□ 文/圖 陳丹江

現(xiàn)代煤化工示范也是一個試錯的過程。示范項目只有在認真總結(jié)失敗教訓(xùn)，積極探索創(chuàng)新的前提下才能成功。

內(nèi)蒙古大唐國際克旗煤制天然氣項目全景。

2014年，多位專家和多家媒體實地參觀和采訪了我國首個建成的煤制天然氣示范項目——大唐克旗年產(chǎn)40億立方米煤制氣項目。當(dāng)時大家?guī)е鐣掀毡殛P(guān)心的問題，對該項目從技術(shù)可靠性、項目經(jīng)濟性、運行安全性等方面成功與否提出了“八問”。如今4年過去了，該項目交出了針對“八問”的答卷。

技術(shù)可行

煤制氣技術(shù)是可行性的。該項目選擇以褐煤為原料的初衷，就是要深入探索煤質(zhì)差、水含量高、發(fā)熱量低、揮發(fā)分高的褐煤綜合利用價值，是拓展低階煤炭轉(zhuǎn)化為清潔能源的新途徑。項目投產(chǎn)后，通過實施原料煤粉煤率控制、氣化爐加煤系統(tǒng)改造、甲烷化催化劑還原方式優(yōu)化、污水處理系統(tǒng)綜合完善、動力鍋爐油改氣等諸多技術(shù)改造，不斷優(yōu)化系統(tǒng)配置。目前，項目已實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、長周期、高負荷運行，天然氣產(chǎn)量不斷創(chuàng)造新紀錄。2017年至2018年4月，累計生產(chǎn)天然氣10.7億標準立方米，期間有5次月產(chǎn)量突破1億標準立方米。2018年3月，全月平均負荷達96.18%，3月18日，實現(xiàn)了日產(chǎn)量400.95萬標準立方米，達到了設(shè)計日產(chǎn)400萬標準立方米天然氣的能力。2018年5月1日至10日，日均產(chǎn)量均在390萬標準立方米以上，最高單日產(chǎn)量達409.8萬標準立方米。上述數(shù)據(jù)表明，以褐煤為原料的煤制天然氣技術(shù)是完全可行的，也是可靠的。

一定條件下，煤制氣是有經(jīng)濟性的。根據(jù)原設(shè)計參數(shù)，生產(chǎn)裝置滿負荷運行日產(chǎn)400萬標準立方米時，全部16臺氣化爐運行狀態(tài)為15開1備（總氧負荷：78480標準立方米/小時），污水處理負荷850噸/小時，每千標準立方米天然氣產(chǎn)品耗原料標煤1.85噸，耗原水7.36噸。

從目前克旗公司實際運行情況看，13臺氣化爐運行時就可以達到日產(chǎn)400萬標準立方米生產(chǎn)能力，而污水處理負荷為設(shè)計負荷的95.96%。2018年5月7日至9日，每千標準立方米天然氣產(chǎn)品原煤單耗1.844噸，比設(shè)計值低0.3%；原水單耗6.72噸，比設(shè)計值低8.73%。隨著生產(chǎn)管控能力的逐步提高，項目各項綜合能耗呈現(xiàn)出逐步降低、能源轉(zhuǎn)化率逐步提高的良好態(tài)勢。

一期裝置運行經(jīng)濟性和盈利能力方面，按照2018年1～4月實際情況測算，當(dāng)天然氣不含稅單價1.60元/標準立方米，平均日銷量374萬立方米時，可以達到盈虧平衡；當(dāng)天然氣不含稅單價2.14元/標準立方米，平均日銷量280萬立方米時，可以達到盈虧平衡。但是，自2015年11月20日開始，由于天然氣市場銷售價格整體大幅下調(diào)，由2.75元/標準立方米下調(diào)至1.82元/標準立方米，同時天然氣稅率由13%調(diào)整為11%后，中國石油又將天然氣單價下調(diào)至1.78元/標準立方米，每立方米天然氣單價比原始價格減少了0.972元。2017年公司共計生產(chǎn)天然氣10.34億立方米，當(dāng)年虧損6.5億元。如果按照下調(diào)之前的價格計算，年銷售收入可以相對增加10.05億元，項目完全可以實現(xiàn)盈利。

為應(yīng)對中國石油陜京四線管網(wǎng)投運、北京地區(qū)非采暖季節(jié)天然氣需求量下降而造成公司生產(chǎn)裝置限產(chǎn)的影響，克旗公司正在實施對二期項目續(xù)建并進行聯(lián)產(chǎn)調(diào)峰，擬建設(shè)80萬噸/年甲醇裝置和40萬噸/年乙二醇裝置，建立以天然氣產(chǎn)品為主、甲醇、乙二醇高附加值化學(xué)品的多元化經(jīng)營格局，以應(yīng)對市場供需矛盾的變化。

運行安全穩(wěn)定

碎煤加壓氣化爐可以穩(wěn)定運行。該項目根據(jù)褐煤的特性，從氣化爐原料控制、入爐原料煤的粒度、開停車的環(huán)保指標、操作優(yōu)化等方面進行了探索，建立健全多臺爐綜合穩(wěn)定運行管控體系。氣化爐單爐氧負荷可以由設(shè)計值5232標準立方米/小時提升至5800標準立方米/小時，操作范圍大、調(diào)整區(qū)間廣，而且可以實現(xiàn)長周期較高負荷運行。13臺氣化爐同時運行就可以達到日產(chǎn)400萬立方米的設(shè)計產(chǎn)量，驗證了以褐煤為原料的碎煤加壓氣化爐的綜合性能完全能夠滿足生產(chǎn)需求。

