王 勇

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司 山東能源化工分公司，山東鄒城 273500）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，工業(yè)建設(shè)水平更為成熟，各領(lǐng)域生產(chǎn)經(jīng)營建設(shè)期間的石油資源需求量更高，石油成本持續(xù)攀升。在此背景下，相關(guān)部門需要著重關(guān)注甲醇項(xiàng)目的推廣工作，配合使用煤制甲醇技術(shù)手段，切實(shí)保障甲醇生產(chǎn)質(zhì)量與效率?，F(xiàn)有甲醇使用可分為直接使用與間接使用兩種方式。其中，直接使用又包括摻混與全額甲醇使用手段。間接使用可以將甲醇轉(zhuǎn)變?yōu)槎酌岩约凹谆宥』盐镔|(zhì)，從根本上提升甲醇生產(chǎn)期間的資源利用率。

1 煤制甲醇生產(chǎn)工藝與原則

1.1 甲醇生產(chǎn)工藝種類

煤制甲醇生產(chǎn)工藝主要以煤為原材料，其關(guān)鍵工藝主要包括空分、煤氣化、轉(zhuǎn)變以及酸性氣體脫除，生成甲醇制二甲醚以及甲醇制烯烴。煤氣化技術(shù)是甲醇生產(chǎn)重要內(nèi)容，不同的氣化技術(shù)會(huì)受到生產(chǎn)技術(shù)規(guī)格以及技術(shù)路線因素影響，因此需要借助煤制甲醇生產(chǎn)要求選擇適宜的煤氣化技術(shù)手段。

依照進(jìn)料角度分析，氣化技術(shù)可分為塊煤氣化技術(shù)、水煤漿氣化技術(shù)、干煤粉氣化技術(shù)三種。不同煤氣化技術(shù)涉及的流程不同，流體力學(xué)條件以及技術(shù)來源存在較大差異。

塊煤氣化技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間較短，水煤漿氣化技術(shù)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了生產(chǎn)設(shè)施的改造與優(yōu)化，實(shí)際應(yīng)用期間具備能耗量低、副產(chǎn)品少等優(yōu)勢。煤灰氣化技術(shù)在具體應(yīng)用期間主要包括干煤粉氣化技術(shù)、單噴嘴粉煤氣化技術(shù)與兩段干煤粉氣化技術(shù)。針對多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)，需要找尋出適宜的煤制甲醇手段。

結(jié)合現(xiàn)階段甲醇生產(chǎn)實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)以煤為原料生產(chǎn)甲醇期間需要涉及較多關(guān)鍵技術(shù)手段。其中，煤氣化技術(shù)可直接影響到甲醇生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

我國主要使用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)手段以及干煤粉氣化技術(shù)。因不同技術(shù)應(yīng)用要求及應(yīng)用特征存在較大差異，還需要對各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)方案進(jìn)行對比分析。

1.2 甲醇煤氣化技術(shù)選擇原則

甲醇煤氣化技術(shù)的應(yīng)用水平可直接影響到甲醇生產(chǎn)效率以及甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性與可靠性，需要在煤氣化技術(shù)選擇過程中，嚴(yán)格遵循以下原則，確保選擇出的煤氣化技術(shù)具備運(yùn)行效率高、能耗量低、安全可靠性能。

（1）安全環(huán)保原則。在甲醇煤氣化生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)出的煤渣、煤灰、廢氣的處理難度較大。在處理工作沒有得到嚴(yán)格管控的情況下，會(huì)對實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量造成嚴(yán)重不利影響。因此在選擇煤氣化技術(shù)手段時(shí)，需要著重關(guān)注安全環(huán)保工作，開展清潔型生產(chǎn)，控制廢棄物排量。

（2）適用性原則。不同地區(qū)煤礦資源存儲(chǔ)量不同，需要著重分析煤氣化技術(shù)應(yīng)用期間的適用性原則。結(jié)合地區(qū)具體條件、實(shí)際生產(chǎn)情況，對煤氣化技術(shù)進(jìn)行靈活選擇。

（3）先進(jìn)性原則。為從根本上提高生產(chǎn)企業(yè)綜合競爭水平，在選擇煤氣化技術(shù)過程中還需要確保選擇的技術(shù)手段具有較高的先進(jìn)性，能夠切實(shí)提升實(shí)際生產(chǎn)效率，使甲醇項(xiàng)目開展全過程均能夠得到嚴(yán)格把控。

（4）可靠性原則。要求選擇出的煤氣化系統(tǒng)始終保持安全、可靠的運(yùn)行狀態(tài)，切實(shí)提升實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量的效率，降低設(shè)備實(shí)際使用期間的故障問題發(fā)生概率。

