油”重大科技项目，经十几年 的发展，在煤制油领域已取得了相当成果，先期 已投产的神华鄂尔多斯 108 万吨、潞安 21 万吨和 伊泰 16 万吨三个煤制油示范项目投产以来运转状 况良好。截至目前，己投入工业化示范的煤制油 项目 5 个，产能达 160 万吨，主要集中在内蒙古地 区，2013 年该地区煤制油产量达到了 104 万吨。 根据煤制油项目进展情况和几个煤制油企业规划， 到 2015 年我国煤制油产能将达 1200 万吨，2020 年可达 3300 万吨的规模。 2. 1. 4煤制乙二醇 2009 年初将煤制乙二醇列入国家石化产业调 整和振兴规划后，便掀起了一股煤制乙二醇的开 发投资热潮。万吨级煤制乙二醇新技术是我国现 代煤化工行业技术创新的一个重大突破，尽管在 技术成熟度和能量转化效率方面受到一些质疑， 但煤制乙二醇仍以其优秀的产品易用性成为我国 新型煤化工的重要发展方向之一。目前包括通辽 金煤、中石化南京扬子石化、河南煤化集团等多 个单位已有多个乙二醇项目 含中试装置建成 投产，截至目前，我国拟建和在建的煤制乙二醇项 目超过 20 个，总产能超过 500 万吨。2013 年我国 煤制乙二醇项目进入大规模建设阶段，据统计， 到 2013 年底我国已形成合计 175 万吨/年的乙二醇 生产能力，2014 年将进入正式生产阶段。 2. 2产业政策分析 当前各地发展煤化工产业积极性高，但产业 发展面临着传统产品结构调整、产能过剩、石油 替代产品稳步发展、环境资源约束、政策措施配 套、能耗高、污染重等诸多挑战。近年来，国家 有关部门陆续出台了一系列针对煤化工产业的调 控政策，规范煤化工市场秩序和投资行为，防止 盲目建设和投资浪费，引导煤化工产业稳步发展。 相关的煤化工产业政策文件如下 1国家发展改革委关于规范煤化工产业有 序发展的通知 2011 年 3 月 23 日，发改委 ［ 2011］635 号 。 2关于 “十二五”期间进一步推进煤炭行 业淘汰落后产能工作的通知 发改能源 ［ 2011］ 2091 号 3“十二五”煤化工示范项目技术规范 2011 年 9 月，送审稿 。 4国家能源科技 “十二五”规划 2011 年 12 月 5 日，国能科技 ［ 2011］395 号 5石化和化学工业 “十二五”发展规划 2012 年 2 月 3 日，工信部发布 ，同期还发布 烯烃工业 “十二五”发展规划 、化肥工业 “十二五”发展规划等四个子规划。 6煤炭工业发展 “十二五”规划 2012 年 3 月 18 日，发改能源 ［ 2012］640 号 。 7煤炭深加工示范项目规划 国家能源 局 2012 年 4 月下发 。 82012 年 7 月，国家发改委、能源局编制 的 煤炭深加工示范项目规划和 煤炭深加工 产业发展政策通过国家发改委主任办公会审批。 9天然气发展 “十二五”规划 2012 年 10 月 22 日，发改能源 ［ 2012］3383 号 102013 年 3 月，国家能源局和国家煤矿安 全监察局联合发布 关于做好 2013 年煤炭行业淘 汰落 后 产 能 工 作 的 通 知 ，国 能 煤 炭 ［2013］ 145 号。 112013 年 11 月，国务院办公厅下发 国 9 CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计 2014， 24 4 务院办公厅关于促进煤炭行业平稳运行的意见 ， 国办发 ［ 2013］104 号。 122014 年 1 月，国家能源局发布 国家能 源局关于印发 2014 年能源工作指导意见的通知 ， 国能规划 ［ 2014］38 号。 