煤制甲醇项目的煤气化技术选择

王 勇

（兖矿能源集团股份有限公司 山东能源化工分公司，山东邹城 273500）

随着社会经济发展速度不断加快，工业建设水平更为成熟，各领域生产经营建设期间的石油资源需求量更高，石油成本持续攀升。在此背景下，相关部门需要着重关注甲醇项目的推广工作，配合使用煤制甲醇技术手段，切实保障甲醇生产质量与效率。现有甲醇使用可分为直接使用与间接使用两种方式。其中，直接使用又包括掺混与全额甲醇使用手段。间接使用可以将甲醇转变为二甲醚以及甲基叔丁基醚物质，从根本上提升甲醇生产期间的资源利用率。

1 煤制甲醇生产工艺与原则

1.1 甲醇生产工艺种类

煤制甲醇生产工艺主要以煤为原材料，其关键工艺主要包括空分、煤气化、转变以及酸性气体脱除，生成甲醇制二甲醚以及甲醇制烯烃。煤气化技术是甲醇生产重要内容，不同的气化技术会受到生产技术规格以及技术路线因素影响，因此需要借助煤制甲醇生产要求选择适宜的煤气化技术手段。

依照进料角度分析，气化技术可分为块煤气化技术、水煤浆气化技术、干煤粉气化技术三种。不同煤气化技术涉及的流程不同，流体力学条件以及技术来源存在较大差异。

块煤气化技术的出现时间较短，水煤浆气化技术在此基础上进行了生产设施的改造与优化，实际应用期间具备能耗量低、副产品少等优势。煤灰气化技术在具体应用期间主要包括干煤粉气化技术、单喷嘴粉煤气化技术与两段干煤粉气化技术。针对多喷嘴对置水煤浆气化技术，需要找寻出适宜的煤制甲醇手段。

结合现阶段甲醇生产实际情况，发现以煤为原料生产甲醇期间需要涉及较多关键技术手段。其中，煤气化技术可直接影响到甲醇生产质量与效率。

我国主要使用多喷嘴对置式水煤浆气化技术手段以及干煤粉气化技术。因不同技术应用要求及应用特征存在较大差异，还需要对各项应用技术方案进行对比分析。

1.2 甲醇煤气化技术选择原则

甲醇煤气化技术的应用水平可直接影响到甲醇生产效率以及甲醇生产系统运行过程中的安全性与可靠性，需要在煤气化技术选择过程中，严格遵循以下原则，确保选择出的煤气化技术具备运行效率高、能耗量低、安全可靠性能。

（1）安全环保原则。在甲醇煤气化生产过程中，生产出的煤渣、煤灰、废气的处理难度较大。在处理工作没有得到严格管控的情况下，会对实际生产质量造成严重不利影响。因此在选择煤气化技术手段时，需要着重关注安全环保工作，开展清洁型生产，控制废弃物排量。

（2）适用性原则。不同地区煤矿资源存储量不同，需要着重分析煤气化技术应用期间的适用性原则。结合地区具体条件、实际生产情况，对煤气化技术进行灵活选择。

（3）先进性原则。为从根本上提高生产企业综合竞争水平，在选择煤气化技术过程中还需要确保选择的技术手段具有较高的先进性，能够切实提升实际生产效率，使甲醇项目开展全过程均能够得到严格把控。

（4）可靠性原则。要求选择出的煤气化系统始终保持安全、可靠的运行状态，切实提升实际生产质量的效率，降低设备实际使用期间的故障问题发生概率。

2 煤制甲醇煤气化技术对比

以年产量为300万t的二甲醚生产项目为例，该生产环节的主要原材料为煤。经过甲醇转化后会生产出二甲醚。

1）生产技术方案主要就是使用多喷嘴对置气化工艺，将合成后的气体通过净化形成甲醇，将甲醇作为生产原材料生产二甲醚。结合多喷嘴对置气化技术手段，对技术方案进行合理判定。

2）生产技术方案主要就是使用BGL气化工艺生成合成气体，将气体净化后生成甲醇。以甲醇作为原材料继续生产二甲醚。BGL气化技术在气体合成过程中具备较高含量的甲烷，甲烷也可以进行回收利用。使用PSA甲烷，氧化处理富甲烷气体中的非催化部分，也可以生成合成气体，并将此气体再传输到粗合成气的进化系统中。

