——山西天和煤氣化科技有限公司灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)研發(fā)紀(jì)實(shí)
在全國(guó)人民喜迎祖國(guó)60華誕之際,8月16日,從傳統(tǒng)的煤炭資源大省——山西又傳來(lái)了令人振奮的消息,山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司采用我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)建設(shè)的高硫無(wú)煙煤潔凈化利用10萬(wàn)噸/年合成油示范工程,已完成多臺(tái)灰熔聚氣化爐聯(lián)合調(diào)試,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,成功實(shí)現(xiàn)了全流程貫通。這是繼去年9月我國(guó)首套應(yīng)用該技術(shù)的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化制備合成氨原料氣工業(yè)示范裝置在石家莊金石化肥有限公司投料試車成功,該技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入大型商業(yè)化示范階段之后,在工業(yè)化生產(chǎn)上取得的又一項(xiàng)重大突破。
該項(xiàng)目采用我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù),以晉城礦區(qū)儲(chǔ)量豐富,但無(wú)單獨(dú)開(kāi)采和直接利用價(jià)值的“三高”(高硫、高灰、高灰熔點(diǎn))劣質(zhì)無(wú)煙煤為原料,產(chǎn)品以優(yōu)質(zhì)93#汽油為主,副產(chǎn)液化天然氣(LPG)、硫黃,并可根據(jù)市場(chǎng)情況調(diào)產(chǎn)精甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等多種化工產(chǎn)品。
有關(guān)專家認(rèn)為,由于對(duì)煤種的適應(yīng)性廣,該項(xiàng)目的成功將對(duì)山西乃至全國(guó)占煤炭可采儲(chǔ)量相當(dāng)比例的“三高”劣質(zhì)煤資源的潔凈化開(kāi)發(fā)利用和我國(guó)煤化工的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響,為我國(guó)大型煤化工及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)快速發(fā)展提供一條經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的技術(shù)路線。
站在國(guó)家煤炭戰(zhàn)略高度創(chuàng)建粉煤氣化研發(fā)基地
近幾年,我國(guó)煤化工熱正持續(xù)升溫,幾乎所有產(chǎn)煤省份都在進(jìn)行大型煤化工項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施,我國(guó)正朝著全球最大的煤化工工業(yè)國(guó)疾步邁進(jìn)。隨著 Shell、GE-Texaco、GSP等煤氣化技術(shù)先后被引入我國(guó),并逐漸占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額,也促使我國(guó)在煤氣化新技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域奮起直追,力求有所作為并實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展?梢哉f(shuō),煤氣化技術(shù)的每一次突破,都是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。
據(jù)了解,目前,我國(guó)大多數(shù)企業(yè)仍采用常壓固定床氣化法等落后技術(shù),而國(guó)外近年來(lái)主要發(fā)展流化床、氣流床等大型氣化技術(shù)。面對(duì)全球化的市場(chǎng)和國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng),早在20多年前,中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所就針對(duì)我國(guó)煤種多、煙煤多、粉煤多、商品煤灰分高、灰熔點(diǎn)高的特點(diǎn),開(kāi)始進(jìn)行煤氣化技術(shù)研發(fā),并成功開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù),先后建成了1噸/日、24噸/日的中間試驗(yàn)裝置,完成了不同種類的煤種試驗(yàn),并于2001年在陜西城化股份有限公司實(shí)施的工業(yè)化示范項(xiàng)目上取得了成功,在業(yè)界嶄露頭角。但由于該技術(shù)的規(guī)模、壓力等級(jí)與化工合成或未來(lái)發(fā)電要求還有一定的差距,他們近10年來(lái)又著力進(jìn)行加壓氣化工藝的研究和開(kāi)發(fā),相繼在加壓基礎(chǔ)試驗(yàn)研究及復(fù)合床氣化技術(shù)研究等領(lǐng)域取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,為工程放大和配套技術(shù)完善奠定了基礎(chǔ)。
2003年11月,由山西省發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)主持,在太原召開(kāi)了“山西高硫無(wú)煙煤氣化技術(shù)專家評(píng)審會(huì)”,與會(huì)專家一致認(rèn)為該技術(shù)對(duì)占我國(guó)煤炭可采儲(chǔ)量相當(dāng)比例的“三高”煤表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性,為山西省乃至全國(guó)“三高”煤資源潔凈化開(kāi)發(fā)利用提供了一條經(jīng)濟(jì)合理的煤氣化技術(shù)路線。為盡快實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的加壓大型化開(kāi)發(fā),建議建設(shè)加壓灰熔聚流化床粉煤氣化中試技術(shù)平臺(tái)。
