60 萬t 甲醇廠煤氣化工藝對比分析研究

尉美玲

（晉能控股煤業集團廣發化學工業有限公司，山西 大同 037036）

1 煤氣化工藝流程及特點

1.1 Texaco 水煤漿氣化工藝流程及特點

Texaco 水煤漿氣化工藝主要通過磨煤機將原煤打磨制成水煤漿，然后利用專用泵將水煤漿輸送至氣化爐井下制氣，如圖1 所示。該技術生產能力大，目前最大的氣化爐生產能力達2 000 t/d，而我國氣化爐最大生產能力已達1 200 t/d，可選用各種煤種井下制氣，如煙煤、無煙煤、高硫煤等，但是對原煤含灰量、灰熔點等要求相對較高，要求含灰量較低以及還原性氣氛下灰熔點應不得高于1 300 ℃、灰渣黏溫特性好等[1-2]。在生產過程中氣壓調校范圍在2.5～8.5 MPa。

圖1 Texaco 水煤漿氣化工藝流程示意圖

采用Texaco 水煤漿氣化工藝優點主要表現在以下幾方面：

1）對原煤要求低。Texaco 水煤漿氣化工藝對原煤要求相對較低，如對原煤顆粒大小、原煤含水率、活化性等要求低，所有可制成要求濃度輸送漿料的含煤固體均可使用。

2）氣化率相對較高。Texaco 水煤漿氣化工藝時水煤漿在進入氣化爐后在高溫高壓作用下水煤漿瞬間轉化為合成氣，轉化率達95%。

3）成本費用低。由于采用Texaco 水煤漿氣化工藝時水煤漿氣化率高，具有高饋給量和高產氣量，從而減少了裝置數量、占地面積以及投資成本，同時可采用低廉煤種作為原料煤，降低了成本費用。

4）回收效率高。采用該工藝可將煤氣轉化后的廢氣固體進行回收，再次循環進行煤漿制作以及煤氣轉化，回收效率高。

1.2 Shell 干煤粉氣化工藝流程及特點

根據進料方式Shell 干煤粉氣化工藝屬于流床氣化，通過對磨碎原料煤、氧氣、蒸汽進行加壓并進入至氣化爐內，在短時間內通過氣化爐蒸餾、加壓等作用完成升溫、揮發分脫除、裂解、燃燒及轉化等反應過程；在氧氣充足條件下原料煤、水分、揮發分等完成燃燒反應，當氣化爐中氧氣消耗完后原料完成其他轉化反應并進入氣化階段，并形成以CO、H2為主的混合煤氣，工藝流程如圖2 所示[3-4]。Shell 干煤粉氣化工藝主要特點表現在以下幾方面：

圖2 Shell 干煤粉氣化工藝流程示意圖

1）Shell 干煤粉氣化工藝對煤的活性、煤的灰熔點要求低，可采用高灰分、高水分、高含硫量的煤種作為原料煤，適用性強，而且工藝在操作過程中采用加壓氮氣輸送方式，連續穩定性好且操作穩定。

2）該工藝在氣化過程中氣化溫度在1 350～1 780 ℃范圍內，原煤量炭化率達99%以上，產品氣體相對潔凈，產品氣中CO、H2等有效氣體體積分數在92%以上，氣體內重烴含量低。

3）Texaco 水煤漿氣化工藝相比Shell 干煤粉氣化工藝耗氧量低，減少了配套空分裝置成本費用，同時在生產過程中生產氣壓為3 MPa，原煤料處理量達2 200 t，生產能力大。

4）氣化爐高溫排出的熔渣經激冷后成玻璃狀顆粒，性質穩定，對環境幾乎沒有影響。氣化污水中含氰化合物少，容易處理，必要時可做到零排放，對環境保護十分有利。

2 Texaco 和Shell 煤氣化工藝指標對比分析

2.1 工藝參數對比

通過對Texaco 和Shell 兩種煤氣化工藝指標進行對比分析，如表1 所示：

表1 Texaco 和Shell 煤氣化工藝參數對比分析表

根據表1 可知，采用Shell 煤氣化工藝時氣化溫度最高達1 700 ℃，在高溫作用下褐煤、次煙煤、煙煤、石油焦均可作為原煤料，適用性強，對煤種要求相對較低[5]，而Texaco 煤氣化工藝氣化溫度相對較低，僅次煙煤、無煙煤可作為原煤料，適用性受限，隨著煤供應緊張，煤價格增加，其經濟性以及適用性相對較低。

2.2 生產能耗對比

為了對比分析Texaco 和Shell 煤氣化工藝在進行甲醇生產過程中能耗，Texaco 氣化工藝采用2 套操作壓力為6.5 MPa 直徑為3.2 m 氣化爐及其配套設備，Shell 氣化工藝采用一套操作壓力為4.0 MPa，直徑為5.0 m 氣化爐及其配套設備，按兩種工藝甲醇生產量為55×104t/a 對其能耗進行對比分析，如表2 所示。

表2 Texaco 和Shell 煤氣化工藝能耗對比分析表

根據表2 可知，采用Shell 煤氣化工藝進行甲醇生產時能耗相對較低，與Texaco 煤氣化工藝相比能耗可減少13.24 GJ/t，綜合分析發現采用Texaco 煤氣化工藝熱效率、熱能利用率以及碳轉化率相對較低，低壓蒸汽量為30.4 t/h，是造成能耗高的主要原因。

3 實際應用效果分析

3.1 經濟效益對比分析

1）以同規模的甲醇裝置的氣化單元為建設項目，采用Texaco 氣化工藝需投資金額為8.72 萬元，而Shell煤氣化工藝投資金額為10.46 萬元，相比較Shell 煤氣化工藝投資費用高出19.95%。

2）從甲醇生產成本來看采用Shell 煤氣化工藝時煤氣化效率高，在相同生產能力下比Texaco 煤氣化工藝煤耗量低5%～7%，氧氣消耗量低15%～19%，在煤耗、氧氣消耗量上Shell 煤氣化工藝生產甲醇具有一定優勢。

3）但是從甲醇生產成本費用對比分析來看，Shell煤氣化工藝投資相對較高，以及設備維護及折舊費用相比Texaco 煤氣化工藝高，同時采用Shell 煤氣化工藝生產甲醇時成本為1.42 萬元/t，而采用exaco 煤氣化工藝時生產甲醇成本為1.24 萬/t，生產成本高了4.2%。

3.2 運行穩定性對比分析

截止目前國內共引進Shell 煤氣化工藝生產裝置40 余套，實際操作過程中整體穩定性相對較差，裝置開車率不足80%，而Texaco 煤氣化工藝采用3 套氣化爐，在生產過程中氣化燒嘴、耐火磚使用壽命長，氣化嘴平均120 d 更換一次，耐火磚8 000 h 更換一次，全年生產時間長達320 d，而Shell 煤氣化工藝氣化爐內部主要采用水冷壁結構，無需安裝耐火磚，在生產時減少了氣化爐維護工作量，氣化爐內部無轉動結構，增加了氣化爐使用壽命，無需安裝備用氣化爐，減少了設備維護費用。

4 結語

通過以上綜合對比分析相比傳統的Texaco 煤氣化工藝，Shell 煤氣化工藝在進行甲醇生產時綜合能耗相對較低、煤種要求低、氣化效率高，通過實際應用發現采用Shell 煤氣化工藝時原煤料85%的熱能能夠轉換為合成氣，高壓或中壓蒸汽回收量達17%，相比Texaco 煤氣化工藝熱效率可提高至98%以上。