煤制油之我见

第1期中氮肥No.12016年1月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJan. 2016煤制油之我见郭金海，苗胜利(河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南沁阳454592 )[摘要]如今，发展煤制油e成为我国煤化工领域的一-个重要发展方向和能源战略，发展煤制油需掌握造气、油品合成和空分三大核心技术。介绍国内外三大核心技术的发展现状，并指出发展煤制油必须考虑的工艺流程优化.环保、新I艺新设备开发研究等问题。[关键词]煤制油;煤液化;造气;煤浆;直接煤制油;间接煤制油;空分[中图分类号] TQ536 [文献标志码] B [文章编号] 1004 - 9932(2016)01 -0005 -04石油属不可再生能源，对每个国家来说都具.2煤制油的三大核心技术有极其重要的战略意义，我国自1993年成为石油净进口国后，进口量逐年递增，2000 年接近，经过几十年的研究发展，开发出了直接煤制70000kt'),2004年原油和成品油净进口量超油和间接煤制油2种工艺。目前，世界上有代表过1 x108 t[21，预计2020年我国油品进口量约2性的直接煤制油工艺有日本的NEDOL工艺、德x 10* [3。因此，为摆脱原油进口的依赖和国际国的IGOR工艺和美国的HTI工艺”;间接煤制原油价格的制约，发展煤制油成为我国煤化工领油技术主要有南非SASOL公司的费托合成法、域的一个重要发展方向和能源战略。荷兰Shell公司的SMDS技术和美国Mobil公司的MTG技术。无论是直接煤制油还是间接煤制油,1煤制油的历史都离不开造气、油品合成和与之匹配的大型空分煤制油技术最早由德国发明，1913 年Bres-系统等三大核心技术。lau工程学院的Friedrich 在高温高压条件下进行2.1造气氢气和煤的反应研究，并获得了大量油品'4;煤气化是煤制油的龙头，关系到整个装置能此后BASF公司使用固定硫催化剂和两步氢化分否正常开工运行和实现预期的经济效益，如果造解技术完成了这一过程，并于二战期间实现了工气装置不能安全、平稳运行，下游装置就无法开业化生产;德国先后有12套煤制油装置建成投车运行。所以，煤制油选择什么样的气化工艺及产，到1944 年，德国煤制油工厂的油品生产能其是否成熟、可靠是至关重要的，当然造气的关力达到4 230 kt/a。二战后，中东地区大量廉价键及核心技术-一大 型化设备的制造、喷嘴的长石油的发现开发使煤制油工厂失去竞争力而关周期运行等也非常重要。目前，国内工业化应用闭。20世纪70年代，由于中东战争和两次石油的气化工艺主要有以下几种。危机的爆发，世界范围内引发了新一轮煤制油技2.1.1水煤浆 气化术研究开发的高潮，美国、德国、日本等工业发Texaco水煤浆气化技术是上世纪80年代我达国家在原有的基础上投人大量的人力、物力、国从美国引进的，先后在鲁南、吴泾、渭河、淮财力进行煤制油相关方面的研究，并开发出一- 些南等地建成4套生产装置。“九五”期间，华东新的工艺。我国也从上世纪70年代末开始进人理工大学、鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司煤制油领域的研究，煤炭科学总院负责煤炭直接等承担了国家重点科技攻关课题“新型(多喷液化技术的引进和研究，中科院山西煤化所负责嘴对置)水煤浆气化炉开发”，经过多年的研煤炭间接液化技术的研究和开发。"中国煤化工嘴对置式水[收稿日期] 2015-06- 10[修稿日期] 2015-06-.14煤浆气化技术CNMHG[作者简介]郭金海(1983- -),男,河南南阳人，助理工程师。