集成·气化·变换·水处理
——煤化工全产业链解决方案同台亮相展风采
□ 记者 王艳丽
煤制天然气作为新型煤化工领域投资额较大的工程项目，其流程中涉及诸多环节，包括整体项目工程设计、备煤、气化、变换，再到后期的水处理等，每个环节都是项目成功与否的关键。因此在煤制天然气的项目建设中，工程设计、气化技术、变换技术、水处理等工艺技术、装置配套以及工程建设供应商的遴选成为重中之重，在“第二届煤制天然气战略发展（克什克腾）高层论坛”上，来自中石化炼化工程（集团）股份有限公司（SEG）、天沃综能清洁能源技术有限公司、上海联化投资发展有限公司、南京敦先化工科技有限公司 、北京沃特尔水技术股份有限公司、正昌资源及科技有限公司等多位专家带来了煤化工全产业链的相关解决方案，同台亮相，各展风采。
新型煤化工项目整体解决方案
中石化炼化工程（集团）股份有限公司 SEG
中石化炼化工程（集团）股份有限公司（以下简称SEG）是中国唯一能以自主知识产权成套技术为主体建设现代化炼油厂和石化厂的大型工程公司，旗下子公司包括中国石化工程建设有限公司、中石化洛阳工程有限公司、中石化上海工程有限公司、中石化宁波工程有限公司和中石化南京工程有限公司等。本次大会，SEG组团集体亮相，十余位煤化工方面的资深专家进行了专场主题讲座，为我国的新型煤化工项目提供了成套技术解决方案，展示了公司在新型煤化工领域强大的技术实力和工程业绩。
在成套技术解决方案方面，SEG 拥有覆盖设计、咨询和技术许可、工程总承包、施工、设备制造和运输业务的一体化业务链，涵盖炼油、石油化工、新型煤化工、清洁能源等多个行业领域，能为客户提供前期咨询、工程设计、工程总承包、采购、施工、项目管理、融资协助、试运行及开车服务等一站式整体解决方案，满足不同客户的全方位需求。在技术层面，其提出的新一代甲醇制烯烃DMTO-II技术，采用C4+转化技术，与DMTO技术相比，DMTO-II技术制烯烃甲醇消耗降低10%以上。烯烃分离采用前脱乙烷后加氢中冷分离技术。DMTO及烯烃分离已经申请了26项专利。
特别在煤制天然气气化技术领域，来自中石化宁波工程有限公司的专家向大家介绍了公司“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术（SE东方炉）”。该技术是中石化与华东理工大学共同拥有的气流床煤气化技术。依托华东理工大学和中石化宁波工程有限公司在煤气化领域的长期研发、工程设计经验，以及中石化多套煤气化装置工业运行和攻关改进经验，SE东方炉气化技术采用干煤粉加压气化配激冷流程，核心技术为单喷嘴水冷壁气化炉。气化部分配套的粉煤制备、加压输送、合成气激冷洗涤、除渣及灰水处理系统在国内已有成功的操作运行经验，技术成熟可靠。SE东方炉气化技术具有投资较省、运行可靠性较高、对煤种的适应性广、气化技术指标先进的特点。
SE东方炉目前已有日投煤1000吨级和日投煤1500吨级两种炉型。其中，1000吨级东方炉已成功应用于扬子煤气化装置，1500吨级东方炉将应用于中安联合煤制甲醇及转化烯烃项目。
SGT气化技术在合成天然气项目中的应用
天沃综能清洁能源技术有限公司
天沃综能清洁能源技术有限公司（“天沃综能”），是张家港化工机械股份有限公司（“张化机”）与综合能源系统公司（“SES”）的合资公司。SGT气化技术相比其他气化技术的优势主要体现在：更低的运行成本、更高的燃料灵活性、更高的气化工艺效率、更简单的系统及环境友好性。
一、技术优势
1．原料成本低：SGT气化技术在气化廉价的高水分、高灰分、高灰熔点的劣质煤方面有得天独厚的优势，且不需使用块煤，因此制取合成气的成本也会相应地更低，从而为生产企业奠定终端产品的低成本优势。
2. 燃料灵活性高：SGT气化技术具有极强的燃料适应性，可气化包括优质煤和劣质煤在内的各种煤，使客户能最大限度地利用本地资源或者挑选性价比最高的原料。同时，山东枣庄的商业气化装置（“枣庄工厂”）实现了多个煤种的不停车在线平稳切换，充分验证了其独树一帜的燃料灵活性。
