，

(航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730010)

山西省煤炭保有儲(chǔ)量為2 600多億t，其中不能單獨(dú)開(kāi)采利用的高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)的“三高”劣質(zhì)煤占20%～40%。晉城煤業(yè)集團(tuán)具有采礦權(quán)登記，其資源整合的總量為35億t?！叭摺泵壕哂匈A存條件好、資源保存完整、能立即開(kāi)采的條件。合理開(kāi)發(fā)利用“三高煤”資源，延長(zhǎng)衰老礦井服務(wù)年限，盤活固定資產(chǎn)，促進(jìn)礦區(qū)的安定，是企業(yè)必須解決的問(wèn)題。作為煤炭大國(guó)，利用我國(guó)的煤氣化技術(shù)，建設(shè)以“三高”劣質(zhì)煤為主要原料，制取甲醇，再由甲醇合成油(MTG)的煤制油工程，不但可以探索煤化工發(fā)展的新途徑，促進(jìn)我國(guó)煤制油的技術(shù)路線向多元化發(fā)展，還可以為緩解國(guó)家石油資源緊張局面開(kāi)辟新的途徑。在此背景下，晉煤集團(tuán)公司于2006年開(kāi)工上馬了高硫無(wú)煙煤潔凈化利用10萬(wàn)t/a合成油示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目是世界第一座煤基甲醇合成油示范工廠，是國(guó)家“863”計(jì)劃和山西省“十一五”規(guī)劃的重點(diǎn)工程之一。

由于該項(xiàng)目在實(shí)施階段采用的加壓灰熔聚流化床氣化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)尚未開(kāi)始，在2009年6月建成開(kāi)車前試驗(yàn)裝置生產(chǎn)中顯露的技術(shù)缺陷已無(wú)法回避，虧損嚴(yán)重，完不成晉煤集團(tuán)下達(dá)的達(dá)產(chǎn)、達(dá)標(biāo)和達(dá)效的指導(dǎo)方針政策，生產(chǎn)裝置長(zhǎng)期處于50%～60%負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，虧損嚴(yán)重。

1 改造前生產(chǎn)狀況

由于加壓灰熔聚流化床氣化技術(shù)的局限性，導(dǎo)致晉城煤業(yè)集團(tuán)天溪煤制油分公司在投產(chǎn)開(kāi)車后不斷有技術(shù)問(wèn)題困擾生產(chǎn)。原設(shè)計(jì)中6臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)能力為甲醇30萬(wàn)t/a，MTG裝置生產(chǎn)油品10萬(wàn)t/a。在正常投產(chǎn)后生產(chǎn)裝置最高負(fù)荷達(dá)75%，渣中含碳量約40%，最好運(yùn)行情況下渣中含碳量≥30%。常年維持在3～4臺(tái)爐生產(chǎn)狀態(tài)。經(jīng)過(guò)兩年多的生產(chǎn)實(shí)踐，由于技術(shù)問(wèn)題，無(wú)法長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)行，初步估算，年虧損在4億以上，因此企業(yè)迫切需要進(jìn)行氣化路線的改造。

2 改造思路

充分利用晉城煤業(yè)集團(tuán)現(xiàn)有廉價(jià)、豐富的高硫煤為原料生產(chǎn)甲醇，進(jìn)而生產(chǎn)合成油。以煤為原料生產(chǎn)甲醇，最重要的是氣化技術(shù)的選擇。晉城當(dāng)?shù)刂饕獮楦呋曳?、高硫、高灰熔點(diǎn)的“三高”劣質(zhì)煤，煤的煤質(zhì)特點(diǎn)決定了其氣化不宜采用水煤漿氣化技術(shù)，只能采取干粉煤氣化技術(shù)[1]。通過(guò)對(duì)粉煤氣化技術(shù)的投資、能耗、技經(jīng)、風(fēng)險(xiǎn)等綜合考慮，最終選擇了由航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司開(kāi)發(fā)的HT-L航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)甲醇合成所需精制氣，作為現(xiàn)有甲醇合成裝置的原料氣，以生產(chǎn)甲醇，進(jìn)而生產(chǎn)合成油。

經(jīng)過(guò)多次討論、驗(yàn)證，最終確定煤氣化采用2臺(tái)Φ3 200mm航天爐，產(chǎn)生的粗合成氣凈化后送甲醇合成裝置；對(duì)現(xiàn)有采用分子篩凈化空氣、空氣增壓、氧氣內(nèi)壓縮流程的空分裝置進(jìn)行改造；對(duì)現(xiàn)有采用Co-Mo系寬溫耐硫變換的變換裝置進(jìn)行改造，增設(shè)預(yù)變換段；對(duì)現(xiàn)有采用低溫甲醇洗工藝的脫硫脫碳裝置進(jìn)行改造；配套航天爐新增CO2輸煤壓縮機(jī)。

