粉煤氣化——讓“三高”煤變劣為優(yōu) —— 文章正文2015-12-04

　　圖①貴州開陽化工粉煤氣化技術廠區(qū)。(本報記者 黃永卓 攝) 

　　業(yè)內(nèi)專家表示，在國內(nèi)劣質(zhì)煤占總儲量80%以上的情況下， 科林CCG粉煤氣化技術在貴州開陽項目的成功應用，對貴州當?shù)啬酥寥珖?ldquo;三高”劣質(zhì)煤的綜合高效利用提供了先例，可全面促進我國煤炭加工利用領域的產(chǎn)業(yè)升級，帶動我國煤化工制造業(yè)的發(fā)展，并能夠充分保障我國在能源領域的安全。

　　技術已獲成功應用

　　中國化工報記者了解到，我國首次引進的德國科林CCG粉煤氣化技術已在貴州開陽50萬噸/年合成氨項目獲得成功應用。該項目引進兩套日投煤量1500噸的科林CCG粉煤氣化爐，于2010年底動工建設，2012年10月氣化爐首次點火開工， 2013年1月打通合成氨裝置流程，2013年2月轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)階段。截至目前，氣化裝置已經(jīng)實現(xiàn)滿負荷連續(xù)運行。

　　該項目煤種為貴州本地“三高”劣質(zhì)煤(高灰、高灰熔點、高硫分)，其灰熔點為1500℃，平均灰分26%，硫含量大于3%，鉀鈉氧化物平均含量超過4%，采用的科林粉煤氣化爐是世界上首套完全應用“三高”劣質(zhì)煤種的大型粉煤氣流床氣化裝置，為貴州當?shù)厣踔寥珖?ldquo;三高”劣質(zhì)煤的綜合高效利用開創(chuàng)了先例。這也引發(fā)了煤化工及相關行業(yè)人士對煤化工清潔能源技術的進一步關注。

　　德國科林工業(yè)技術公司亞太區(qū)工程技術總監(jiān)劉崇國介紹說，該氣化技術最大的優(yōu)點是頂置三燒嘴結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設計能夠確保氣化室的流場分布更合理，燃燒反應更充分，具有較高的氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率。在該項目中，氣化裝置粗合合成中有效氣成分(CO+H2)平均值為90%，碳轉(zhuǎn)化率達到98%以上。固體排渣中，粗渣排放量占整個氣化裝置固體排放量的70%左右，粗渣中的殘?zhí)夹∮?%，實現(xiàn)了當?shù)亓淤|(zhì)煤種的高效轉(zhuǎn)化。

　　劉崇國說，多燒嘴頂置結(jié)構(gòu)設計不但分布更加合理，而且單個燒嘴的設計相對簡單，每個燒嘴對應單獨的氧氣路和煤粉路，可實現(xiàn)獨立控制。除此之外，多燒嘴結(jié)構(gòu)設計更有利于氣化爐的大型化。

　　在環(huán)境保護方面，由于該氣化爐設計合理，氣化爐內(nèi)的掛渣均勻，氣化溫度可以提高到1600℃以上;氣化廢水中的COD平均值小于200mgO2/l，NH3-N平均值小于100mg/l，灰水的平均濁度僅有15mg/l，廢水經(jīng)簡單處理后可實現(xiàn)完全回用。在固體廢棄物排放方面，氣化裝置產(chǎn)生的灰渣是良好的建筑材料，可以直接就地轉(zhuǎn)化。

　　據(jù)劉崇國介紹，科林氣化技術除了具有良好的技術指標外，在運行費用和整體投資上也具有較強的優(yōu)勢?？屏謿饣癄t可以在3.8MPa壓力下實現(xiàn)50%~110%的負荷調(diào)節(jié)，原始開車時可直接在3.8MPa壓力下半負荷投煤生產(chǎn)，產(chǎn)生的合成氣直接送往變換裝置，避免了低壓投料時產(chǎn)生的大量合成氣放空問題，可以大大節(jié)約開車階段的消耗成本。另外，該項目除了燒嘴等部分專利設備從德國進口外，其他設備已經(jīng)全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，整體投資較低。

