国内煤气化技术现状及发展趋势

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国内煤气化技术现状及发展趋势

泸天化技术中心 叶亚莉 李天文

摘　要 目前,国内发展煤气化合成化工产品的势头很旺,特别是在产地,一批新的煤化工项目开始起步,老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置,以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。通过改造可以达到降低生产成本,改善环境状况之目的。

关键词 煤气化 原料气 综合效益

0　引言

进入21世纪,为了保证中国经济的可持续发展,实施《京都议定书》,减少燃煤对大气的污染,必须大力发展洁净煤技术,煤炭气化是最重要的应用广泛的洁净煤技术,是发展现代煤化工最重要的单元技术。煤炭气化可以生产工业燃料气、民用燃料煤气、化工合成原料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、煤气联合循环发电、合成天然气、火箭燃料等。

煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械、建材等重要工业部门和城市煤气的生产。目前我国拥有各种类型的煤气炉约9000多台,其中化工行业煤气化炉约有4000余台,以固定床气化炉为主。多数中小化肥厂和少数大型化肥厂以煤炭(或焦炭)为原料,通过煤气化生产合成氨和甲醇,年耗原料煤4000多万吨,合成氨产量占全国总产量的60%以上,为我国农业生产提供了充足的化肥。

1　以气、煤为原料的合成氨生产

煤气化技术是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要技术手段,是发展现代煤化工、煤造油、燃料煤气等重要工业化生产的龙头。目前,煤炭在中国一次能源消费中占75%左右。而我国煤气化技术在绝大多数企业仍使用落后的固定床间歇式煤气化技术,不仅能耗高、效率低,原料要用块装焦炭或无烟煤,而且还会排放大量烟尘和污水,对环境污染严重。

煤气化技术主要有粉煤加压气化和水煤浆气化技术等,粉煤加压气化技术是适合我国国情的煤洁净、高效利用技术,与水煤浆气化相比,粉煤气化具有较明显的节氧、节煤、有效气成分高等优势。该技术广泛应用于化工产品的生产、煤间接液化、氢能源、燃料电池等诸多领域。国际上有代表性的主要是德士古、壳牌和鲁奇公司的技术。111　以煤为原料的合成气生产

我国是世界煤炭生产大国,煤炭资源约为7650亿吨。由于资源结构的原因,我国以油、气为原料制氨,其原料成本较高,且供应往往难以保证。以煤为原料则成本较低,且资源丰富,供应充足。目前世界上技术成熟的煤气化工艺主要有德士古水煤浆气化(Texaco)、壳牌干煤粉气化(Shell)和朝鲜恩德粉煤气化。

世界现代煤炭气化技术的特点及发展趋势是:

(l)气化压力向高压发展。气化压力由常压、低压(<110MPa)向高压(210～815MPa)气化发展,从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力,实现气化装置大型化和能量高效回收利用,降低合成气的压缩能耗或实现等压合成(如甲醇低压合成),降低生产成本。如Texaco气化压力可达615～815MPa,Shell气化压力为2～4MPa。

(2)气化炉能力向大型化发展。Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000t/d以上。Prenf1o气化炉单炉气化煤量已达2600t/d。大型化便于实现自动控制和优化操作,降低能耗和操作费用。

(3)气化温度向高温发展。Texaco气化温度1400～1500℃,Shell气化温度高达1400～

1700℃,流化床气化温度为1000～1200℃。气化温度高,煤中有机物质分解气化,消除或减少环境污染,对煤种适应性广。

(4)不断开发新的气化技术和新型气化炉,提高碳转化率和煤气质量,降低建设投资,目前碳转化率高达98%～99%,煤气中含CO+H2达到80%～90%。

(5)现代煤气化技术与其他先进技术联合应用。如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术;高压气化(615MPa)与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成,省去合成气压缩机,使生产过程简化,总能耗降低。

(6)煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合,实现环境友好,减少污染如在气化炉内加入脱硫剂(石灰石),脱硫效率可达80%～90%;采用高效除尘器使煤气中含尘降到1～2mg/m3 (标)以下。

