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        不同煤气化技术优劣性分析
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        来源:中国煤化工网编辑:黄巍发布时间:2013-06-03访问量:4259次字体大?。?

            如果要问最近我国煤气化技术领域最受关注的事件是什么,那世界第一台水煤浆气化的水冷壁气化炉在山西建成并成功连续运行了几个月当仁不让。而由此,水煤浆热壁炉和水冷壁炉优缺点的比较再次成为业界的热点话题,继而又引起了关于煤气化技术孰优孰劣的争议。
            事实上,目前国内煤气化技术种类众多,近几年围绕各种技术之间的优缺点比较、评判就一直就没有停止过。国内煤化工企业也想通过选择与比较,寻求最好的技术。哪种煤气化技术好?什么样的企业适用什么样的技术?企业在选取煤气化技术时应注意什么问题?
        气化技术各有优劣
            煤气化技术是煤化工项目的龙头。目前在国内推广的煤气化技术,包括我国自主开发技术和国外技术10多种。煤气化技术若按炉型分,主要有固定床、流化床、气流床三种。具体来讲,固定床气化炉有UGI炉和鲁奇炉,目前我国氮肥产业就主要采用UGI炉,有几千台炉子在运行;流化床常用气化炉有温克勒炉、循环流化床炉、灰熔聚流化床炉、恩德炉、U-Gas气化炉等;气流床按进料形式不同,分为干煤粉进料和水煤浆进料两大类,而以气化炉内是否衬有耐火保温材料分类,又有热壁炉和水冷壁炉两种。
            所谓水冷壁,就是由水管、石英砂、煤渣组成的内腔。一直以来,水冷壁都用于粉煤气化炉,水煤浆气化炉则多用耐火砖结构的热壁炉。但是,山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司与清华大学、北京达力科公司共同合作,把水煤浆气化炉的内衬革新改造为了水冷壁,可谓一项重大创新。
            江苏索普集团有限责任公司副总经理邵守言向记者介绍,耐火砖结构的水煤浆气化炉,其耐火温度为1350℃。如果煤的灰熔点超过1350℃,耐火砖会受不了。水冷壁气化炉最大的优势,就是对灰熔点超过1350℃的煤也能气化。尽管他认为水冷壁气化炉还要经过几年的工程运行考验,还要解决水带走的热量、结垢后怎么处理等工程问题,但这是个技术发展方向,从技术方案上来说具有可行性。毕竟目前适合热壁炉的煤种在国内只在河南义马、甘肃华亭、陕西榆林等地有,适合的煤种不多,水冷壁气化炉拓宽了煤种的使用范围。
            华东理工大学洁净煤技术研究所所长于广锁向记者坦言,水冷壁是把气化煤种扩宽了,但水冷壁炉与热壁炉仍各有千秋。神华集团煤制油公司技术顾问陈家仁表示,热壁炉有耐火砖及砖外的保温材料,其保温性能更好,外部水夹套产生蒸汽的热损失小,转入煤气中的热量更多,冷煤气效率会更高。因此,对于高活性、低灰分的煤,仍应考虑热壁炉。
            安徽晋煤中能化工股份有限公司副总经理刘伟表示,水冷壁炉虽提高了煤的灰熔点,但水煤浆气化工艺中,由于进入气化炉的煤浆含有35%~40%的水,水要被加热到气化反应温度,就要消耗大量的能量。因此他认为今后的发展方向还是气流床粉煤气化。
            国家化工行业生产力促进中心总工程师方德巍认为,水冷壁虽提高了可气化煤的灰熔点,但也是以多消耗煤和氧气为代价的。目前,业内形成的所谓煤的灰熔点高低的观点,是一些国外技术提供方在国内推广技术时,宣扬他们可气化灰熔点高的煤而形成的固定思维。事实上,早在上世纪80年代初,原国家科委和化工部就组成专家组到日本、美国、欧洲等地考察煤气化技术。最后,专家经过核算形成的意见是,从节能降耗上讲,各种煤种的的最佳气化温度是1200~1250℃。水煤浆是液相,很容易加压,压力达到8~10兆帕接近实现等压合成甲醇,可减少大量能耗,对合成气生产十分有利。水煤浆气化虽然有40%的水要消耗能量,但气流床粉煤气化的能耗也不少。在气流床粉煤气化技术中,煤是靠氮气或二氧化碳输送,气体加压要耗费大量能量,压力只能加到30千克,整体能量平衡还需要压缩机。因此,经多方比较,今后发展方向应是气流床水煤浆气化。
