煤氣化技術(shù)是煤化工項(xiàng)目的龍頭。目前在國內(nèi)化工領(lǐng)域推廣應(yīng)用的煤氣化技術(shù)達(dá)10多種。 圖為魯西化工股份有限公司采用航天爐煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氨的裝置。 （本報(bào)記者 張育 攝）
如果要問最近我國煤氣化技術(shù)領(lǐng)域最受關(guān)注的事件是什么，那世界第一臺(tái)水煤漿氣化的水冷壁氣化爐在山西建成并成功連續(xù)運(yùn)行了幾個(gè)月當(dāng)仁不讓。而由此，水煤漿熱壁爐和水冷壁爐優(yōu)缺點(diǎn)的比較再次成為業(yè)界的熱點(diǎn)話題，繼而又引起了關(guān)于煤氣化技術(shù)孰優(yōu)孰劣的爭(zhēng)議。
事實(shí)上，目前國內(nèi)煤氣化技術(shù)種類眾多，近幾年圍繞各種技術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)比較、評(píng)判就一直就沒有停止過。國內(nèi)煤化工企業(yè)也想通過選擇與比較，尋求最好的技術(shù)。哪種煤氣化技術(shù)好？什么樣的企業(yè)適用什么樣的技術(shù)？企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí)應(yīng)注意什么問題？對(duì)此，記者進(jìn)行了調(diào)查采訪。
氣化技術(shù)各有優(yōu)劣
煤氣化技術(shù)是煤化工項(xiàng)目的龍頭。目前在國內(nèi)推廣的煤氣化技術(shù)，包括我國自主開發(fā)技術(shù)和國外技術(shù)10多種。煤氣化技術(shù)若按爐型分，主要有固定床、流化床、氣流床三種。具體來講，固定床氣化爐有UGI爐和魯奇爐，目前我國氮肥產(chǎn)業(yè)就主要采用UGI爐，有幾千臺(tái)爐子在運(yùn)行；流化床常用氣化爐有溫克勒爐、循環(huán)流化床爐、灰熔聚流化床爐、恩德爐、U-Gas氣化爐等；氣流床按進(jìn)料形式不同，分為干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類，而以氣化爐內(nèi)是否襯有耐火保溫材料分類，又有熱壁爐和水冷壁爐兩種。
所謂水冷壁，就是由水管、石英砂、煤渣組成的內(nèi)腔。一直以來，水冷壁都用于粉煤氣化爐，水煤漿氣化爐則多用耐火磚結(jié)構(gòu)的熱壁爐。但是，山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司與清華大學(xué)、北京達(dá)力科公司共同合作，把水煤漿氣化爐的內(nèi)襯革新改造為水冷壁，可謂一項(xiàng)重大創(chuàng)新。
江蘇索普集團(tuán)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理邵守言向記者介紹，耐火磚結(jié)構(gòu)的水煤漿氣化爐，其耐火溫度為1350℃。如果煤的灰熔點(diǎn)超過1350℃，耐火磚會(huì)受不了。水冷壁氣化爐最大的優(yōu)勢(shì)，就是對(duì)灰熔點(diǎn)超過1350℃的煤也能氣化。盡管他認(rèn)為水冷壁氣化爐還要經(jīng)過幾年的工程運(yùn)行考驗(yàn)，還要解決水帶走的熱量問題，以及結(jié)垢后怎么處理等工程問題，但這是個(gè)技術(shù)發(fā)展方向，從技術(shù)方案上來說具有可行性。畢竟目前適合熱壁爐的煤種在國內(nèi)只在河南義馬、甘肅華亭、陜西榆林等地有，適合的煤種不多，水冷壁氣化爐拓寬了煤種的使用范圍。