水煤浆气化技小。小白心小边的icdco水煤浆●6.中氮肥第1期气化技术还是国产化的多喷嘴对置式水煤浆气化(2)煤气中含有8% ~15%的甲烷，特别适技术，均属于气流床气化技术，水煤浆进料，以宜于联产城市煤气或煤制天然气。纯氧为气化剂，气化压力可在2.0~8.5 MPa之(3)煤气中含有焦油、轻油、石脑油、酚间选择，气化温度在1 300~1 500 °C。等，下游产品多样化，但也导致气体净化工段设工艺流程:原煤经湿磨煤机制浆后成为备增多、操作复杂。63% (质量分数)左右的水煤浆，经高压煤浆(4)设备、技术等已全部实现国产化，投泵送至气化炉顶与纯氧(纯度98%)一起进人资费用大幅度下降。喷嘴，煤浆经喷嘴雾化后与氧气在气化炉内发生(5)煤气水处理难度较大、投资较大。部分氧化反应，生成水煤气，水煤气出气化炉后(6) - -般有备炉，可实现长周期、连续运.经文氏管、洗涤塔增湿除尘后送往后续工段;灰行。渣经锁灰斗收集，定期排出系统;黑水经闪蒸回(7)开车时间短，6h就可以实现并气，开收热量及沉降处理后，返回系统使用。车费用低。水煤浆气化工艺技术具有如下特点。2.1.3 Shell 气化(1) 与干法进料工艺相比，水煤浆进料工Shell气化技术是21世纪初我国从荷兰引进艺简单、安全可靠，粉尘污染小，对煤的水分、的，先后在湖北、湖南、河南、内蒙古、广西等灰分、可燃物含量等没有特殊要求。地建成了十几套生产装置。目前国内已有多台(2)气体有效成分(CO+H2) 含量高(达Shell气化炉投人运行，经过不断的消化吸收和80%左右)，CO2含量高，可用作下游产品原料。工艺优化，中石化及河南开祥的Shell气化装置(3)气化压力高，节省后工段压缩功耗;已实现连续运行6个多月的新纪录。从2.5~6.5 MPa都有工业化装置，以4. 0 MPa工艺流程:原料煤经破碎后由运输设备送至较为普遍。磨煤机，磨成粒度小于100 um (占90%)的煤.(4) 碳转化率高达96% ~98%。粉并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给(5)气化炉有激冷、废锅、激冷和废锅结料仓由高压氮气送至气化炉喷嘴，高压氧气预热合的3种流程，可根据产品进行流程选择。后与中压过热蒸汽混合后也导人喷嘴，粉煤、氧(6) 对煤的黏度及成浆性有一定要求，硬气、蒸汽在气化炉内发生碳的氧化及各种转化反度太高的煤会导致磨煤系统能耗高。应;气化炉顶部约1500C的高温煤气被冷煤气(7)开车升温过程复杂，开车时间较长、激冷到 900 °C左右进人废热锅炉回收热量;回收费用较高。热量后的煤气依次进人干式除尘和湿式除尘系2.1.2鲁奇气化统，煤气中尘含量小于1 mg/m3后送后续工段。鲁奇气化技术是上世纪80年代我国从德国Shell气化工艺技术具有如下特点。引进的，先后在山西长治、黑龙江哈尔滨、河南(1)干煤粉进料，气化温度高，煤种适应义马等地建成3套生产装置;化二院在消化吸收性广，对煤的灰熔点要求低。该技术后形成了具有自主知识产权的碎煤加压气(2)气化温度在1 400~1 600 C，碳转化化技术，并且把操作压力由3.0 MPa 提高到4. 0率高达9%以上,煤气中有效成分(CO + H2)MPa。高达94%左右6。不管是鲁奇气化技术还是碎煤加压气化技(3) 与水煤浆气化工艺技术相比，氧耗降术，均属于固定床煤气化技术，炉体为立式圆低15% ~25%，原煤消耗降低约12%。筒，设有夹套锅炉，炉内煤层高度在4 m左右，(4) 单炉生产能力大，目前已投运的气化操作压力3.0~4. 0 MPa,最高温度1 500 C，炉炉气化压力在3.2 MPa 左右，日处理煤量在下部设有转动的炉箅及相应的传动机构[52 000~2 500 t鲁奇气化工艺技术具有如下特点。