探路油氣聯(lián)產(chǎn)

沈小波

以魯奇爐等氣化爐為契機(jī)，一種新的油氣聯(lián)產(chǎn)方案正進(jìn)入煤制油業(yè)主方的視野。通過分離煤氣化后與合成氣（一氧化碳和氫氣）混在一起的甲烷，最終獲得油品和天然氣兩大類產(chǎn)品，提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性和能源效率。

伴隨新一輪百萬(wàn)噸級(jí)煤制油項(xiàng)目推進(jìn)，已有數(shù)個(gè)項(xiàng)目正在考慮油氣聯(lián)產(chǎn)解決方案。相關(guān)可行性報(bào)告及經(jīng)濟(jì)性分析正在探討之中。由于涉及必須氣體分離，變壓吸附與深冷路線優(yōu)劣也在方案比較內(nèi)容之中。

但在煤制油產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑中，油氣聯(lián)產(chǎn)與最新的干煤粉氣化技術(shù)正齊頭并進(jìn)，未來(lái)將隨項(xiàng)目落地投產(chǎn)，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中驗(yàn)證彼此的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而在將來(lái)決定油氣聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展空間。但在當(dāng)下，立足新一輪煤制油工業(yè)項(xiàng)目，油氣聯(lián)產(chǎn)以相較示范項(xiàng)目更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性，為煤制油新項(xiàng)目提供了產(chǎn)品方案多樣化選擇。

集成技術(shù)

最近數(shù)個(gè)月來(lái)，達(dá)科特能源科技公司董事長(zhǎng)助理夏凡一直處于繁忙之中。他出差，和甲方溝通，催促公司技術(shù)人員出具報(bào)告。伴隨煤制油領(lǐng)域新起的油氣聯(lián)產(chǎn)概念，達(dá)科特這家傳統(tǒng)的氣體分離設(shè)備供應(yīng)商嗅到了新的商機(jī)。

所謂油氣聯(lián)產(chǎn)，從廣義來(lái)看屬于多聯(lián)產(chǎn)概念。由于采用個(gè)別氣化爐型，煤制油在氣化環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生合成氣（一氧化碳和氫氣）和部分甲烷，油氣聯(lián)產(chǎn)即在氣化環(huán)節(jié)分離出甲烷氣，凈化、除雜之后，生產(chǎn)天然氣或LNG。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)為兗礦、潞安等煤制油項(xiàng)目，出具了具體方案。”夏凡告訴《能源》雜志記者，油氣聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是分離出混合氣中的甲烷氣，氣體分離設(shè)備必不可少。

中科合成油公司副總經(jīng)理曹立仁介紹說，與其他新技術(shù)不同，油氣聯(lián)產(chǎn)是一種集成技術(shù)，所集合的都是成熟的技術(shù)。包括主線煤基費(fèi)托合成油技術(shù)，以及支線混合氣分離出甲烷，除雜、凈化并制成天然氣及后續(xù)LNG。

最先采用油氣聯(lián)產(chǎn)方案的是潞安16萬(wàn)噸煤制油項(xiàng)目。該項(xiàng)目與伊泰示范項(xiàng)目不同，氣化環(huán)節(jié)采用魯奇爐（伊泰為水煤漿爐），魯奇爐氣化過程除產(chǎn)生合成氣外，還會(huì)產(chǎn)生12%左右甲烷氣（實(shí)際為10%左右）。

在此之前，潞安項(xiàng)目流程中所產(chǎn)生的甲烷主要用來(lái)生產(chǎn)合成氨。據(jù)夏凡介紹，目前達(dá)科特已經(jīng)提交給潞安氣體分離具體方案。據(jù)了解，潞安煤制油示范項(xiàng)目每小時(shí)需處理混合氣約16.5萬(wàn)立方米，其中需分離的甲烷氣每小時(shí)約2萬(wàn)方。“按年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算，年生產(chǎn)天然氣約1.6億立方米，制成LNG銷售價(jià)格更高。”夏凡說，年額外將增加銷售收入超過5億元，而整體設(shè)備投資不超過2億元，此外就是運(yùn)行成本，“利潤(rùn)非常可觀。”

