“十二五”煤气化技术百舸争流

煤气化是新型煤化工的龙头技术,技术发展得好坏,直接关系着整个煤化工产业的发展。“十二五”期间,中国各种新型煤气化技术根据企业的不同需求,大型化、精细化步伐不断加快,安稳长满优成为常态,不仅助推了氮肥、甲醇产业原料结构的大调转,而且推进了现代煤化工的稳定发展。

无烟煤供应紧张 企业渴求新技术

据了解,合成氨和甲醇的原料都是以无烟煤为主。以合成氨生产氮肥为例,2010年,全国氮肥行业用煤总量为8534.5万吨,占全国煤炭产量的2.6%;氮肥用无烟煤量为5260.8万吨,占全国氮肥原料煤总量的87%。而氮肥用无烟煤中又以无烟块煤为主,大多采用间歇式固定床煤气化(UGI)技术。然而,无烟煤仅占中国煤炭总产量的18%,随着煤炭行业机采率的提高,2010年前后块煤率已经降至15%左右。当时与全国煤炭供应紧张的形势相比,无烟煤供应更加紧张,无烟块煤供应则是紧上加紧。

“2010年无烟块煤、无烟粉煤、天然气和电力等平均进厂价格比2005年分别增长了114%、83%、50%和34%,而同期尿素价格只增长了3%,行业效益严重受挤。”全国新型煤气化委员会、全国化肥工业总站常务副站长郑伟中在接受中国化工报记者采访时说,“由于无烟煤的价格当时是烟煤价格的近2倍,这就造成越来越多的企业,走上去无烟煤的道路。”

“2012年,中国拥有各种类型的煤气化炉9000多台,其中化工行业就有4000余台,绝大部分以UGI炉为主。如果用天然气生产合成氨的成本估算成1,那么用油做的是1.5,用煤做的就是2。由此看来,煤制合成氨的成本最高。如果不能在技术上尽快地实现升级,煤头企业将面临不小的生存压力,而这恰好给新型水煤浆煤气化技术的推广提供了一个广阔的发展平台。”GE气化业务中国区总经理董宏海2012年的话,也反映了企业对新型煤气化技术的期许。

而中国工程院院士、清华大学教授倪维斗“到2020年,中国对煤气化炉的需求量将达到2250套”的研判,更是点燃了企业对新型煤气化技术的渴求。

多种技术突飞猛进 调整行业原料结构

记者调查发现,2010年,中国以煤、天然气、油和焦炉气为原料的合成氨产量比例分别为76.2%、21.9%、1.3%和0.3%;2015年,中国以煤、天然气和焦炉气为原料的合成氨产量比例分别为76%、22%和2%。其中,以非无烟煤为原料的产能比重由10%提高到24%,提高了14%;以无烟煤为原料的合成氨产能比重由65%下降至51%,下降了14%。

非无烟煤使用比例的提高,是煤气化技术进步的结果。“现在阳煤化机正对阳煤丰喜临猗公司的日投煤750吨气化炉进行半废锅流程改造(清华炉3.0技术或第三代清华炉气化技术),改造投产后,预计每小时能副产4.0兆帕、35~40吨高品位蒸汽,1吨蒸汽按100元计算,1小时就是3500~4000元,1个月就是270万元左右,吨甲醇可以降低90元左右,节能效果、经济效益非常明显。”山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司执行董事、山西阳煤化工机械(集团)有限公司董事长李广民在接受中国化工报记者采访时说,“丰喜临猗公司目前老厂采用无烟煤固定层间歇式煤气化技术(UGI),新厂采用清华炉气化技术,现在老厂赔钱,新厂赚钱,上述改造完成后,新厂的气化技术将得到较大水平的提高,盈利能力将提升一个级别。”

据了解,李广民所说的老厂是丰喜集团临猗分公司一厂,年产36万吨合成氨、5万吨联醇、60万吨尿素,采用间歇式固定床无烟块煤为原料制半水煤气工艺,目前共3套系统;新厂是指丰喜集团临猗分公司二厂,年产甲醇30万吨,采用清华炉水煤浆制气低压甲醇合成工艺,也是3套系统。

其实,丰喜集团早在“十五”期间就和清华大学合作开展第一代清华炉气化技术的研制; 2012年,第二代清华炉气化技术在临猗公司成功应用;2013年,阳煤化机联合清华大学、丰喜集团等单位共同组成研发团队,承担了“十二五”山西省科技重大专项——水煤浆水冷壁气化炉的开发与制造项目,成功突破了气化温度低、无法燃烧劣质煤、排渣易堵塞、运行周期偏短等制约煤气化的关键瓶颈,并将这一科技成果成功实现工业化应用(清华炉2.5代)。