国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉为多,开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化技术。今后的发展趋势是效率较高、煤气成分较好的干粉煤炭气化技术。

综上所述,先进流化床、气流床煤气化技术已实现工业化和大型化,并不断改进和完善,应用范围不断扩大,是今后的发展方向。而固定床气化技术特别是固定床常压间歇式气化技术气化效率低、能耗高、污染大,将会被淘汰。

表1　我国不同原料制氨比较(以30万t/a合成氨为基准)

项　目天然气重油煤

建设投资亿元715121415 %100160193

吨氨原料、燃料消耗,Nm3或t10540175212

吨氨公用工程电,kWh5166752613冷却水,t2815704516脱盐水,t212818818蒸汽,t015911399014

　表2　天然气、石油、煤炭作为燃料时污染物排放量　kg/t当油量污染物天然气石油(1%硫)煤(1%硫)

SO X0202912

NO X213～4138121115

CO2131781919424112112　以天然气为原料的合成气生产

天然气是当今世界公认的洁净、优质能源,其开采量逐年增大。我国天然气地质资源量估计超过38万亿m3,目前年产量250亿m3。

目前已实现工业化的以天然气为原料生产合成气技术有部分氧化法和蒸汽转化法。部分氧化法需要使用纯氧为气化剂,已较少采用。蒸汽转化法又有一段蒸汽转化法,加热型两段蒸汽转化法和换热式两段转化法之分。一段转化法由于流程短,投资省,应用最广泛。加热型两段转化法第一段用蒸汽转化,第二段用纯氧或富氧作气化剂,但用于制氨时可用空气替代纯氧作气化剂,同时又可减少一段炉的负荷,节省高镍合金钢,故广泛应用于制氨。换热式两段转化工艺最有发展前途,其二段转化炉出口高温气体热量供一段炉所需的热量,故可大幅度减少燃料天然气的热用量,存在的问题是副产蒸汽量减少。但从节能的角度来看,这种方法最有竞争能力,是今后大型装置的主要发展方向。

用天然气两段转化制合成气,含氢量高但碳量不足,因此一段转化炉采用副产的二氧化碳作为气化剂来增碳,不仅可改善合成氨的氢碳比,同时减少了工厂二氧化碳的排放,因此也是值得推广的一种工艺技术。

以天然气为原料制取合成气的工艺技术成熟,天然气化工利用的关键在于价格。大化肥老装置天然气价格的承受能力在0162元/m3以下,新建大化肥装置的天然气价格承受能力在0150元/m3以下。天然气价格为114元/m3时,合成氨成本为1870元/吨,因此以天然气为原料制取合成氨并不经济。

2　煤炭直接液化

美国和德国目前在煤炭直接液化方面处于领先地位。由于煤炭含氢量严重不足,因此需要在高压(20MPa)下进行加氢液化。液化需要消耗大量氢气,因此制氢的成本在一定程度上决定着煤炭液化在经济上是否可行。中国神华集团煤炭科学研究总院与美国碳氢化合物技术公司(HTI)合作,采用HTI开发的煤炭液化技术进行日处理干煤12000t、日产汽油2900t、柴油4170t等产品的

预可行性研究工作;其配套所需的纯氢量高达1115×106m3/d。该工程投资巨大,按目前的油价,前景尚不明朗。但从战略需要出发,很有必要对煤炭液化进行积极探索,以便在条件成熟时为建设工业规模示范装置打好基础。

3　煤头企业的尿素价值

目前国内气头尿素企业普遍享受着计划内的优惠气价,因此上涨压力较大,如气价优惠取消,这种气价上调风险对相关企业的压力就要增大,相对而言,煤头尿素企业来自原料成本的压力要轻松一些。

气价的上调无疑将增加气头类氮肥企业的原料成本,为此,天然气的涨价压力渐高,特别进入2004年以来化肥供不应求的市场环境,涨价最大可能采取由支农用气向工业用气靠拢。