目前興安盟百萬(wàn)噸級(jí)煤制油項(xiàng)目在規(guī)劃之初，即加入了油氣聯(lián)產(chǎn)概念。該項(xiàng)目目前正在考察選擇氣化工藝，最終該項(xiàng)目生產(chǎn)的甲烷氣亦將提升一個(gè)量級(jí)。“該項(xiàng)目每小時(shí)處理混合氣將達(dá)110萬(wàn)立方米。”夏凡說，由于規(guī)模擴(kuò)大，利潤(rùn)亦將提升。

據(jù)了解，著眼于優(yōu)化油氣聯(lián)產(chǎn)方案，中科合成油考察了新奧正在開發(fā)的催化氣化技術(shù)。目前該技術(shù)使用的氣化爐，內(nèi)部暫命名為ENN（新奧）爐。目前該爐型有日處理5噸規(guī)模實(shí)驗(yàn)爐型正在運(yùn)行。

據(jù)新奧催化氣化項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人畢繼誠(chéng)介紹，該爐型2012年12月開始運(yùn)行，目前已經(jīng)具備了工業(yè)化示范的的條件。據(jù)了解，催化氣化技術(shù)理論上，氣化環(huán)節(jié)可產(chǎn)生25%比例的甲烷氣，“實(shí)際不會(huì)小于20%。”畢繼誠(chéng)說。

新奧推動(dòng)這一技術(shù)發(fā)展，著眼于當(dāng)下煤制氣機(jī)遇，但對(duì)于新提出的油氣聯(lián)產(chǎn)概念，新奧催化氣化技術(shù)同樣具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。據(jù)了解，新奧催化氣化技術(shù)亦是興安盟煤制油項(xiàng)目考慮技術(shù)之一。“如果采用新奧的催化氣化技術(shù)，興安盟煤制油項(xiàng)目油氣比例將達(dá)到各一半。”夏凡說。

興安盟煤制油項(xiàng)目、潞安煤制油項(xiàng)目之外，兗礦煤制油項(xiàng)目亦在考慮油氣聯(lián)產(chǎn)方案。據(jù)兗礦未來(lái)能化公司總經(jīng)理孫啟文介紹，兗礦榆林煤制油項(xiàng)目采用水煤漿技術(shù)，氣化環(huán)節(jié)只產(chǎn)生極少量甲烷。但在一期項(xiàng)目第二、三條生產(chǎn)線中，高溫費(fèi)托合成環(huán)節(jié)，將產(chǎn)生相當(dāng)比例的甲烷氣。“目前我們正在做方案，也在做研究，究竟最后是全部產(chǎn)油，還是采用油氣聯(lián)產(chǎn)方案，還沒有確定。”孫啟文說。

分離工藝之爭(zhēng)

油氣聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵在原先煤基制油路線上，附加一條氣體分離設(shè)備。而氣體分離，目前國(guó)內(nèi)主要工藝路線分深冷和變壓吸附兩種。

達(dá)科特氣體分離走變壓吸附路線。據(jù)夏凡介紹，達(dá)科特在油氣聯(lián)產(chǎn)氣體分離方面十分成熟。“我們有現(xiàn)成的一氧化碳和甲烷吸附劑。”夏凡說，由于合成氣中氫氣分子直徑與一氧化碳、甲烷差別較大。油氣聯(lián)產(chǎn)中氣體分離環(huán)節(jié)主要是分離一氧化碳和甲烷。“是通過甲烷吸附劑吸附甲烷，還是用一氧化碳吸附劑吸附一氧化碳，這兩個(gè)方案我們都在研究，比較經(jīng)濟(jì)性。”

