錢伯章

綜述

“十二五”煤氣化技術(shù)百舸爭流

錢伯章*

（上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室）

“十二五”期間，我國各種新型煤氣化技術(shù)蓬勃發(fā)展，大型化、精細(xì)化步伐不斷加快，不僅助推了氮肥、甲醇產(chǎn)業(yè)原料結(jié)構(gòu)的大調(diào)轉(zhuǎn)，而且也推進(jìn)了現(xiàn)代煤化工的穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)我國“十二五”期間煤氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了概述。

煤氣化無煙煤煤氣化爐原料煤化工水煤漿甲醇

煤氣化是新型煤化工的龍頭技術(shù)。煤氣化技術(shù)發(fā)展得好壞，直接關(guān)系著整個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國各種新型煤氣化技術(shù)根據(jù)企業(yè)的不同需求，大型化、精細(xì)化步伐不斷加快，安穩(wěn)長滿優(yōu)成為常態(tài)，不僅助推了氮肥、甲醇產(chǎn)業(yè)原料結(jié)構(gòu)的大調(diào)轉(zhuǎn)，而且推進(jìn)了現(xiàn)代煤化工的穩(wěn)定發(fā)展。

1　無煙煤供應(yīng)緊張，企業(yè)渴求新技術(shù)

據(jù)了解，合成氨和甲醇的原料都是以無煙煤為主。以合成氨生產(chǎn)氮肥為例，2010年全國氮肥行業(yè)用煤總量為8 534.5萬t，占全國煤炭產(chǎn)量的2.6%；氮肥用無煙煤量為5 260.8萬t，占全國氮肥原料煤總量的87%。而氮肥用無煙煤中又以無煙塊煤為主，大多采用間歇式固定床煤氣化（UGI）技術(shù)。然而，無煙煤僅占我國煤炭總產(chǎn)量的18%，隨著煤炭行業(yè)機(jī)采率的提高，2010年前后塊煤率已經(jīng)降至15%左右。當(dāng)時(shí)與全國煤炭供應(yīng)緊張的形勢相比，無煙煤供應(yīng)更加緊張，無煙塊煤供應(yīng)則是緊上加緊。

2010年無煙塊煤、無煙粉煤、天然氣和電力等平均進(jìn)廠價(jià)格比2005年分別增長了114%、83%、50%和34%，而同期尿素價(jià)格只增長了3%，行業(yè)效益嚴(yán)重受擠。由于無煙煤的價(jià)格當(dāng)時(shí)是煙煤價(jià)格的近2倍，這就造成越來越多的企業(yè)走上去無煙煤的道路。

2012年，中國擁有各種類型的煤氣化爐9000多臺(tái)，其中化工行業(yè)就有4000余臺(tái)，絕大部分以UGI爐為主。如果將采用天然氣生產(chǎn)合成氨的成本估算成1，那么用油生產(chǎn)的成本則是1.5，用煤的成本就是2。由此看來，煤制合成氨的成本最高。如果不能在技術(shù)上盡快地實(shí)現(xiàn)升級(jí)，煤頭企業(yè)將面臨不小的生存壓力，而這恰好給新型水煤漿煤氣化技術(shù)的推廣提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展平臺(tái)。

到2020年，我國對(duì)煤氣化爐的需求量將達(dá)到2250套，點(diǎn)燃了企業(yè)對(duì)新型煤氣化技術(shù)的渴求。

2　多種技術(shù)突飛猛進(jìn)，調(diào)整行業(yè)原料結(jié)構(gòu)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2010年，我國以煤、天然氣、油和焦?fàn)t氣為原料的合成氨產(chǎn)量比例分別為76.2%、21.9%、1.3%和0.3%；2015年，我國以煤、天然氣和焦?fàn)t氣為原料的合成氨產(chǎn)量比例分別為76%、22%和2%。其中，以非無煙煤為原料的產(chǎn)能比重由10%提高到24%，提高了14%；以無煙煤為原料的合成氨產(chǎn)能比重由65%下降至51%，下降了14%。

非無煙煤使用比例的提高，是煤氣化技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。陽煤化機(jī)正對(duì)陽煤豐喜臨猗公司的日投煤750 t氣化爐進(jìn)行半廢鍋流程改造（清華爐3.0技術(shù)或第三代清華爐氣化技術(shù)），改造投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)每小時(shí)能副產(chǎn)4.0 MPa、35～40 t高品位蒸汽，1 t蒸汽按100元計(jì)算，1 h就是3500～4000元，1個(gè)月就是270萬元左右，噸甲醇可以降低90元左右，節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。豐喜臨猗公司目前老廠采用無煙煤固定層間歇式煤氣化技術(shù)（UGI），新廠采用清華爐氣化技術(shù)，現(xiàn)在老廠賠錢，新廠賺錢，上述改造完成后，新廠的氣化技術(shù)將得到較大水平的提高，盈利能力將提升一個(gè)級(jí)別。