(5)热效”中国煤化生能转化至(1)碎煤人炉，煤的处理费用低，但煤的粗煤气中，约YHCNMHG化二生产高压成本较高。或中压蒸汽，总时然双工任7心工口第1期郭金海等:煤制油之我见●7(6) 技术需国外引进，单炉投资较大，一2.2油 品合成般没有备炉，易导致全系统停车;工艺包、烧油品合成是煤制油的核心技术，关系到整个嘴、水冷壁、陶瓷过滤器滤芯等依赖进口。装置能否产出合格成品油和实现预期的经济效(7)国外只有在荷兰有用于IGCC发电的工益。其关键技术是高效率合成催化剂的开发应业化装置，用于合成氨、合成甲醇、合成油等工用、催化剂的回收技术和高效可靠大型反应器的艺路线在国内均属首次尝试。开发应用。虽然德国在二战时期已有工业化装2.1.4 HT-L 煤气化置，但现在早已不复存在。目前直接合成油在世HT-L煤气化工艺技术是航天十一所借鉴国界上唯一的工业化装置是神华集团鄂尔多斯的煤外多种煤气化工艺中的先进技术，配置自主研发制油装置;间接合成油在南非有7 000 kt/a的工的盘管式水冷壁气化炉而形成的一-套结构简单、业化装置，并且获得了很好的经济效益。有效实用的煤气化工艺技术。烧嘴设计采用单烧2.2.1直接 合成油嘴顶烧式，气化炉采用激冷工艺。目前安徽临直接合成油工艺首先采用-部分煤气化，粗泉、河南新乡、河南龙宇、晋开集团、晋煤天溪煤气经变换、脱硫脱碳、甲烷化、变压吸附等工等多处工业化装置都已实现稳定运行。艺过程获得高纯度的氢气，然后将高纯度的氢气工艺流程:气化炉用高压氮气升压到1 MPa通人已制备好的煤浆中，煤在高温高压和催化剂时，煤粉、氧及蒸汽混合至- -定的氧煤比进入气的作用下加氢裂化，同时包括热裂解、溶剂萃化炉，在1400~1600C温度和4.0MPa压力条取、非催化液化等，将煤降解、加氢转化为液态件下发生碳的氧化反应生成粗煤气;热粗煤气和烃类，然后通过加氢精制等过程脱除煤中的氮、熔渣-起在气化炉下部被激冷并分离，出气化炉氧、硫等杂质，以提高油的品质。煤直接液化过粗煤气温度为199 C，经文丘里洗涤器、洗涤塔程包括氢气的制备、煤浆的制备、加氢反应、分洗涤后，194 C、固含量小于0.2 mg/m3的粗合离和加氢提纯等单元'9。直接合成油技术在油成气送往后续工段。品合成工段条件比较苛刻，现代工艺如NEDOL、HT-L煤气化工艺技术具有如下特点。IGOR、HTI 等液化压力在17~30 MPa之间，液(1)原料的适应性广，烟煤、无烟煤、褐化温度在430 ~470 C之间，产品组成比较复杂，煤均可气化，对于高灰分、高水分、高硫煤种同分离相对困难，但回馈也是可观的，2.4 ~3.0 t样适用(河南龙宇煤化工用过神木炭厂和永煤煤就可合成1 t成品油[8-9]。新桥2种煤，工况稳定，有效气含量基本能达到目前，国内乃至世界上首套直接合成油工业设计要求)。化装置落户在内蒙古鄂尔多斯市。本套装置由神(2) 单系列能力大，现设计单台气化炉有华集团独资建设和经营，规划规模为年产5000效气(CO+H2)产能为42 000 m'/h,年可生产kt成品油，预计投资500多亿元。工程分期建甲醇150~200 kt,现正在研发350 kt/a 甲醇装设，其中一期工程建设规模为年产油品3 200 kt,置配套的气化技术和设备。由3条生产线组成，第--条生产线已全部建成，(3)碳转化率高，达98%，渣中残炭控制整个煤制油流程已打通，并产出了合格的油品。在1% ~2%，有效气含量达90% (其中CO2.2.2间接合成油70%、H2 20% )。间接合成油是将所有用于合成油的煤送人气(4)总的热效率为95% ~ 96%，实际冷煤化炉进行气化，获得的粗煤气经脱硫脱碳后，依气效率为80% ~83%，蒸汽产量只有3 l/h,大据采用的F-T合成器，经部分变换反应调整为高部分的热量都由粗煤气及熔渣带入激冷水中，造H2/CO (1.5~2.1) 的合成气进人固定床反应成热量损失。