2 煤制甲醇煤氣化技術(shù)對比

以年產(chǎn)量為300萬t的二甲醚生產(chǎn)項(xiàng)目為例，該生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要原材料為煤。經(jīng)過甲醇轉(zhuǎn)化后會(huì)生產(chǎn)出二甲醚。

1）生產(chǎn)技術(shù)方案主要就是使用多噴嘴對置氣化工藝，將合成后的氣體通過凈化形成甲醇，將甲醇作為生產(chǎn)原材料生產(chǎn)二甲醚。結(jié)合多噴嘴對置氣化技術(shù)手段，對技術(shù)方案進(jìn)行合理判定。

2）生產(chǎn)技術(shù)方案主要就是使用BGL氣化工藝生成合成氣體，將氣體凈化后生成甲醇。以甲醇作為原材料繼續(xù)生產(chǎn)二甲醚。BGL氣化技術(shù)在氣體合成過程中具備較高含量的甲烷，甲烷也可以進(jìn)行回收利用。使用PSA甲烷，氧化處理富甲烷氣體中的非催化部分，也可以生成合成氣體，并將此氣體再傳輸?shù)酱趾铣蓺獾倪M(jìn)化系統(tǒng)中。

3）生產(chǎn)技術(shù)方案主要就是使用Shell干煤粉氣化工藝，甲醇?xì)怏w可以作為原材料生產(chǎn)二甲醚。

4）不同生產(chǎn)技術(shù)手段下的氣化裝置、凈化裝置、甲醇裝置、甲烷回收裝置、催化及二甲醚裝置結(jié)構(gòu)不同，但空分裝置多是用分子篩凈化空氣、空氣增壓，氧氣壓縮方式。借助氮?dú)庠鰤貉b置增加氮?dú)饬鞒讨袎嚎諝庠鰤?，增流塔處使用?guī)整填料手段。

5）從氣化裝置角度分析，使用多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)中的氣化爐直徑為3 600mm，操作壓力需要控制在6.5MPa。使用BGL熔渣氣化技術(shù)，公稱直徑為3 600mm，操作壓力為4.0MPa。使用shell干煤粉氣化技術(shù)，氣化爐為4開無備用。公稱直徑為3 800mm，實(shí)際操作壓力為4.0MPa。

6）從凈化裝置角度分析：

（1）生產(chǎn)方式需要配合使用一氧化碳變換裝置。低溫甲醇洗技術(shù)需要使用三系統(tǒng)配置方式。丙烯離心壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)提供給低溫甲醇洗正常生產(chǎn)時(shí)所需的制冷量；

（2）生產(chǎn)方式應(yīng)當(dāng)使用低水與低氣比裝置，采用4系統(tǒng)配置手段。酸性氣體脫除時(shí)要使用低溫甲醇洗技術(shù)以及四系統(tǒng)丙烯離心壓縮機(jī)，確保低溫甲醇洗生產(chǎn)時(shí)的溫度始終處于適宜的冷量范圍之內(nèi)；

（3）生產(chǎn)方式的一氧化碳變換需要使用高水與高氣比裝置，依照4系統(tǒng)配置手段開展配置工作。丙烯離心壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)注重提供低溫甲醇洗正常生產(chǎn)時(shí)所需的能量；

7）從甲醇裝置角度分析。第1種生產(chǎn)方式采用三個(gè)系統(tǒng)配置。第2種及第3種生產(chǎn)方式需要采用4個(gè)系列配置手段。

8）從甲烷回收裝置角度分析，第1種生產(chǎn)方式與第3種生產(chǎn)方式不必配置回收裝置。第2種生產(chǎn)方式需要采用變壓吸附式脫除惰性組分手段。

9）從甲烷非催化部分氧化裝置角度分析，第1種生產(chǎn)方式與第3種生產(chǎn)方式，不必配置非催化氧化設(shè)備。第2種生產(chǎn)方式需要收集副甲烷氣體，并借助非催化部分氧化裝置合成氣體。

3 煤制甲醇煤氣化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評估

3.1 財(cái)務(wù)評價(jià)基礎(chǔ)

通過對三種生產(chǎn)技術(shù)方案進(jìn)行全方位評比，將每個(gè)生產(chǎn)方案的二甲醚銷售量均設(shè)定為300萬t。其他產(chǎn)品作為生產(chǎn)副產(chǎn)品，扣除其制造成本，使三個(gè)生產(chǎn)方案中的銷售收入趨于一致。對比分析不同方案制造成本水平，并將對比分析結(jié)果作為實(shí)際生產(chǎn)期間的財(cái)務(wù)評價(jià)基礎(chǔ)。