3）生产技术方案主要就是使用Shell干煤粉气化工艺，甲醇气体可以作为原材料生产二甲醚。

4）不同生产技术手段下的气化装置、净化装置、甲醇装置、甲烷回收装置、催化及二甲醚装置结构不同，但空分装置多是用分子筛净化空气、空气增压，氧气压缩方式。借助氮气增压装置增加氮气流程中压空气增压，增流塔处使用规整填料手段。

5）从气化装置角度分析，使用多喷嘴水煤浆气化技术中的气化炉直径为3 600mm，操作压力需要控制在6.5MPa。使用BGL熔渣气化技术，公称直径为3 600mm，操作压力为4.0MPa。使用shell干煤粉气化技术，气化炉为4开无备用。公称直径为3 800mm，实际操作压力为4.0MPa。

6）从净化装置角度分析：

（1）生产方式需要配合使用一氧化碳变换装置。低温甲醇洗技术需要使用三系统配置方式。丙烯离心压缩机应当提供给低温甲醇洗正常生产时所需的制冷量；

（2）生产方式应当使用低水与低气比装置，采用4系统配置手段。酸性气体脱除时要使用低温甲醇洗技术以及四系统丙烯离心压缩机，确保低温甲醇洗生产时的温度始终处于适宜的冷量范围之内；

（3）生产方式的一氧化碳变换需要使用高水与高气比装置，依照4系统配置手段开展配置工作。丙烯离心压缩机应当注重提供低温甲醇洗正常生产时所需的能量；

7）从甲醇装置角度分析。第1种生产方式采用三个系统配置。第2种及第3种生产方式需要采用4个系列配置手段。

8）从甲烷回收装置角度分析，第1种生产方式与第3种生产方式不必配置回收装置。第2种生产方式需要采用变压吸附式脱除惰性组分手段。

9）从甲烷非催化部分氧化装置角度分析，第1种生产方式与第3种生产方式，不必配置非催化氧化设备。第2种生产方式需要收集副甲烷气体，并借助非催化部分氧化装置合成气体。

3 煤制甲醇煤气化技术经济指标评估

3.1 财务评价基础

通过对三种生产技术方案进行全方位评比，将每个生产方案的二甲醚销售量均设定为300万t。其他产品作为生产副产品，扣除其制造成本，使三个生产方案中的销售收入趋于一致。对比分析不同方案制造成本水平，并将对比分析结果作为实际生产期间的财务评价基础。

煤制甲烷煤气化生产期间的生产原料以及生产副产品主要包括原水、原料煤、二甲醚、硫磺、粗轻油、氨水以及焦油等。

财务评价测算价格需要取国际油价标准，以从根本上保障评价结果的全面性与可靠性。

3.2 综合技术经济指标评价

煤制甲烷煤气化生产技术中的综合技术经济评价主要涉及原材料、燃料煤用量、主要公用工程用量、产品及副产品用量、生产体系总定员、总占地面积、投资估算、涉及内部收益率、年均净利润以及二甲醚成本的技术经济指标等。

4 不同煤制甲烷煤气化技术综合对比分析

4.1 原料适用性

通过运行多喷嘴对置式水煤浆气化技术，原料煤需要选择具备较好成浆性的材料，使气化装置能够在具体运行过程中具备良好的处理效率。原料煤中的灰熔点与FT不可过高，以进一步延长耐火砖使用寿命。原料煤的成浆性可直接影响到水煤浆气化水平，需要在具体应用期间进行严格管控。使用块煤熔渣气化技术手段时，块煤原料的粒径应当控制在6～50mm，在具体应用期间还需要额外增加型煤车间以及型煤生产装置。在使用Shell粉煤灰气化工艺时，生产期间需要首先向生产锅炉中投入含水量为2%～5%的干粉煤。干粉煤的灰分也要控制在1%～3%。

4.2 产品适应性

多喷嘴对置式水煤浆气化技术，需要通过激冷工艺合成气，汽气比需要达到1∶4，生产能够满足实际生产要求的氨气与甲醇。配合使用氢气与碳基合成气体，扩大实际生产覆盖面，应用范围较广。块煤熔渣气化工艺中的气化炉出口合成气甲烷质量较高，质量分数可以达到6%左右，能够被更好地应用在 IGCC系统燃料气以及合成天然气的生产过程中，甲醇生产需要处理合成其中的甲烷气体，块煤熔渣气化生产还需要配备催化与非催化部分氧化装置，富集驰放气体中的甲烷物质，并对富甲烷气体进行氧化处理，合成的气体可以进入到粗合成气化系统中，实际运行期间的复杂性进一步提升，生产成本增长。Shell粉煤气化工艺需要配合使用多级喷水激冷或者控制水汽比的方式开展生产作业工作，合成后的气体氧化碳质量分数可达到6%～6.5%，对氧化碳变化率的要求较高，导致下游低温甲醇洗负荷增长。