　　據(jù)記者了解，目前我國的煤氣化技術主要是運用煤氣發(fā)生爐進行煤氣轉(zhuǎn)換。中小型企業(yè)運用的煤氣化技術主要是碳煤氣化技術，也就是通常說的煤氣發(fā)生爐，主要通過煤氣發(fā)生爐供應可燃燒的煤氣進行產(chǎn)品的加熱加工等。比較大型的企業(yè)有粉煤氣化技術，也稱為粉煤氣化煤氣發(fā)生爐，新型粉煤氣化爐由粉煤烘干系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃燒室、氣化室、凈化室、冷卻系統(tǒng)等組成。目前，兗礦集團煤化工項目在多處使用此技術，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

　　圖②大唐克旗煤制氣裝置區(qū)一角?！?本報記者 陳丹江 攝)

　　粉煤氣化凸顯技術優(yōu)勢

　　目前，國際上比較先進的粉煤氣化技術是干法粉煤加壓進料，以氧氣作為氧化劑并通過液態(tài)排渣的煤氣化技術。該技術工藝包括煤粉制備系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、氣化與激冷、合成氣凈化系統(tǒng)及黑水處理等單元。這一技術具有煤種適應性強、技術指標高、整體投資低、運行維護費用低、節(jié)能環(huán)保突出等優(yōu)點。

　　據(jù)貴州開陽化工有限公司副總經(jīng)理郭成太介紹，目前，在國內(nèi)，除了科林CCG粉煤氣化技術已成功應用于貴州開陽化工50萬噸/年合成氨裝置外，2013年7月上旬，內(nèi)蒙古康乃爾化學工業(yè)有限公司與科林公司就60萬噸/年(一期30萬噸/年)乙二醇項目簽署了科林CCG粉煤氣化技術授權與技術服務合同。該項目位于內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗，采用兩臺科林CCG粉煤氣化爐(單臺日投煤量1200噸)，計劃于2015年9月建成。

　　“粉煤氣化技術可以把價格低廉、直接燃燒污染較大的煤、石油焦等原料轉(zhuǎn)化為清潔的、高附加值的有效氣，即一氧化碳與氫氣。有效氣是生產(chǎn)化工產(chǎn)品的基本原料，可用于生產(chǎn)合成氨、醇、醚、烴類、合成天然氣等高附加值化工產(chǎn)品，以及汽、柴油燃料，可有效替代傳統(tǒng)石油天然氣化工產(chǎn)品，為我國的化工生產(chǎn)和能源安全提供一種切實可行的替代選擇，為客戶打造下游產(chǎn)業(yè)鏈奠定良好基礎。”郭成太介紹說。

　　山東兗礦國拓科技工程公司工總工程師許廣宇指出，與碎煤加壓、水煤漿等氣化技術相比，干煤粉氣化技術對煤種的適應性最強，可以成功轉(zhuǎn)化高灰分、灰熔點、高硫分的煤種，對新疆地區(qū)高堿金屬離子的煤種也具有較強的適應性，同時可以利用內(nèi)蒙古和陜西北部等地區(qū)的劣質(zhì)煙煤、褐煤實現(xiàn)本地煤炭資源的清潔、環(huán)保、高效轉(zhuǎn)化。

　　許廣宇說，干煤粉氣化技術可轉(zhuǎn)化劣質(zhì)煤種，氣化廢水主要污染物COD和氨氮指標未經(jīng)任何處理可達到中小化肥企業(yè)二級排放標準，而經(jīng)簡單處理可實現(xiàn)完全回用。本技術將填補我國在大型粉煤氣化技術開發(fā)領域的一項產(chǎn)業(yè)空白，并使我國成為世界上唯一掌握3000噸級粉煤加壓氣化技術的國家，可全面促進我國煤炭加工利用領域的產(chǎn)業(yè)升級，帶動我國煤化工制造業(yè)的發(fā)展，并能夠充分保證我國在能源領域的安全。

　　據(jù)許廣宇介紹，目前全世界的煤氣化技術多達幾十種，按照應用規(guī)模和技術特點劃分主要歸納為碎煤固定床氣化技術、流化床氣化技術、水煤漿氣流床氣化技術、粉煤氣流床氣化技術等幾種類型。

　　其中，粉煤氣化技術關鍵設備氣化爐內(nèi)安裝有水冷壁，氣化室反應溫度最高可達到2000℃以上。據(jù)了解，水冷壁的主要作用是阻擋高溫直接作用到氣化爐爐壁(外殼)，起到隔熱作用，并可以副產(chǎn)低壓蒸汽，而爐壁(外殼)則起到承受爐內(nèi)高壓的作用。位于明火一側(cè)的水冷壁覆蓋了一層SiC敷料，該設計的目的是為了保護水冷壁，并使水冷壁易于掛渣，形成渣層，從而起到以渣抗渣的作用。