据了解,截至2014年年底,全国合成氨装置采用清华炉气化技术的7台,产能48万吨;甲醇装置采用3台,产能30万吨。2015年已经投产并平稳运行的有新疆天智辰业化工有限公司2台6.5兆帕日投煤1550吨的气化炉;山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司焦炉气综合利用生产尿素联产LNG转型升级项目的2台已经稳定运行;正在安装的阳煤集团寿阳化工有限责任公司40万吨/年乙二醇项目、阳泉煤业集团平定化工有限责任公司乙二醇项目(一期)、新疆国泰新华各2台;制作完成待提货的有6台;正在制造的还有6台。

“不仅清华炉得到较快发展,而且多喷嘴对置式气化、航天煤气化技术、多元料浆气化、碎煤加压气化、两段式粉煤气化,还有GE水煤浆气化壳牌粉煤气化、科林(CCG)粉煤气化、西门子(GSP)粉煤气化等也得到较快的发展,对中国原料煤结构的调整起到了重要的作用。”郑伟中说。

“2010年年底,全国合成氨企业472家,产能6560万吨,已建和在建的水煤浆、干煤粉加压气化装置分别有66台、36台,合成氨能力分别为706万吨、768万吨,其中42%建成投产,投产产能620万吨,新型煤气化产能不到总产能的10%。”郑伟中介绍说,“到2014年年底,全国合成氨企业数331家,采用新型煤气化技术企业数49家,占比14.8%;采用新型煤气化已建成投产的水煤浆、干煤粉、碎煤加压气化装置分别有75台、20台、35台,合成氨能力分别为957.5万吨、578万吨、286万吨,投产产能1821.5万吨,产能提高了2倍多,占全国合成氨总产能的24.6%。”

除了合成氨行业,甲醇行业的原料结构也得到了调整。据郑伟中介绍,2014年底,全国甲醇企业345家,采用新型煤气化技术企业61家,占比17.7%;全国甲醇产量4540.1万吨,采用新型煤气化技术的产品产量2343.5万吨,占比51.6%;已建成的水煤浆、干煤粉、碎煤加压气化装置分别有127台、28台、24台,甲醇能力分别达2531万吨、1027万吨、250万吨,投产产能3808万吨。

中国石油和化学工业联合会会长李寿生曾在2015年8月中国氮肥工业协会组织召开的一次氮肥、甲醇行业发展研讨会上指出,中国化肥行业已经到了转型发展的关键时期,企业要加强重大关键技术及装备开发,对已建成投产的先进煤气化炉做好达产达标工作,同时根据原料结构调整的要求,集中力量优化先进煤气化技术,改善原料结构,力争到2020年采用非无烟煤的合成氨产能占比从目前的24%提升至40%左右,采用常压无烟煤的合成氨产能从目前的51%下降到41%。

单炉容量不断升级 推动行业稳步发展

大型化是煤化工的发展方向,也是煤气化的发展方向。“十二五”期间,全国煤气化技术的“最大”一次次被刷新;首台首套不断涌现;GE炉、壳牌炉、清华炉、航天炉、GSP炉、多喷嘴对置式气化炉等新型加压气化技术应用范围不断扩大,推动了中国新型煤化工行业的稳步发展。

UGI炉以无烟块煤为原料,尤其适宜高灰熔点煤炭气化,单位能耗低、利用率高、投资省、安全性能好、操作简便,是最适合晋城无烟块煤的气化技术工艺。河南心连心、山西天泽等使用UGI炉的企业能耗水平处于以煤为原料的合成氨企业前列。但是,UGI炉日消耗煤量最大为70吨,1个百万吨煤制油项目日消耗煤量达1万多吨,如果用UGI炉,至少需要150台。如果选用大型炉,只用四五台就足够了,因为大型气化炉日消耗煤量最少为600吨,多的日消耗2000~3000吨,比UGI炉多10~30倍。

2012年9月3日,首套水煤浆水冷壁气化炉在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果专家鉴定。中国工程院院士谢克昌、倪维斗、岑可法、秦裕琨以及方德巍等煤化工领域的知名专家组成的专家委员会一致认为,水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术成果具有显著创新性,拥有自主知识产权,同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点,综合性能优异,具有明显的经济效益和社会效益,总体技术处于国际领先水平。

