关于煤制烯烃项目的煤气化技术对比分析

2022-09-10

随着我国社会经济的发展，不断推动着我国化工产业朝着更高层次上前进，因此这也对我国产业结构，尤其是化工产业来讲提出了更高的要求。我国是以煤炭为主要能源资源的国家，富煤贫油少气是我国能源的特点。整体上看，我国的能源需求量大，但供给不足，尤其是石油对外依赖程度逐年加深，这在一定程度上成为制约我国经济发展的瓶颈。中国要立足国内丰富的煤炭资源优势，因地制宜地适宜发展现代煤化工高新技术产业，以煤化工产品替代石油化工产品，提高煤炭附加值，有助于优化能源结构，保障国民经济的可持续健康发展。

在现代煤化工项目中，煤制烯烃项目技术成熟先进，抵抗市场风险能力强，在当前原油价格下行压力存在的经济环境下仍能持续盈利，被认为是最具竞争力的现代煤化工项目。

1. 煤制烯烃的气化技术简绍

以煤炭资源作为反应原材料来生产各种不同牌号的聚烯烃产品。该工艺流程中的核心技术包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃，甲醇制烯烃的产品气通过烯烃分离工艺将乙烯、丙烯分离后，分别送至聚乙烯和聚丙烯装置，同时还包含了空分、硫磺回收、锅炉、污水处理等辅助工艺过程。工艺流程如图1所示。

在所有装置单元中，煤气化是龙头和基础。在生产过程当中选择不同的煤气化技术，直接关系到下游工艺技术的选择、工艺装置的生产规模以及项目的整体技术路线。由于各种不同类型的煤气化生产方式对煤炭资源的类型有着不同要求，需要根据当地煤炭资源的煤质情况选择相应的煤气化技术和气化炉设备。因此，在探究项目煤气化技术方案的选择上，要根据项目当地的煤炭资源情况和下游工艺路线，选择适宜煤质情况、满足装置规模的煤气化技术和气化炉规模。

依照现阶段国内外煤气化技术的整体发展状况以及所运用的技术特性，结合煤炭原材料所具有的特性，有效总结出了以下几个方面来作为工艺选择的依据：即气化技术的工业化使用程度、技术的先进性、后续的发展前景、产品整体的生产规模以及生产特性等。由于原材料的来源以及产品的生产方案不同，所使用的装置也有一定的差异，所以煤气化技术在选择过程当中需要依照具体的环境条件来加以确定。本文在分析过程中，重点从水煤浆气化技术以及粉煤气化技术当中，选择几种比较具有代表性的生产技术进行对比和分析，并且通过对比分析可以看出，针对本地区煤种选择水煤浆气化技术在整体的生产效率以及生产质量上相对比较优良。

2. 煤制烯烃金项的气化技术选择

本文对已投产运营的项目进行研究和分析，对晋华水煤浆气化炉、壳牌Shell气化炉技术进行分析和比较，探究不同煤气化技术的特点和对煤种、操作条件等的影响。

研究方案一当中主要采用的是水煤浆气化技术，经过一系列的反应之后生成粗合成气，通过设备的变换、净化处理之后生成甲醇产品，然后再将甲醇通过甲醇制烯烃(MTO)技术有效的转化成为聚合级乙烯、丙烯产品的工艺，煤气化采用的是晋华单喷嘴水煤浆气化技术。

研究方案二使用的是壳牌Shell干煤粉气化技术，原煤磨成一定粒度的煤粉，通过喷嘴由氧气等气化剂送至气化炉，反应之后形成相应的合成气体，通过净化处理之后得到甲醇，然后再通过甲醇转化成为聚合级烯烃产品。

因为不同类型的气化技术所生产出来的化工产品，在产品的匹配性能上有所差异，同时气化技术的使用所表现出的优势也各有不同，所产生的副产品也具有各自的性能。因此，在流程比较上需要统筹考虑从气化设备到甲醇回收装置全过程，在实际的反应过程当中，还需要考虑到气化技术对生产的产品性能形成的不良影响。在本次方案的对比过程中，以不同的气化技术作为重点的研究对象，对气化设备及其下游配套设施进行了整体性的对比和分析。通过对比分析得出，不同的方案对当地的水电资源、煤炭资源等要求不同。为了保证每一个研究方案处于同一个基准条件下，采用相同类型的煤炭资源来进行反应和计算，通过相同的反应产品，对不同的生产结果来进行对比和分析，从中可以更加明确的看出不同的气化技术所导致的不同结果。