由于煤头类尿素企业的原料煤炭已相对市场化,因此其原料成本的变化将反映市场的供求状况。假定需求不变条件下煤炭的价格上涨必将推动尿素的价格上扬,而煤炭的价格下跌也会一定程度带来尿素价格的回调。煤头企业的利润空间一定程度代表了整个尿素行业的基准水平,从这一点上说,煤头尿素企业相对而言不会有来自原料成本的压力。

2004年以来,煤炭价格大幅上涨,且供应紧张,对化肥企业生产及经济效益产生了巨大影响。据中国氮肥协会对34个企业抽样统计,2004年1～4月份,原料煤的进厂价格(含无烟粉煤和当地煤)分别为502元/t、587元/t、644元/t、636元/ t,进入5月份无烟块煤的到厂价格江苏涨到了850元/t,安徽省已上涨到900元/t。和2003年同期相比,煤炭价格的上涨幅度在30%以上,高的超过了60%。煤炭价格的大幅上涨,导致煤头化肥企业生产成本大幅度上升。

不仅煤炭价格大幅上涨,而且供应还十分紧张。无烟煤生产相对集中的山西省,无烟煤产量已从原来的8000万t/a下降到现在的4000万t/a。

2005年3月15日召开的“全国加强农资价格监管工作电视电话会议”决定,为稳定化肥价格,根据价格法的有关规定,经国务院同意,国家发改委对化肥生产所用的无烟块煤实行最高限价。

无烟块煤以2005年1月底煤炭生产企业与化肥等生产经营企业双方实际结算价格为最高限价,没有或者无法确定双方实际结算价格的,以煤炭生产企业1月底前实际销售的最高价格为最高限价,只许降低,不准提高;双方已签订购销合同并明确价格的,仍按原合同确定的价格执行。

我国尿素生产65%都是以煤为主要原料的,同时,煤又是尿素生产的燃料,每吨煤制尿素原料和燃料用煤115～118t,约占尿素生产成本的2/3。2005年以来,煤炭价格大幅上涨,普遍上涨幅度都在30%以上,高的超过了60%,目前块煤到厂价普遍都在700元/t左右,最高已达到900元/t,创历史新高。尿素生产成本普遍都增加了150元/t以上,高的超过了300元/t,远远高于尿素销售价格的上涨幅度。所以尽管今年尿素价格看起来很高,但实际上许多煤头尿素生产企业的经济效益实际上还不如去年同期,目前已有不少企业出现了亏损。高昂的尿素生产成本,推动了尿素价格的上扬。

预期尿素价格继续上涨和天然气可能涨价,使煤头尿素生产企业的投资价值凸现了出来。虽然天然气和煤炭都是生产尿素的主要原料,但国家只是对生产尿素的天然气实行计划价格,而煤炭价格却是市场化的,目前预计今年煤炭价格上涨的空间已不大,因此煤头尿素企业原料涨价的风险要远远小于气头企业。

煤头尿素生产企业中也存在较大差异。从煤种看,块煤的价格要远高于粉煤,因此一些以粉煤为原料的大型企业则享受到了尿素价格上涨带来的业绩增长。

针对今年化肥销售价格快速上涨,发改委、农业部要求,对化肥生产用电用气实行优惠价格、尿素产品增值税先征后返50%、国产磷酸二铵每吨补贴100元等优惠政策落实到位,严格执行对化肥生产用无烟块煤最高限价的措施,进一步加强煤电油运的调度,加大支持化肥生产的倾斜力度。

4　化肥原料“油改煤”

