60 万t 甲醇厂煤气化工艺对比分析研究

尉美玲

（晋能控股煤业集团广发化学工业有限公司，山西 大同 037036）

1 煤气化工艺流程及特点

1.1 Texaco 水煤浆气化工艺流程及特点

Texaco 水煤浆气化工艺主要通过磨煤机将原煤打磨制成水煤浆，然后利用专用泵将水煤浆输送至气化炉井下制气，如图1 所示。该技术生产能力大，目前最大的气化炉生产能力达2 000 t/d，而我国气化炉最大生产能力已达1 200 t/d，可选用各种煤种井下制气，如烟煤、无烟煤、高硫煤等，但是对原煤含灰量、灰熔点等要求相对较高，要求含灰量较低以及还原性气氛下灰熔点应不得高于1 300 ℃、灰渣黏温特性好等[1-2]。在生产过程中气压调校范围在2.5～8.5 MPa。

图1 Texaco 水煤浆气化工艺流程示意图

采用Texaco 水煤浆气化工艺优点主要表现在以下几方面：

1）对原煤要求低。Texaco 水煤浆气化工艺对原煤要求相对较低，如对原煤颗粒大小、原煤含水率、活化性等要求低，所有可制成要求浓度输送浆料的含煤固体均可使用。

2）气化率相对较高。Texaco 水煤浆气化工艺时水煤浆在进入气化炉后在高温高压作用下水煤浆瞬间转化为合成气，转化率达95%。

3）成本费用低。由于采用Texaco 水煤浆气化工艺时水煤浆气化率高，具有高馈给量和高产气量，从而减少了装置数量、占地面积以及投资成本，同时可采用低廉煤种作为原料煤，降低了成本费用。

4）回收效率高。采用该工艺可将煤气转化后的废气固体进行回收，再次循环进行煤浆制作以及煤气转化，回收效率高。

1.2 Shell 干煤粉气化工艺流程及特点

根据进料方式Shell 干煤粉气化工艺属于流床气化，通过对磨碎原料煤、氧气、蒸汽进行加压并进入至气化炉内，在短时间内通过气化炉蒸馏、加压等作用完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等反应过程；在氧气充足条件下原料煤、水分、挥发分等完成燃烧反应，当气化炉中氧气消耗完后原料完成其他转化反应并进入气化阶段，并形成以CO、H2为主的混合煤气，工艺流程如图2 所示[3-4]。Shell 干煤粉气化工艺主要特点表现在以下几方面：

图2 Shell 干煤粉气化工艺流程示意图

1）Shell 干煤粉气化工艺对煤的活性、煤的灰熔点要求低，可采用高灰分、高水分、高含硫量的煤种作为原料煤，适用性强，而且工艺在操作过程中采用加压氮气输送方式，连续稳定性好且操作稳定。

2）该工艺在气化过程中气化温度在1 350～1 780 ℃范围内，原煤量炭化率达99%以上，产品气体相对洁净，产品气中CO、H2等有效气体体积分数在92%以上，气体内重烃含量低。

3）Texaco 水煤浆气化工艺相比Shell 干煤粉气化工艺耗氧量低，减少了配套空分装置成本费用，同时在生产过程中生产气压为3 MPa，原煤料处理量达2 200 t，生产能力大。

4）气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化合物少，容易处理，必要时可做到零排放，对环境保护十分有利。

2 Texaco 和Shell 煤气化工艺指标对比分析

2.1 工艺参数对比

通过对Texaco 和Shell 两种煤气化工艺指标进行对比分析，如表1 所示：

表1 Texaco 和Shell 煤气化工艺参数对比分析表

根据表1 可知，采用Shell 煤气化工艺时气化温度最高达1 700 ℃，在高温作用下褐煤、次烟煤、烟煤、石油焦均可作为原煤料，适用性强，对煤种要求相对较低[5]，而Texaco 煤气化工艺气化温度相对较低，仅次烟煤、无烟煤可作为原煤料，适用性受限，随着煤供应紧张，煤价格增加，其经济性以及适用性相对较低。

2.2 生产能耗对比

为了对比分析Texaco 和Shell 煤气化工艺在进行甲醇生产过程中能耗，Texaco 气化工艺采用2 套操作压力为6.5 MPa 直径为3.2 m 气化炉及其配套设备，Shell 气化工艺采用一套操作压力为4.0 MPa，直径为5.0 m 气化炉及其配套设备，按两种工艺甲醇生产量为55×104t/a 对其能耗进行对比分析，如表2 所示。

表2 Texaco 和Shell 煤气化工艺能耗对比分析表

根据表2 可知，采用Shell 煤气化工艺进行甲醇生产时能耗相对较低，与Texaco 煤气化工艺相比能耗可减少13.24 GJ/t，综合分析发现采用Texaco 煤气化工艺热效率、热能利用率以及碳转化率相对较低，低压蒸汽量为30.4 t/h，是造成能耗高的主要原因。

3 实际应用效果分析

3.1 经济效益对比分析

1）以同规模的甲醇装置的气化单元为建设项目，采用Texaco 气化工艺需投资金额为8.72 万元，而Shell煤气化工艺投资金额为10.46 万元，相比较Shell 煤气化工艺投资费用高出19.95%。

2）从甲醇生产成本来看采用Shell 煤气化工艺时煤气化效率高，在相同生产能力下比Texaco 煤气化工艺煤耗量低5%～7%，氧气消耗量低15%～19%，在煤耗、氧气消耗量上Shell 煤气化工艺生产甲醇具有一定优势。

3）但是从甲醇生产成本费用对比分析来看，Shell煤气化工艺投资相对较高，以及设备维护及折旧费用相比Texaco 煤气化工艺高，同时采用Shell 煤气化工艺生产甲醇时成本为1.42 万元/t，而采用exaco 煤气化工艺时生产甲醇成本为1.24 万/t，生产成本高了4.2%。

3.2 运行稳定性对比分析

截止目前国内共引进Shell 煤气化工艺生产装置40 余套，实际操作过程中整体稳定性相对较差，装置开车率不足80%，而Texaco 煤气化工艺采用3 套气化炉，在生产过程中气化烧嘴、耐火砖使用寿命长，气化嘴平均120 d 更换一次，耐火砖8 000 h 更换一次，全年生产时间长达320 d，而Shell 煤气化工艺气化炉内部主要采用水冷壁结构，无需安装耐火砖，在生产时减少了气化炉维护工作量，气化炉内部无转动结构，增加了气化炉使用寿命，无需安装备用气化炉，减少了设备维护费用。

4 结语

通过以上综合对比分析相比传统的Texaco 煤气化工艺，Shell 煤气化工艺在进行甲醇生产时综合能耗相对较低、煤种要求低、气化效率高，通过实际应用发现采用Shell 煤气化工艺时原煤料85%的热能能够转换为合成气，高压或中压蒸汽回收量达17%，相比Texaco 煤气化工艺热效率可提高至98%以上。