華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所所長(zhǎng)于廣鎖向記者坦言，水冷壁是把氣化煤種拓寬了，但水冷壁爐與熱壁爐仍各有千秋。神華集團(tuán)煤制油公司技術(shù)顧問陳家仁表示，熱壁爐有耐火磚及磚外的保溫材料，其保溫性能更好，外部水夾套產(chǎn)生蒸汽的熱損失小，轉(zhuǎn)入煤氣中的熱量更多，冷煤氣效率會(huì)更高。因此，對(duì)于高活性、低灰分的煤，仍應(yīng)考慮熱壁爐。
安徽晉煤中能化工股份有限公司副總經(jīng)理劉偉表示，水冷壁爐雖提高了煤的灰熔點(diǎn)，但水煤漿氣化工藝中，進(jìn)入氣化爐的煤漿含有35%～40%的水，水要被加熱到氣化反應(yīng)溫度，要消耗大量能量。因此他認(rèn)為今后的發(fā)展方向還是氣流床粉煤氣化。
國家化工行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心總工程師方德巍認(rèn)為，水冷壁雖提高了可氣化煤的灰熔點(diǎn)，但也是以多消耗煤和氧氣為代價(jià)的。目前，業(yè)內(nèi)形成的所謂煤的灰熔點(diǎn)高低的觀點(diǎn)，是一些國外技術(shù)提供方在國內(nèi)推廣技術(shù)時(shí)，宣揚(yáng)他們可氣化灰熔點(diǎn)高的煤而形成的固定思維。其實(shí)，早在上世紀(jì)80年代初，原國家科委和化工部就派專家組到日本、美國、歐洲等地考察煤氣化技術(shù)。最后，專家經(jīng)過核算形成的意見是，從節(jié)能降耗上講，各煤種的最佳氣化溫度是1200～1250℃。水煤漿是液相，很容易加壓，壓力達(dá)到8～10兆帕接近實(shí)現(xiàn)等壓合成甲醇，可減少大量能耗，對(duì)合成氣生產(chǎn)十分有利。水煤漿氣化雖然有40%的水要消耗能量，但氣流床粉煤氣化的能耗也不少。在氣流床粉煤氣化技術(shù)中，煤靠氮?dú)饣蚨趸驾斔停瑲怏w加壓要耗費(fèi)大量能量，壓力只能加到30千克，整體能量平衡還需要壓縮機(jī)。因此，經(jīng)多方比較，今后發(fā)展方向應(yīng)是氣流床水煤漿氣化。
事實(shí)上，關(guān)于煤氣化技術(shù)的孰優(yōu)孰劣，現(xiàn)在仍沒有定論。每種技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)，也有自己的缺點(diǎn)。記者今年曾參加一個(gè)流化床氣化技術(shù)的鑒定會(huì)，主持鑒定的科技部門要求，在鑒定結(jié)果中應(yīng)形成該技術(shù)在國際上所處的技術(shù)水平或地位，但是鑒定專家的意見并不一致。研究流化床的專家認(rèn)為，技術(shù)達(dá)到國際氣化技術(shù)先進(jìn)水平；但研究氣流床的專家認(rèn)為，氣流床才是煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向，說流化床達(dá)到國際先進(jìn)水平不合適。就這樣，一場(chǎng)上午9點(diǎn)開始的鑒定會(huì)，一直討論到下午1點(diǎn)多還沒結(jié)束。最后，在當(dāng)?shù)乜萍疾块T的協(xié)調(diào)下，形成了一個(gè)折中的意見：該技術(shù)達(dá)到國際流化床氣化先進(jìn)水平。
宣傳應(yīng)用存在誤區(qū)
目前，在我國推廣的煤氣化技術(shù)有10多種。此外，針對(duì)企業(yè)的不同要求，不少煤氣化技術(shù)開發(fā)商也在對(duì)技術(shù)進(jìn)行革新和改造。但不少業(yè)內(nèi)人士表示，一些煤氣化技術(shù)在改造和宣傳的過程中，以及企業(yè)在應(yīng)用技術(shù)的過程中存在誤區(qū)。