411　发展现状

70年代石脑油资源比较多且价格较低,故引进了5套以石脑油为原料日产千吨合成氨和尿素的大型化肥企业。另有自行设计,采用国产设备在上海建成的一套。这些企业大都在1978年建成,已投产运行15年,累积为国家提供了3000多万吨尿素。进入80年代后,油价已有所调整, 1981年石脑油价格为378元/t,合成氨成本约310元/t,尿素成本约250元/t,尿素出厂价为450元/t,每吨尿素利润有200元,在生产未满负荷运转下,年利润有8000多万元。原大化肥建设投资不到3亿元,且都是国家拨款,企业经济效益很好,投资在几年内就回收。进入90年代,原材料不断上涨,便出台了价格改革政策,大部分产品价格放开,双轨制的原材料价格实行并轨,国内外原油价格也大幅上涨,尿素产品国内外市场上涨幅度较小,1993年底国内石脑油市场价1400～1600元/t,国际市场价格120～140美元/(FOB),而尿素国内市场价为960～1050元/t,国际市场价110～130美元/t(FOB),每吨石脑油价格均高于每吨尿素价格,使企业经济效益严重滑坡,已经营19年的大型化肥厂将普遍面临亏损局面。

从资源合理有效利用和技术经济角度考虑,今后再利用石脑油为原料生产合成氨既不合算也不合理。这些大型化肥企业对原料路线的改变已迫在眉睫,是以渣油代轻油,还是以煤代轻油?如以渣油为原料进行改造比以煤为原料进行改造所需投资估计可少215～3亿元。但因渣油市场价高,每吨尿素生产成本比以煤为原料要高出200元左右,改造后的工厂得到利润较少,而渣油深度加工获得产品比用来生产合成氨的效益高得多,有的大化肥企业自带炼油厂,能提供优惠价的渣油给化肥厂,使尿素产品获得较好利润。国内的煤炭资源丰富,煤价上涨幅度低于油价,以及能源、油品的合理有效利用等,企业如能得到合适煤炭供应,还是以煤代油进行改造较为合适。

我国引进以石脑油为原料的大型化肥厂是金陵石化公司化肥厂、巴陵石化公司洞庭氮肥厂、安庆石化总厂化肥厂等以油为原料的合成氨厂正在进行“油改煤”的准备工作,预计3～6年后可完成改造,届时尿素的生产成本将大幅度下降,估计尿素的生产成本一般在800～850元/t左右,有一定的价格优势。但改造周期较长,并且随着大批工厂“油改煤”的实施,煤价将有所提高,因而生产成本也将有所增加。

412　工艺路线

在70年代国外就加快了以煤制气的开发研究。美国德士古公司开发的水煤浆加压气化工艺已在合成氨、甲醇、含氧化合物、洁净煤气化联合循环发电等方面得到成功应用。

41211　德士古水煤浆气化(Texaco)工艺

水煤混合料浆气化技术是美国德士古公司专利技术,该技术也是当前世界上发展较快的第二代煤气化技术。

T exaco煤气化过程包括磨煤及煤浆制备、气化、黑水处理等工序。直径小于10mm碎煤经计量后与一定量的水混合进入磨煤机,磨成一定粒度分布的浓度为60%的水煤浆,经过筛后由低压煤浆泵送至煤浆贮槽。灰熔点高的煤,在磨煤机前加入石灰石添加剂,合格的煤浆由高压煤浆泵送气化炉喷嘴,与空分来的氧气混合进入气化炉,在1300～1400℃温度下进行部分氧化反应生成粉煤气,经气化炉底部的激冷室激冷后,气体与固态渣分离,粗煤气经文丘里洗涤和洗涤塔除尘后(温度200～216℃,水气比约1∶4)送往变换,熔渣被激冷固化后进入破渣机,大渣块经破碎后进入锁斗,定期排入渣池,由捞渣机捞出装车外运,由洗涤塔排出的洗涤水以循环泵分别送至文丘里洗涤器和气化炉激冷室,出气化炉黑水进行中压闪蒸、真空闪蒸回收热量,一部分作锁斗冲洗水,另一部分排至沉降槽,加入絮凝剂沉降后的清水循环使用或排至废水处理,沉淀出来的细渣经压缩后处理。