　　粗合成氣和渣離開氣化室后，共同形成一股向下的流體，氣化室出口的結(jié)構(gòu)要保證在緊隨其后的激冷工段形成理想的流動體。激冷室裝有激冷環(huán)、導氣管及破沫板，起到對粗合成氣的激冷作用。該氣化技術最大的優(yōu)點是頂置三燒嘴結(jié)構(gòu)，多燒嘴結(jié)構(gòu)設計，更有利于氣化爐的大型化。

　圖③殼牌氣化反應裝置區(qū)。 (王一 供圖)

　　產(chǎn)業(yè)前景遠大

　　從國際和國內(nèi)市場來看，粉煤氣化技術面臨廣闊的應用前景。

　　從國際市場看，世界常規(guī)石油可采資源量為4138億噸，石油探明總儲量為1567億噸。一些專業(yè)機構(gòu)預計，以目前的開采速度計算，全球石油儲量可開采30~40年。隨著石油資源的日漸枯竭，在新能源普遍應用之前，煤炭資源的能源轉(zhuǎn)化將是世界能源發(fā)展的重要一環(huán)。

　　全世界擁有煤炭資源的國家超過80個，主要分布在亞太地區(qū)、北美洲、歐洲及歐亞大陸，這些地區(qū)恰恰是資源消耗較大的地區(qū)。據(jù)了解，由于國際油價長期高位運行，車用石油燃料替代一直是世界各國十分關注的課題，但目前都面臨著諸多問題。如，甲醇和乙醇燃料在儲運、分配、使用上都與傳統(tǒng)的汽油相近，二甲醚與液化石油氣相近，燃燒性能較好、清潔，因而受到國際重視。但由于種種非技術原因，一直沒有能在西方大量推廣使用。

　　在國內(nèi)市場方面，為適應我國缺少石油、天然氣而富煤炭的國情，從能源和燃料的整體結(jié)構(gòu)上來看，利用煤炭高效轉(zhuǎn)化清潔能源的技術將具有較好的發(fā)展前景。為了減少環(huán)境污染，提高煤炭的利用率，降低氧耗和煤耗，拓寬原料煤種的使用范圍，國家已把煤的高效潔凈利用技術列入21世紀的發(fā)展計劃。

　　《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》鼓勵開發(fā)IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術，促進煤炭的清潔高效利用，降低環(huán)境污染。

　　最近，國務院發(fā)布了《中國的能源狀況與政策》明確提出，推進關鍵設備技術創(chuàng)新，鼓勵發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，推進煤炭氣化及加工轉(zhuǎn)化等先進技術的研究開發(fā)，發(fā)展以煤氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)技術，提升裝備制造水平，鼓勵發(fā)展大型煤化工成套設備，研制煤炭液化和氣化、煤制烯烴等成套設備，發(fā)展3000噸級大型粉煤加壓氣化爐是當前的重要課題。

　　據(jù)了解，在我國煤炭資源儲量分布中，劣質(zhì)煤占煤炭儲量80%以上，粉煤氣化技術可轉(zhuǎn)化項目本地劣質(zhì)煤種，每年可以節(jié)約原料成本60億元。

　　許多業(yè)內(nèi)人士認為，粉煤氣化技術屬于清潔、環(huán)保、高效氣化技術，環(huán)保優(yōu)勢明顯，不僅可以高效轉(zhuǎn)化當?shù)亓淤|(zhì)煤種，大量節(jié)約原料成本，而且煤炭的碳轉(zhuǎn)化率可達99%以上，固體廢渣中的殘?zhí)剂啃∮?%，可以作為優(yōu)良的水泥原材料。同時，由于粉煤氣化技術在中國已經(jīng)發(fā)展了十幾年，有成熟的工程化隊伍和技術儲備，對于裝置放大過程中的技術風險完全可控。該類技術的成功應用，可以實現(xiàn)劣質(zhì)煤的高效能效轉(zhuǎn)化，對保障我國技術、經(jīng)濟、能源、社會等領域的效益和安全具有重要的現(xiàn)實意義。

　　圖④一家公司的灰熔聚氣化反應裝置。(李凡 供圖)