煤制甲烷煤氣化生產(chǎn)期間的生產(chǎn)原料以及生產(chǎn)副產(chǎn)品主要包括原水、原料煤、二甲醚、硫磺、粗輕油、氨水以及焦油等。

財(cái)務(wù)評價(jià)測算價(jià)格需要取國際油價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以從根本上保障評價(jià)結(jié)果的全面性與可靠性。

3.2 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評價(jià)

煤制甲烷煤氣化生產(chǎn)技術(shù)中的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)主要涉及原材料、燃料煤用量、主要公用工程用量、產(chǎn)品及副產(chǎn)品用量、生產(chǎn)體系總定員、總占地面積、投資估算、涉及內(nèi)部收益率、年均凈利潤以及二甲醚成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。

4 不同煤制甲烷煤氣化技術(shù)綜合對比分析

4.1 原料適用性

通過運(yùn)行多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，原料煤需要選擇具備較好成漿性的材料，使氣化裝置能夠在具體運(yùn)行過程中具備良好的處理效率。原料煤中的灰熔點(diǎn)與FT不可過高，以進(jìn)一步延長耐火磚使用壽命。原料煤的成漿性可直接影響到水煤漿氣化水平，需要在具體應(yīng)用期間進(jìn)行嚴(yán)格管控。使用塊煤熔渣氣化技術(shù)手段時(shí)，塊煤原料的粒徑應(yīng)當(dāng)控制在6～50mm，在具體應(yīng)用期間還需要額外增加型煤車間以及型煤生產(chǎn)裝置。在使用Shell粉煤灰氣化工藝時(shí)，生產(chǎn)期間需要首先向生產(chǎn)鍋爐中投入含水量為2%～5%的干粉煤。干粉煤的灰分也要控制在1%～3%。

4.2 產(chǎn)品適應(yīng)性

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，需要通過激冷工藝合成氣，汽氣比需要達(dá)到1∶4，生產(chǎn)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求的氨氣與甲醇。配合使用氫氣與碳基合成氣體，擴(kuò)大實(shí)際生產(chǎn)覆蓋面，應(yīng)用范圍較廣。塊煤熔渣氣化工藝中的氣化爐出口合成氣甲烷質(zhì)量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到6%左右，能夠被更好地應(yīng)用在 IGCC系統(tǒng)燃料氣以及合成天然氣的生產(chǎn)過程中，甲醇生產(chǎn)需要處理合成其中的甲烷氣體，塊煤熔渣氣化生產(chǎn)還需要配備催化與非催化部分氧化裝置，富集馳放氣體中的甲烷物質(zhì)，并對富甲烷氣體進(jìn)行氧化處理，合成的氣體可以進(jìn)入到粗合成氣化系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行期間的復(fù)雜性進(jìn)一步提升，生產(chǎn)成本增長。Shell粉煤氣化工藝需要配合使用多級噴水激冷或者控制水汽比的方式開展生產(chǎn)作業(yè)工作，合成后的氣體氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到6%～6.5%，對氧化碳變化率的要求較高，導(dǎo)致下游低溫甲醇洗負(fù)荷增長。

4.3 投資成本

從煤制甲醇項(xiàng)目總投資角度分析，使用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的投資成本最低，塊煤熔渣氣化技術(shù)的投資成本居中，Shell粉煤氣化技術(shù)的投資成本最高。雖然shell粉煤灰氣化技術(shù)不需要備爐，但為切實(shí)保障生產(chǎn)期間的安全性及可靠性，仍需要配備相應(yīng)的備用鍋爐設(shè)施，導(dǎo)致投資成本進(jìn)一步增長。

4.4 副產(chǎn)品

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)與 Shell粉煤氣化技術(shù)的副產(chǎn)品僅為硫磺。而塊煤熔渣氣化技術(shù)在生產(chǎn)期間除會(huì)產(chǎn)出硫磺之外，還會(huì)生產(chǎn)出焦油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品，且副產(chǎn)品總量較大。副產(chǎn)品可直接影響到煤制甲醇項(xiàng)目開展過程中的經(jīng)濟(jì)效益，在副產(chǎn)品較多的情況下，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)真實(shí)性將會(huì)受到嚴(yán)重不利影響。