壓力為4.0兆帕的碎煤加壓氣化爐可以實現(xiàn)安全可靠運行。該項目氣化爐是國內(nèi)首個設(shè)計操作壓力為4.0兆帕并以褐煤為原料的碎煤加壓氣化裝置。從投料試車至今，企業(yè)通過對爐體堆焊耐腐蝕材料、煤鎖和灰鎖充泄壓方式的優(yōu)化等多種改進措施，保障了氣化爐安全穩(wěn)定運行。2017年，有8臺氣化爐實現(xiàn)連續(xù)在線運行超過100天，其中一臺氣化爐最長連續(xù)運行時間達241天，氣化爐單爐最高氧負荷可以達到設(shè)計負荷的120%。經(jīng)過5年多的運行，表明了操作壓力為4.0兆帕的氣化爐運行的安全性和可靠性完全能夠得到保障。

找到了以褐煤為原料所產(chǎn)生的氣體對系統(tǒng)管線設(shè)備腐蝕的應(yīng)對措施。以褐煤為原料的碎煤加壓氣化爐在投入運行后，曾出現(xiàn)因氣化爐內(nèi)夾套腐蝕和沖刷導(dǎo)致泄漏被迫停爐，一度成為困擾和制約生產(chǎn)運行的瓶頸。通過技術(shù)攻關(guān)，反復(fù)論證和實踐，企業(yè)通過在夾套內(nèi)壁堆焊inconel625材料解決了這一難題。工藝系統(tǒng)介質(zhì)和公用系統(tǒng)介質(zhì)中存在的氯離子、濕硫化氫、溶氧等對設(shè)備及管線的腐蝕問題，也通過工藝指標控制優(yōu)化和設(shè)備材質(zhì)升級得以解決。這些問題的解決也為生產(chǎn)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行提供了保障。

摸清了以褐煤為原料生產(chǎn)的凈化氣中有機硫成分對甲烷化催化劑壽命的影響因素。甲烷化催化劑活性組分為鎳，各種有機硫、無機硫可以造成催化劑永久性中毒。而以褐煤為原料碎煤加壓氣化生產(chǎn)的凈化氣中有機硫含量比較高，裝置配套的凈化工藝脫除能力有限。根據(jù)近幾年催化劑床層溫度變化趨勢分析判斷，有機硫超標會造成催化劑活性下降床層熱點溫度下移，使用周期大大縮短。為了保證催化劑的安全，企業(yè)一方面加強源頭管控，嚴格控制凈化氣指標，確保凈化氣總硫合格；另一方面，發(fā)揮好甲烷化反應(yīng)器前脫硫槽的作用，通過更換脫硫劑、改變脫硫槽操作工況等控制措施，保證了催化劑的安全運行，從而確保全系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)高負荷運行。

項目專家對生產(chǎn)方案進行優(yōu)化研究。

環(huán)保達標

以褐煤為原料的污水處理系統(tǒng)可以達到廢水零排放。污水處理系統(tǒng)經(jīng)過幾年的摸索和調(diào)整，該項目污水處理系統(tǒng)廢水基本實現(xiàn)了零排放。2018年3月1日至22日，化工主裝置保持平均日產(chǎn)天然氣380.24萬標準立方米，達到裝置設(shè)計生產(chǎn)負荷95.06%，同期污水處理系統(tǒng)保持在90.82%負荷運行，各裝置運行穩(wěn)定，系統(tǒng)水量整體處于平衡狀態(tài)，完全達到零排放。目前公司結(jié)合生產(chǎn)實際，正在組織回抽化工生產(chǎn)裝置試車期間外排至事故緩沖池的廢水并加以回用，污水處理裝置能力逐步提升。

以褐煤為原料的煤制天然氣裝置可以實現(xiàn)環(huán)保達標排放。該項目動力裝置鍋爐煙氣采取選擇性催化還原（SCR）脫硝、電袋復(fù)合除塵和濕式氨法脫硫技術(shù)。經(jīng)過幾年的實際運行，總排口煙氣中二氧化硫、氮氧化物和塵含量均達標排放?，F(xiàn)有一期裝置配套的4臺燃煤鍋爐煙氣排放均能滿足現(xiàn)行國家排放標準。2018年1～4月，二氧化硫、氮氧化物和煙塵的平均排放濃度分別為78.3毫克/標準立方米、88.9毫克/標準立方米和16.75毫克/標準立方米，均優(yōu)于國標要求排放限值200毫克/標準立方米、100毫克/標準立方米和30毫克/標準立方米?；ぱb置配套的酸性氣硫回收尾氣排放也滿足國標要求。2018年1～4月，二氧化硫平均排放濃度為134.5毫克/標準立方米，低于國標要求排放限值960毫克/標準立方米。各項指標表明，該項目環(huán)保設(shè)施運行可靠，環(huán)保排放指標完全達標。

當(dāng)然，現(xiàn)代煤化工示范也是一個試錯的過程。常言說得好：失敗乃成功之母。示范項目只有在認真總結(jié)失敗教訓(xùn)，積極探索創(chuàng)新的前提下，才能夠一步一步取得成功。