4121111　Texaco技术指标要求

表3　T exaco技术对煤质的指标要求

煤质适应性的主要指标

发热量达25112MJ/kg,越高越好

灰熔融温度在1300℃为宜

煤中灰量不得高于15%～20%,越低越好

次要指标

全水分含量越低越好

挥发分含量越高越好,优化指标为Vdaf>37%

固定碳含量越高越好

液渣粘度维持在15～25Ps?s之间

煤中有害元素硫、氯、砷、氟等越低越好

可磨指数越大越好

煤浆浓度65%左右为宜

Texaco水煤浆气化对煤质适应性较广。除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg、灰熔点高于1350℃的煤不太适用外,其他粘结性煤、含灰量较高的煤、石油焦、烟煤均可作原料。

表4　合成氨组成

CO H2CO2H2S N2+Ar CH4

含量(v ol)41167341851018110116011

注:有效气为76152%

表5　粗合成气成本估算

项目单耗/kNm3

(CO+H2)

价格

元/Nm3

(CO+H2)

煤t01708250011770

锅炉给水t013196010019

低压蒸汽t010000360010018

电MW?h010296014501013

氧气kNm301425192148010818

冷却水t35110115010053

净费用012808

折旧费0108

维修01016

人工010036

合计013804

由于目前我国燃煤和燃油价格相差悬殊,即使考虑2t水煤浆替代1t油(水煤浆热值一般在20000kJ/kg,油的热值一般在41000kJ/kg),其节省的燃料费用也是相当可观的。

表6　吨氨能耗

名称单位小时耗量折热×106kcal

原料煤t5715372103

高压蒸汽t281525109

中压蒸汽t1191490188

低压蒸汽t241516124

循环水t158059148

电kW?t580516142

脱盐水t700124

副产蒸汽t62约47119

副产燃汽Nm38744约18106

副产硫磺kg926约21075

预热锅炉给水t268约22124(4401815)

吨氨能耗10158,合成氨能耗接近国际水平。4121112　Texaco气化技术的主要特点

(1)碳转化率高,通常均≥98%,产生的高温煤气间接或直接回收热能。

(2)压力范围广,生产能力大,气化炉内无转动部件,结构简单,生产能力与压力成正比,目前单台最大处理量2000t/d。在高压下操作,可减少气体压缩功,目前国内工业化的压力为310、410、615MPa。

(3)有效气体成分高,通常CO+H2约为75%,甲烷含量低,非常适于制氨。冷煤气效率76%,总热效率约92%。

(4)气化炉开停车方便,可在短时间内加减负荷。

(5)三废污染少,对环境污染低。由于炉温高,煤气中有害杂质少,无焦油等高分子化合物,大部分工艺水回收利用,排出的废水少,几乎无废气排放,废渣含碳量2%,处理有些困难。

