煤制烯烴項目的煤氣化技術對比分析

摘 要：我國各類中小企業必須依靠自身的資源優勢，采用科學技術進行有效的資源替代是國民經濟持續健康發展的基本要求。對于化工產業來說，則需要發展基礎化工原料，用煤制烯烴技術替代石油生產甲醇，進而生產位于下游產業鏈的聚烯烴、丙烯、乙烯等商品。從國家能源安全的角度來看，利用我國豐富的煤炭資源開發經濟上有利的煤基石油替代產品是一種趨勢。本文將從裝置規模、生產成本及產品適應性等方面對目前國內外主要的煤氣化技術進行分析，并對我國發展煤制烯烴項目的必要性進行探討。

關鍵詞：煤制烯烴;煤氣化技術;對比分析

我國的化學工業隨著國內經濟的不斷發展而發展。中國是一個典型的富煤、缺氣、缺油的國家。因此，用煤化工產品替代石化產品有利于中國能源結構的優化。結合國內煤制烯烴項目中煤氣化、轉化、凈化、甲醇制備、烯烴制備和聚烯烴技術方案的選擇過程，從經濟技術指標和能源轉化效率等方面論證了煤制烯烴項目技術優化集成方案的先進性，并總結了該項目的創新點。

1 煤制烯烴的煤氣化技術

顧名思義，該技術是以煤為原料生產聚烯烴產品，其關鍵工藝和技術包括煤氣化、一氧化碳變換、脫除雜質酸性氣體、空氣分離、甲醇制備和精制蒸餾、甲醇制烯烴（MTO）、聚丙烯、聚乙烯等。其中煤氣化是最重要的。后續裝置的組裝和運行工藝路線由不同的煤氣化方法決定。因此，選擇什么樣的氣化技術方案以及如何實施這些方案對煤化工項目來說是非常重要的。然而，不同煤氣化技術對應的煤種并不完全一致。選取爐型、裝置以及技術類型時都要結合當地情況因地制宜的選擇。

2 煤氣化技術的類型及方案

根據氣化爐的形式，各種煤氣化技術可分為固定床、流化床和氣流床三大類，其中氣流床技術因其環保特性在國內煤化工行業得到了廣泛認可和應用。根據進料方式的不同，分為水煤漿氣化技術（主要是通用電氣德士古、多噴嘴和多組分漿）和以殼牌、GSP、HT-L和TPRI為代表的粉煤氣化技術;根據高溫氣體冷卻方式的不同，可分為自由基冷卻型、廢鍋爐型和廢鍋爐激冷組合型;另外，不同的氣化技術在進料方式的影響下會形成各具特色的氣化壓力。

2.1 技術選擇

目前常用的主要有水煤漿氣化技術、BGL、Shell干煤粉三種，其中第一種是高溫氣化制合成氣。純化后，合成甲醇，然后與甲醇進一步反應制備乙烯和丙烯。最終獲得多品牌聚丙烯和聚乙烯產品。該工藝由GE單噴嘴水煤漿氣化操作。此外，BGL采用BGL塊（碎）煤渣氣化工藝制氣，凈化后得到甲醇。以甲醇為反應原料制備乙烯和丙烯，最終得到多品牌聚丙烯和聚乙烯產品。由于BGL氣化爐生產的合成氣中含有大量的甲烷氣體，一般會回收利用，生產成型天然氣工業產品。因此，通過我們方案的細節，低溫分離過程用于合成氣中甲烷的二次收集。Shell干煤粉氣化技術一般先制備混合氣，凈化后生產甲醇，再與甲醇反應生產乙烯和丙烯，最后生產多牌號聚丙烯和聚乙烯產品。

2.2 進料方式

水煤漿氣化和粉煤加壓氣化有著不同的進料方式。水煤漿氣化制漿后，由高壓煤漿泵送至氣化爐燃燒器。水煤漿進料安全，操作簡便。煤的含水量相對較松，但原煤的灰熔點有一定的要求。干粉被加壓和氣化以供給干煤粉，干煤粉與高壓二氧化碳一起被送到氣化器。煤需要干燥并磨成細粉，而煤的干燥需要消耗一定的熱量，所以煤的含水量越小越好。