器，在一定压力、温度和催化剂的作用下合成烃(5)气化炉水冷壁采用盘管式( DN40)，[或直接采用低H2/CO (0.5~1.0) 合成气进入保证水流量分配均匀,不会因水流量过低造成爆浆态床反应器“中国煤化工工化剂的作管，但阻力较大，换热效果差。用下合成烃]MYHCNMH G(6)开车时间短，- .般8 h就可实现并气。得到汽油、柴响、休佃寸。问按口成油技术在油●8.中氮肥第1期品合成工段的条件相对温和一些，反应压力在工程设计时应注意节能技术的应用，尽量达到系2. 0~3.0 MPa,反应温度低于350 C8],但需约统内部自身能量的平衡，减少外部能量的供应。5t煤才能合成1t成品油[10]。3.2 新气化工艺的开发应用目前国内潞安集团和伊泰集团的间接煤制油目前已经实现工业化的煤气化技术尽管各有示范工程已经建成投产，于2009年产出柴油并优势，但普遍存在气化温度高、能耗大、对设备满负荷生产，实现了很好的经济效益;晋煤集团要求高、环境污染严重等问题。所以，开发应用的MTG合成油示范工程也于2009年生产出汽油新的煤气化技术( 如煤的催化气化技术、煤的并满负荷生产，也实现了很好的经济效益。等离子气化技术、煤的太阳能气化技术等)也2.3大空分 系统是煤制油工程发展道路上需要努力的方向。现在空分技术虽然已经很成熟，但与大型气.3 大型设备的开发应用化炉相配套的大型空分装置则需要克服多方面的1个3000kt/a的间接煤制油项目日耗原料难题，特别是生产过程中联锁导致停车的问题，煤27 kt，气化所需的氧气量约10x10' m'/h; 1空分系统--旦联锁停车，会导致整个气化系统停个同样规模的直接煤制油项目日耗原料煤12kt,车或者是减负荷。1个3 000 kt/a的间接煤制油气化所需的氧气量约3x10' m'/h。而目前工业工程气化系统所需的氧气为(9~10) x10' m'/h,化运行中的单炉日进煤量为2.0~2.5 kt,国内而国内目前能供应的成套制氧设备最大能力仅有能提供的成套制氧设备能力仅为5.2x 10* m'/h。5.2x10* m'/h，国际上最大的空分设备是南非所以，要发展煤制油，必须开发应用大型的气化SASOL公司的特大型空分设备，制氧量为炉和空分装置，同时与之配套的反应器、离心压103 660 m'/h。从国内国际情况来看，成套空分缩机及蒸汽透平等设备也须大型化(如百万吨设备能力还是偏小，发展煤制油必须开发特大型级F-T合成反应器单重达到2000t,这就要求机.的空分设备与之匹配，并且要能保证长周期、稳械加工水平也须与之匹配)，而且设备大型化后定运行。还须确保安全、长周期、稳定运行，否则也不可目前国内与气化装置配套的空分装置运行良能产生良好的经济效益。好:巴陵石化公司煤改油工程项目配套的制氧量3.4 环境的保护为48 000 m'/h的空分装置经过2 a的运行，目中国的煤炭主要集中在北方，而北方水资源前状况良好;神华集团鄂尔多斯煤制油项目配套缺乏(内蒙古煤制油工程的生产水从100多公的2套制氧量为50000m2/h的空分装置也--直里以外引来;南方生产装置中汽轮机的凝汽器都运行良好。现国内还没有引进国际上制氧量超过是用水冷却的，而北方煤制油装置为节水都采用100 000 m'/h的特大型空分装置，我国要大力发风冷)，但如果把煤运到水资源相对丰富的南方展煤制油就要引进特大型空分装置并尽快消化吸发展煤制油，又会有很高的运输成本。所以，在收，且保证装置长周期、稳定运行。北方发展煤制油必须保护好的生态环境，不能以牺牲当地生态环境为代价发展煤制油，同时应禁3煤制油 的思考止过度开采地下水。