(6)自动控制水平高,Texaco煤气化需要准确连续测定入炉煤浆浓度、粘度、比重、氧煤化、煤气组成及甲烷含量,采用一系列自控系统以及DCS计算机控制。

4121113　Texaco煤气化的关键技术

(1)在水煤浆中加入添加剂以降低煤浆粘度,使其易于输送,根据煤种不同控制煤浆中粒度配比,尽量提高煤浆中含固量,最廉价的添加剂为造纸废液。

(2)通常煤浆输送采用杜塞隔膜泵,目前多采用荷兰GEHO公司产的隔膜泵。

(3)喷嘴是Texaco专利技术之一,目前烧嘴的寿命最长1500h,因此气化炉必须每两个月停炉一次,检查更换烧嘴。

(4)耐火砖技术,这种耐火砖的寿命约8000小时,最长12000h,目前耐火砖已经全部实现了国产化(人民币460万元/炉)。

(5)排渣技术,排渣以程序控制,所以阀门均能耐高温和压力变化,在几秒钟内完成开关动作且不泄漏。

4121114　德士古煤气装置投资

德士古煤气化工艺装置投资(生产1000t/d 氨的合成气)约3亿元人民币。表7为国内4个厂家应用水煤浆技术的费用。

表7　国内4个厂家应用水煤浆技术的费用

生产企业产气量

万Nm3

软件费总计

万美元

进口设备费

万美元

软件费加进口设备费

万美元

鲁南化肥厂2119421约6001021

渭河化肥厂81521220约20303250

上海三联供1129101316约3000401316

淮南化肥厂5114480约76716124716

4121115　关键设备国产化

(1)煤浆泵。鲁南化肥厂同上海大隆机器厂、沈阳有色冶金机械总厂联合开发的高低压煤浆泵应用于鲁南化肥厂德土古水煤浆加压气化,目前运行良好,价格远远低于进口设备。天辰公司设计的多套德士古水煤浆加压气化的低压煤浆泵全部采用国产设备,由于高压煤浆泵为气化部分的心脏,为保证连续稳定生产,目前所有的工厂基本上选用进口的高压煤浆泵。

(2)耐火砖。洛阳耐火材料研究院、新乡耐火材料厂开发的国产耐火砖成功应用于鲁南化肥厂以后,经生产检验,各项性能已超过进口耐火砖,现国内新上的德士古炉都采用国产耐火砖,气化炉耐火砖使用时间基本上超过一年以上,最长的达到10000h以上。

(3)气化炉烧嘴。随着华东理工大学开发出具有我国自主知识产权的四喷嘴对置水煤浆加压气化技术的成功,气化炉的喷嘴已可以国产化,其性能优于或达到国外产品。现国内引进的德士古气化装置为考核德士古技术性能,首次基本上采用德士古气化炉烧嘴。

综上所述,德土古水煤浆气化技术的关键设备除了引进高压煤浆泵、高压煤浆阀及高压氧阀外,其他的所有设备都可以采用国产设备。鲁南化肥厂的第三台德士古气化炉也全部采用国产设备,现运行良好。因此,在世界上先进的以煤为原料的气化技术之中,德士古投资为最省。

41212　流化床粉煤气化

该技术是荷兰壳牌公司专利技术,也属于先进的第二代煤气化技术。该技术主要是将煤通过粉碎研磨成干煤粉,喷入气化炉进行燃烧制得合成气。目前,该技术已广泛用于电厂发电,在美国也已用于合成氨生产,但在我国应用于大型合成氨生产尚未开始。该技术主要特点:一是采用干煤粉作气化原料,操作十分安全。二是气化温度高,一般在1400～1600℃,碳转化率高达99%,煤气中甲烷含量很少,不含重烃,CO+H2达到90%,因而可以降低气化消耗的煤量。三是由于采用干煤粉作气化原料,不必在气化炉内蒸发水分,氧气用量可减少15%～20%,从而降低成本。配套空分装置规模可以缩小,投资也可相应降低。四是气化炉采用水冷壁结构,无耐火砖衬里,且每台气化炉设有4～6个喷嘴,因此气化炉检修周期较长。五是气化过程无废气排放,系统排出的融渣含碳低,可用于水泥等建筑材料。

Shell煤气化用煤:Shell煤气化炉是干煤粉进料,用高压氮输送到气化炉,该工艺对煤的粒度、粘结性、水含量、硫含量、氧含量和灰含量等不敏感,对灰熔点较高的煤加入助熔剂(石灰石)就可改变熔渣性能,碳转化率超过99%。在荷兰的Demkolec装置上已使用澳大利亚煤、印尼煤、南非煤、美国煤、波兰煤和石油焦等14个煤种,均能正常生产。只要有煤质分析数据,不需进行试烧就可进行工业装置设计。

综上所述,Texaco和Shell煤气化工艺各具特色,两种技术对环境影响程度都比较低且都属成熟技术。比较而言,Shell粉煤气化工艺的优势在于在煤种适应性、氧气消耗、碳转化率、热效率等方面,壳牌公司气化技术比德士古技术占有一定优势。