3. 各种煤气化技术的工艺装置配置及技术路线对比

(1)煤制烯烃项目的主要技术经济分析

针对三个不同反应工作方案的整体投资和估算范围进行了分析和研究，其中重点包含了储存和运输、煤炭资源储存量、运转工艺设备、热电设备以及反应工程系统等整体的费用。同时在整个反应条件当中还包含了固定资产、无形资产以及反应流程的备用费用等。煤矿设施及其相关的配套工程不包含在预算到范围之内。

(2)财务评价基础

为了方便三种不同的技术方案对比和分析，采用统一的评价路径，每一个方案相比于其他产品都作为一种副产品，在整个制造成本当中进行扣除，为了保证各个生产方案的销售收入达到一致，通过不同方案的生产状况，可以有效的得出相对应的制造水平及其成本，以便于后续各种方案相互之间进行有效的经济对比。

4. 各气化技术分析对比

(1)特点分析

晋华炉采用的是膜式水冷壁结构作为气化炉燃烧室衬里，通过将一部分高温熔融灰渣卷吸夹带至膜式水冷壁上，冷却凝固后形成固态渣层，随着固态渣层增厚，炉壁热阻减小，从而在炉内渣层内侧形成熔融流动渣层，实现“以渣抗渣、液态排渣”。而高热阻的渣层对炉壁起到保护作用，使得气化温度可以达到1700℃，突破水煤浆气化无法使用高灰熔点原料的限制，从而可以气化“三高”煤种。同时，也由于高灰熔点煤气化温度较高，故粗煤气显热大，可通过废热锅炉来回收热量，提高能源利用率。副产的蒸汽品质高，可用作动力或工艺蒸汽，可实现化工、电力、燃气、供热的综合利用。

壳牌Shell粉煤气化炉工艺技术成熟，采用干煤粉作为气化原料，对煤种适应性较广泛。单炉处理能力大、气化温度一般在1400-1600℃，有效气组分可达90%以上，甲烷含量极少，相较于水煤浆气化工艺氧耗低，但操作复杂，运行稳定性相对水煤浆气化技术差，且投资高，设备尺寸大。

(2)原料的适应性

对于晋华单喷嘴水煤气化技术来讲所选用的原材料，必须要具有良好的成浆性能，以此来有效保证气化装置在反应过程当中具有良好的经济性，原材料煤炭资源的成浆性是选择水煤浆气化技术的关键所在，本地煤炭资源通过成浆性能的有效实验，煤浆的浓度最高可达67%以上。由此可以看出，所选择的原料煤浆的整体浓度可以控制在61%～65%，因此所选用的原料煤可用于水煤浆气化技术。Shell粉煤气化技术在正式进入到反应炉设备之前，需要求含水量保持在2%～5%之间。灰粉含量控制在20%以下，选择的原材料，亦可用Shell气化技术。

(3)产品的适应性

晋华单喷嘴水煤浆气化技术，在反应当中所得到的混合气体的比率达到了1.4，适合生产以及合成氨以及甲醇等产品，也可以用作制氢或者是一系列的羟基合成气体等，整个生产用途相对比较广泛。Shell煤气化技术采用的是废热锅炉反应流程，在反应过程当中需要不断加入大量的水蒸气或者是应用多级的喷水，冷却的方式采用低级水冷交换技术在合成器当中的一氧化碳的总含量超过了60%～70%，对一氧化碳气体的变化要求相对较高。

(4)投资

晋华炉的年可用率可达93%，备用炉需求少;采用紧凑框架布置，节约了土建成本;晋华炉国产化率达到100%，设备购置费用低。与壳牌气化炉相比，相同规模晋华炉投资额可降低2/3。

5. 结束语

针对煤制烯烃项目中的煤气化技术的对比和分析，在整个生产过程当中必须要遵循因地制宜的生产原则，煤气化技术直接关系到了整个生产和反应系统装置，是否可以保持长周期稳定的工作和生产，直接影响到了产品的生产成本以及企业的经济效益。因此，对煤气化技术的选择必须要做到科学合理，要充分符合技术的先进性、生产的可靠性以及设备的适用性等相关原则，以此来有效提高整个系统产品的制造质量以及生产效率。

摘要：本文重点针对我国现代煤化工产业当中，煤制烯烃项目的开展进行了分析，通过对国内外先进的煤气化技术的应用进行了深度的分析和探索，以我国已建成的煤制烯烃项目作为研究对象，应用了不同煤气化技术对整个生产装置的规模、生产技术路线以及生产过程当中的经济性影响因素进行了研究。通过研究结果可以看出，针对本地区三高煤种（高硫、高灰、高灰熔点），煤炭资源在具有良好的成浆性能的状态下，使用水煤浆气化的生产方案相对比较合理。

关键词：煤制烯烃,煤气化技术,对比