（1．兗礦集團(tuán)有限公司，山東鄒城市，273500；��

2.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所, 華陸工程公司 ）

摘 要 煤基多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)集成眾多高新潔凈先進(jìn)成 熟的煤炭氣化、發(fā)電和化工生產(chǎn)工藝于一體，不僅能大幅減少系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，而且 能進(jìn)一步提同系統(tǒng)的熱效率。闡述了兗礦集團(tuán)規(guī)劃中煤礦坑口潔凈高效多產(chǎn)品的聯(lián)合生產(chǎn)系 統(tǒng)，并對(duì)多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益進(jìn)行了分析，認(rèn)為加快煤炭多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)系 統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)程是極為必要和極為迫切的。��

關(guān)鍵詞 煤化工 煤氣發(fā)電 煤制油 聯(lián)合生產(chǎn) 示范基地

1 煤炭潔凈高效利用的意義

以煤為主的能源消費(fèi)格局在短時(shí)期內(nèi)是難以改變的， 把煤炭資源作為國(guó)家近幾十年最為可靠的能源資源來開發(fā)利用，在一定程度上能減少對(duì)進(jìn)口 石油的依賴，是保證國(guó)家能源安全的主要手段之一。

長(zhǎng)期以來，因煤炭開發(fā)利用技術(shù)的限制以及單一生產(chǎn)模式等多方面的因素影 響，煤炭利用效率較低，環(huán)境污染嚴(yán)重，所以探索 真正解決煤炭利用效率低和嚴(yán)重污染環(huán)境的有效途徑，采用先進(jìn)成熟的潔凈煤技術(shù)，選點(diǎn)布 局煤炭坑口大型潔凈高效綜合利用示范基地，使煤炭資源被合理、高效、無害地利用，是國(guó) 家能源安全和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證。��

當(dāng)前，世界各國(guó)在煤炭氣化、發(fā)電、化工、燃料油制造等方面已具成熟和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)， 這些技術(shù)在商業(yè)化示范裝置上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將成為解決我國(guó)煤炭利用問題的有益借鑒。兗礦集 團(tuán)作為我國(guó)最具實(shí)力的煤炭企業(yè)，一直在積極探索煤炭潔凈高效利用的新途徑，經(jīng)過多年的 探索和國(guó)內(nèi)外專家的支持和論證，集成世界先進(jìn)的煤炭氣化、發(fā)電、制油技術(shù)，形成了多產(chǎn) 品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的初步規(guī)劃。已完成的預(yù)可研報(bào)告表明：多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)使用上述高新技術(shù)并對(duì) 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以最大化利用各種設(shè)施并使系統(tǒng)總投資和運(yùn)行成本分別降低20%～40%的同時(shí) ，系統(tǒng)熱效率將提高10%～20%，SO��2、NO�瓁和CO��2的排放可減少95%～99%、90%、和20 %～40%。��

2  煤礦坑口潔凈高效多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)

兗礦集團(tuán)規(guī)劃中的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，是以含硫3%～4%的高硫煤為原料，年產(chǎn)40萬t甲醇，50萬t醋 酸，100萬t運(yùn)輸油品，9萬t乙烯，25萬t醋酸乙烯，16萬t硫磺，46萬kW發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn) 生產(chǎn)系統(tǒng)。��

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用的主要技術(shù)與裝置見流程圖。��

2.1 合成氣廠

(1)空分單元。

采用分子篩吸附工藝生產(chǎn)95%純度的氧氣供氣化爐、硫回收裝置使用。系統(tǒng)采用蒸汽透 平拖動(dòng)，并可以從燃機(jī)抽用部分壓縮氣體。��

(2)氣化與合成氣凈化單元。

以高硫煤為原料，采用德士古氣化工藝配以激冷流程。在煤的研磨和煤漿準(zhǔn)備工段制得 的60%～70%濃度的水煤漿（含煤60%～70%）與空分裝置來的氧氣被送噴入氣化爐內(nèi)，在一定 的溫 度（1400～1500℃）和壓力（30kg/cm��2）下燃燒生成合成氣（CO+H��2）和融渣，熱合成 氣和融渣向下流動(dòng)進(jìn)入激冷室內(nèi)的激冷水池。激冷后的合成氣 經(jīng)處理進(jìn)脫硫脫碳工段進(jìn)行凈化。融渣在激冷池內(nèi)固化后通過 氣化爐底部的灰鎖斗定期排出。

