煤制烯烃项目的煤气化技术对比分析

摘 要：我国各类中小企业必须依靠自身的资源优势，采用科学技术进行有效的资源替代是国民经济持续健康发展的基本要求。对于化工产业来说，则需要发展基础化工原料，用煤制烯烃技术替代石油生产甲醇，进而生产位于下游产业链的聚烯烃、丙烯、乙烯等商品。从国家能源安全的角度来看，利用我国丰富的煤炭资源开发经济上有利的煤基石油替代产品是一种趋势。本文将从装置规模、生产成本及产品适应性等方面对目前国内外主要的煤气化技术进行分析，并对我国发展煤制烯烃项目的必要性进行探讨。

关键词：煤制烯烃;煤气化技术;对比分析

我国的化学工业随着国内经济的不断发展而发展。中国是一个典型的富煤、缺气、缺油的国家。因此，用煤化工产品替代石化产品有利于中国能源结构的优化。结合国内煤制烯烃项目中煤气化、转化、净化、甲醇制备、烯烃制备和聚烯烃技术方案的选择过程，从经济技术指标和能源转化效率等方面论证了煤制烯烃项目技术优化集成方案的先进性，并總结了该项目的创新点。

1 煤制烯烃的煤气化技术

顾名思义，该技术是以煤为原料生产聚烯烃产品，其关键工艺和技术包括煤气化、一氧化碳变换、脱除杂质酸性气体、空气分离、甲醇制备和精制蒸馏、甲醇制烯烃（MTO）、聚丙烯、聚乙烯等。其中煤气化是最重要的。后续装置的组装和运行工艺路线由不同的煤气化方法决定。因此，选择什么样的气化技术方案以及如何实施这些方案对煤化工项目来说是非常重要的。然而，不同煤气化技术对应的煤种并不完全一致。选取炉型、装置以及技术类型时都要结合当地情况因地制宜的选择。

2 煤气化技术的类型及方案

根据气化炉的形式，各种煤气化技术可分为固定床、流化床和气流床三大类，其中气流床技术因其环保特性在国内煤化工行业得到了广泛认可和应用。根据进料方式的不同，分为水煤浆气化技术（主要是通用电气德士古、多喷嘴和多组分浆）和以壳牌、GSP、HT-L和TPRI为代表的粉煤气化技术;根据高温气体冷却方式的不同，可分为自由基冷却型、废锅炉型和废锅炉激冷组合型;另外，不同的气化技术在进料方式的影响下会形成各具特色的气化压力。

2.1 技术选择

目前常用的主要有水煤浆气化技术、BGL、Shell干煤粉三种，其中第一种是高温气化制合成气。纯化后，合成甲醇，然后与甲醇进一步反应制备乙烯和丙烯。最终获得多品牌聚丙烯和聚乙烯产品。该工艺由GE单喷嘴水煤浆气化操作。此外，BGL采用BGL块（碎）煤渣气化工艺制气，净化后得到甲醇。以甲醇为反应原料制备乙烯和丙烯，最终得到多品牌聚丙烯和聚乙烯产品。由于BGL气化炉生产的合成气中含有大量的甲烷气体，一般会回收利用，生产成型天然气工业产品。因此，通过我们方案的细节，低温分离过程用于合成气中甲烷的二次收集。Shell干煤粉气化技术一般先制备混合气，净化后生产甲醇，再与甲醇反应生产乙烯和丙烯，最后生产多牌号聚丙烯和聚乙烯产品。

2.2 进料方式

水煤浆气化和粉煤加压气化有着不同的进料方式。水煤浆气化制浆后，由高压煤浆泵送至气化炉燃烧器。水煤浆进料安全，操作简便。煤的含水量相对较松，但原煤的灰熔点有一定的要求。干粉被加压和气化以供给干煤粉，干煤粉与高压二氧化碳一起被送到气化器。煤需要干燥并磨成细粉，而煤的干燥需要消耗一定的热量，所以煤的含水量越小越好。

2.3 冷却流程

①废锅流程：粗煤气带来的高位热能由废锅收集，另一种产品是高压蒸汽。该工艺热效率高，可最大限度地收集两次原煤气的显热，回收相当于原煤最小能量的14%～18%的热量，使热煤气效率达到90%～95%。但是，由于增加了大型复杂的余热锅炉，工艺流程长，设备材料要求高，施工难度大，一次性投资和维护费用高;②激冷流程：气化炉燃烧室与快速冷却室相连，结构体系更加严密。水可以快速冷却粗煤气，大量的水蒸气混合在水冷式粗煤气中，可以排入变换系统，因此整个过程不需要补充蒸汽。淬火工艺简单，易于操作。由于气化炉温度低，气化设备投资少，维护工作量少。然而，冷却过程仅使用气体的部分显热。与废锅炉工艺相比，设备投资少，维护工作量少，但热效率降低5%～8%;③联合流程：一种集废锅流程和激冷流程的优势于一体的流程，利用废锅流程中的冷却环节与水激冷相结合进行，其热效率接近纯废锅流程，有效能效率也有较大程度的提高。