            事实上,关于煤气化技术的孰优孰劣,现在仍没有定论。每种技术都有自己的优点,也有自己的缺点。记者今年就曾参加一个流化床气化技术的鉴定会。主持鉴定的科技部门要求,在鉴定结果上应形成该技术在国际上所处的技术水平或地位。但是会上鉴定专家的意见并不一致,研究流化床的专家认为,技术达到国际气化技术先进水平;但研究气流床的专家认为,气流床是煤气化技术的发展方向,说流化床达到国际先进水平不合适。就这样,一场上午9点开始的鉴定会,一直讨论到中午1点多还没结束。最后,在当地科技部门的协调下,形成了一个折衷的意见:该技术达到国际流化床气化先进水平。
        宣传应用存在误区
            目前,在我国推广的煤气化技术有10多种。此外,针对企业的不同要求,不少煤气化技术开发商也在对技术进行革新和改造。但不少业内人士表示,一些煤气化技术在改造和宣传的过程中,以及企业在应用技术的过程中存在误区。
            误区之一,穿新鞋走老路。目前,有技术开发商对气流床煤气化技术实施常压改造。对此,华东理工大学洁净煤技术研究所教授周志杰表示,气流床的压力与气化炉处理能力基本成正比,一台气化压力4兆帕、处理煤1800吨/天的气流床气化炉,其所生产的合成气能配套生产合成氨1300吨/天。但如果把气化压力降回到常压0.1兆帕,压力下降40倍,每天处理煤的能力也就只有原来的1/40。在炉膛空间相同的情况下,常压的气流床气化炉只能日处理煤45吨,产合成氨30吨/天。4兆帕、1800吨煤/天的气化炉炉膛内径约为2.7米,要达到相同的处理量,0.1兆帕的气化炉炉膛内径要达到8.7米,这根本不现实。“事实上,早期的气流床也是从常压发展而来的。由于常压下气流床气化炉的处理能力太低,不适应现代煤化工的发展,所以才变成高压。煤气化技术发展到现在,是存在一些问题,但技术开发不能再走回老路。”周志杰说。
            误区之二,宣传存在误导。目前,有一些粉煤气化技术提供商宣扬,可以气化灰熔点1500℃以上、高灰含量达30%的煤,而且不需要备用炉。对此,中科合成油工程有限公司高级工程师唐宏青向记者表示,这种说法也越来越受到质疑。高含灰量的“高”不是无限的,含灰量8%~15%还可以,再高就对工艺不利。因为灰量越高,后续设备越大,运行越困难。如果气化灰含量25%~30%的煤,就会出现灰堵塞炉子和管道的现象,难以让后续工艺长周期运转。唐宏青表示,不是什么样的煤都适合气化,气化用煤的灰含量是有上限的,这个限值应在25%~30%之间?;曳莺抗?,即便排灰问题解决,在经济上也不一定合算。另外,不需要备用炉也不可能。煤化工特别是大型装置必须有备用炉,一台炉不可能一年连续开8000小时,而且有时候停车不光是因为炉子,后续系统出现故障也会造成停车,一台炉子难以保证装置的连续运行。从事这方面技术的科研单位,把这些问题轻量化了。
            误区之三,只注重单项指标。由于鲁奇气化技术气化产生的甲烷含量较高,制天然气可降低甲烷合成工序的负荷和氧气消耗量,国内普遍主张采用鲁奇气化技术。但唐宏青表示,鲁奇气化技术的废水排放量大,多产了甲烷,但水处理的投资也上去了。假如同产10亿标准立方米/年的天然气,水煤浆气化技术采用6000千卡热值的煤,由于甲烷化有大量的能量释放,可以得到大量的高位能,用来产生8兆帕的高压蒸汽576吨/小时。每套60000标准立方米的空分消耗8兆帕、477℃高压过热蒸汽135吨/小时,蒸汽用于空分后还有富余。鲁奇气化技术采用4000千卡的煤,气化炉耗煤378.68吨/小时,用303吨中压蒸汽,甲烷化只能产生292吨中压蒸汽,不够气化炉自用,没有能力向空分供气。因此,鲁奇气化尽管节省了空分投资,但是要另建高压锅炉。某项投资低了,另一项投资就高。通过算总帐,其实鲁奇气化技术和其他气化技术的投资、能耗是差不多的。
            周志杰表示,由于煤本身的复杂性和特殊性,在目前的工业水平下,煤气化过程中存在无法克服的矛盾。比如,如果追求煤转化过程能量效率高,气化温度就要低;但煤的结构中存在大量苯环,气化过程如果要环保,就需靠高温打破这些苯环,高温就要多消耗能量,还要用纯氧,要上空分,带来投资高、热损失大、能量效率低等一系列问题。周志杰指出,这些问题都是由煤的特性决定的,而某些针对解决某个单一问题、追求单向指标而开发的技术,很容易误导煤化工企业。这些技术往往宣扬,其单项指标是最好的,个别单元工艺可以实现节能减排,但割裂了其他处理过程需要投入的能量和费用,误导了企业对技术的选取和对煤气化技术的认识。
        因煤制宜才是关键
            一方面,煤气化技术各有优劣;另一方面,技术在改造和宣传应用过程中存在误区。那么,企业到底该如何选择合适的煤气化技术用于煤化工项目呢?
