示范项目稳步推进过程优化大有潜力
——第二届煤制烯烃技术经济研讨会专题报道
国内煤气化技术及工业化进展卓然
北京中科合成油工程有限公司 唐宏青
对于煤气化技术的分类，学术界和工业界有不同的做法，工业界从进料形态出发，基本上分为水煤浆气化、粉煤气化 和碎煤气化三类。而学术界则根据学术机理分为气流床、固定床和流化床三类。
尽管开发煤气化工艺十分很困难，但在国家和企业的支持下，经过长期努力，国内外研究机构开发了多种煤气化工艺，其中部分工艺已经比较成熟，有的方法很有成效。近年来我国煤气化技术研发和工业化应用取得了很大进展。
(1)从装备国产化走向工艺技术国产化 在煤气化技术领域，上世纪八十年代国家提出的“化工装备国产化”已经基本实现。经过20年的努力，目前许多复杂的化工非标设备可以在国内生产，特别是反应器，如各种大型煤气化炉、2800吨费托合成反应器、2250吨直接液化加氢反应器等。
近年来国内煤气化技术研发方面取得的进展引人瞩目，国内科研院所开发的已实现工业化应用的煤气化技术有：航天炉干煤粉气化、多喷嘴水煤浆气化、两段炉干煤粉气化、清华炉水煤浆气化(热壁和冷壁)等等。现代煤化工工艺中的煤气化技术可以采用国内技术，从而实现“工艺技术国产化”。这是一个很大的飞跃，是化工技术的巨大进步。
(2)单元技术引导全生产线“安稳长满”运行 2012年，以水煤浆气化为龙头的伊泰合成油厂达到设计产能16万吨，运行348天，实际产量17.16万吨。在“十一五”的九个示范厂中，运行较突出，真正做到了“安稳长满”运行。此外，航天炉也有类似业绩。
(3)单炉规模大型化 单台气化炉的规模，以前是在500~2000t/d之间，太小和太大都运行困难。其中小型气化炉(1000t/d及其以下)能够实现年运行8000小时；中型气化炉(1500~2000t/d)部分实现年运行8000小时；大型气化炉(3000t/d)正在运行中； 超大型气化炉(4000t/d)正在设计中。
气化炉规模大的优点是运行费用省、单位产品投资少。但缺点是一旦停车，损失比较大。因此在工业化生产中选择气化炉的规模，应该有一个最佳适宜值。
(4)炉内操作压力提高 目前，各种在线的气化炉操作压力在0.1~8.7MPa之间，其中水煤浆气化炉的压力最高。对于气化后合成气加工的压力较高的工艺，气化压力高自然能够节能。但是气化炉压力高，投资加大，在某些情况下会产生不利影响，如原料煤输送难度加大、甲烷含量高、污水增加、气化炉结构复杂等。对于气化后加工不需要很高压力的情况，气化压力以适宜为止。因此，对于不同工艺，气化压力应该有一个适宜值。
目前正在运行和设计的气化压力为：水煤浆实现4.0MPa，6.5MPa运行；干煤粉实现4.0MPa，设计6.0MPa；固定床碎煤气化实现4.0MPa，设计6.0MPa；流化床实现0.6MPa，在建设计4.0MPa；
(5)原料向褐煤发展 褐煤是煤化程度最低的煤，其化学反应性强，在空气中容易风化，含有可溶于碱液内的腐殖酸，不易储存和运输。褐煤挥发成分大于40%，水分大，含碳量60%～77%，密度约为1.1~1.2，热值在2500~5000大卡之间。我国已经发现的褐煤资源量为1291.32亿吨，约占煤炭保有资源量的12.7％，主要分布在东北和西南。
由于直接燃烧的热效率较低，褐煤作为原料转化利用受到限制。褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。褐煤提质加工成为褐煤高效开发利用的关键。褐煤脱水提质加工后，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工等使用。