變壓吸附工藝之外，是深冷工藝。事實(shí)上，由沙索公司投資運(yùn)營(yíng)的世界第一套煤制油裝置，其中即采用油氣聯(lián)產(chǎn)路線，其中分離氣體即采用深冷工藝。相對(duì)于變壓吸附工藝，需要特制的吸附劑外，深冷工藝主要在低溫環(huán)境下，根據(jù)不同氣體液化溫度不同，進(jìn)行分離。

據(jù)了解，達(dá)科特內(nèi)部曾對(duì)深冷工藝和變壓吸附工藝進(jìn)行過技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較。達(dá)科特總工程師余蘭金介紹說，深冷工藝十分成熟，但整體設(shè)備投資和運(yùn)行能耗高，更重要的是經(jīng)深冷液化甲烷后的合成氣壓力損失較大，對(duì)合成油的工藝過程造成一定的不利因素。

達(dá)科特以潞安16萬(wàn)噸煤制油項(xiàng)目為模板比較了深冷工藝和自身所有的變壓吸附路線。據(jù)了解，變壓吸附工藝與深冷工藝設(shè)備投資相當(dāng)，但在所需功率方面較深冷工藝要降低10%以上，此外變壓吸附分離甲烷后，合成氣壓力更高，更有利于后端的費(fèi)托合成。

賽鼎工程公司亦曾介入到潞安煤制油項(xiàng)目技改方案中。在賽鼎公司董事長(zhǎng)張慶庚看來(lái)，深冷路線相對(duì)變壓吸附成本較高，但在甲烷提純上有優(yōu)勢(shì)。“管道氣甲烷濃度標(biāo)準(zhǔn)是93%，變壓吸附甲烷提濃超過90%很難。”張慶庚說，主要是由于甲烷和一氧化碳分子直徑接近，變壓吸附存在難度。

據(jù)了解，在小規(guī)模處理量上，深冷工藝投入成本更高。如果規(guī)模擴(kuò)大，與變壓吸附的成本差距將會(huì)縮小。夏凡承認(rèn)這一說法。不過他指出，目前達(dá)科特革新了工藝，可以將甲烷濃度提升到93%。而隨規(guī)模擴(kuò)大，深冷工藝所必需的深冷低溫箱容量也需擴(kuò)大，這一因素會(huì)大大增加深冷工藝投資成本。另一方面，每個(gè)氣化爐均配有一套變壓吸附設(shè)備，相對(duì)于深冷工藝集中處理安全系數(shù)高。

目前達(dá)科特結(jié)合了變壓吸附和深冷工藝來(lái)解決甲烷濃度問題。在其提供給潞安的具體方案中，氣體分離前段采用變壓吸附，將甲烷濃度提升了60%-70%，再采用深冷工藝進(jìn)一步提純，以生產(chǎn)合格天然氣，及進(jìn)一步生產(chǎn)LNG。“這樣做方案比純粹使用變壓吸附提純，經(jīng)濟(jì)性要好一些。”夏凡說。

目前確定采用油氣聯(lián)產(chǎn)路線尚僅有潞安一家。其他項(xiàng)目仍然權(quán)衡考慮之中，同時(shí)也正就氣體分離同時(shí)接觸深冷工藝和變壓吸附工藝供應(yīng)商。“目前是否采用油氣聯(lián)產(chǎn)尚未確定，分離工藝只是油氣聯(lián)產(chǎn)方案一部分，現(xiàn)在正在接觸各方了解情況。”孫啟文說。

新方向？

在張慶庚看來(lái)，油氣聯(lián)產(chǎn)只是多聯(lián)產(chǎn)的一種形式。“如果拓展這個(gè)概念，可以不僅僅是氣和油聯(lián)產(chǎn)。”張慶庚說，由于分離出來(lái)的合成氣，理論上可以做任何化工產(chǎn)品。所以只要經(jīng)濟(jì)性合適，可以氣和其他化工品聯(lián)產(chǎn)。“現(xiàn)實(shí)中案例比比皆是，比如分離了甲烷氣，合成氣再去做甲醇。”