“装备大型化、产品精细化、能量梯级利用和节能减排是国内煤化工的发展方向。‘十二五’期间,GE大型化气化炉在国内受到众多业主的青睐。”通用电气神华气化技术有限公司营销经理方斌介绍说,神华包头60万吨/年煤制烯烃项目是世界首套煤制烯烃工业装置。该项目采用美国GE公司的水煤浆气化技术,共7台单炉日投煤量为1500吨的气化炉,包括煤浆制备、气化、渣水处理等工序,7台气化炉5开2备,2011~2013年项目年均实现净利润约10亿元。

据了解,采用GE水煤浆气化技术的还有中煤集团陕西榆林能源化工有限公司的煤制烯烃项目,年生产甲醇约360万吨,烯烃产能达120万吨;中天合创的煤炭深加工项目,项目采用14台900立方英尺气化炉在6.5兆帕的高温操作压力下运行,气化炉单炉投煤量约1500吨/天,每年合成约360万吨甲醇;蒲城清洁能源化工180万吨甲醇制烯烃项目,通过采用8.7兆帕高压气化配置提高产能,其单炉投煤量达到2350吨/日。

除了GE水煤浆气化技术,多喷嘴对置式气化技术的大型化,在“十二五”期间也取得了进展。2011年11月25~28日,江苏灵谷化工有限公司日处理煤2000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置通过现场连续72小时考核;2013年4月19日,中国石油和化学工业联合会在北京组织了对该技术的成果鉴定会。鉴定意见认为:该成果创新性强,总体处于同类技术的国际领先水平。

如果说2000吨级是煤气化技术的一次升级,那么3000吨级更是多喷嘴对置式水煤浆气化技术的一次飞跃。2015年12月25日,由华东理工大学与兖州煤业股份有限公司共同承担的国家“863”计划3000吨/日级超大型煤气化关键技术研发及示范主题项目在北京通过验收。项目首席科学家、华东理工大学于广锁教授介绍,在该校与兖矿集团兖州煤业股份有限公司的积极配合下,由兖矿集团内蒙古荣信化工有限公司承担建设的180万吨/年煤制甲醇项目一期工程,顺利完成了3套日处理煤3000吨级的超大型多喷嘴对置式水煤浆气化工业示范装置的建设。该工业装置自2014年6月24日首次投料试运行以来,各项工艺参数运行正常,装置整体运行状况良好,经济技术指标先进、运行平稳,为依托企业创造了较好的经济效益,在国内外产生了广泛的影响。

此外,2014年3月下旬,西门子(中国)有限公司与北京杰斯菲克气化技术有限公司在京发布其研发的SFG850新型气化炉。北京杰斯菲克气化技术有限公司市场总监马凤桥表示,随着超大型气化炉项目的推进,气化效率相差几个百分点,一年的运行费用就会相差几亿元。这几亿元的效益差距,往往就可能是一个项目从盈利到亏损的反转。而整个项目能效的提高,有赖于项目总体联合各段技术专利商协同工作。

除了以上几种技术,最后不得不说说壳牌煤气化技术。作为在中国应用的第一种干粉加压气流床煤气化技术,壳牌煤气化技术不但给中国传统的煤气化带来了先进的技术和全新的理念,同时也大大地促进了国内干粉气流床技术的发展,因此被应用于国内多个煤化工项目。比如,大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司年产46万吨煤制烯烃项目,气化炉是3台每天单台可处理干燥原煤2870吨的六烧嘴壳牌煤气化炉,目前运行平稳;又比如,云南天安、中石化、安庆、神华煤制油等多家采用壳牌先进煤气化工艺的企业,已取得单炉连续高负荷运行超过120日的业绩,实现了百日常态化;而双环、柳化、永城等多套壳牌煤气化装置累计运行超过300天,其中最高纪录是338天。据悉,壳牌已经实现98%的关键设备国产化率,不但减少了投资和备品备件成本,而且对提高中国煤化工过程装备制造水平具有积极意义。

国家能源局原局长张国宝曾指出,中国煤化工发展比较快,是全球最大的煤气化市场,做好先进煤气化技术推广,不仅可以为中国能源替代战略作出贡献,而且还可以走出去,为煤炭资源占能源比重大的国家输出技术。

但记者发现,中国煤气化技术虽然在“十二五”时期跃上了新台阶,但整体还处在各自为战、群雄割据的阶段,走出去局面尚未全面开启。有专家认为,“十三五”期间,如何用绿色、环保、高效的现代煤气化技术与“一带一路”沿线国家共享,将成为一个新的重要课题,有待中国煤气化领域各路英豪去开拓、实践和取得新成果。(中国化工报)

评论/提问

暂无评论/提问