煤液化项目的工业气体应用
中国石化工程建设公司  王诗庆
　　充分利用我国具有的丰富煤资源，以煤炭液化技术替代石油是缓解石油产品供需矛盾、保障国家能源安全的新
途径之一。目前，煤液化项目已经在我国取得了工业化成果，一方面加强了我们的技术储备，同时也积累了宝贵的
工程建设经验。工业气体既是煤液化工艺过程中的主要原料，又是重要的公用物料，在煤液化项目中具有重要的作
用。
　　一、工业气体在煤液化技术中的作用
　　煤液化可以分为直接液化和间接液化两大类。直接液化是煤在高温高压下催化加氢，转变成液体燃料；间接液
化是先将煤气化制得合成气后，再在催化剂作用下合成液体燃料。两种液化工艺路线各有所长，工业气体在这两种
技术方案中的作用也不相同。
    1.工业气体在直接液化过程中的作用
　　煤直接液化工艺路线中氧气不是直接的原料，而且根据制氢方案的不同，氧气的使用也有较大差异。当采用煤
气化路线制取氢气时，需要使用大量的氧气。当采用天然气制氢路线时煤液化部分只需要使用氮气，是否使用氧气
需要根据后加工装置的产品方案而定。煤直接液化项目工业气体使用流程见图1所示。
    2.工业气体在间接液化过程中的作用
　　煤间接液化必须使用氧气（煤间接液化项目工业气体使用流程见图2所示）。先以氧气和煤为原料由大型气化炉
生产粗煤气，再经CO变换和酸性气脱除得到合格的合成气（H2/CO）。合成气经反应后转化为烃、水以及少量的含氧
有机化合物，这些产品经过分离后分别成为燃料、炼油或化工等后加工装置的原料。
　　二、工业气体在煤液化技术中的应用特点
    煤液化技术的工艺过程有其特殊性，工业气体的应用也随之产生出新特点，主要是规模大、压力高、等级多。
　　  现代煤液化项目为达到规模化经济性其建设规模非常庞大，工业气体的使用量也十分惊人。300万t/a煤制
油级别的煤直接液化技术采用煤制氢路线时氧气消耗量达到20×104Nm3/h，氮气用量最高时达到16×104Nm3/h。180
万t/a甲醇烯烃转化级别的煤间接液化项目氧气消耗量达到24×104Nm3/h，氮气用量最高时达到17×104Nm3/h。
　　  煤直接液化要在高压的条件下才能实现，在工艺过程中和开停工时都要使用压力很高的氮气。反应器、塔器
等的操作压力达到8.0MPaG，个别设备的压力更接近20.0MPaG。煤间接液化和采用煤制氢路线的直接液化流程都要
使用气化炉，因此氧气的压力更是高达5.0~8.5MPaG。
　　另外，由于煤液化技术生产流程长、工艺种类多、后加工装置复杂，因此工业气体的使用压力等级较多。氧气
一般分为气化用高压氧气和后加工装置使用的中、低压氧气。氮气的压力等级则多达20.0MPaG、8.0MPaG、5.2MPaG、
2.5MPaG、0.8MPaG、0.45MPaG等。
　　三、煤液化项目工业气体生产装置的建设要求
    1.工厂布置一体化
    煤间接液化项目和采用煤制氢路线的直接液化项目都要使用氧气作为原料，因此工业气体生产装置在煤液化项
目中是重要的工艺装置，负责生产和输送大量的工艺物料。在保证原料空气吸入安全的前提下，为使全厂的生产流
程简洁、节约投资和占地，要求全厂布置尽可能紧凑。由于大量使用蒸汽透平驱动原料空气压缩机，在具体布置时
还要考虑与热电联产的位置关系。既要防止大气中的危险物和杂质污染，又要尽量靠近锅炉缩小间距。
    2.普遍采用内压缩空分流程
     由于气化炉的氧气使用压力较高（5.0~8.5MPaG），加之液氧内压缩空气分离流程技术的日益普及和成熟，煤液
化项目中生产工业气体的空分装置一般都采用此流程。
    3.同时使用多套空分设备
    煤液化项目使用的工业气体量极大，目前单套大型压缩机和空分成套设备很难满足。为了减少项目的实施风险，
一般会采用同时设置几套空分设备的模式，以提高工业气体生产的整体可靠性，但使用多套空分设备的缺点在于占
地和投资有所上升。
    4.大量采用蒸汽轮机
    煤液化项目一般建设在原煤资源丰富的偏远地区，项目主要采用燃煤锅炉蒸汽发电供自身使用，因此蒸汽资源
充足。为减少动力种类转换带来的复杂性和过程损耗，一般直接使用汽轮机作为驱动。
    5.占项目投资比例大
　　由于煤液化项目中需大量使用工业气体，因此工业气体生产装置在整个工程中所占比例较大。如煤直接液化项
目中空分装置占总建设投资的比例达到6~8%，煤间接液化项目由于后加工装置较多，空分装置占总投资的比例一般
稍低。
　　四、工业气体在煤液化项目中的发展趋势
    煤液化是我国煤化工能源行业的主要发展方向，随着神华煤直接液化先期项目的建成（2008年底核心装置实现
投产）和煤制烯烃（间接液化）项目的开展，煤液化技术成为我国能源替代战略的重要组成部分。工业气体由于其
在煤液化技术中的重要作用，也相应获得了成功的应用。根据目前工业气体生产在煤液化项目的实践经验，今后要
在扩大单系列生产规模、进一步优化流程组织和降低能耗等方面提高水平，并利用好宝贵的发展机遇期，争取在装
备国产化方面获得更大突破。