            “没有哪项技术最好之说,企业应当根据不同煤种、不同产品来选择。”华能满洲里煤化工有限责任公司副总经理李群这样告诉记者。唐宏青也表示,各种气化技术之间的优缺点的比较,不是在相同平台下进行的,在比较过程中,原料、产物的组成、温度、压力都不同,比较结果难有说服力。如果硬要去区别谁优谁劣,谁行谁不行,意义不大。山东省化肥工业协会会长杨春升也认为,不同的煤种适合于不同的气化技术,就像汽车、火车、飞机等交通工具一样,各有不同的用途和适用性,没有先进性的区别,只有适用性之分。
            业内人士表示,我国煤的种类很多,选择合适的气化技术应因煤制宜,目标产品不同也要采用不同的气化技术。烟台万华聚氨酯有限公司副总工程师李绍磊认为,一种气化方式只适用某种特定的煤;反之,某一种煤的气化只能采用其特定的气化方式。实践证明,这是一个真理,不可能一种气化方式通吃各种煤。比如,我国内蒙古、云南和广西等地有大量褐煤,这些大都是灰分较高的劣质煤,水分含量一般为30%左右。如果采用气流床气化,要把这么高的水分干燥,再磨成很细的煤粉,或制成浓度不高的水煤浆,显然不合算。如果采用加压流化床或加压固定床,就比较合适。从入炉原料煤的加工来说,这两种气化工艺只需对原煤进行少量的干燥、破碎和筛分,远比气流床的干燥、磨粉要节省能量消耗。另外,采用后两种方法气化时,每千立方米合成气有效成分(一氧化碳和氢气)的氧气消耗也要低得多,不仅可减少制氧设备的投资,还减少了制氧的能耗和冷却水的消耗量。
            因此,总的来说,企业在选择煤气化技术时,首先必须以原料煤源为基础,既要考虑原料煤质量能够完全满足拟选用煤气化工艺的要求,又要考虑原料煤供应可靠、煤质稳定,还要考虑原料煤的到厂价格。
        焦点新闻:煤气化技术开发应用亟待规范
            近日在采访调查中发现,作为全球最大煤气化市场的中国,煤气化技术开发和应用却呈现概念炒作多、翻版模仿多、没有工业化示范就推广等诸多新乱象。对此,业内专家建议,我国煤气化技术开发应用需注重原始创新、规范竞争;还要警惕中国再次成为国外煤气化技术的试验场。
        据了解,煤气化技术是煤炭洁净高效利用的关键技术之一,也是煤化工的龙头技术。截至目前,中国已连续5年成为全球最大煤气化市场,吸引了众多国内外煤气化技术。但是,我国煤气化技术在推广应用过程中存在不少新乱象。
            首先,概念炒作多。据了解,目前在国内推广的煤气化技术概念很多,有复合型、紧凑型、非催化流化技术等。对此,华东理工大学洁净煤技术研究所所长于广锁表示,煤气化技术若按炉型分有固定床、流化床、气流床三种,任何炒作概念的技术仍属于这三类,万变不离其宗。此外,不少煤气化技术在氧耗、冷煤气效率、碳转化率等指标上,用一种不平等平台对比手法抬高自己,误导用户。对此,山西煤化所研究员王洋表示,煤气化技术的优点和缺点是连在一起的,不能突出优点、轻化缺点。中科合成油工程有限公司高级工程师唐宏青也认为,煤气化技术指标的比较是个变数,与操作温度、煤种等都有关,难以静态的进行比较。
            其次,翻版模仿多,自主创新少。目前,国内煤气化技术开发人气旺,大学、企业、研究院、设计院多头并进开发。而美国煤气化技术的研制开发,是由美国能源部来主导规划和协调的。对此,业内人士认为,国内多头并进容易造成低水平重复研究和资源浪费。同时,一位不愿意透露姓名的煤化工专家向记者介绍,近年煤气化技术发展较快,但要发明出一个完全新颖的原始创新工艺不容易。国内一些技术人员通过小改小动创造出“具有自主知识产权”的专利,大多没有突出优点和特色,实际意义并不大。