413　综合效益分析

41311　物料平衡

化肥“油改煤”工程的煤气化规模确定为日处理煤1500t;产品方案为尿素470kt/a,供氨49kt/a,供氢1318kt/a。

表8　化肥“油改煤”后主要物料互供表

流　入流　出

物料名称物料量供给者物料名称物料量用户

中压蒸汽kt/a1521热电厂尿素kt/a470市场

高压蒸汽kt/a1544热电厂液氨kt/a49腈纶厂

电/kWh13097热电厂氢气kt/a13.8炼油厂

新鲜水kt/a772919热电厂锅炉水kt/a1895.3热电厂煤炭kt/a495～150煤矿氮气×104m3/a850炼油厂

石油焦kt/a0～250炼油厂792腈纶厂41312　工艺方案的比较

表9　Shell粉煤气化与T exaco水煤浆气化工艺数据比较项　目Shell Texaco

气化工艺气流床、液态排渣

次烟煤、烟煤、褐

煤、无烟煤

气流床、液态

排渣次烟煤、

无烟煤

气化压力/MPa210或410410或615

气化温度/℃1400～16001300

气化剂O2O2

进料方式干煤粉水煤浆1000m3(CO+H2)的氧耗量/m3330～360380～430

单炉烧嘴数/个4～61

炉体保护装置水冷壁耐火砖

易损件无烧嘴、耐火砖碳转化率,%≥9996～98

有效气(CO+H2)含量,%90～9480

表10　两种气化炉出口粗煤气体积组成比较 %

工艺H2CO CO2H2O H2S N2Ar CH4 Shell26176313115210113411111010 Texaco3010391710181615110017019011

采用同等质量的原料煤时,Shell气化炉与Texaco气化炉产生的粗煤气组成不同。

由于Texaco炉为湿法进料,在气化炉中把占原料量35%左右的水汽化并加热到1300℃,需消耗原料煤能量的1815%;而Shell炉为干粉进料,避免了湿法进料中水汽化和升温而造成的能量损失。因此,在同等条件下,Shell煤气化有效气体成分(H2+CO)为91184%,而Texaco煤气化有效气体成分(H2+CO)仅为83147%;Shell 煤气化比Texaco煤气化耗氧量低20%;Shell煤气化渣中含碳量小于015%,能量回收较彻底,冷煤气效率Shell为80%～83%,Texaco只有74%～77%。

41313　技术经济分析

在煤气化规模为日处理1500t并采取独资方式时,化肥原料“油改煤”的综合经济效益主要有以下几项:

(1)降低尿素成本。化肥“油改煤”实施后,尿素完全成本将由目前的1375元/t降至848元/t,仅此一项每年利润增量就达2148亿元,这将大大提高企业的市场竞争力。

(2)降低制氢成本。若以轻油为原料制氢,其完全成本约为0184元/m3,而以煤为原料制氢,其完全成本只有0149元/m3。5　不同原料制氨的成本比较

生产合成氨的原料有天然气、石脑油、渣油和煤炭等,但其生产工艺和成本却各不相同。渣油和石脑油无论是从价格还是从用途来考虑,用其生产合成氨都不是长久之计。根据计算,若大型氨厂分别用石脑油、渣油、天然气和煤为原料制氨,其价格分别按1800元/t、1400元/t、1120元/m3和260元/t计,中压蒸汽价格按78元/t计,对应的合成氨成本分别为1721元/t、1557元/t、1493元/t和1021元/t。可见,在这4种原料中,以煤为原料制氨成本最低。

从粗略计算,以煤代油改造总投资约为10亿人民币,吨氨折旧费约200元,煤每吨价取250元,石脑油每吨价取1400元,如不改造,年产30万t合成氨生产费用为4522117万元,改造后年生产费用为26076万元,另可发挥煤气化设备潜力,可副产甲醇3万t/a,年利润有2700万元,改造前后生产费用差额达2184517万元。为原料合成氨成本估算在700元左右,每年工厂可增加利税115亿元以上,改造效益较好。

