中国中煤能源集团有限公司煤气化技术应用现状及发展思路

颜 文

(中国中煤能源集团有限公司，北京 100120)

煤气化是煤炭转化过程的“龙头”，构成了煤化工工艺的重要成本。煤气化是指在一定温度、压力条件下利用气化剂(H2O、O2或CO2)与煤反应生成粗煤气，通过后续净化装置进行脱硫、脱碳，得到洁净合成气(一般为H2、CO的混合物)，用以制备甲醇、氨等多种产品的工艺过程。中国中煤能源集团公司(以下简称中煤集团)作为国内煤炭央企，为进一步完善产业结构、促进煤炭就地转化，近年来建设了一批煤制甲醇、烯烃、尿素、硝酸铵等煤化工项目，采用了鲁奇加压气化、BGL、德士古水煤浆、西北院多元料浆等气化工艺。气化炉的稳定运行是中煤煤化工项目“安、稳、长、满、优”运行的关键。因此，充分了解煤化工气化工艺特点，有效评价中煤煤气化工艺现状，保障现有气化装置的稳定运行，后续项目选择合适煤气化技术，对促进中煤集团煤化工产业持续健康发展具有重要的理论与现实意义。

1 煤气化技术概况

煤气化技术可以分为地面气化技术和地下气化技术。地面气化技术是将已经采出来的煤经过气化获得粗煤气的方法，地下气化是指对井下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的化学反应及热作用而产生可燃气体的过程。根据气化剂与煤在气化炉内的运动状态差异，地面煤气化技术目前常见的一般分为固定床、流化床、气流床气化[1]。

1.1 固定床气化技术

固定床气化技术是指煤炭在固定床气化炉中进行气化，可以分为加压和常压两种[2]。常压固定床煤气化工艺存在单炉生产能力低、碳转化率低、气化效率低、管理及操作复杂、三废产生量大等劣势[3]。随着国家对能源和环境要求越来越严格，对煤化工生产规模准入要求也相应提高，国内新建大型煤化工装置一般不再采用常压固定床气化技术。

1.1.1 Lurgi加压气化技术

加压固定床气化工艺技术中，国内应用较多的是Lurgi(鲁奇)加压气化法，运行也较稳定，但该工艺对原料煤要求较高，只能使用块煤(一般为6～50 mm)，所产粗煤气中CH4含量较高(体积组分约占8%～12%)，适宜生产城市煤气和合成天然气，且因其气化过程温度较低，又伴随有干馏过程，因此副产品(如焦油、粗酚、中油等)较多，也存在废水处理难的问题。

1.1.2 BGL煤气化技术

BGL煤气化技术是在鲁奇炉基础上的改进，采用固定床熔渣气化工艺，较鲁奇炉气化技术强度提高，单炉生产能力增大，粗煤气有效气量增加，蒸汽分解率达90%以上，从而使蒸汽用量减少80%～90%，废水量减少1/5～1/4[4]。

1.2 流化床气化技术

流化床气化是指粉煤在以粉煤与气化剂形成的流化床内发生气化反应。流化床气化技术主要有温克勒(Winkler)、高温温克勒(HTW)、灰团聚(U-Gas)、灰融聚气化、恩德炉等[5]。该技术的缺点是：由于气化炉温较低，所以碳转化率较低；另外，由于气化反应时间较短，因此，形成的飞灰较多，且灰渣分离困难。

1.3 气流床气化技术

气流床气化是采取气化剂将粉煤带入气化炉内(或者将粉煤先制成水煤浆，然后用煤浆泵打入气化炉内)，原料煤在高于其灰熔点的温度下，与气化剂(H2O、O2)发生燃烧反应和气化反应。其排渣方式采用液态排渣[3]。

该技术从原料形态分，有粉煤、水煤浆2类；从专利上分，壳牌(Shell)、德士古(Texaco)比较有代表性。Shell法是通过气化剂将粉煤夹带入气化炉，气化温度为1 500～1 900 ℃；Texaco法是先将煤粉制成水煤浆，再用煤浆泵送入气化炉，气化温度1 350～1 500 ℃。二者的残渣都采用熔渣形式排出。气流床对煤种(烟煤、褐煤)、硫分、灰分、粒度组成都有较大的适应性，国内大型煤化工企业已有多套成功运行装置。[4]