132014 年 3 月，国家发改委协同国家能源 局和国家环境保护部联合发布 关于印发能源行 业加强大气污染防治工作方案的通知 ，发改能源 ［ 2014］506 号。 142014 年 4 月，国家发改委发布 关于建 立保障天然气稳定供应长效机制若干意见 ，国办 发 ［ 2014］16 号。 152014 年 6 月，国家能源局下发 国家能 源局关于下达 2014 年第一批能源领域行业标准制 修订计划的通知 ，国能科技 ［ 2014］298 号。 分析以上政策文件，同时基于我国一次能源 禀赋特点、能源发展战略与安全、煤化工技术的 逐步成熟和市场刚性需求等因素综合分析可知， 我国对煤化工的发展总体上是持规范发展、审慎 支持的态度。此外，鉴于煤化工资源消耗高、三 废排放量大、投资和技术难度大等特点，为降低 投资风险，保持资源、环境与经济发展的平衡协 调，在今后一段时期内煤化工发展的原则仍将以 示范为主，待技术逐步完善成熟后再适度扩大规 模，有序发展。因此，在 “十二五”期间煤化工 的核心任务是理顺行业发展秩序，重点对新型煤 化工项目进行升级示范。 3我国现代煤化工产业中洁净煤气化技术 的选择 3. 1洁净煤气化技术的比选要素［1， 11， 12 ］ 现代煤化工产业是技术密集型和资金密集型 产业，往往项目规模大、投资高、技术集成度高、 系统复杂，作为龙头、基础和关键技术的煤气化 装置在整个项目中投资占比高 一般占项目总投 资 30以上 ，对后续工艺装置和公用工程配置， 以及全厂能耗、运行费用等影响较大，因此，选 择一种先进、适用、安全、可靠、环保的洁净煤 气化技术，对于整个煤化工项目的成败将起到决 定性的先导作用。一般而言，洁净煤气化技术的 比较和选择需考虑以下因素 1煤种适应性不同的煤气化技术对原料 煤都有不同的适应性要求，包括对原料煤的水分、 灰分、挥发分、粘结性、化学活性、成浆性能、 灰熔点、成渣特性、机械强度和热稳定性等的要 求，而不同的原料煤性质也影响着不同的气化结 果。目前世界范围内暂时还没有一种煤气化技术 能够适应所有不同的煤种。根据项目煤种特性合 理选择相适应的洁净煤气化技术是煤气化技术选 择的关键因素之一。 2目标产品的种类和特性煤化工项目主 要是由煤气化生成合成气，再利用合成气加工成 不同的化工产品，如合成氨、甲醇、天然气和油 品等。由于不同的目标产品对气化所得的合成气 组成 主要是 CO、H2和 CH4要求不同，而不同 的煤气化技术所得的合成气组成差异较大，例如 生产合成氨只需要 H2，合成气中的 CO 需要变换 成 H2，因此合成气中 H2越多越好;而天然气、甲 醇、合成油生产要求合成气中氢碳比在 1. 6 ～ 2. 1 之间，要求合成气中 CH4含量越高越好，鲁奇炉等 固定床加压气化技术，由于合成气中 CH4含量高 一般在 5 ～12 ，适于生产天然气，而干粉气 流床 CO 含量高 一般在 60 ～ 75 ，有效气 CO H2高达 90 以上，合成气热值高，适用 于燃烧发电、制取 CO、生产甲醇等。 3项目 装置规模煤化工产业的规模 化效益非常明显，规模大的煤化工项目应选择生 产能力大的煤气化装置，这在项目占地、投资和 运行管理等方面将具有较大的优势。 4后续生产系统对合成气压力的要求气 化压力要与后续生产系统的设计压力相匹配，例 如甲醇合成压力约为 7. 5MPa，选择 8. 7MPa 的气 化压力，可以实现等压合成，省去合成气压缩机， 合成气净化系统也相应减小，电耗能耗明显下降。 