氣化和洗滌凈化單元產(chǎn)生的廢水和灰渣經(jīng)處理后，供生產(chǎn)有用副產(chǎn)品和回收水循環(huán)使用。��

(3)脫硫脫碳和硫回收單元。洗滌凈化后合成氣中的酸性成份經(jīng)酸性氣體脫除單元后，移 出形成一股酸性物流，該物流和上一工段處理得到的酸性氣體一起進(jìn)硫回收單元，經(jīng)加工處 理后生產(chǎn)副產(chǎn)品硫。凈化后的合成氣分別送化工產(chǎn)品、油、發(fā)電生產(chǎn)裝置。�� 

2.2 甲醇廠

甲醇廠擬采用液相甲醇生產(chǎn)工藝。該工藝采用柱式漿態(tài)沸騰床反應(yīng)器將合成氣轉(zhuǎn)化成甲醇。 催化劑在反應(yīng)器中與惰性礦物油混合成漿態(tài)，礦物油在漿體中作為溫度緩和劑和熱轉(zhuǎn)移介質(zhì) 將催化劑表面的反應(yīng)熱傳遞給反應(yīng)器內(nèi)的管狀熱交換器內(nèi)的沸水以生產(chǎn)水蒸氣。由于漿態(tài)反 應(yīng)器很強(qiáng)的熱轉(zhuǎn)移能力使得整個(gè)反應(yīng)器保持穩(wěn)定均勻的溫度，氣體單程通過反應(yīng)器時(shí)能獲得 很高的合成氣轉(zhuǎn)換率。

該系統(tǒng)將采用合成氣一次通過合成甲醇后送入發(fā)電裝置。液相甲醇技術(shù)靈活性高，對(duì)合成氣 組成的要求不高。從合成氣廠來的合成氣經(jīng)加壓后一次通過反應(yīng)器，部分生產(chǎn)甲醇，未反應(yīng) 氣體進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。�� 該技術(shù)與氣相甲醇技術(shù)比，反應(yīng)器簡(jiǎn)單，富CO合成氣不需變換可直接進(jìn)行合成反應(yīng)，合成氣 一次通過反應(yīng)器轉(zhuǎn)換率可達(dá)50%（氣相為4%～10%），甲醇產(chǎn)品含水僅1%（氣相為4%～20%） 。��

2.3 發(fā)電廠

煤氣化發(fā)電最近在美國(guó)坦帕電廠和荷蘭布根儂電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)十分看好。工藝復(fù)雜和技術(shù)可 靠性一向被認(rèn)為是IGCC發(fā)電最大的擔(dān)心，現(xiàn)在經(jīng)示范運(yùn)行而得以排除。目前作為一種最為清 潔高效的煤炭利用途徑，在世界范圍內(nèi)將會(huì)有19個(gè)IGCC項(xiàng)目投入運(yùn)行。��

發(fā)電廠主要裝置由單軸燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)，以及余熱鍋爐組成。燃?xì)廨啓C(jī)采用9FA型或9H型 ，這兩種燃?xì)廨啓C(jī)可以在燃?xì)馊紵龝r(shí)減少NO�瓁的排放。合成油裝置的尾氣和甲醇廠的尾氣 與 空氣在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙�，燃�(xì)廨啓C(jī)釋放出的尾氣進(jìn)入三壓余熱鍋爐，在此冷卻 并產(chǎn)生高、中、低壓蒸汽供化工單元和拖動(dòng)蒸汽透平代替電動(dòng)機(jī)。��

2.4 醋酸廠

采用新型催化劑甲醇羰基合成連續(xù)生產(chǎn)醋酸。主要原料為多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)甲醇廠制造的甲醇和從 合成氣廠合成氣中分離出的CO。��

CO和甲醇在很高的溫度和壓力下送入裝有新型催化劑的液相罐式反應(yīng)器。該反應(yīng)器用噴嘴取 代了傳統(tǒng)的反應(yīng)器上用來混合物料的攪拌器。該反應(yīng)器可以在很低的出口速率下運(yùn)行，因此 CO的利用率很高，也可以添加選擇性助劑以提高CO的利用率。在主反應(yīng)器與閃蒸罐之間有一 個(gè)二級(jí)反應(yīng)器，可以進(jìn)一步提高CO的利用率。��

采用新型催化劑，生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，建設(shè)同樣規(guī)模的新廠同老催化劑生產(chǎn)工藝比，投資可降低 30 %。因其產(chǎn)品醋酸濃度高，重酸產(chǎn)物少，可以在蒸餾凈化系統(tǒng)節(jié)約30%的能量、蒸汽和水。��

2.5 合成燃料油和乙烯廠

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用先進(jìn)的合成油反應(yīng)器生產(chǎn)燃料油并聯(lián)產(chǎn)乙烯和其他化學(xué)品。�� 

該合成油反應(yīng)器為一種固定流化床合成油反應(yīng)器，其反應(yīng)的溫度和壓力分別為300～400℃和 2 5bar。反應(yīng)器的能力已擴(kuò)大到20000桶（20000×0.136=2720公噸）/a。擬建廠的生產(chǎn)能力 可 以達(dá)到4×20000桶（10880公噸）/a。與老型合成油反應(yīng)器相比，擬采用的合成油反應(yīng)器體 積相當(dāng)?shù)男�，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而造價(jià)十分便宜，工藝靈活性也大大提高，裝置的運(yùn)行費(fèi)用也隨 之降低。��

該合成油反應(yīng)器轉(zhuǎn)換率高，不需支撐結(jié)構(gòu)和滑動(dòng)閥門，金屬使用量少，催化劑損失小且更換 率低，氣體速率低、腐蝕小、熱回收率高，副產(chǎn)蒸汽多。��

2.6 醋酸乙烯廠

醋酸乙烯廠擬采用世界較先進(jìn)的醋酸乙烯生產(chǎn)工藝，該技術(shù)使用全新的流化床生產(chǎn)工藝和催 化劑，以醋酸、乙烯和氧氣為原料。新的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可以獲得很高的醋酸乙烯產(chǎn)率，因此 反應(yīng)器的體積相對(duì)較小，再加上整套工藝的再設(shè)計(jì)，工藝設(shè)備的體積和全廠占地面積都相應(yīng) 減少。本工藝可以在投資上節(jié)省30%。��

3 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益��

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用的技術(shù)和設(shè)備上，煤的氣化單元采用德士古氣化激冷流程，設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化 率達(dá)90%以上。甲醇、醋酸和醋酸乙烯以及合成油裝置均采用最新設(shè)備或催化系統(tǒng)，裝置的 合成效率高，反應(yīng)器簡(jiǎn)單、生產(chǎn)穩(wěn)定性好、生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品的質(zhì)量高、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單 。再加上多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)建在煤礦坑口，原料煤價(jià)格低廉，而且可以利用現(xiàn)有煤礦的運(yùn)輸和其他 設(shè)施等優(yōu)勢(shì)，因此，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用可以大大降低。��

在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工藝和產(chǎn)品配置上，多產(chǎn)品在氣化、空分、合成氣凈化、公用工程以及 其他設(shè)施方面共享，產(chǎn)品與副產(chǎn)品間的配置合理，同一氣頭生產(chǎn)出的合成氣生產(chǎn)甲醇和油品 ，甲醇羰基合成生產(chǎn)醋酸，醋酸與合成油副產(chǎn)的乙烯生產(chǎn)醋酸乙烯。同時(shí)甲醇尾氣和合成油 尾氣進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，滿足裝置78%的用電量，發(fā)電單元燃?xì)廨啓C(jī)尾氣余熱產(chǎn)生的蒸汽除過 熱工藝蒸汽外，還可滿足系統(tǒng)蒸汽用量的1/3。系統(tǒng)這種產(chǎn)品與副產(chǎn)品間的優(yōu)化配置， 使煤的綜合利用及生產(chǎn)的化工產(chǎn)品附加值增加6倍以上，原料和能量的利用達(dá)到最佳化， 整個(gè)系統(tǒng)的投資與單個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的疊加相比投資減少約20%。整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了減少投資和經(jīng) 濟(jì)效益最大化的目的。��

3.2 能量利用效率

由于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中能量的的梯級(jí)利用和副產(chǎn)蒸汽和氫氣等副產(chǎn)品被得以充分利用，同等規(guī)模 情況下，多產(chǎn)品聯(lián)合以后的系統(tǒng)總效率比各單項(xiàng)目的效率都要高，其熱效率達(dá)44.34%。由此 可見，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不論在發(fā)電部分，還是在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，都能比分系統(tǒng)取得更高的 能量利用效率。��

3.3 環(huán)境效益

在發(fā)電和生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工藝路線中，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用德士古煤氣化技術(shù)在環(huán)保方面是極具 優(yōu)勢(shì)的。其SO��2 、NO�瓁、和CO��2排放量分別可以減少95%～99%、90%和20%～40%。其中9.9% 的硫可以回收加工成商品硫，產(chǎn)生的工業(yè)廢水少，氣化爐渣安全無害，可以作為可售產(chǎn)品。 ��

與原醋酸生產(chǎn)工藝相比，新型催化劑醋酸生產(chǎn)工藝中CO��2直接排放可減少70%，整體氣體排 放物可降低50%以上。��

IGCC發(fā)電廠和醋酸廠的用水量可降低30%。��

4 國(guó)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

多聯(lián)產(chǎn)使用的關(guān)鍵技術(shù)均為國(guó)際上先進(jìn)成熟的生產(chǎn)技術(shù)，在國(guó)外均有商業(yè)或商業(yè)示范裝 置在運(yùn)行。��

目前，國(guó)外大型煤炭氣化以比較成熟的新一代氣流床氣化為主，包括德士古氣化爐和殼 牌氣化爐。這2種氣化爐工業(yè)化裝置生產(chǎn)能力均已達(dá)2000t/ d以上，國(guó)外多年商業(yè)運(yùn)行的 經(jīng)驗(yàn)證明，該氣化技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率、有效成份高，三廢排放小。已有多套德士古爐生產(chǎn)的合成 氣用做化工產(chǎn)品和發(fā)電的原料氣；IGCC作為潔凈高效的煤發(fā)電方式，在國(guó)際上也有多套在運(yùn) 行。使用IGCC發(fā)電技術(shù)的荷蘭布根儂（單機(jī)253MW）裝置于1994年投入運(yùn)行，美國(guó)的沃巴什 河電站（單機(jī)265MW）坦帕電站（單機(jī)260MW）以及西班牙的普爾托拉諾電站（單 機(jī)300MW）于1997年相繼投入試驗(yàn)和試生產(chǎn)；煤合成氣制油裝置已經(jīng)在南非薩索爾運(yùn)行了40 多年，現(xiàn)已發(fā)展成為南非最大的企業(yè)之一，目前薩索爾采用費(fèi)托合成技術(shù)在薩索爾I、II、I II3個(gè)工廠共生產(chǎn)合成油達(dá)700多萬t，化學(xué)品近200多種，經(jīng)濟(jì)效益非�？捎^；煤合成氣液相 合成甲醇技術(shù)已于1997年4月在美 國(guó)伊斯曼化工廠進(jìn)行商業(yè)示范運(yùn)行，目前裝置運(yùn)行穩(wěn)定，開工率達(dá)96%以上，催化劑的使用 率達(dá)99%，運(yùn)行非常成功；自1995年以來，位于美國(guó)的德克薩斯的斯特林化工廠和英國(guó)赫爾 的化工廠和韓國(guó)三星，分別采用新型催化劑對(duì)原有醋酸廠進(jìn)行了改造，分別使生產(chǎn)能力提 高了20%～30%。采用新型催化劑在馬來西亞和新加坡建成的50萬t/ a的新廠，目前運(yùn)行良 好；新開發(fā)的一種乙烯氣相法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)醋酸乙烯的裝置已在英國(guó)的赫爾開車運(yùn)行。��

集成多種高技術(shù)為一體是煤炭清潔高效利用的保證。以煤炭為原料生產(chǎn)潔凈煤合成氣，供給多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，可在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提 高設(shè)備設(shè)施利用率，大幅降低裝置投資；能形成系統(tǒng)熱能梯級(jí)利用，提高 系統(tǒng)的總能效率。

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)毫無置疑是極具環(huán)保優(yōu)勢(shì)和高效的煤炭利用方式。多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為一種高新技術(shù) 的一體化集成系統(tǒng)，將會(huì)給中國(guó)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。環(huán)境問題和潔 凈煤技術(shù)的巨大市場(chǎng)也將成為發(fā)達(dá)國(guó)家和跨國(guó)公司在中國(guó)尋求發(fā)展的契機(jī)。