4.3 投资成本

从煤制甲醇项目总投资角度分析，使用多喷嘴对置式水煤浆气化技术的投资成本最低，块煤熔渣气化技术的投资成本居中，Shell粉煤气化技术的投资成本最高。虽然shell粉煤灰气化技术不需要备炉，但为切实保障生产期间的安全性及可靠性，仍需要配备相应的备用锅炉设施，导致投资成本进一步增长。

4.4 副产品

多喷嘴对置式水煤浆气化技术与 Shell粉煤气化技术的副产品仅为硫磺。而块煤熔渣气化技术在生产期间除会产出硫磺之外，还会生产出焦油、粗轻油、粗酚等副产品，且副产品总量较大。副产品可直接影响到煤制甲醇项目开展过程中的经济效益，在副产品较多的情况下，项目经济指标真实性将会受到严重不利影响。

不仅如此，煤化工项目多处于偏远地段，周边交通环境及经济发展水平无法得到根本上把控。在使用块煤熔渣气化技术过程中，产生的副产品排放要求，还需要额外设置精加工处理装置。

现阶段国内尚未生成完备的焦油处理系统，处理后的焦油产品质量与实际应用要求不符。如直接将副产品作为产品销售，周边市场消化能力较弱，只能够在项目内作为燃料，难以从根本上保障副产品实际应用期间的价值。

4.5 大型化及技术应用成熟度

多喷嘴水煤浆气化技术的应用时间较早，并已经向国外推广。相较于其他两种煤气化手段而言，水煤浆气化技术能够被更好地应用在大型煤化生产项目中。同时，单台气化炉的最大投煤量可以达到3 000t，在生产300万t二甲醚时，只通过配备7台气化炉与3台备用炉就可实现。使用Shell粉煤灰气化技术的单台气化炉最大投煤量也可达到3 000t，在生产300万t二甲醚项目过程中，只需要配备6台气化炉装置就可实现。在使用块煤熔渣气化技术的情况下，由于生产环节会受到气化压力值等因素影响，生产300万t二甲醚过程中需要配备8台气化炉以及4台备炉，实际生产环节的流程更为复杂，生产成本进一步提升。

4.6 污水处理

为确保煤制甲醇项目中的煤气化技术能够与现阶段地区可持续发展相符，还应当对比分析不同煤气化技术应用过程中的污水处理水平。多喷嘴水煤浆气化技术与Shell煤气化技术的工艺均属于清洁性煤气化技术，在实际生产过程中不会出现过多的副产品，且气体有效成分较高，废气废水及固体废物容易处理、气化压力范围较大；块煤熔渣气化技术因其生产期间涉及的环节较为复杂，会在具体生产时出现焦油、粗酚酞以及粗氨气等副产品。

通过分析煤制甲醇项目煤气化技术应用现状，发现国内尚无成熟的专项废水处理工艺，废水处理效果与废水处理标准的差异较大，回用难度进一步提升。在使用块煤熔渣气化系统过程中，应当首先在同类装置上进行试烧处理，而后才可以确定气化炉生产能力、副产品数量与副产品成分，灵活设置污水处理环节，确保污水排放及活用效果与预期目标相当。

5 不同煤制甲烷煤气化技术的对比结果

通过从不同角度对煤制甲烷煤气化技术实际应用情况进行对比分析，发现Shell干煤粉气化技术虽然应用期间的优势较为凸显，但在具体应用期间的投资成本较高，经济效益无法得到根本保障。块煤熔渣气化技术的应用先进性及技术可行性均较低，且在具体使用期间需要浪费大量的水资源，不可使用在水资源紧缺地区。多喷嘴水煤浆气化技术实际应用期间的经济效益更为显著，在原料煤成浆条件较为良好的情况下，煤制甲醇项目开展效果更好，因此可以在具体生产过程中进行大规模投入使用。

6 结束语

甲醇生产水平直接影响到我国能源利用期间的安全性及可靠性。通过对甲醇进行可靠加工，能够代替石油资源完成各项生产任务，对实现地区可持续发展意义重大。现有煤制甲醇项目更为复杂，需要结合实际生产要求选择更加适宜的煤气化技术手段。通过对比分析多项煤气化技术，发现在保障原材料质量的前提下，多喷嘴对置式的水煤浆气化技术最为理想，可以得到全面推广及应用。