以上几种气化工艺技术经济指标对比见表1。

表1 几种典型气化工艺技术经济指标对比

2 中煤集团气化工艺应用现状

中煤集团近年来为进一步完善产业结构、促进煤炭就地转化，建设了一批煤化工项目。其中，中煤陕西公司榆横煤化工项目、中煤鄂能化公司图克大化肥项目、中煤远兴公司60万t/a甲醇项目、中煤平朔劣质煤综合利用示范项目、中煤龙化25万t/a甲醇项目都使用煤气化技术。

2.1 中煤陕西公司榆横煤化工项目

中煤陕西公司榆横煤化工项目位于陕西省榆林市经济技术开发区榆横煤化学工业园区，建设规模为180万t/a甲醇、30万t/a聚乙烯和30万t/a聚丙烯，包括空分、气化、净化、硫回收、甲醇、DMTO、烯烃分离及C4综合利用、聚乙烯和聚丙烯共9个工艺装置。项目于2011年8月开工，2014年7月打通全流程，产出合格聚丙烯。

其中，气化装置采用美国GE公司水煤浆加压气化工艺，前后共建设8套水煤浆气化炉(6开2备)，每套公称能力为日处理干煤1 500 t，总有效气(CO+H2)产量(压力(G)6.26 MPa，温度240 ℃)为530 000 m3/h，配备7套磨煤系统，装置包括煤浆制备、气化框架、渣水处理、气化变电所、气化机柜间及装置内管廊。

2.2 中煤鄂能化公司图克大化肥项目

中煤鄂能化公司图克大化肥项目位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗图克镇图克工业园区。建设规模：合成氨为100万t/a、尿素(公称能力)175万t/a、甲烷气液化3.6亿m3/a。主要产品方案及设计生产能力：171.6万t/a尿素、2.1亿m3/a甲烷尾气。项目于2011年8月正式开工建设，2014年2月产出合格尿素，进入试生产。

其中，气化装置采用英国BGL碎煤加压气化工艺，共7套BGL气化炉，每套公称能力为日处理干煤1 000 t，总有效气(CO+H2)产量(压力(G)3.8 MPa，温度175 ℃)为295 000 m3/h。气化车间装置包括备煤、气化框架、煤气冷却洗涤、气化变电所、气化机柜间及装置内管廊。

2.3 中煤远兴公司60万t/a甲醇项目

中煤远兴60万t/a煤制甲醇项目位于鄂尔多斯市乌审旗纳林河工业园区，建设规模为60万t/a甲醇，副产硫磺、异丁基油。建设内容包括气化、气体净化、甲醇、热电、空分等主要装置以及辅助生产装置、公用工程。项目于2011年4月复工，2013年11月打通全流程，产出合格甲醇。

其中，气化装置采用西北化工研究院的多元料浆气化技术，3台气化炉，2开1备；总有效气(CO+H2)产量不小于188 400 m3/h，粗煤气有效气(CO+H2)体积分数大于80.15%；料浆煤质量分数不小于60%；碳转化率不小于97%；比氧耗不大于419 m3/1 000 m3(CO+H2)；比煤耗不大于650 kg/1 000 m3(CO+H2)。

2.4 中煤平朔劣质煤综合利用示范项目

中煤平朔劣质煤综合利用示范项目位于山西省朔州市平鲁北坪循环经济园区，项目以平朔“四高一中低”的劣质煤为原料，年产30万t合成氨、40万t硝酸铵，并副产液化天然气。项目配套的生产装置的规模是：1套30万t/a合成氨装置，2套18万t/a的硝酸装置、2套20万t/a硝酸铵装置，配套锅炉、空分、供电、水处理、仓库、行政办公楼等公共辅助工程。

其中，气化装置采用鲁奇炉气化技术，由6套单独的气化炉(包括加煤、废热锅炉和排灰)和1套公用的煤锁气洗涤设备与开车气的设备组成。气化炉按照4开1备1检修设置。

2.5 中煤龙化25万t/a甲醇项目

中煤龙化公司下属化工公司于1990年开工建设，1993年4万t/a甲醇投产。2007年扩建25万t/a甲醇项目，2008年投产。目前，该项目按照国家和中煤集团去产能政策已经停产。