3 改造內(nèi)容

3.1 改造后工藝流程

對(duì)原有灰融聚造氣進(jìn)行技術(shù)替換，對(duì)凈化裝置進(jìn)行改造，適應(yīng)新的煤氣成分。充分利用原有空分、甲醇合成、壓縮、硫回收及公用工程裝置等，降低改造費(fèi)用，節(jié)省企業(yè)改造時(shí)間。天溪煤制油項(xiàng)目改造后工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 天溪項(xiàng)目改造后的工藝流程

3.2 造氣替換

原有造氣采用加壓灰熔聚流化床氣化技術(shù)，改造后用航天粉煤加壓氣化技術(shù)替代。改造項(xiàng)目成功與否，關(guān)鍵取決于航天爐能否全用晉城“三高煤”。為驗(yàn)證航天爐對(duì)晉城高硫煤的適用性，天溪公司于2010年10～11月在安徽晉煤中能公司的航天爐系統(tǒng)進(jìn)行高硫煤試燒。試燒采用晉城高硫煤摻混神木煤，逐步提高晉城煤的比例，同時(shí)降低神木煤的比例，以取得最佳的試燒比例。由于安徽中能公司原有硫回收裝置的限制，沒(méi)有繼續(xù)進(jìn)行摻燒，最終是45%晉城高硫煤摻燒神木煤，結(jié)果表明，50%晉城高硫煤摻燒的方案是安全可行的。

同時(shí)，航天爐針對(duì)不同煤質(zhì)，也在不斷進(jìn)行試燒調(diào)研和改進(jìn)。對(duì)貴州煤(灰分為30%，硫分為1.9%，全水為5%，揮發(fā)分為8%)、長(zhǎng)治煤(灰分為23%～26%，硫分為2.3%～2.4%，全水為8%，揮發(fā)分為10%)等類似煤種的試燒驗(yàn)證表明，航天爐對(duì)高灰分、高硫、高灰熔點(diǎn)的“三高煤”摻燒的方案是可行的。

根據(jù)本項(xiàng)目的煤質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)主要設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整：①考慮晉城煤灰分偏高，加大排渣系統(tǒng)的能力，渣斗、撈渣機(jī)作相應(yīng)調(diào)整；②考慮晉城煤活性低，采取增加氣化爐氣化段高度，以降低消耗，提高碳轉(zhuǎn)化率；③考慮晉城煤可磨系數(shù)、灰熔性等因素，對(duì)磨煤、配煤等單元進(jìn)行優(yōu)化，以保證入爐煤原料的穩(wěn)定。

3.3 空分

空分裝置根據(jù)配套氣化路線改造工程，需進(jìn)行改造，提高氧氣壓力，增加氮?dú)?、氧氣的產(chǎn)量，改造前后空分產(chǎn)品的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 改造前后空分產(chǎn)品的對(duì)比

(1)增加了3臺(tái)活塞式氧氣壓縮機(jī)，將原空分裝置的氧氣由0.9 MPa(g)加壓到5.0 MPa(g)后，供航天爐氣化裝置使用。

(2)新增1套10 000 Nm3/h氧氣的空分裝置，滿足氧氣和氮?dú)獠粔虿糠值纳a(chǎn)需要。

3.4 變換改造

氣化裝置之前使用的是灰熔聚造氣工藝，出氣化界區(qū)粗煤氣中CO(干基)含量為30.0%(v)。改造之后氣化裝置使用航天爐造氣，出氣化界區(qū)粗煤氣中CO(干基)含量72.3%(v)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于改造之前。變換裝置采用低水氣比耐硫部分變換工藝，對(duì)原有工藝進(jìn)行相應(yīng)改造，在滿足甲醇生產(chǎn)的同時(shí)降低改造費(fèi)用。改造前造氣出口原料氣組成見(jiàn)表2，改造后航天爐出口原料氣組成見(jiàn)表3。

表2 改造前造氣出口原料氣組成

表3 改造后航天爐出口原料氣組成

(1)在入口增設(shè)低壓廢鍋，調(diào)節(jié)進(jìn)入變換反應(yīng)水蒸氣含量。

(2)增加一段變換，使之盡可能接近原裝置入口粗煤氣的組成。

(3)增加并聯(lián)的鍋爐給水預(yù)熱器和脫鹽水預(yù)熱器，對(duì)低位熱量進(jìn)行回收。

3.5 低溫甲醇洗改造

在變換前設(shè)置粗煤氣脫硫系統(tǒng)，將粗煤氣中的H2S從1.11%(干基)脫除到450 mg/Nm3，COS從0.12%(干基)脫除到50 mg/Nm3，在造氣改造后，粗煤氣脫硫系統(tǒng)不能滿足系統(tǒng)要求，需隔離并停用。同時(shí)新增變換氣預(yù)脫硫塔，替代粗煤氣脫硫系統(tǒng)的作用，滿足粗煤氣脫硫系統(tǒng)的脫硫指標(biāo)。主要改造措施有以下幾點(diǎn)。