3. 气化工艺效率高：在采用相同原料的情况下，SGT气化技术可以比其它技术取得更好的性能指标。对于其它众多技术无法采用的劣质煤，SGT气化技术不仅能够利用这些劣质煤，而且仍能取得较好的甚至接近或比其它气化技术采用优质煤更好的性能指标。
4. 系统简单：SGT气化技术流程简单、操作稳定，不易出现温度、产气量等主要控制参数快速、剧烈的变化。操作弹性大（50%～110%），自动化程度高。开停车容易，成本低；大部分为静设备，动设备少，维护工作量小。
5. 环境友好：SGT气化技术独特的反应器设计和操作条件使其在生产合成气的过程中避免产生焦油和酚类物质，没有复杂困难的废水处理问题，简化了气化岛的工艺流程。
二、市场应用情况
SGT气化技术目前在中国有两个运营项目：枣庄工厂和义煤综能30万吨/年甲醇项目（“义马合资工厂”）。此外，天沃综能正积极推进SGT高压（4.0MPa(G)）气化炉的商业化项目，以便为客户提供更优化的气化技术。目前已完成工艺设计包的开发，并正在与国内外客户就示范装置的建设展开沟通和对话；将SGT技术应用于直接还原铁（DRI）领域是该技术推广的全球战略之一。采用SGT气化工艺由劣质煤气化制得的含一定量CH4的合成气可以很好地满足DRI工艺对于原料气的上述要求，降低生产成本，这是SGT技术应用于DRI领域的最大优势之一。
新型高压多级流化床气化技术（HYGAS技术）
上海联化投资发展有限公司
上海联化投资发展有限公司是由内蒙鄂尔多斯乌兰发展集团有限公司和上海鑫兴化工科技有限公司共同设立的合资公司，是美国燃气技术研究院（GTI）授权在全球对其拥有的HYGAS多级流化床气化技术和中国高压多级流化床反应器专利技术进行技术转让、授权使用许可、技术服务的独家全权代理公司。
GTI依据半工业化示范工厂所获得的大量运行数据和运行经验，对HYGAS技术所涉及的设备和系统进行了不断的优化改进和技术创新，并协助美国能源部(DOE)和UOP-PROCON公司完成了年产23.6亿方褐煤制天然气商业示范工厂的基础设计。该商业示范工厂拟采用三套投煤量分别为7090吨/天的HYGAS的气化炉，气化操作压力为8.276MPa。
2013年5月，上海鑫兴化工科技发展有限公司独家买断美国燃气技术研究院（现简称为GTI）的HYGAS多级流化床气化技术的知识产权后，于2013年6月该技术选用于内蒙古乌兰集团褐煤深加工项目。
HYGAS气化技术有其独特的优势：（1）采用独到的原料煤粉方式，与其他干煤粉或水煤浆气化炉不同，该技术采用副产芳烃轻质油与原料煤配混的油煤浆方式，将煤粉输送至气化炉。相对于干煤粉输送，大幅提高煤粉输送压力（可达8.5MPag)；相对于水煤浆输送，由于油的蒸发潜热较低，油煤浆进料能够明显提高气化炉运行的热效率。HYGAS煤制天然气生产系统的热效率可达72%。（2）HYGAS气化技术的煤种适应性宽。气化炉的气化温度较低 (<1050 ℃)并采用固态排渣技术，所以特别适用于高灰分、高灰熔点及高水分的三高煤。（3）HYGAS气化技术采用高压流化床气化技术，最高操作压力可达8.5 MPag。相对于其他流化床气化和固定床气化技术，由于该技术的操作压力更高，高压多级流化床气化炉单炉投煤量，根据实际需求，可达2000-7000吨/天，能大幅提高气化效率及生产能力。（4）HYGAS气化采用多级流化床技术，高度集成粉煤干燥热解、加氢气化和氧化气化过程，气化炉出口粗合成气中甲烷含量高，甲烷在粗干气中的体积浓度可达20%以上。而且随着气化压力的提高，使气化反应生成的甲烷的速度加快、反应释放出的热量增加，从而减少了氧化反应所需的供氧量，降低了气化过程对氧气的消耗，提高了氧气的利用效率。
新型节能深度转化可控移热变换工艺
南京敦先化工科技有限公司
随着煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制氢、煤制乙二醇等现代煤化工向大型化、规模化、集约化发展，传统变换工艺已成为制约现代煤化工发展的瓶颈。同时，传统煤化工企业（如煤制合成氨、煤制甲醇等）在进行原料路线改造过程中也在不断探索先进、节能、环保、低投资的新型节能变换工艺。