5煤气化装置的投资及经济性不同的煤 气化装置投资差别大，干法气流床废锅流程投资 最高，激冷流程投资次之，流化床气化和固定床 气化投资较省。在同样满足产品工艺技术的要求 下，应选择投资少、能耗低、经济性好的煤气化 技术。但也应注意，项目的投资和经济不仅限于 煤气化装置，还应包括原料煤的预处理、合成气 净化、三废处理等多种因素，需要进行整个项目 全过程的投资和技术经济评价，仅仅做煤气化装 置的评价比较片面，会产生误导，造成不合理的 01 2014， 24 4梁永煌等现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选 选择。 6项目的能效和资源消耗指标指导和规 范 “十二五”时期煤化工行业发展的纲领性文件 煤炭深加工示范项目规划 ，对煤化工示范项目 提出了先进的能效、煤耗、水耗等准入指标要求， 而项目的这些指标要求跟所采用的技术息息相关， 煤气化技术作为项目的龙头和关键技术，显得尤 为重要。 7煤气化技术的成熟性、先进性、可靠性 和运行业绩由于煤气化装置占项目投资比例高， 因此选择成熟、先进、可靠、具有良好运行业绩 的煤气化技术也是煤气化技术选择的一个重要方 面。煤化工项目能否取得预期的经济效益一方面 取决于市场因素，另一方面则取决于装置运行的 可靠性和稳定性。煤气化技术选择不能盲目追求 技术的先进性，而应选择经过实际生产检验、具 有较好的工业化业绩和运行经验、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 再考虑技术的先进性。如果一种煤气化技术不能 长周期稳定运行，即使技术再先进，项目的经济 性得不到保证，技术的先进性也将变得毫无意义。 8环境影响随着国家对煤化工项目环保 方面的日益重视，选择清洁、三废排放少的洁净 煤气化技术也是现代煤化工项目必须考虑的一项 重要影响因素。固定床气化技术由于废水排放量 大、治理难度大、成本高，相对而言，气流床气 化技术由于环保性能好，为当代最为先进环保的 洁净煤气化技术。 综上所述，对于现代煤化工项目，特别是大 型化项目中，对洁净煤气化技术的选择需要从煤 种适应性、产品特性、煤气化装置的投资和可靠 性、环境影响等多方面全方位综合考虑，对技术 和经济指标需要进行全面比较，深入比选，才能 得出正确的判断，比选出最适合项目发展应用的 洁净煤气化技术，最终获得理想可靠的结果。 3. 2洁净煤气化技术比选实例分析 结合当前我国正大力推行煤制烯烃和煤制天 然气两种现代大型煤化工项目的示范建设，本文 接下来将以 60 万吨/年煤制烯烃项目和 40 亿标方/ 年煤制天然气项目为例，对现代大型煤化工项目 洁净煤气化技术的比选进行举例分析，表 3 为进行 比选的原料煤质分析数据。 表 3原料煤质分析数据 序号名称 符号设计煤种 工 业 分 析 1全水分 Mt ，wt14. 2 2空气干燥基水分 Mad ，wt2. 6 3空气干燥基灰分 Aad ，wt10. 58 4空气干燥基挥发分 Vad ，wt27. 62 5空气干燥基固定炭 FCad ，wt59. 2 元 素 分 析 1干燥无灰基碳 Cdaf ，wt79. 47 2干燥无灰基氢 Hdaf ，wt4. 72 3干燥无灰基氮 Ndaf ，wt0. 76 4干燥无灰基硫 St，daf ，wt0. 44 5干燥无灰基氧 Odaf ，wt14. 61 煤 灰 熔 融 性 1变形温度 DT ， ℃1240 2软化温度 ST ， ℃1270 3流动温度 FT ， ℃1340 其 它 1 空气干燥基低位恒容发热量 Qnet，ad ，MJ/kg 23. 