2.3 冷卻流程

①廢鍋流程：粗煤氣帶來的高位熱能由廢鍋收集，另一種產品是高壓蒸汽。該工藝熱效率高，可最大限度地收集兩次原煤氣的顯熱，回收相當于原煤最小能量的14%～18%的熱量，使熱煤氣效率達到90%～95%。但是，由于增加了大型復雜的余熱鍋爐，工藝流程長，設備材料要求高，施工難度大，一次性投資和維護費用高;②激冷流程：氣化爐燃燒室與快速冷卻室相連，結構體系更加嚴密。水可以快速冷卻粗煤氣，大量的水蒸氣混合在水冷式粗煤氣中，可以排入變換系統，因此整個過程不需要補充蒸汽。淬火工藝簡單，易于操作。由于氣化爐溫度低，氣化設備投資少，維護工作量少。然而，冷卻過程僅使用氣體的部分顯熱。與廢鍋爐工藝相比，設備投資少，維護工作量少，但熱效率降低5%～8%;③聯合流程：一種集廢鍋流程和激冷流程的優勢于一體的流程，利用廢鍋流程中的冷卻環節與水激冷相結合進行，其熱效率接近純廢鍋流程，有效能效率也有較大程度的提高。

3 幾種工藝對比與分析

3.1 設備規模的對比

空分設備使用分子篩來進行空氣凈化提純、空氣增壓、氧氣內壓縮、提取低壓氮氣的過程，進一步使用增壓機給N2提升壓力，帶中壓空氣加壓機，精餾塔上塔整齊地填充反應物。其中水煤氣化的氧氣規模要求為6～80000m/h，而BGL和Shell干煤粉技術則分別為4*70000/h和6*60000/h。水煤氣化技術對氣化裝置的氣化爐需求為直徑3200mm，啟動時壓力65MPa，氣體產生的速率是96700m3/h，BGL技術則需要操作壓力40MPa、直徑3600mm的氣化爐，氣體產生速率1041000m3/h，Shell干煤粉技術的操作壓力與BGL相同，但需要直徑3800mm的氣化爐，可每小時有效產氣967000m3/h。

3.2 產品適應性

三種工藝下生產的產品適應性具有很大差異，水煤漿氣化工藝得到的合成氣體，氣汽比是1.4，生產合成氨和甲醇是非常對口的，也可以制氫 、羰基合成等用途比較廣泛的氣體;BGL熔渣氣化工藝氣化爐最終合成氣體中甲烷燃氣占6%，適合當IGCC體系的燃料和制備天然氣，制備甲醇需要把混合氣體中的甲烷反應掉。所以使用BGL塊（碎） 煤熔渣氣化工藝要增加深冷分離的相關流程和設備，對含有大量甲烷的混合物進行二次收集后作為副產物售賣，使整個流程變得十分復雜，成本和投資也直線上升：Shell粉煤氣化工藝使用廢熱鍋爐變換，要投放更多的水蒸汽并且使用多級噴水冷卻方式。還有一種辦法是使用更低的水氣比效率，粗略合成氣體中CO2占60%-65%，對CO2變換的提出了更多條件。

3.3 成本的對比

BGL技術在運輸總圖、原料轉運、技術設備、配套熱電的安裝、公用系統和輔助生產設施等全廠性的費用、預備費等基礎費用上比其他兩種技術增加了型煤制備、污水預處理及深冷分離等方面的投資。

3.4 實際項目案例分析

陜西蒲城煤制烯烴項目結合了全廠物料平衡、能耗平衡及所處地實際狀況，選用了GE 德士古8.7MPa高壓大型水煤漿氣化技術。該技術創造了水煤漿氣化壓力世界最高、單爐生產能力世界最大、氣化裝置總生產能力世界最大等三個世界之最，是本項目最大的創新點之一。該項目還采用了低溫甲醇洗工藝、兩個系統配置、單系列對應90萬t/a甲醇氣量的凈化裝置，而在回收硫裝置、甲醇裝置、MTO裝置上則是依賴于國外的先進技術。神華集團在包頭建造的煤制烯烴項目則采用了我國大化所研發的DMTO工藝技術，這種工藝技術與傳統的MTO技術相比，可以在節約50%的投資成本的同時將一氧化碳的轉換率提高到90%。神華寧夏丙烯項目選擇了由中國化工、淮南化工聯合清華大學共同研發的新型MTP技術，打破了依賴國外技術的局面，而且這項新型技術投產后得到的丙烯產物純度可達到99.69%。由于目前甲醇制烯烴技術不夠完善，我國的煤制烯烴項目普遍面臨著國外低成本產品擠壓市場、投資強度較高等問題。

4 結束語

綜上所述，雖然現代新型煤化工產業工藝技術種類繁雜，但各項技術均有其自身的優缺點，只有通過工程設計階段對這些先進技術進行高效集成優化，方能實現整體效益的最優化。因此，新建煤化工項目仍需結合實際情況，加強設計階段的技術集成優化，爭取項目各項效益的最大化。

參考文獻：

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[2]郭磊，張社團，許珂，貫曉一.陜西蒲城煤制烯烴項目設計分析[J].煤炭加工與綜合利用，2018（12）：12-17+8.

作者簡介：

趙倩（1995- ），女，籍貫：山西省原平市，目前職稱：助理工程師，研究方向：煤化工。