不僅如此，煤化工項(xiàng)目多處于偏遠(yuǎn)地段，周邊交通環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平無法得到根本上把控。在使用塊煤熔渣氣化技術(shù)過程中，產(chǎn)生的副產(chǎn)品排放要求，還需要額外設(shè)置精加工處理裝置。

現(xiàn)階段國內(nèi)尚未生成完備的焦油處理系統(tǒng)，處理后的焦油產(chǎn)品質(zhì)量與實(shí)際應(yīng)用要求不符。如直接將副產(chǎn)品作為產(chǎn)品銷售，周邊市場消化能力較弱，只能夠在項(xiàng)目內(nèi)作為燃料，難以從根本上保障副產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用期間的價(jià)值。

4.5 大型化及技術(shù)應(yīng)用成熟度

多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較早，并已經(jīng)向國外推廣。相較于其他兩種煤氣化手段而言，水煤漿氣化技術(shù)能夠被更好地應(yīng)用在大型煤化生產(chǎn)項(xiàng)目中。同時(shí)，單臺氣化爐的最大投煤量可以達(dá)到3 000t，在生產(chǎn)300萬t二甲醚時(shí)，只通過配備7臺氣化爐與3臺備用爐就可實(shí)現(xiàn)。使用Shell粉煤灰氣化技術(shù)的單臺氣化爐最大投煤量也可達(dá)到3 000t，在生產(chǎn)300萬t二甲醚項(xiàng)目過程中，只需要配備6臺氣化爐裝置就可實(shí)現(xiàn)。在使用塊煤熔渣氣化技術(shù)的情況下，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)受到氣化壓力值等因素影響，生產(chǎn)300萬t二甲醚過程中需要配備8臺氣化爐以及4臺備爐，實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流程更為復(fù)雜，生產(chǎn)成本進(jìn)一步提升。

4.6 污水處理

為確保煤制甲醇項(xiàng)目中的煤氣化技術(shù)能夠與現(xiàn)階段地區(qū)可持續(xù)發(fā)展相符，還應(yīng)當(dāng)對比分析不同煤氣化技術(shù)應(yīng)用過程中的污水處理水平。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)與Shell煤氣化技術(shù)的工藝均屬于清潔性煤氣化技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中不會(huì)出現(xiàn)過多的副產(chǎn)品，且氣體有效成分較高，廢氣廢水及固體廢物容易處理、氣化壓力范圍較大；塊煤熔渣氣化技術(shù)因其生產(chǎn)期間涉及的環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，會(huì)在具體生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)焦油、粗酚酞以及粗氨氣等副產(chǎn)品。

通過分析煤制甲醇項(xiàng)目煤氣化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)尚無成熟的專項(xiàng)廢水處理工藝，廢水處理效果與廢水處理標(biāo)準(zhǔn)的差異較大，回用難度進(jìn)一步提升。在使用塊煤熔渣氣化系統(tǒng)過程中，應(yīng)當(dāng)首先在同類裝置上進(jìn)行試燒處理，而后才可以確定氣化爐生產(chǎn)能力、副產(chǎn)品數(shù)量與副產(chǎn)品成分，靈活設(shè)置污水處理環(huán)節(jié)，確保污水排放及活用效果與預(yù)期目標(biāo)相當(dāng)。

5 不同煤制甲烷煤氣化技術(shù)的對比結(jié)果

通過從不同角度對煤制甲烷煤氣化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)Shell干煤粉氣化技術(shù)雖然應(yīng)用期間的優(yōu)勢較為凸顯，但在具體應(yīng)用期間的投資成本較高，經(jīng)濟(jì)效益無法得到根本保障。塊煤熔渣氣化技術(shù)的應(yīng)用先進(jìn)性及技術(shù)可行性均較低，且在具體使用期間需要浪費(fèi)大量的水資源，不可使用在水資源緊缺地區(qū)。多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用期間的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著，在原料煤成漿條件較為良好的情況下，煤制甲醇項(xiàng)目開展效果更好，因此可以在具體生產(chǎn)過程中進(jìn)行大規(guī)模投入使用。

6 結(jié)束語

甲醇生產(chǎn)水平直接影響到我國能源利用期間的安全性及可靠性。通過對甲醇進(jìn)行可靠加工，能夠代替石油資源完成各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)，對實(shí)現(xiàn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展意義重大?，F(xiàn)有煤制甲醇項(xiàng)目更為復(fù)雜，需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求選擇更加適宜的煤氣化技術(shù)手段。通過對比分析多項(xiàng)煤氣化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在保障原材料質(zhì)量的前提下，多噴嘴對置式的水煤漿氣化技術(shù)最為理想，可以得到全面推廣及應(yīng)用。