3 2可磨指数 HGI67 当前应用的洁净煤气化技术分别为固定床 气化技术、普通流化床气化技术、循环流化床技 术、水煤浆气流床激冷流程技术、废锅流程技术、 干粉气流床气流床激冷流程技术和废锅流程技术。 根据这几种气化技术的应用业绩和考虑我国自主 开发技术具有投资低等特点，本文接下来的煤气 化技术比选将从中选取国内外具有典型代表的鲁 奇炉、碎煤加压气化技术、恩德炉、TＲIG、Tex- aco、多喷嘴、航天炉、GSP 和 Shell 废锅流程 共 9 种气化技术进行洁净煤气化技术的分析和 比选。 3. 2. 160 万吨/年煤制烯烃项目洁净煤气化技术 比选 以 60 万吨/年煤制烯烃项目为例，结合项目特 点及各种气化技术的特性，从煤种适应性、大型 化能力、应用业绩和可靠性、合成气质量、能效 和资源消耗指标影响、环境影响等方面进行深入 比较和分析，选择出最优的洁净煤气化技术，现 将比较和分析过程概述如下 1煤种适应性 如前文所述，不同的煤气化技术对煤质有着 不同的要求，对于特定煤种，必须首先考虑煤气 化技术对煤种的适应性情况。表 4 为选定的 9 种不 同洁净煤气化技术的煤种适应性分析情况。 11 CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计 2014， 24 4 表 4洁净煤气化技术的煤种适应性分析比较 煤气化 技术 鲁奇炉 碎煤加 压气化 恩德炉TＲIGTexaco多喷嘴航天炉GSPShell 煤种适应性基本合适基本合适合适合适不合适不合适合适合适合适 相关 说明 要求 6 ～ 50mm 的块煤进 料，热 稳 定 性 要 求 ≥ 70，对煤的抗碎强度、 粘结性等也有要求，供 煤条件要求较高。 根据煤炭成浆性计算模 型预测，其成浆性指标 D 11. 94 ＞ 10，属难制 浆煤种［1 ］，对项目的经 济性影响较大。 干粉气流床技术对煤质的适应 性较广，本项目灰分含量和灰 熔点适中，对膜式水冷壁气化 炉较为有利。 从表 4 分析可知，从煤种适应性方面分析，干 粉气流床的航天炉、GSP 和 Shell 气化技术、流化 床的恩德炉和 TＲIG 气化技术比较适合该煤种，而 固定床气化的鲁奇炉和碎煤加压气化技术基本合 适，但这两种技术供煤条件苛刻，对某些特定的 煤质性能指标要求仍需进一步测试分析。此外， 煤炭成浆性计算预测该煤质成浆性能差，属难制 浆煤种，如采用湿法气流床的 Texaco 和多喷嘴气 化技术对项目的经济性将会有较大的影响，因此 根据该煤种特点，不推荐采用湿法气流床气化 技术。 2大型化能力 由于该项目规模较大，气化炉必然是多台并 联操作，单台气化炉的能力也是影响气化技术比 选的一个关键指标，选择能力较大的炉型可以减 少气化炉台数，节约占地，同时降低装置的复杂 性和减少操作费用。表 5 为 60 万吨/年煤制烯烃项 目不同洁净煤气化技术的大型化能力分析比较。 表 5不同洁净煤气化技术的大型化能力分析比较 项目 气化技术 鲁奇炉碎煤加压气化恩德炉TＲIG航天炉GSPShell 本项目配置 台10 112 1 18 26654 分析表 5 可知，恩德炉属常压气化，生产能力 较低，需要的气化炉台数要远多于其他加压气化 技术，而碎煤加压气化技术和鲁奇炉的大型化能 力也相对 Shell 等气流床气化技术要差，因此，从 大型化能力考虑，不推荐采用恩德炉。 3运用业绩和可靠性 目前鲁奇炉、碎煤加压气化技术、航天炉、 GSP 和 Shell 气化技术在国内均有多套装置在稳定 运行，而 TＲIG 气化技术在国内仅有 2 套装置在 建，尚未建成投产，其运行可靠性尚无从考究， 因此暂不推荐采用 TＲIG 气化技术。 