誤區(qū)之一，穿新鞋走老路。目前，有技術(shù)開發(fā)商對(duì)氣流床煤氣化技術(shù)實(shí)施常壓改造。對(duì)此，華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所教授周志杰表示，氣流床的壓力與氣化爐處理能力基本成正比，一臺(tái)氣化壓力4兆帕、日處理煤1800噸的氣流床氣化爐，其生產(chǎn)的合成氣能配套生產(chǎn)合成氨1300噸/日。但如果把氣化壓力降回到常壓0.1兆帕，壓力下降40倍，每天處理煤的能力也就只有原來的1/40。在爐膛空間相同的情況下，常壓的氣流床氣化爐只能日處理煤45噸，產(chǎn)合成氨30噸。4兆帕、1800噸煤/日的氣化爐爐膛內(nèi)徑約為2.7米，要達(dá)到相同的處理量，0.1兆帕的氣化爐爐膛內(nèi)徑要達(dá)到8.7米，這根本不現(xiàn)實(shí)。“事實(shí)上，早期的氣流床也是從常壓發(fā)展而來的。由于常壓下氣流床氣化爐的處理能力太低，不適應(yīng)現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，所以才變成高壓。煤氣化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，是存在一些問題，但技術(shù)開發(fā)不能再走回老路。”周志杰說。
誤區(qū)之二，宣傳存在誤導(dǎo)。目前，有一些粉煤氣化技術(shù)提供商宣揚(yáng)，可以氣化灰熔點(diǎn)1500℃以上、含灰量達(dá)30％的煤，而且不需要備用爐。對(duì)此，中科合成油工程有限公司高級(jí)工程師唐宏青向記者表示，這種說法也越來越受到質(zhì)疑。高含灰量的“高”不是無限的，含灰量8％～15％還可以，再高就對(duì)工藝不利。因?yàn)榛伊吭礁撸罄m(xù)設(shè)備越大，運(yùn)行越困難。如果氣化灰含量25％～30％的煤，就會(huì)出現(xiàn)灰堵塞爐子和管道的現(xiàn)象，難以讓后續(xù)工藝長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。唐宏青表示，不是什么樣的煤都適合氣化，氣化用煤的灰含量限值應(yīng)為25％～30%。灰含量過高，即便排灰問題解決，在經(jīng)濟(jì)上也不一定合算。另外，不需要備用爐也不可能。煤化工特別是大型裝置必須有備用爐，一臺(tái)爐不可能一年連續(xù)開8000小時(shí)，而且有時(shí)候停車不光是因?yàn)闋t子，后續(xù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障也會(huì)造成停車，一臺(tái)爐子難以保證裝置的連續(xù)運(yùn)行。從事這方面技術(shù)的科研單位，把這些問題弱化了。
誤區(qū)之三，只注重單項(xiàng)指標(biāo)。由于魯奇氣化技術(shù)氣化產(chǎn)生的甲烷含量較高，制天然氣可降低甲烷合成工序的負(fù)荷和氧氣消耗量，國內(nèi)普遍主張采用魯奇氣化技術(shù)。但唐宏青表示，魯奇氣化技術(shù)的廢水排放量大，多產(chǎn)了甲烷，但水處理的投資也上去了。假如同產(chǎn)10億標(biāo)準(zhǔn)立方米/年的天然氣，水煤漿氣化技術(shù)采用6000千卡熱值的煤，由于甲烷化有大量的能量釋放，可以得到大量的高位能，用來產(chǎn)生8兆帕的高壓蒸汽576噸/時(shí)。每套60000標(biāo)準(zhǔn)立方米的空分設(shè)備消耗8兆帕、477℃高壓過熱蒸汽135噸/時(shí)，蒸汽用于空分設(shè)備后還有富余。魯奇氣化技術(shù)采用4000千卡的煤，氣化爐耗煤378.68噸/時(shí)，用303噸中壓蒸汽。而甲烷化只能產(chǎn)生292噸中壓蒸汽，不夠氣化爐自用，沒有能力向空分設(shè)備供氣。因此，魯奇氣化盡管節(jié)省了空分設(shè)備投資，但要另建高壓鍋爐。某項(xiàng)投資低了，另一項(xiàng)投資就高。通過算總賬，其實(shí)魯奇氣化技術(shù)和其他氣化技術(shù)的投資、能耗是差不多的。