2005年4月,為推進(jìn)該技術(shù)的工程化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,盡快完成大型灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)自主研發(fā)的艱巨任務(wù),中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所和山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司共同組建了山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心),按照“發(fā)展中國(guó)煤氣化技術(shù),服務(wù)能源煤化工產(chǎn)業(yè)”的思路,研究灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的加壓大型化、產(chǎn)業(yè)化,并著眼于開(kāi)發(fā)大規(guī)模市場(chǎng)成套技術(shù),配套發(fā)展輔助技術(shù)。
山西省粉煤氣化工程研究中心技術(shù)委員會(huì)主任王洋在接受CCIN記者采訪時(shí)說(shuō),粉煤氣化技術(shù)之所以備受重視的原因是多方面的。從宏觀上看,煤多油少的現(xiàn)狀決定了我國(guó)以煤為主要能源的局面在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變。從山西乃至全國(guó)的情況看,一方面,發(fā)展煤化工事業(yè)是山西煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要,也是解決高硫煤、高灰熔點(diǎn)煤資源問(wèn)題的需要;另一方面,我國(guó)諸多大型煤礦,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的高強(qiáng)度開(kāi)采,煤炭資源的蘊(yùn)藏狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生了明顯變化,上層的低硫、低灰煤接近枯竭,下層的高硫、高灰煤(占總儲(chǔ)量的20%~40%)由于環(huán)保和市場(chǎng)的限制,無(wú)法開(kāi)采利用。雖然這些老礦井的生產(chǎn)設(shè)施條件非常完備,也將被迫面臨轉(zhuǎn)產(chǎn)或破產(chǎn),大量人員需要社會(huì)安置,礦井大量資產(chǎn)將被閑置。在提倡節(jié)能減排、資源高效利用的今天,許多新礦也在考慮其資源的合理利用,為此必須開(kāi)發(fā)適應(yīng)高灰熔點(diǎn)、高灰、高硫煤的大規(guī)模利用技術(shù)。立足于煤炭利用的戰(zhàn)略考慮以及受社會(huì)責(zé)任感的驅(qū)動(dòng),也基于企業(yè)的實(shí)際發(fā)展需要,在山西省政府的支持下,山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)應(yīng)需而生。
針對(duì)國(guó)情確定技術(shù)方向企院聯(lián)合加快研發(fā)進(jìn)程
我國(guó)以煤為主要能源的現(xiàn)狀致使高硫、高灰熔點(diǎn)煤的資源化問(wèn)題日益突出,而煤炭資源的開(kāi)發(fā)又必須兼顧能源安全、環(huán)境友好及經(jīng)濟(jì)效益。正是這種國(guó)情和諸多制約因素,決定了我國(guó)粉煤氣化技術(shù)的研發(fā)必須要走高效潔凈利用之路。
山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)成立后,充分發(fā)揮企院聯(lián)合的優(yōu)勢(shì),在中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所多年的研發(fā)基礎(chǔ)上,不斷對(duì)加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)加以改進(jìn)和提高,并將此項(xiàng)技術(shù)從小型裝置的研發(fā)向大型工程的開(kāi)發(fā)推進(jìn),使灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的加壓大型化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和商業(yè)化推廣邁入了嶄新的階段,并逐步在國(guó)際煤化工技術(shù)市場(chǎng)上占有了一席之地。研究表明,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)是煤炭高效、潔凈利用的核心技術(shù),對(duì)煤種的適應(yīng)面廣,不僅適用于山西省的煤種,而且適用于我國(guó)所有高灰、高硫煤炭,特別符合我國(guó)國(guó)情。
山西天和煤氣化科技有限公司董事長(zhǎng)袁建衛(wèi)表示,自成立之日起,山西天和煤氣化科技有限公司就確立了發(fā)展宗旨,即響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排方針,面向國(guó)家重大能源戰(zhàn)略需求,以市場(chǎng)為導(dǎo)向,以灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)加壓大型化、工程化、產(chǎn)業(yè)化研發(fā)為核心,以開(kāi)發(fā)國(guó)際水平先進(jìn)煤氣化技術(shù)為目標(biāo),建設(shè)高水平的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)基地,形成國(guó)際一流的工程化研究驗(yàn)證環(huán)境和技術(shù)集成能力,為工業(yè)生產(chǎn)提供成套適應(yīng)性寬、大型化、高效、環(huán)保的煤氣化工藝、技術(shù)和裝備。
借助企院聯(lián)合的創(chuàng)新模式,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程明顯加快。2006年,建成了半工業(yè)化加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái);2007年 12月,在半工業(yè)化加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)平臺(tái)上完成了晉城無(wú)煙煤1.0MPa72小時(shí)運(yùn)行;2008年,山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司10 萬(wàn)噸/年MTG(甲醇制汽油)項(xiàng)目的0.6MPa煤氣化工業(yè)裝置投入建設(shè);2008年7月,在山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司支持下,山西天和煤氣化科技有限公司開(kāi)始承擔(dān)國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目,建設(shè)適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的千噸級(jí)煤氣化工業(yè)示范工程;2008年9月,石家莊金石化肥有限責(zé)任公司0.6MPa工業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行。