4合成气质量 该项目以生产烯烃为目的，粗煤气中如果有 CH4将不能进行合理利用。此外其它惰性气体要求 越低越好。因此相对于合成气中 CH4含量高的鲁奇 炉和碎煤加压气化技术，采用 Shell、GSP 和航天 炉气流床气化由于其合成气中 CH4和其它惰性气体 含量低，应用于生产烯烃将较为有利。 5能效和资源消耗指标 “十二五”期间，煤制烯烃示范项目的能效和 资源消耗指标为项目能效的基本要求≥40、先 进值≥44，煤耗 折标煤的基本要求≤5. 3 吨 /吨烯烃、先进值≤5. 0 吨/吨烯烃，新鲜水耗的基 本要求≤4 吨/吨标煤、先进值≤3 吨/吨标煤。根 据石油和化学工业规划院 2012 年的一份研究报告， 采用废锅流程干粉气流床煤气化技术在各项指标 均能达到基本要求值，有的甚至达到并超过先进 值，而采用激冷流程的干粉或水煤浆气流床煤气 化技术，能效指标基本能满足基本值要求。 6环境影响 对于各种煤气化技术对环境影响的分析即是 基于对其煤气化装置所生成的废气、废水及废固 的分析和比较。Shell 气化技术采用干法进料，干 法除灰流程，对环境影响小;航天炉和 GSP 气化 技术采用干法进料、湿法激冷和洗涤，对环境影 响适中;鲁奇炉和碎煤加压气化由于副产物过多 且复杂，如脂肪酸、酚以及 HCN 等，其污水治理 流程长，管理要求高，很难达到长期稳定的达标 排放，对环境影响最大。综合环境影响，不推荐 采用鲁奇炉和碎煤加压气化技术。 7综合结论 综合以上各项因素分析可知，根据煤制烯烃 项目产品特性要求，本文重点推荐干粉气流床气 化技术的航天炉、GSP 和 Shell 气化技术。从目前 21 2014， 24 4梁永煌等现代煤化工产业中洁净煤气化技术的分析与比选 国内这三种气化技术运行情况，Shell 气化技术由 于引入中国较早，目前已有 23 个项目共 30 台 Shell 气化炉 含激冷流程技术 ，其中已有 22 台 处于运行状态，经过近几年的不断改进和提高， 已基本实现了 “长、安、稳、满、优”运转;航 天炉 750t/d 的气化炉在国内已有多套装置运行， 并基本达到了连续稳定运行，但 1600t/d 投煤量的 气化炉目前约 5 台气化炉投运，首台 1600t/d 航天 炉在河南晋开项目于 2013 年 4 月通过性能考核， 但截至目前仍缺少稳定可靠的年运行数据，而 GSP 气化技术在神华宁煤烯烃的 5 台气化炉于 2013 年 7 月通过了考核验收，也还缺少稳定可靠的年运行 数据，因此，这两种气化技术要达到 “长、安、 稳、满、优”可能还需要一定时间的运行和积累。 同时，与 “十一五”相比，国家 “十二五”规划 对当前新上煤化工项目在节能、节水、减排方面 的要求显著提高。从能效及废水排放来讲，采用 废锅流程的 Shell 气化技术都要优于采用激冷流程 的航天炉和 GSP 气化技术。除投资方面 Shell 废锅 流程气化技术较高外，其他指标均明显优于其它 两种气化技术。因此，单从技术方面分析考虑， 该 60 万吨/年煤制烯烃项目的气化技术笔者推荐采 用 Shell 气化技术。 当然，由于采用废锅流程的 Shell 气化技术投 资较高，因此该项目需要通过前期精细的可行性 研究对采用 Shell、GSP 和航天炉三种气化技术进 行从煤气化装置、净化装置到烯烃装置，以及公 用工程配套的项目全流程的技术经济指标分析， 通过全面、深入、客观的全流程综合分析评价， 从而选择出技术经济指标最优、安全可靠、节能 环保，适合项目应用和发展的洁净煤气化技术。 3. 2. 