中国的神华集团、晋煤集团、潞安集团、兖4结束语州煤业集团、内蒙古伊泰集团等多家企业都在大力发展煤制油工程，抢占市场，但在发展煤制油我国是一个多煤少油缺气的国家，而且煤炭的同时不得不考虑以下几方面的问题。资源主要分布在环境承载能力相对薄弱的北方,3.1 工艺流程的优化为摆脱大量进口原油和国际油价的制约，发展煤无论是直接煤制油还是间接煤制油，为了产制油已成为我国能源战略和经济战略的-.个趋出合格的油品，都需要很长的工艺流程，相应地势。发展煤制油就要掌握造气、油品合成、空分就需要更多的动设备和消耗大量的能量。所以,三大核心技术,中国煤化生也要尽快为降低操作成本、获取更多的经济效益，就需要消化、开发具MHCNMHG_工艺流对工艺流程进行优化，适当缩短工艺流程，同时程 、高端材料等，以法肛国义小相材料的依第1期中氮肥No.12016年1月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJan. 2016从“湘氮”的兴衰看中氮肥行业的根本出路颜鑫'，邹剑’(1. 湖南化工职业技术学院，湖南株洲412000; 2.柳化集团湖南智成化工有限公司，湖南株洲412004 )[摘要] 40多年来，“湘氮”人花费了大量资金进行技术改造，从造气、脱硫、 变换、脱碳到原料气精制等工序，几乎采用了我国中小型煤头氮肥厂可能采用的先进技术，且“湘氮”历经多次改制和数易其名，产品结构也不断进行调整，但如今却面临生产经营难以为继和需整体搬迁的困境。“湘氮”曾辉煌一时，其兴衰就是一部我国中氮肥行业的发展史，厘清其中脉络，或许可以窥见我国中氮肥行业的出路。[关键词]“湘氮”;工艺路线演变;固定床气化炉;中氮肥行业;根本出路[中图分类号] TQ 113.2 [文献标志码] B [文章编号] 1004 - 9932(2016)01 -0009 -0510亿元，全厂职工达5 000多人，很多人以成为1“湘氮”企业演变史-名“湘氮”人而感到自豪。上世纪60年代中期，湖南省湘江氮肥厂1998年12月28日，在国企改革的滚滚洪(以下简称“湘氮”)开始兴建，1970年90 kVa 流中，国有控股的湖南湘氮实业有限公司在原合成氨装置建成投产，1976 年110 kt/a尿素装“ 湘氮”的基础上注册成立。然而，“工厂”变置正式建成投产。“八五”期间，“湘氮”进行“公司”， 换汤不换药,“湘氮”的管理体制机制了“18. 30”项目扩建，1990年被列入省重点并没有根本的改变，仍然是社会包袱沉重、体制建设项目，1994 年12月建成投产。至此，形成机制僵化，加上.工艺技术先天不足、能耗高、环了200 kt/a合成氨、210 kt/a尿素、40 kt/a纯保压力大等因素，成立公司5 a不到，生产经营碱、50 kt/a复混肥、50 kt/a甲醇的生产能力。逐步难以为继。鼎盛时期的“湘氮”是全国55家中氮肥企业之2003年9月20日，湖南湘氮实业有限公司一和湖南省三大氮肥生产基地之一，年产值超过正式被中外合资的广东中成化工有限公司托管,至此，国企“湘氮”成为历史，中外合资的湖[收稿日期] 2015-08-03南智成化工有限公司正式成立，但在株洲人、湖[作者简介]颜鑫( 1967-) ,男,湖南冷水江人,工学硕士,南人乃至全国广大中氮肥行业人士心中，“ 湘三级教授,中国化工学会化肥专业委员会委员,长期从事合成氨、氮”的根基还在，“湘氮”依然是他们心中抹不甲醇和纳米碳酸钙生产技术研究工作。赖，特别是大型气化炉的研发和油品合成催化剂[4]杨清民，德国煤制油技术的发展过程与思考[J]. 山西化的开发，必须要实现国产化，同时要做好当地生工，1997 (4): 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