(1)新增變換氣預(yù)脫硫脫碳塔，變換氣分離器Ⅱ出來(lái)的變換氣直接進(jìn)入變換氣預(yù)脫硫脫碳塔，脫硫脫碳后的變換氣送入變換氣脫硫塔進(jìn)行脫硫。

預(yù)脫硫脫碳塔的控制指標(biāo)：H2S+COS從930 mg/Nm3脫至450 mg/Nm3(現(xiàn)有甲醇洗入口CO2氣量)，CO2從55 000Nm3/h脫至42 700Nm3/h(現(xiàn)有甲醇洗入口CO2氣量)。

(2)CO2閃蒸塔和硫化氫閃蒸塔出口的閃蒸氣不能滿足系統(tǒng)壓力要求，增設(shè)閃蒸氣壓縮機(jī)、進(jìn)口緩沖罐和后冷器等設(shè)備。

(3)停用硫化氫閃蒸塔的上塔和中塔，僅保留下塔；停用半貧液泵Ⅱ。

(4)二氧化碳閃蒸塔的Ⅱ段和Ⅳ段閃蒸的CO2氣體不去尾氣洗滌塔，改為去新增的CO2壓縮機(jī)，以滿足氣化輸煤的氣量要求。

3.6 輸煤用二氧化碳?jí)嚎s

輸煤用CO2壓縮機(jī)是為粉煤輸送提供氣源而設(shè)置，由于輸送氣體壓力高，打氣量小，故選用往復(fù)式壓縮機(jī)將CO2氣體進(jìn)行壓縮。

4 改造效果

4.1 改造后綜合能耗

本項(xiàng)目擬采用先進(jìn)的HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)替代原有灰融聚氣化技術(shù)，并對(duì)后續(xù)氣體凈化、空分裝置及部分公用工程進(jìn)行局部改造。改造前后噸甲醇綜合能耗對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 改造前后噸甲醇綜合能耗對(duì)比

從表4可看出，改造前該項(xiàng)目由于氣化技術(shù)運(yùn)行不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致裝置能耗居高不下，企業(yè)難以獲得良好的收益。改造后，噸甲醇綜合能耗顯著下降至47.07GJ，噸甲醇折合標(biāo)煤1 606kgce。

在能耗構(gòu)成中，以原料煤的能耗所占比重最大，其次為動(dòng)力能耗。項(xiàng)目采用HT-L粉煤加壓氣化專利工藝技術(shù)，煤有效成分的利用率在99%以上，煤耗及蒸汽耗量低、氧耗低，同時(shí)對(duì)裝置余熱進(jìn)行回收利用，有效地降低產(chǎn)品綜合能耗，提高了工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 項(xiàng)目改造時(shí)間

天溪改造項(xiàng)目的安裝施工從2013年5月開(kāi)始地基處理，2014年3月全廠停車，進(jìn)行全面的裝置改造和設(shè)備、管道的安裝施工，于2014年9月具備開(kāi)車條件，9月24日氣化裝置一次點(diǎn)火投料成功，10月1日打通全流程，生產(chǎn)出合格甲醇；12月中旬，達(dá)到日產(chǎn)千噸甲醇。

整個(gè)建設(shè)周期為16個(gè)月，建設(shè)的前10個(gè)月裝置正常運(yùn)行，后6個(gè)月是主要改造裝置安裝時(shí)期。

4.3 改造后運(yùn)行效果

2016年生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，1號(hào)氣化爐運(yùn)行了329d，2號(hào)氣化爐運(yùn)行了315d，甲醇產(chǎn)量1 050～1 100t/a，生產(chǎn)甲醇35萬(wàn)t/a。天溪改造項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了航天爐可適用于“三高”無(wú)煙煤，也標(biāo)志著全燒無(wú)煙煤的航天粉煤加壓氣化技術(shù)已在同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平。

5 投資及效益分析

改造總投資6.3億元，利用原有固定資產(chǎn)凈值14.1億元，原有無(wú)形資產(chǎn)凈值1.18億元，改造后原輔材料、燃料動(dòng)力等消耗均降低，無(wú)新增定員。改造前甲醇產(chǎn)量是18萬(wàn)t/a，改造后甲醇產(chǎn)量是35萬(wàn)t/a，生產(chǎn)成本與改造前相比有較大幅度地降低，以甲醇2 200元/t計(jì)，企業(yè)每年減虧3.74億元。

6 改造后有待解決的問(wèn)題

(1)由于場(chǎng)地限制，新建的航天爐裝置離凈化裝置距離較遠(yuǎn)，煤氣管道阻力降增大。

(2)原有甲醇合成裝置的合成塔直徑小，催化劑裝增量?jī)H35m3，制約了甲醇產(chǎn)能的進(jìn)一步提高。

[1]李小紅.適宜“三高”煤利用的煤氣化技術(shù)探討[J].現(xiàn)代化工，2009，29(z1)：234-236.