240 亿标方/年煤制天然气项目洁净煤气化 技术比选 从煤种适应性、大型化能力、运用业绩和可 靠性、合成气质量、能效和资源消耗指标、环境 影响等方面针对 40 亿标方/年煤制天然气项目的洁 净煤气化技术进行简单的综合分析比选，比选过 程如下 1煤种适应性 根据给定煤质分析，不推荐采用湿法气流床 气化技术的 Texaco 和四喷嘴水煤浆气化技术。 2大型化能力 根据大型化能力比较，不推荐采用恩德炉气 化技术。 3运用业绩和可靠性 从运用业绩考虑，暂不推荐采用 TＲIG 气化 技术。 4合成气质量 该项目以生产天然气为目的，粗煤气中 CH4含 量越高越好，因此，鲁奇炉和碎煤加压气化技术 具有一定优势。 5能效和资源消耗指标 “十二五”期间，煤制天然气示范项目的能效 和资源消耗指标为项目能效的基本要求≥56、 先进值≥60，煤耗 折标煤的基本要求≤2. 3 吨/千标方天然气、先进值≤2. 0 吨/千标方天然 气，新鲜水耗的基本要求≤3. 0 吨/吨标煤、先进 值≤2. 5 吨/吨标煤。经初步研究，采用固定床气 化技术和废锅流程的干粉气流床气化技术能满足 该指标的基本值要求。当然，国家有关职能部门 正在优化上述指标，以避免如因单纯追求能效而 对环保性能指标好的技术形成壁垒。 6环境影响 鲁奇炉和碎煤加压气化污水治理流程长，管 理要求高，对环境影响较大，需要慎重考虑。 7综合结论 综合以上因素分析，根据煤制天然气项目产 品特性要求和项目规模，该煤气化技术可以选择 固定床气化技术的鲁奇炉和碎煤加压气化，也可 以选择干粉气流床气化技术的航天炉、GSP 和 Shell 气化工艺。 由于煤矿开采过程中，不仅有块煤，还有大 量的粉煤产生，考虑到原煤的粒度分布及破碎过 程粉煤的产生，一般 6 ～ 50mm 粒径的原煤占总开 采煤量的 40 ～70，而煤制天然气项目规模大， 需要的气化炉数量多，因此可考虑将固定床气化 和干粉气流床气化两种气化方式进行组合配置， 充分发挥两种气化技术的优点，尽可能充分有效 利用原料煤，减少投资风险，提高项目的技术经 济性和可靠性。 综合煤气化技术的煤种适应性、先进性和可 靠性，考虑项目的经济性和环保性，该煤制天然 气项目推荐采用固定床气化技术 干粉气流床气 化技术的组合配置，具体采用哪种固定床和哪种 干粉气流床技术，以及进行怎样的组合配置，需 要根据项目原料块煤和粉煤的产量情况，以及项 31 CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN化工设计 2014， 24 4 目用地、水资源状况、投资及技术经济指标等进 一步综合分析考虑，最终比选出最优的组合配置 方式。 当然，以上推荐结果，只是根据现有的资料 进行技术层面上初步的分析和比较得出，实际项 目中洁净煤气化技术的比选涉及的影响因素很多， 过程复杂而繁琐，特别是由于项目规模大，投资 高，更需要慎重考虑。因此，针对现代大型煤化 工项目的洁净煤气化技术比选一般需要通过前期 精细的可行性研究，根据项目的具体情况，从全 流程配置，以及技术经济指标和能效方面进行全 面、深入、客观的综合分析评价，得出最适合项 目应用和发展的洁净煤气化技术。 4结语 鉴于 “十二五”期间我国煤化工核心任务是 理顺行业发展秩序，重点对新型煤化工项目进行 升级示范的政策导向，而洁净煤气化技术在现代 煤化工产业中又处于基础和关键性地位，其技术 水准和可靠性对现代煤化工项目的投资、能效、 环保、经济和社会效益等有着重要的影响，因此 能否选择合适的洁净煤气化技术，将直接影响着 现代煤化工项目的成败。