3 几种工艺对比与分析

3.1 设备规模的对比

空分设备使用分子筛来进行空气净化提纯、空气增压、氧气内压缩、提取低压氮气的过程，进一步使用增压机给N2提升压力，带中压空气加压机，精馏塔上塔整齐地填充反应物。其中水煤气化的氧气规模要求为6～80000m/h，而BGL和Shell干煤粉技术则分别为4*70000/h和6*60000/h。水煤气化技术对气化装置的气化炉需求为直径3200mm，启动时压力65MPa，气体产生的速率是96700m3/h，BGL技术则需要操作压力40MPa、直径3600mm的气化炉，气体产生速率1041000m3/h，Shell干煤粉技术的操作压力与BGL相同，但需要直径3800mm的气化炉，可每小时有效产气967000m3/h。

3.2 产品适应性

三种工艺下生产的产品适应性具有很大差异，水煤浆气化工艺得到的合成气体，气汽比是1.4，生产合成氨和甲醇是非常对口的，也可以制氢 、羰基合成等用途比较广泛的气体;BGL熔渣气化工艺气化炉最终合成气体中甲烷燃气占6%，适合当IGCC体系的燃料和制备天然气，制备甲醇需要把混合气体中的甲烷反应掉。所以使用BGL块（碎） 煤熔渣气化工艺要增加深冷分离的相关流程和设备，对含有大量甲烷的混合物进行二次收集后作为副产物售卖，使整个流程变得十分复杂，成本和投资也直线上升：Shell粉煤气化工艺使用废热锅炉变换，要投放更多的水蒸汽并且使用多级喷水冷却方式。还有一种办法是使用更低的水气比效率，粗略合成气体中CO2占60%-65%，对CO2变换的提出了更多条件。

3.3 成本的对比

BGL技术在运输总图、原料转运、技术设备、配套热电的安装、公用系统和辅助生产设施等全厂性的费用、预备费等基础费用上比其他两种技术增加了型煤制备、污水预处理及深冷分离等方面的投资。

3.4 实际项目案例分析

陕西蒲城煤制烯烃项目结合了全厂物料平衡、能耗平衡及所处地实际状况，选用了GE 德士古8.7MPa高压大型水煤浆气化技术。该技术创造了水煤浆气化压力世界最高、单炉生产能力世界最大、气化装置总生产能力世界最大等三个世界之最，是本项目最大的创新点之一。该项目还采用了低温甲醇洗工艺、两个系统配置、单系列对应90万t/a甲醇气量的净化装置，而在回收硫装置、甲醇装置、MTO装置上则是依赖于国外的先进技术。神华集团在包头建造的煤制烯烃项目则采用了我国大化所研发的DMTO工艺技术，这种工艺技术与传统的MTO技术相比，可以在节约50%的投资成本的同时将一氧化碳的转换率提高到90%。神华宁夏丙烯项目选择了由中国化工、淮南化工联合清华大学共同研发的新型MTP技术，打破了依赖国外技术的局面，而且这项新型技术投产后得到的丙烯产物纯度可达到99.69%。由于目前甲醇制烯烃技术不够完善，我国的煤制烯烃项目普遍面临着国外低成本产品挤压市场、投资强度较高等问题。

4 结束语

综上所述，虽然现代新型煤化工产业工艺技术种类繁杂，但各项技术均有其自身的优缺点，只有通过工程设计阶段对这些先进技术进行高效集成优化，方能实现整体效益的最优化。因此，新建煤化工项目仍需结合实际情况，加强设计阶段的技术集成优化，争取项目各项效益的最大化。

参考文献：

[1]张智隆.关于煤制烯烃项目的煤气化技术对比分析[J].当代化工研究，2020（01）：42-43.

[2]郭磊，张社团，许珂，贯晓一.陕西蒲城煤制烯烃项目设计分析[J].煤炭加工与综合利用，2018（12）：12-17+8.

作者简介：

赵倩（1995- ），女，籍贯：山西省原平市，目前职称：助理工程师，研究方向：煤化工。