近年来，国内煤化工大力发展，提倡使用褐煤继续煤气化，但面临很多问题：如果将褐煤用于固定床碎煤气化，应该采用型煤，但是褐煤的煤粉成型困难；如果将褐煤用于粉煤气化，则预干燥、磨煤、输送上均有难度；如果将褐煤用于水煤浆气化，则褐煤成浆性差，浓度在55％以下难以运行，浓度在55％~60％之间，可以维持但经济效果差；使用褐煤的另一个严重缺陷是污水处理困难。因此，采用褐煤的煤气化过程，正在积极研究之中。
(6)气化后两种流程可以组合 在大型煤化工装置中，气化炉的台数很多，可以采用两种不同的气化炉。事实上，这往往是气化后流程上的需要，即激冷流程和废锅流程的组合。
激冷流程的流程和设备简单、投资低、系统运行连贯性强、操作费用低、产物中水蒸汽含量高却能位低，适合于全变换系统。废锅流程的流程和设备复杂、投资高、系统运行连贯性差、操作费用高、产物中水蒸汽含量低，却能另外产生能位高的水蒸汽，适合小部分全变换系统。两者结合后既能够得到一些中压蒸汽，又可以满足合成气中水汽比的要求，两者的优缺点互相弥补。
伴随煤化工产业的发展，我国煤气化技术的进步有目共睹，在设计、制造、安装和生产方面都积累了成套经验，在很多领域居世界领先水平。但仍有很多企业不信任国产技术和装备，继续引进国外化工上没有成熟经验的煤气化技术。
近年正在建设的大型煤气化项目中，大多数项目的煤气化技术选择比较合理，为新工艺的成功奠定了基础，例如费托合成煤制柴油、MTO甲醇制烯烃两个项目的顺利成功，不可否认煤气化技术的恰当选择功不可没。但是有的项目并不完全是这样，煤气化技术选择不当为全系统的运行拖了后腿。
神华包头煤制烯烃项目情况及装置运行情况分析
中国神华包头煤化工分公司副总工程师 姜兴剑
神华包头煤制烯烃项目是世界首套以煤为原料，通过煤气化制甲醇、甲醇转化制烯烃、烯烃聚合工艺路线生产聚烯烃塑料的特大型煤化工项目。其核心的甲醇制烯烃装置采用具有自主知识产权的DMTO（甲醇制低碳烯烃）工艺技术。项目实现了将甲醇转化为乙烯、丙烯等重要的石油化工基本原料的产业化示范，开辟一条以煤为原料生产聚烯烃的新型煤化工技术路线、间接实现了石油替代的能源安全战略的新途径。
包头煤制烯烃示范工程自2011年1月1日进入商业化运行，2011年稳定运行7630小时，平均生产负荷85%左右，生产聚烯烃产品50万吨，其中聚乙烯25.1万吨、聚丙烯24.9万吨；副产碳四8.4万吨、碳五3.3万吨、硫磺1.0万吨。单位聚烯烃产品消耗新鲜水约32吨、耗电约1800千瓦时。
2011年销售聚烯烃产品49.6万吨，其中聚乙烯24.9万吨、聚丙烯24.7万吨；混合碳四8.3万吨、混合碳五3.3万吨、硫磺1.0万吨。全年累计实现营业收入56.4亿元；累计实现利润9.9亿元。
2012年示范工程连续稳定、高负荷运行8760小时，平均生产负荷90%左右，累计生产聚烯烃产品54.6万吨，其中聚乙烯26.7万吨、聚丙烯27.9万吨；副产碳四9.2万吨、碳五3.7万吨、硫磺1.2万吨。单位聚烯烃产品消耗新鲜水32.0吨、耗电约1730千瓦时。
2012年销售聚烯烃产品54.6万吨，混合碳四7.2万吨、混合碳五3.7万吨、硫磺1.2万吨。全年累计实现营业收入59.1亿元；累计实现利润8.9亿元。
产品销往区域包括西北（内蒙、新疆）、华北（陕西、河北、北京、天津、山东）、华中（河南、湖北、安徽）、华东（浙江、江苏、上海）、华南（广东），市场覆盖面广，并迅速被市场所接受。