豐喜集團(tuán)早在“十五”期間就和清華大學(xué)合作開展第一代清華爐氣化技術(shù)的研制；2012年，第二代清華爐氣化技術(shù)在臨猗公司成功應(yīng)用；2013年，陽煤化機(jī)聯(lián)合清華大學(xué)、豐喜集團(tuán)等單位共同組成研發(fā)團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了“十二五”山西省科技重大專項(xiàng)——水煤漿水冷壁氣化爐的開發(fā)與制造項(xiàng)目，成功突破了氣化溫度低、無法燃燒劣質(zhì)煤、排渣易堵塞、運(yùn)行周期偏短等制約煤氣化的關(guān)鍵瓶頸，并將這一科技成果成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用（清華爐2.5代）。

據(jù)了解，截至2014年年底，全國合成氨裝置采用清華爐氣化技術(shù)的7臺(tái)，產(chǎn)能48萬t；甲醇裝置采用3臺(tái)，產(chǎn)能30萬t。2015年已經(jīng)投產(chǎn)并平穩(wěn)運(yùn)行的有新疆天智辰業(yè)化工有限公司2臺(tái)6.5 MPa日投煤1550 t的氣化爐；山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司焦?fàn)t氣綜合利用生產(chǎn)尿素聯(lián)產(chǎn)LNG轉(zhuǎn)型升級(jí)項(xiàng)目的2臺(tái)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行；正在安裝的陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司40萬t/a乙二醇項(xiàng)目、陽泉煤業(yè)集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司乙二醇項(xiàng)目（一期）、新疆國泰新華各2臺(tái)；制作完成待提貨的有6臺(tái)，正在制造的還有6臺(tái)。

不僅清華爐得到較快發(fā)展，而且多噴嘴對(duì)置式氣化、航天煤氣化技術(shù)、多元料漿氣化、碎煤加壓氣化、兩段式粉煤氣化，還有GE水煤漿氣化、殼牌粉煤氣化、科林（CCG）粉煤氣化、西門子（GSP）粉煤氣化等也得到較快的發(fā)展，對(duì)我國原料煤結(jié)構(gòu)的調(diào)整起到了重要的作用。

2010年年底，全國合成氨企業(yè)472家，產(chǎn)能6560萬t，已建和在建的水煤漿、干煤粉加壓氣化裝置分別有66臺(tái)、36臺(tái)，合成氨能力分別為706萬t、768萬t，其中42%建成投產(chǎn)，投產(chǎn)產(chǎn)能620萬t，新型煤氣化產(chǎn)能不到總產(chǎn)能的10%。到2014年年底，全國合成氨企業(yè)數(shù)331家，采用新型煤氣化技術(shù)企業(yè)數(shù)49家，占比14.8%；采用新型煤氣化已建成投產(chǎn)的水煤漿、干煤粉、碎煤加壓氣化裝置分別有75臺(tái)、20臺(tái)、35臺(tái)，合成氨能力分別為957.5萬t、578萬t、286萬t，投產(chǎn)產(chǎn)能1821.5萬t，產(chǎn)能提高了2倍多，占全國合成氨總產(chǎn)能的24.6%。

除了合成氨行業(yè)，甲醇行業(yè)的原料結(jié)構(gòu)也得到了調(diào)整。據(jù)介紹，2014年底，全國甲醇企業(yè)345家，采用新型煤氣化技術(shù)企業(yè)61家，占比17.7%；全國甲醇產(chǎn)量4 540.1萬t，采用新型煤氣化技術(shù)的產(chǎn)品產(chǎn)量2 343.5萬t，占比51.6%；已建成的水煤漿、干煤粉、碎煤加壓氣化裝置分別有127臺(tái)、28臺(tái)、24臺(tái)，甲醇能力分別達(dá)2531萬t、1027萬t、250萬t，投產(chǎn)產(chǎn)能3808萬t。