周志杰表示，由于煤本身的復(fù)雜性和特殊性，在目前的工業(yè)水平下，煤氣化過程中存在無法克服的矛盾。比如，如果追求煤轉(zhuǎn)化過程能量效率高，氣化溫度就要低；但煤的結(jié)構(gòu)中存在大量苯環(huán)，氣化過程如果要環(huán)保，就需靠高溫打破這些苯環(huán)，高溫就要多消耗能量，還要用純氧，要上空分裝置，帶來投資高、熱損失大、能量效率低等一系列問題。周志杰指出，這些問題都是由煤的特性決定的，而某些針對(duì)解決單一問題、追求單向指標(biāo)而開發(fā)的技術(shù)，很容易誤導(dǎo)煤化工企業(yè)。這些技術(shù)往往宣揚(yáng)，其單項(xiàng)指標(biāo)是最好的，個(gè)別單元工藝可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，但割裂了其他處理過程需要投入的能量和費(fèi)用，誤導(dǎo)了企業(yè)對(duì)技術(shù)的選取和對(duì)煤氣化技術(shù)的認(rèn)識(shí)。
因煤制宜才是關(guān)鍵
一方面，煤氣化技術(shù)各有優(yōu)劣；另一方面，技術(shù)在改造和宣傳應(yīng)用過程中存在誤區(qū)。那么，企業(yè)到底該如何選擇合適的煤氣化技術(shù)用于煤化工項(xiàng)目呢？
“沒有哪項(xiàng)技術(shù)最好之說，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同煤種、不同產(chǎn)品來選擇。”華能滿洲里煤化工有限責(zé)任公司副總經(jīng)理李群這樣告訴記者。唐宏青也表示，各種氣化技術(shù)之間的優(yōu)缺點(diǎn)比較，不是在相同平臺(tái)下進(jìn)行的，在比較過程中，原料、產(chǎn)物的組成、溫度、壓力都不同，比較結(jié)果難有說服力。如果硬要去區(qū)別誰優(yōu)誰劣，誰行誰不行，意義不大。山東省化肥工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)楊春升也認(rèn)為，不同的煤種適合于不同的氣化技術(shù)，就像汽車、火車、飛機(jī)等交通工具一樣，各有不同的用途，沒有先進(jìn)性的區(qū)別，只有適用性之分。
業(yè)內(nèi)人士表示，我國煤的種類很多，選擇氣化技術(shù)應(yīng)因煤制宜，目標(biāo)產(chǎn)品不同也應(yīng)采用不同的氣化技術(shù)。煙臺(tái)萬華聚氨酯有限公司副總工程師李紹磊認(rèn)為，一種氣化方式只適用某種特定的煤；反之，某一種煤只能采用其特定的氣化方式。實(shí)踐證明，不可能一種氣化方式通吃各種煤。比如，我國內(nèi)蒙古、云南和廣西等地有大量褐煤，這些大都是灰分較高的劣質(zhì)煤，水分含量一般為30％左右。如果采用氣流床氣化，要把這么高的水分干燥，再磨成很細(xì)的煤粉，或制成濃度不高的水煤漿，顯然不合算。而采用加壓流化床或加壓固定床，就比較合適。從入爐原料煤的加工來說，這兩種氣化工藝只需對(duì)原煤進(jìn)行少量的干燥、破碎和篩分，遠(yuǎn)比氣流床的干燥、磨粉要節(jié)省能量消耗。另外，采用后兩種方法氣化時(shí)，每千立方米合成氣有效成分(一氧化碳和氫氣)的氧氣消耗也要低得多，不僅可減少制氧設(shè)備的投資，還減少了制氧的能耗和冷卻水的消耗量。
因此，總的來說，企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí)，首先必須以原料煤源為基礎(chǔ)，既要考慮原料煤質(zhì)量能夠完全滿足擬選用煤氣化工藝的要求，又要考慮原料煤供應(yīng)可靠、煤質(zhì)穩(wěn)定，還要考慮原料煤的到廠價(jià)格。
面對(duì)眾多的煤氣化技術(shù)，化工企業(yè)在選擇時(shí)也存在疑慮，需要充分的調(diào)研。圖為一家企業(yè)的煤氣化技術(shù)調(diào)研會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。（鐘實(shí) 攝）