以上数据说明，通过技术攻关、优化操作，神华包头煤制烯烃示范项目已经实现了安全、稳定、长周期、高负荷运行，各项技术经济指标均达到或优于了设计值。
提高水利用效率——煤化工发展中不能回避的关键问题
过程系统工程学会副主任 杨友麒
众所周知，煤化工产业发展有可能引发区域水资源供需失衡的风险。我国煤炭资源与水资源呈逆向分布，主要蕴藏在水资源短缺地区。这些地区的人均水资源只有新疆、云贵、黑东地区可以达到世界水平的1/4（全国平均水平），其余主要煤产业区人均水资源只有全国平均水平的1/2～1/4，即世界平均水平的1/8∽1/16；大部分煤化工属高耗水产品，发展规模必须量水而行。
煤化工（煤制油）吨产品耗水量通常都在15~20吨，一个年产300万吨的煤制油项目年用水量将达到6000万吨左右， 这相当于十几万人口的水资源占有量或100多平方公里国土面积的水资源保有量。因此，在我国中西部地区规划建设大型现代煤化工产业园区，将面临水资源供给瓶颈制约，对本地区水资源平衡和生态环保造成非常大的影响。
表1所列出的是“十二五“期间估计能够开工的煤化工项目上线，但是能否实现这些预期，关键不在于资金、煤资源、投资热情，而在于水和环保。
从表2可以看出，当前煤化工吨产品耗水比石油化工高得太多。从煤制甲醇看吨产品耗水下降潜力很大，煤制甲醇耗水从开始的25吨/吨, 逐步下降到17吨/吨，到五年前设计已达到12吨/吨，到180万吨装置投产，可以达到7吨/吨左右。煤化工与石油化工水耗主要差别来源于：石油化工路线相对成熟，而现代新型煤化工路线刚在工业化示范阶段，能耗和水耗均尚未优化。以煤制甲醇为例，可以看到相对成熟过程水耗的下降：过去十年其吨甲醇耗新鲜水量下降3倍以上。因此，煤化工项目节水潜力巨大。“十二五”期间现代煤化工示范项目的水资源利用目标见表3。
通过过程系统工程方法可以达到节水减排提高煤化工项目水利用效率的目的，其主要过程可分为三步：
①全面做好基础计量和水平衡工作，摸清家底,提高操作管理水平；②水的回用—水网络系统的优化；③污水再生利用。
以中石化、中石油为代表的石化企业，从2003年开始，已使用这套过程系统工程方法进行节水减排的技术改造，十年来已经使炼油厂的吨原油炼制耗水下降一倍以上。煤化工企业还刚刚开始利用这种技术，有理由相信，如果煤化工行业也象中石化、中石油一样全面推广采用过程系统工程方法来开展节水减排，大幅度降低煤化工企业的水耗是完全可以期望的。
表1 “十二五|期间估计能够开工的煤化工项目上限 万吨
项目 开工产能 投资/亿元 用水
(允许指标)
甲醇(不含MTO) 2600 1560 26000
甲烷(不含管道) 300亿Nm3 2100 14700
柴油 800 1200 8800
聚烯烃 600 1800 13200
乙二醇 300 510 3000
半分质利用 1000(原料煤) 200 150
合计 ≤8000 65850
表2 不同原料吨产品耗新鲜水的比较 吨/吨
项目 煤化工 石油化工（目前实际水平）
直接液化制油 7 0.5~0.8
间接液化制油 5~12
煤制天然气 吨/1000立方米 6.9
煤制烯烃 吨烯烃耗水 22~32
吨乙烯耗水 47~68 6~7
煤制甲醇 6~17 10~15(天然气制甲醇）
表3 “十二五”规划期间现代煤化工示范项目的水资源利用目标 （吨/吨）
项目 吨产品新鲜水耗量
基本要求 先进指标
间接液化制油（t 油） 11 10
煤制天然气（Km3） 6.9 5
煤制烯烃 （t烯烃） 22 17.5
煤制乙二醇 9.6 7.0
煤制甲醇 7.0 5.5
煤制合成氨 6.0 4.9