但在煤制油領(lǐng)域，由于更換了氣化技術(shù)，油氣聯(lián)產(chǎn)尚是一新生概念。以伊泰煤制油示范項(xiàng)目為例，該工藝采用水煤漿爐，運(yùn)行能效較低。“水煤漿爐首先需將煤制成水煤漿，在爐子中反應(yīng)水會(huì)吸收大量熱，進(jìn)而降低了能效。”夏凡說。正因如此，在新一輪百萬(wàn)噸級(jí)煤制油項(xiàng)目中，普遍采用了新的技術(shù)方案。油氣聯(lián)產(chǎn)只是其中之一。

據(jù)了解，油氣聯(lián)產(chǎn)可以有效提高能效“3-5”個(gè)點(diǎn)，這對(duì)新建煤制油項(xiàng)目通過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裨益不小。“能源局給間接液化的能效標(biāo)準(zhǔn)是42%，如果用水煤漿爐，達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)有相當(dāng)難度。”夏凡介紹說，如改變氣化工藝，走油氣聯(lián)產(chǎn)路線，可以確保達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。

水煤漿爐之外，目前業(yè)內(nèi)較為看好干煤粉氣化技術(shù)。以伊泰集團(tuán)規(guī)劃中的四個(gè)煤制油項(xiàng)目為例，杭錦旗項(xiàng)目和甘泉堡項(xiàng)目均選用航天爐（干煤粉氣化技術(shù)）。據(jù)了解，相對(duì)于水煤漿爐，干煤粉氣化技術(shù)能耗損失更低，能效也更高。“只要平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到能源局規(guī)定能效標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)成為問題。”伊泰集團(tuán)一位內(nèi)部人士透露。

但如采用干煤粉氣化技術(shù)，氣化環(huán)節(jié)基本不產(chǎn)生甲烷，進(jìn)而也不存在油氣聯(lián)產(chǎn)的可能性。在孫啟文看來(lái)，油氣聯(lián)產(chǎn)作為一種產(chǎn)品方案，未來(lái)能在煤制油產(chǎn)業(yè)中占據(jù)何等地位，關(guān)鍵還是取決于其經(jīng)濟(jì)性。“油氣聯(lián)產(chǎn)具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。”孫啟文說，但能否成為一種技術(shù)主流還很難說。

另一方面，油氣聯(lián)產(chǎn)尚面臨審核的難題。由于油氣項(xiàng)目均需上報(bào)國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)。“項(xiàng)目方案改動(dòng)生產(chǎn)天然氣，需重新再走審批流程，而天然氣項(xiàng)目有20億立方米的門檻。”張慶庚說，潞安項(xiàng)目是通過技術(shù)改造的名目，通過山西發(fā)改委報(bào)批。“如果其他油氣聯(lián)產(chǎn)，除非一開始打包報(bào)批，如果半道修改，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，除非讓發(fā)改委以示范項(xiàng)目特別批準(zhǔn)。”

但盡管如此，由于在經(jīng)濟(jì)性和能源效率方面的優(yōu)勢(shì)，油氣聯(lián)產(chǎn)已在煤制油技術(shù)方和業(yè)主方獲得了普遍的重視。中科合成油依托潞安項(xiàng)目，正進(jìn)行油氣聯(lián)產(chǎn)具體實(shí)踐，以進(jìn)一步優(yōu)化，并探討其未來(lái)發(fā)展空間。

孫啟文認(rèn)為，油氣聯(lián)產(chǎn)未來(lái)的發(fā)展受到具體條件的束縛，因?yàn)楦碑a(chǎn)天然氣、管道、市場(chǎng)價(jià)格等均會(huì)影響到項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，最終會(huì)決定煤制油項(xiàng)目是否采用油氣聯(lián)產(chǎn)方案。“從本質(zhì)來(lái)看，油氣聯(lián)產(chǎn)應(yīng)屬于多聯(lián)產(chǎn)的一種。”孫啟文說，“它的出現(xiàn)，豐富了煤制油的產(chǎn)品，提供了一個(gè)多樣性的選擇。”