            最后,没有经工业化示范就推广的技术多。目前,国外一些未经工业化示范的气化技术也欲在国内推广。据唐宏青介绍,有一种属于流化床气化的技术,在美国仅建了处理煤量50吨/天的中试装置,还面临灰分严格处理等工程化问题,其废锅流程仅适用于发电,不适合用于化工,企业在选择时应慎重。
        观点:煤气化技术任重道远
            石油和化学工业规划院院长顾宗勤:我认为,目前煤气化技术改进的方向是扩大气化煤种,突破现有成熟煤气化技术的限制,研究适合高灰、高灰融点、高水分的“三高煤”等中国特有煤种的气化技术。
            新奥能源化工集团股份有限公司技术部主任张刚:目前,煤气化技术研发单位有待深入研究应用中出现的一些问题,比如气化炉会产生液态的灰渣,其排出前在炉壁面上会形成液态的渣膜。渣膜的流动和换热特性,会大大影响炉内气化反应的温度和条件。这是我们在实践应用中发现的问题。因此,对液态灰渣流动和换热特性的研究非常重要,但目前国内相关的研究还很少。
            上海泽玛克敏达机械设备有限公司总工程师陆欢庆:液态排渣的气化炉,其灰渣黏度与操作温度有一定关系。我国煤种与国外不一样,所以应该根据不同煤种确定一套气化控制参数,还需要建立气化模型。但是,目前的大部分煤气化技术,对不同煤种加多少石灰石,配多少氧,配多少蒸汽,如何确定合适的黏度、温度范围,还没有一套完善的模型,都把问题放到生产中摸索了,让企业走了不少弯路。
            河南龙宇煤化工有限公司技术部部长张士祥:煤气化技术的长周期、稳定运行要经历一个较长的摸索和改进过程。而技术使用企业以经济效益为目标,因此,国内煤化工企业在选择煤气化技术时,首先应选择成熟的技术,有业绩的技术,这样才能保证气化装置的运行稳定性,企业的效益才能有保证。
            上海达门化工工程技术有限公司总经理於子方:煤气化在合成氨生产过程中是关键工序,其消耗的能源占全部生产能耗的70%左右。根据国家发改委无烟块煤优先用于化肥工业的原则,结合我国国情,从各方面综合比较,采用无烟煤为原料的气化工艺应首选提升型固定床间歇气化工艺。我认为,该工艺在今后一段时期内不会被其他工艺取代。同时,企业应该在现有基础上不断对其存在的问题加以改造与创新,使该工艺更有效地发挥作用。
            中国矿业大学博士苗真勇:国内应抓住煤化工发展的机遇,提高企业的自主创新能力,掌握煤气化炉制造的核心技术。在气化工艺方面,可借鉴美国的经验,把研究重点放在提高气化压力、提高气化炉容量、煤种适应性广、环境友好、实现零排放、提高碳转化率、提高气化效率以及改善液态排渣的气化工艺上面。另外,在基础研究方面,应把研究重点放在气化基础和气化过程的数学模拟以及开发自动控制软件上面。
            国家化工生产力促进中心总工程师方德?。何夜浩际蹩⒆叱隽艘惶跏导即葱?、集成创新、引进消化再创新的成功道路。当前,我们要继续走不断创新和发展自主知识产权之路,尊重科学、尊重首创、尊重知识产权,坚决反对学术及知识上不道德行为和不良风气。(作者:张兴刚)

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