国产煤气化技术市场活跃 竞争激烈

□ 鲍之江

    自1882年世界首台鲁奇煤气化炉投产以来，目前全球已形成30多种不同类型的煤气化技术，工业应用前景较好的有10多种。作为煤炭生产和消费第一大国，世界主要先进煤气化技术都已引进中国，是当前世界上煤气化技术开发、应用最活跃的国家。同时国内企业与研究单位也相继开发出数种符合我国国情并拥有自主知识产权的新型煤气化技术，至少6种得到了产业化运行。

    毫无疑问，中国已成为当今世界煤气化技术荟萃的“试验田”。煤气化技术既有广阔的市场前景，也面临日益激烈的竞争。在中国化工信息中心于西安举办的2013中国新型煤气化技术/经济发展论坛上，展示发布了多种国内外煤气化技术的研发和工业化应用进展。

 

国内技术百花齐放

    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）、流化床、气流床三种类型，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，在世界主要先进煤气化技术几乎都已引进的同时，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。

    “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，开发成功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，解决水煤浆气化技术的煤种限制瓶颈和高能耗点火问题，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，采用水冷壁保护结构水煤浆气化技术，同时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。

    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，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化联合会成果鉴定，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。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十种。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，碳转化率保持较高。

    “我们上世纪八十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。”主攻流化床技术的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。

 

技术甄选因地制宜

    “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。” 国内知名煤化工专家、陕西省化工学会名誉理事长贺永德提醒说，仅拿气化炉比较没有意义，技术先进未必适合。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，以及适用的气化技术。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，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。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。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 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。

    再次，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。