目前,山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)的工作重點(diǎn)是加壓氣化技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā),研究中心投資3000萬(wàn)元的3.0MPa半工業(yè)加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)平臺(tái)已經(jīng)建成并開(kāi)始調(diào)試,不久將能提供單臺(tái)爐能力達(dá)到 500~1000噸煤/日的氣化技術(shù),單臺(tái)可配套10萬(wàn)~20萬(wàn)噸/年甲醇或合成氨裝置,為大型煤化工項(xiàng)目提供技術(shù)和裝備。
節(jié)能減排既定目標(biāo)明確粉煤氣化技術(shù)特點(diǎn)突出
大型灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的研發(fā),歸根結(jié)底是要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo),這也是山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)在長(zhǎng)期的研發(fā)過(guò)程中始終遵循的原則,并因此成就了我國(guó)自主研發(fā)的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
王洋認(rèn)為,節(jié)能減排既是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策,也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要全方位的分析和思考。煤氣化將煤從固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),可進(jìn)行凈化處理,進(jìn)而用作潔凈燃料或合成原料。問(wèn)題在于,煤氣化技術(shù)必須適應(yīng)我國(guó)的煤炭資源特性。
他分析,目前,適用于低灰熔點(diǎn)、低灰煤的液態(tài)排渣氣流床氣化爐具有較高的碳轉(zhuǎn)化率和運(yùn)行可靠性,已為市場(chǎng)廣泛接受,但對(duì)高灰熔點(diǎn)煤和高水份煤來(lái)說(shuō),這種技術(shù)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面卻缺乏可行性。以灰分(A)22%,發(fā)熱量(Q)24MJ,灰熔點(diǎn)(FT)1500℃的煤(這是我國(guó)具有代表性的煤種)為例,排除氣流床氣化過(guò)程中磨礦、輸送、制漿及助熔劑添加等造成運(yùn)行成本上升的因素,僅綜合考慮選煤回收率和氣化效率兩項(xiàng)指標(biāo),灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)能達(dá)到與氣流床氣化技術(shù)相同的能量轉(zhuǎn)化效率,且前者的效率更高。所以在制訂節(jié)能減排方案時(shí)一定要以煤源為依據(jù),全面比較。
據(jù)介紹,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)以碎煤為原料,以空氣、氧氣或富氧為氧化劑,水蒸氣或二氧化碳為氣化劑,床層物料在適當(dāng)?shù)牧6群蜌馑傧路序v流化,使氣固兩相充分混合,在部分燃燒產(chǎn)生的高溫下一次實(shí)現(xiàn)破黏、脫揮發(fā)份、氣化、灰團(tuán)聚及分離、焦油及酚類的裂解再氣化等過(guò)程。獨(dú)特的氣體分布器和灰團(tuán)聚分離裝置使灰渣團(tuán)聚成球,借助重量差異與半焦分離,連續(xù)有選擇地排出低碳含量的灰渣,提高了床內(nèi)碳含量和操作溫度,從而使其適用的煤種拓寬到低活性煙煤乃至無(wú)煙煤。
據(jù)王洋介紹,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)具有以下主要特點(diǎn):一是煤種適應(yīng)性廣,適合我國(guó)國(guó)情,可實(shí)現(xiàn)原料本地化。二是碎煤干法進(jìn)料,干法排渣,能耗低,氧耗低。三是灰團(tuán)聚成球,與半焦選擇性分離,排灰碳含量低。四是無(wú)廢氣排放,煤氣不含焦油和揮發(fā)酚類,洗滌水易凈化。五是操作溫度適中,運(yùn)行維護(hù)成本低,可靠性高。六是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),投資僅為引進(jìn)氣化技術(shù)的40%~50%。此外,該技術(shù)還可直接用作城市煤氣、化工合成用原料氣和先進(jìn)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用燃?xì)狻?BR>
目前,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)已得到國(guó)家科委、國(guó)家計(jì)委三個(gè)五年計(jì)劃的支持。經(jīng)過(guò)中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所多年的艱苦努力,尤其是山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)成立后,充分發(fā)揮企院聯(lián)合的優(yōu)勢(shì),形成了我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的灰熔聚流化床粉煤氣化成套技術(shù),并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,具有國(guó)際先進(jìn)水平,先后取得了國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利,獲得了中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家“八五”科技成果獎(jiǎng)等。
核心技術(shù)奠定創(chuàng)效基礎(chǔ)大型工程瞄準(zhǔn)國(guó)際一流
已經(jīng)初步形成的核心技術(shù)大型化、產(chǎn)業(yè)化和工程化及成套技術(shù)設(shè)備的集成化優(yōu)勢(shì),為山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)取得加壓氣化工業(yè)示范效果,創(chuàng)造商業(yè)化運(yùn)行業(yè)績(jī)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這是該企業(yè)長(zhǎng)期實(shí)施做強(qiáng)煤氣化核心技術(shù)品牌戰(zhàn)略所取得的豐碩成果,為中國(guó)煤氣化工業(yè)躋身國(guó)際一流樹(shù)立了信心。
灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的突破性研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程是無(wú)止境的。據(jù)有關(guān)專家介紹,以將低壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)提升為加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)為例,低壓灰熔聚流化床粉煤氣化工業(yè)示范裝置單爐生產(chǎn)能力小,氣化裝置不得不采取多系列配置,不僅需增加投資、占地面積和人工,而且低壓煤氣必須經(jīng)過(guò)壓縮才能進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)。因此,提高操作壓力等級(jí),從而實(shí)現(xiàn)氣化爐處理能力的大型化開(kāi)發(fā),是灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化必須解決的重大技術(shù)問(wèn)題。
為此,早在10年前,中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所就開(kāi)始進(jìn)行加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)小型裝置的研發(fā),加壓試驗(yàn)研究了灰熔聚流化床的加壓氣化特性,為大型化工程開(kāi)發(fā)提供工程設(shè)計(jì)方法和依據(jù),獲得了有效的工程數(shù)據(jù),積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。正是在多年研發(fā)的基礎(chǔ)上,山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)才能在加壓試驗(yàn)工業(yè)示范裝置建設(shè)和中試基地試驗(yàn)中不斷取得突破。
關(guān)于進(jìn)一步強(qiáng)化灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)煤種適應(yīng)性廣、成本低和投資少等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),袁建衛(wèi)強(qiáng)調(diào),必須貫徹實(shí)施企業(yè)制定的戰(zhàn)略發(fā)展方針:落實(shí)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀,堅(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向、技術(shù)是硬道理的產(chǎn)業(yè)發(fā)展原則;重視科研開(kāi)發(fā),強(qiáng)化中試及工程化能力,加快技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,做到自主開(kāi)發(fā)與引進(jìn)技術(shù)相結(jié)合,培育核心技術(shù),積極開(kāi)發(fā)市場(chǎng),逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng);創(chuàng)新市場(chǎng)模式,完善市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)施品牌、服務(wù)戰(zhàn)略,提高技術(shù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;企業(yè)經(jīng)營(yíng)與資本經(jīng)營(yíng)并舉,整合內(nèi)外部資源,發(fā)揮內(nèi)部?jī)?yōu)勢(shì),利用外部資源,在資源優(yōu)勢(shì)地區(qū)發(fā)展優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。
王洋在談到今后幾年的工作構(gòu)想時(shí)說(shuō),將在加壓中試平臺(tái)上進(jìn)一步開(kāi)展加壓氣化系統(tǒng)試驗(yàn),完成加壓氣化技術(shù)的工程化研發(fā),形成可靠的工業(yè)化成套技術(shù)。進(jìn)一步完成加壓氣化工業(yè)示范,開(kāi)展商業(yè)化運(yùn)行,從而做強(qiáng)核心品牌技術(shù),開(kāi)拓相關(guān)氣化領(lǐng)域。他強(qiáng)調(diào),面對(duì)我國(guó)大多數(shù)企業(yè)仍采用常壓固定床氣化的落后局面,以及大規(guī)模氣化技術(shù)的市場(chǎng)需求,灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)必須完成加壓技術(shù)的系統(tǒng)研發(fā),這需要做好3項(xiàng)工作。首先,結(jié)合基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究,利用技術(shù)開(kāi)發(fā)及創(chuàng)新的有利條件,不斷提高技術(shù)水平和技術(shù)的可靠性。其次,在技術(shù)研發(fā)中融合相關(guān)技術(shù)要素,聯(lián)合工程研究機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新。再次,處理好技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新的關(guān)系,依靠自己的科技力量實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的同時(shí),吸收引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),完成系統(tǒng)集成。
我們期待,以山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司和中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所結(jié)成的堪稱典范的企院聯(lián)合模式為依托,山西天和煤氣化科技有限公司(山西省粉煤氣化工程研究中心)一定能完成他們所承擔(dān)的國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目,從2008年7月起用3年時(shí)間建成適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的千噸級(jí)煤氣化工業(yè)示范工程,為我國(guó)加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)的提高、推廣和產(chǎn)業(yè)化做出更大的貢獻(xiàn),為我國(guó)煤氣化工業(yè)的發(fā)展?fàn)幑猓?nbsp; (中國(guó)化工報(bào))