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)曾在2015年8月中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)組織召開的一次氮肥、甲醇行業(yè)發(fā)展研討會(huì)上指出，我國化肥行業(yè)已經(jīng)到了轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，企業(yè)要加強(qiáng)重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備開發(fā)，對(duì)已建成投產(chǎn)的先進(jìn)煤氣化爐做好達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)工作，同時(shí)根據(jù)原料結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求，集中力量優(yōu)化先進(jìn)煤氣化技術(shù)，改善原料結(jié)構(gòu)，力爭到2020年采用非無煙煤的合成氨產(chǎn)能占比從目前的24%提升至40%左右，采用常壓無煙煤的合成氨產(chǎn)能從目前的51%下降到41%。

3　單爐容量不斷升級(jí)，推動(dòng)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展

大型化是煤化工的發(fā)展方向，也是煤氣化的發(fā)展方向。“十二五”期間，全國煤氣化技術(shù)的“最大”一次次被刷新；首臺(tái)首套不斷涌現(xiàn)；GE爐、殼牌爐、清華爐、航天爐、GSP爐、多噴嘴對(duì)置式氣化爐等新型加壓氣化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，推動(dòng)了我國新型煤化工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

UGI爐以無煙塊煤為原料，尤其適宜于高灰熔點(diǎn)煤炭氣化，單位能耗低、利用率高、投資省、安全性能好、操作簡便，是最適合晉城無煙塊煤的氣化技術(shù)工藝。河南心連心、山西天澤等使用UGI爐的企業(yè)能耗水平處于以煤為原料的合成氨企業(yè)前列。但是，UGI爐日消耗煤量最大為70 t，1個(gè)百萬噸煤制油項(xiàng)目日消耗煤量達(dá)1萬多t，如果用UGI爐，至少需要150臺(tái)。如果選用大型爐，只用四五臺(tái)就足夠了，因?yàn)榇笮蜌饣癄t日消耗煤量最少為600 t，多的日消耗2000～3000 t，比UGI爐多10～30倍。

2012年9月3日，首套水煤漿水冷壁氣化爐在北京通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果專家鑒定。中國工程院院士謝克昌、倪維斗、岑可法、秦裕琨以及方德巍等煤化工領(lǐng)域的知名專家組成的專家委員會(huì)一致認(rèn)為，水煤漿水冷壁清華爐煤氣化技術(shù)成果具有顯著創(chuàng)新性，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)具有水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，總體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

裝備大型化、產(chǎn)品精細(xì)化、能量梯級(jí)利用和節(jié)能減排是國內(nèi)煤化工的發(fā)展方向?！笆濉逼陂g，GE大型化氣化爐在國內(nèi)受到眾多業(yè)主的青睞。通用電氣神華氣化技術(shù)有限公司有關(guān)人士介紹說，神華包頭60萬t/a煤制烯烴項(xiàng)目是世界首套煤制烯烴工業(yè)裝置。該項(xiàng)目采用美國GE公司的水煤漿氣化技術(shù)，共7臺(tái)單爐日投煤量為1500 t的氣化爐，包括煤漿制備、氣化、渣水處理等工序，7臺(tái)氣化爐5開2備，2011～2013年項(xiàng)目年均實(shí)現(xiàn)凈利潤約10億元。

據(jù)了解，采用GE水煤漿氣化技術(shù)的還有中煤集團(tuán)陜西榆林能源化工有限公司的煤制烯烴項(xiàng)目，年生產(chǎn)甲醇約360萬t，烯烴產(chǎn)能達(dá)120萬t；中天合創(chuàng)的煤炭深加工項(xiàng)目采用14臺(tái)900立方英尺氣化爐在6.5 MPa的高溫操作壓力下運(yùn)行，氣化爐單爐投煤量約1500 t/d，每年合成約360萬t甲醇；蒲城清潔能源化工180萬t甲醇制烯烴項(xiàng)目，通過采用8.7 MPa高壓氣化配置提高產(chǎn)能，其單爐投煤量達(dá)到2350 t/d。

除了GE水煤漿氣化技術(shù)，多噴嘴對(duì)置式氣化技術(shù)的大型化，在“十二五”期間也取得了進(jìn)展。2011年11月25～28日，江蘇靈谷化工有限公司日處理煤2000噸級(jí)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)裝置通過現(xiàn)場連續(xù)72 h考核；2013年4月19日，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)在北京組織了對(duì)該技術(shù)的成果鑒定會(huì)。鑒定意見認(rèn)為：該成果創(chuàng)新性強(qiáng)，總體處于同類技術(shù)的國際領(lǐng)先水平。