6　大型氮肥企业节能扩产效果

611　以渣油(重油)为原料的氨厂节能途径近几年由于国际油价涨幅很大,工厂生产成本太高,以重油为原料的氨厂应根据当地能源特点,选择“油改气”或“油改煤”。在有气的条件下,改气投资最省。

由于渣油厂均带有空分,而且脱硫、脱碳的流程与煤接近,因此,节能改造时,应尽量利用原有空分。

大型厂“油改煤”应充分利用原有空分,以节省投资,缩短建设周期。因此,以气流床的煤气化为宜。主要有以下两种气化方式。

(1)水煤浆煤气化

有Texaco加压水煤浆气化和DOW的L GTI 两段水煤浆气化。

(2)粉煤气流床气化

有Shell粉煤气化和Prenflo粉煤气化。

水煤浆技术,目前国内的国产化设备已占很大比例,投资节省,操作也有经验。碳的转化率都

在97%以上,综合热效率大于69%。

612　节能扩产效果

300kt/a合成氨装置改造到450kt/a合成氨装置。项目建设投资约312亿(含尿素改造);财务内部收益率(税前)约33%;财务内部收益率(税后)约29%;投资偿还期4年(含建设期);改造后吨氨能耗3316G J。

以大型氨厂改Shell气化为例。氨产量365kt/a,尿素530kt/a,另外H214kt/a。投资约为818亿元。吨氨成本约为920元,尿素690元。尿素售价在1100元/t时,税后的IRR达1218%。我国煤资源丰富,分布广,煤气化不仅用于合成氨,还可用于合成甲醇、DM E、合成油等,也可采取化工与发电联合,前景十分广阔。

7　结束语

粉煤加压气化制备合成气新技术可为我国大、中、小型以煤和石油为原料的化肥厂改造提供可靠的技术支撑,该技术还与我国的能源结构相适应,有利于国民经济的可持续发展。以煤资源控制与煤气化为核心,实现天然气为主,煤制合成气补充,降低对天然气资源的依赖程度,为合成氨和甲醇的生产提供充足的原料合成气。结合本地区煤化工开发项目,形成煤化工等关联生产,达到煤炭资源的充分利用和循环生产以及环境最优化、经济效益最大化。

参考文献

1　刘军1山西化工,2005,25(1):46～47

2　贺永德1现代煤化工技术手册1北京:化学工业出版社3　许祥静,刘军1煤炭气化工艺1北京:化学工业出版社

4　肖瑞华,白金锋1煤化学产品工艺学1北京:冶金工业出版社

作者简介

叶亚莉,女,图书资料馆员,1992年毕业于四川电大图书馆专业,多年从事信息调研、参考咨询及图书资料管理工作。

联系电话　0830-*******

收稿日期　2005年7月14日

(上接第257页)

备件落实、安全方案落实,并严格按质量标准、安全标准进行现场管理。由于准备充分,管理到位,责任落实到位,各装置的每次大修都优质高效地完成,都实现了大修的“三个一次”成功,为装置的长周期运行创造了条件。

措施到位,提高“三防”能力。为最大限度减小“三防”对装置的影响,公司采取了提前考虑、早动手进行专项治理的措施。派有资质的单位对防雷接地进行全面测试,不合格的立即整改;提前针对防洪防汛、防暑降温、山体滑坡中的薄弱环节做好事故应急预案,做到项项有对策,事事有方案,防患于未然,保证了装置的安全稳定运行。由于措施到位,目前装置抗雷电、抗高温、抗洪的能力明显加强,因上述原因造成停车的次数明显减少。

强化考核,预算目标奖惩兑现。公司通过不断完善预算目标考核手段和建立预算目标监督检查体系,对考核结果进行奖惩兑现。每月将考核结果汇总后,根据预算目标的完成情况在当月进行奖惩兑现,年底再根据全年目标的完成情况与单位的总年终奖和单位领导的个人奖挂钩,通过经济的杠杆作用,有力地保障了预算目标的执行力度。股份公司在生产方面已连续5年超额完成了预算目标,即使是去年新系统技改,我们也较好地完成了公司的生产预算目标。