其中，气化装置为民主德国PKM加压气化技术，5台气化炉。单台炉设计压力3.0 MPa，设计生产能力35 000 m3/h，氧负荷6 000 m3/h。

中煤集团煤化工企业所有的气化工艺列于表2。

表2 中煤集团煤化工企业气化工艺

注：表中固定碳、灰分、挥发分全为干基。

3 中煤集团气化发展思路

3.1 现有气化炉管理

由于粗煤气的量及质直接影响到后续工艺处理，因此气化炉的安全平稳运行需要煤化工企业从几方面重点考虑。

3.1.1 责任机制

中煤集团各煤化工企业普遍采用企业领导班子成员包片负责各个主要装置，车间主任负责日常工作的机制，既体现了企业及领导对各装置单元的重视，又增强了相互协同合作的能力。气化作为龙头，一般都由工艺骨干负责管理。

3.1.2 原料煤管理

气化炉能否稳定运行，所采用的原料煤起到重要作用。对于煤化工企业来说，首先要做好原料煤的采购供应工作。量上既要满足平时生产运营的量，又要做好大修期间或特殊天气库存准备，质上要尽量保持煤质的稳定性；其次要做好煤质和排渣分析工作，主要分析项目为水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量、灰渣产量、残炭分析等。通过分析把好原料关。

3.1.3 生产过程管理

在生产过程中，操作人员按照操作规程、工艺手册，通过摸索确定适合的气化剂、温度、压力等一系列工艺参数，并进一步修订完善操作规程，保证装置稳定运行。另外，要高度重视大修工作，必须提前做好大修方案和物资、人员、零配件储备工作，以保证装置大修的高效性。

3.1.4 人员管理

煤化工企业一方面要通过“传帮带”等培养方式，传授经验，帮助新员工成长。另一方面也要关怀员工的工作和生活，使员工以企业为荣，以企业为家，有效减少人才流失。

3.2 后续项目气化方式选择

中煤集团后续煤化工项目的建设大多也包括煤气化装置，因此煤气化方式的选择尤其重要。

3.2.1 煤种适用性

煤种、煤质是选择气化炉的核心。一种气化炉只能适宜使用一种或几种煤，粘温特性好、低灰熔点的煤适用水煤浆气化，高灰熔点煤用于粉煤气化，热稳定性好的块煤适宜鲁奇炉、BGL炉。气化炉尽量用好煤(水分、灰分都对气化不利)，有利于气化炉的稳定运行。因此，做好原料煤煤质分析，试烧对气化炉选择有重要意义。

3.2.2 产品适应性

因为气化温度、压力的差异，不同的煤气化技术所生产的粗煤气成分也不同。鲁奇炉、BGL炉等固定床气化，其粗煤气组分中甲烷含量高，往往将CH4提取出来作为副产品，该气化工艺多用于城市煤气—联产化工产品。水煤浆气化工艺可用于大型合成氨、甲醇等工艺气的制造。另外，新建煤化工项目选用气化技术时要考虑生产规模与气化装置能力的匹配情况，避免“大马拉小车”或气源不足现象发生。

3.2.3 与现有系统匹配性

中煤集团现有煤化工布局已经基本完成，新建煤化工项目往往是现有项目的扩建，与现有系统及现有人员的操作习惯配套需要重点考虑。如：中煤鄂能化公司二期建设100万t/a甲醇项目，继续采用BGL煤气化技术，既方便了管理也节约了投资。

3.2.4 装置可靠性和操作性

中煤集团选择的煤气化技术都是成熟可靠的，能满足“安、稳、长、满、优”的运行要求。对于企业及操作人员来说，装置操作要方便，气化装置开停车、调负荷要快捷简便。另外，仪表自控程度、设备维修量也是需要考虑的范畴。仪表自控水平要高，能确保安全。设备维修工作量要尽量小，利于长周期稳定运行。

3.2.5 经济效益原则

实现利润最大化是企业的目标，中煤集团选择煤气化技术应从使用原料消耗、单价、能耗等方面综合考虑运行成本。另外，还需对同规模气化装置的总投资进行经济评价，力争做到投资省，运行成本低。

3.2.6 绿色环保原则

随着国家对环保要求越来越严格，中煤集团所选择的煤气化技术要按照可持续发展、绿色环保的原则，满足国家和地方政府的环保要求。

4 结 语

本文通过论述煤气化技术、中煤集团煤化工企业气化应用现状，探讨了中煤集团煤气化发展思路：现有气化炉管理，要从责任机制、原料煤管理、生产过程管理、人员管理等方面加强管理；后续煤化工项目气化方式选择要按照煤种适应性、产品适应性、与现有系统匹配性、装置可靠性和操作性、经济效益原则、绿色环保原则。