南京敦先化工科技有限公司自2010年以来一直致力于节能环保、低投资、易于大型化的新型变换技术的研发工作。经过5年的不懈努力，公司开发出了“新型节能深度转化可控移热变换工艺”（以下简称：可控移热变换工艺）和“非均布可控移热变换炉（以下简称：可控移热变换炉）”等专利技术。2014年6月，可控移热变换工艺顺利通过中国石油和化学工业联合会的科学技术成果鉴定（中石化联鉴字［2014］第30号文），与会专家一致认为：该可控移热变换炉催化剂床层温度与深度曲线有一个较大温差设计理念，体现了同一反应器不同区域催化剂各自功能不同，充分利用了钴钼系变换催化剂宽温区特性，可控移热变换技术是对绝热及恒温床层变换技术的优化和提升。
可控移热变换工艺适用于传统煤化工企业原料路线改造及节能降耗改造要求，以及现代煤化工企业大型化、规模化和集约化的发展需求。现已将该工艺成功应用到与粉煤加压气化、水煤浆加压气化、间歇式固定床常压气化等多种气化装置相配套的变换装置上。目前在建的有5套、已经投入运行的6套，另外还有数家煤制油、煤制天然气、煤制氢、煤制乙二醇、煤制甲醇、煤制合成氨等企业正在洽谈中。
首套可控移热变换装置于2012年年底在湖南安乡晋煤金牛化工有限公司投入运行，截止目前已满负荷、安全、稳定运行近两年时间，各项指标均达到或优于设计值。国际首套与干煤粉加压气化工艺相配套的可控移热变换装置于2014年4月在安徽昊源化工集团有限公司成功投入运行，与传统绝热变换工艺相比，设备减少了近1/3、流程缩短了1/2、工程总投资减少了1/4、系统阻力仅为0.09MPa。
沃特尔正渗透技术在煤化工废水零排放中的成功应用
北京沃特尔水技术股份有限公司
北京沃特尔水技术股份有限公司作为煤化工水处理方面的专业性领军企业应邀参加了此次会议，市场总裁阳华衡在会上做了题为《正渗透MBC技术在煤化工废水零排放中的应用》的报告，先进的煤化工废水零排放技术吸引了中石化、中石油、中海油、大唐能源化工等与会公司专家的关注，成为本次论坛的一大亮点。
北京沃特尔水技术股份有限公司在2013年9月完成了对美国Oasys Water 的股权投资后，将正渗透这一全球先进的技术引入中国。Oasys Water正渗透技术可以处理含盐量高于70000ppm的高浓盐水，广泛应用于石油化工、煤化工、电力、冶金等领域，帮助客户实现高浓盐水的零排放及近零排放，同时大大降低客户的投资及运行费用。
VMAT震动膜技术及其在煤化工RO浓盐水再浓缩领域的应用
香港正昌资源及科技有限公司
在过往的20多年，利用膜技术进行固液分离越来越普遍，但在广泛应用中，膜堵塞仍是主要障碍。通量下降的主因是在过滤过程中，在膜表面产生一层屏障。这层屏障取代原有的膜进行过滤，所以改变了原有膜的分离效果。因未能妥善处理膜结垢现象，所以膜分离只能局限于低含固量方面的应用。
为了减低膜面屏障形成，多采用高流速将母液冲刷膜表面，或称为错交流。利用错交流方式产生高剪切力并不合算，因此只能适用于较稀的母液。如加大膜表面流速，膜的出入压力差增大，同时加快堵塞屏障形成，通流量则下降更快
除了使用错交流外，另一方法是在膜面产生强大剪切波。此技术成为VMAT震动膜。VMAT工作时，膜猛烈来回运动，运动方向与膜面平行，进液流速在膜间相对缓慢前进。薄膜超频来回运动把固体或堵塞层从膜面提升，再混合进液中。此强大的剪切力使膜通量相比错交流方式提高3至10倍。
随着国家对环境保护日趋重视，水资源回收和零排放（ZLD）成为大型化工项目的必要要求。一般生产污水通过化学沉淀，酸碱调整会产生盐水，通过RO脱盐，还剩下约20000ppm的浓盐水，再通过后续蒸发回收，达到最终的零排放。为了节能和降低蒸发成本，2012年，大唐国际克什克腾旗40亿立方米/年煤制气项目的零排放项目采用了5台i84正昌VMAT震动膜，用以RO浓盐水的再浓缩。
正昌提供的震动膜纳滤技术，把RO浓水进行深度浓缩，震动膜具有极高的膜面剪切力和宽通道设计，能更有效提升浓缩比，大幅减少多价离子结垢，同时大幅减少蒸发量，减低蒸发投资，减低蒸发成本。正昌震动膜作为国家煤制气浓盐水零排放示范工程的首次成功应用，为今后的项目奠定了良好基础，为国家的环保事业起到了积极的示范作用。