由于当前应用于我国煤 化工产业的洁净煤气化技术种类繁多，且各具特 点，同时我国现代煤化工产业正呈现多元化发展， 地区差异性大，原料煤质千差万别，项目产品类 型多样化，这些都对洁净煤气化技术的选择提出 了更高的要求。因此，针对现代大型煤化工项目 洁净煤气化技术的比选需要从煤种适应性、目标 产品的种类和特性、项目规模、洁净煤气化技术 的成熟性、先进性和可靠性、煤气化装置的投资 及经济性、环境影响、能量转化效率等多方面进 行深入、客观、全面的分析和比较，并选择经验 丰富的工程公司，通过精细的可行性研究等前期 工作，综合分析比选出适合项目应用和发展的洁 净煤气化技术，为项目的最终成功打下坚实可靠 的基础。 参考文献 1贺永德． 现代煤化工技术手册 第 2 版 ［M］． 化学工业 出版社， 2011． 2李志坚． 洁净煤气化技术在化学工业中的应用前景 ［J］． 化工技术经济， 2005，23 2 1 －7． 3赵嘉博，刘小军． 洁净煤技术的研究现状及进展 ［J］． 露 天采矿技术， 2011 1 66 －69 4梁永煌，游伟，章卫星． 我国洁净煤气化技术现状与存 在的问题及发展趋势 上［J］． 化学工业，2013，40 6 30 －36． 5梁永煌，游伟，章卫星． 我国洁净煤气化技术现状与存 在的问题及发展趋势 下［J］． 化学工业，2014，41 1 22 －28． 6亢万忠． 当前煤气化技术现状及发展趋势 ［J］． 大氮肥， 2012，35 1 1 －6． 7苏喜明． 现代煤化工产业发展模式探析 ［J］． 煤炭技术， 2012，31 6 243 －245． 8高恒，刘宏建． 煤气化技术现状、发展及产业化应用 ［J］． 煤化工， 2009 1 37 －39． 9亚化咨询公司 2011 年中国新型煤化工年中回顾，2011 －7 －12． 10亚化咨询公司中国煤化工月报， 201312． 11陈家仁． 煤气化技术选择中一些问题的思考 ［J］． 煤化 工， 2011， 1 1 －5． 12中国化工报煤气化技术，想说用你不容易，2012 － 2 －21． 修改回稿 2014 －07 －02 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 本刊声明 为使科技成果更好地服务国家经济建设，扩大本刊以及作者知识信息交流渠道 ，化工设计期刊已加入 中国核心 期刊 遴选数据库 万方数据数字化期刊群 、 中文科技期刊数据库 、 中国知网 CNKI 系列期刊数据库以及 中国化工信息中心计算机网络 、四川省期刊网络等。凡在本刊发表的文章，也将通过本刊已经加入或今后可能加入的数 据库进行网络出版或提供信息服务，稿件一经刊登，将在本刊稿酬中一次性支付著作权使用报酬。如作者不同意上述约 定，请投稿时向本刊提出书面说明，本刊将酌情处理。 为鼓励技术创新、保护知识产权、杜绝学术不端行为，本刊已同有关单位合作启用 科技学术期刊文献检测系统 AMLC 对在本刊发表的论文进行全面检测，凡存在抄袭、一稿多投、不当署名、伪造、篡改等各类学术不端行为的， 本刊保留在本刊或其他媒体公布其行为和索回稿酬的权利。 化工设计编辑部 41 2014， 24 4ABSTＲACTS OF CHEMICAL ENGINEEＲING DESIGN ABSTＲACTS Analysis and Countermeasures for Overcapacity of PVC Industry Zhao Li China Chengda Engineering Co． ，Ltd． ， Chengdu 610041 I