如果說2000噸級(jí)是煤氣化技術(shù)的一次升級(jí)，那么3000噸級(jí)更是多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的一次飛躍。2015年12月25日，由華東理工大學(xué)與兗州煤業(yè)股份有限公司共同承擔(dān)的國家“863”計(jì)劃3000 t/d級(jí)超大型煤氣化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及示范主題項(xiàng)目在北京通過驗(yàn)收。項(xiàng)目首席科學(xué)家、華東理工大學(xué)于廣鎖教授介紹，在該校與兗礦集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司的積極配合下，由兗礦集團(tuán)內(nèi)蒙古榮信化工有限公司承擔(dān)建設(shè)的180萬t/a煤制甲醇項(xiàng)目一期工程，順利完成了3套日處理煤3000噸級(jí)的超大型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工業(yè)示范裝置的建設(shè)。該工業(yè)裝置自2014年6月24日首次投料試運(yùn)行以來，各項(xiàng)工藝參數(shù)運(yùn)行正常，裝置整體運(yùn)行狀況良好，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、運(yùn)行平穩(wěn)，為依托企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益，在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛的影響。

此外，2014年3月下旬，西門子（中國）有限公司與北京杰斯菲克氣化技術(shù)有限公司在京發(fā)布其研發(fā)的SFG850新型氣化爐。北京杰斯菲克氣化技術(shù)有限公司市場總監(jiān)馬鳳橋表示，隨著超大型氣化爐項(xiàng)目的推進(jìn)，氣化效率相差幾個(gè)百分點(diǎn)，一年的運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)相差幾億元。這幾億元的效益差距，往往就可能是一個(gè)項(xiàng)目從盈利到虧損的反轉(zhuǎn)。而整個(gè)項(xiàng)目能效的提高，有賴于項(xiàng)目總體聯(lián)合各段技術(shù)專利商協(xié)同工作。

除了以上幾種技術(shù)，作為在中國應(yīng)用的第一種干粉加壓氣流床煤氣化技術(shù)，殼牌煤氣化技術(shù)不但給中國傳統(tǒng)的煤氣化帶來了先進(jìn)的技術(shù)和全新的理念，同時(shí)也大大地促進(jìn)了國內(nèi)干粉氣流床技術(shù)的發(fā)展，因此被應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)煤化工項(xiàng)目。比如，大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)46萬t煤制烯烴項(xiàng)目，氣化爐是3臺(tái)每天單臺(tái)可處理干燥原煤2870 t的六燒嘴殼牌煤氣化爐，目前運(yùn)行平穩(wěn)；又比如，云南天安、中石化、安慶、神華煤制油等多家采用殼牌先進(jìn)煤氣化工藝的企業(yè)，已取得單爐連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行超過120天的業(yè)績，實(shí)現(xiàn)了百日常態(tài)化；而雙環(huán)、柳化、永城等多套殼牌煤氣化裝置累計(jì)運(yùn)行超過300天，其中最高紀(jì)錄是338天。據(jù)悉，殼牌已經(jīng)實(shí)現(xiàn)98%的關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化率，不但減少了投資和備品備件成本，而且對(duì)提高我國煤化工過程裝備制造水平具有積極意義。

國家能源局曾指出，我國煤化工發(fā)展比較快，是全球最大的煤氣化市場，做好先進(jìn)煤氣化技術(shù)推廣，不僅可以為我國能源替代戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)，而且還可以走出去，為煤炭資源占能源比重大的國家輸出技術(shù)。

我國煤氣化技術(shù)雖然在“十二五”時(shí)期躍上了新臺(tái)階，但整體還處在各自為戰(zhàn)、群雄割據(jù)的階段，走出去局面尚未全面開啟。有專家認(rèn)為，“十三五”期間，如何用綠色、環(huán)保、高效的現(xiàn)代煤氣化技術(shù)與“一帶一路”沿線國家共享，將成為一個(gè)新的重要課題，有待我國煤氣化領(lǐng)域各路英豪去開拓、實(shí)踐和取得新成果。

Different Coal Gasification Technologies Compete with Each Other during"Twelfth Five-year"

Qian Bozhang

During"Twelfth five-year"，various new coal gasification technology of our country grows vigorously，the progress of large-scale and refinement not only boosts the structure of raw materials of the nitrogen fertilizer and methanol industry，but also promotes the stable development of the modern coal chemical industry.The development and application of coal gasification technology of"Twelfth five-year"were summarized.

Coal gasification technology；Anthracite；Coal gasifier；Raw material；Coal chemical industry；Water-coal-slurry；Methanol

TQ 54

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.10.015

2016-01-19）

*錢伯章，男，1939年生，教授級(jí)高級(jí)工程師。上海市，200127。