——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研發紀實
   
       在全國人民喜迎祖國60華誕之際，8月16日，從傳統的煤炭資源大省——山西又傳來了令人振奮的消息，山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司采用我國擁有自主知識產權的灰熔聚流化床粉煤氣化技術建設的高硫無煙煤潔凈化利用10萬噸/年合成油示范工程，已完成多臺灰熔聚氣化爐聯合調試，達到了設計要求，成功實現了全流程貫通。這是繼去年9月我國首套應用該技術的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化制備合成氨原料氣工業示范裝置在石家莊金石化肥有限公司投料試車成功，該技術開始進入大型商業化示范階段之后，在工業化生產上取得的又一項重大突破。
   
    　　該項目采用我國擁有自主知識產權的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術，以晉城礦區儲量豐富，但無單獨開采和直接利用價值的“三高”(高硫、高灰、高灰熔點)劣質無煙煤為原料，產品以優質93#汽油為主，副產液化天然氣(LPG)、硫黃，并可根據市場情況調產精甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等多種化工產品。
   
    　　有關專家認為，由于對煤種的適應性廣，該項目的成功將對山西乃至全國占煤炭可采儲量相當比例的“三高”劣質煤資源的潔凈化開發利用和我國煤化工的發展產生重要的影響，為我國大型煤化工及多聯產系統快速發展提供一條經濟、合理、可靠的技術路線。
   
    　　站在國家煤炭戰略高度創建粉煤氣化研發基地
   
     　　近幾年，我國煤化工熱正持續升溫，幾乎所有產煤省份都在進行大型煤化工項目的規劃和實施，我國正朝著全球最大的煤化工工業國疾步邁進。隨著 Shell、GE-Texaco、GSP等煤氣化技術先后被引入我國，并逐漸占據了主要的市場份額，也促使我國在煤氣化新技術研發領域奮起直追，力求有所作為并實現跨越式發展。可以說，煤氣化技術的每一次突破，都是業內人士關注的焦點和熱點。
   
    　　據了解，目前，我國大多數企業仍采用常壓固定床氣化法等落后技術，而國外近年來主要發展流化床、氣流床等大型氣化技術。面對全球化的市場和國際化的競爭，早在20多年前，中國科學院山西煤炭化學研究所就針對我國煤種多、煙煤多、粉煤多、商品煤灰分高、灰熔點高的特點，開始進行煤氣化技術研發，并成功開發了具有自主知識產權的灰熔聚流化床粉煤氣化技術，先后建成了1噸/日、24噸/日的中間試驗裝置，完成了不同種類的煤種試驗，并于2001年在陜西城化股份有限公司實施的工業化示范項目上取得了成功，在業界嶄露頭角。但由于該技術的規模、壓力等級與化工合成或未來發電要求還有一定的差距，他們近10年來又著力進行加壓氣化工藝的研究和開發，相繼在加壓基礎試驗研究及復合床氣化技術研究等領域取得了相當的進展，為工程放大和配套技術完善奠定了基礎。
   
    　　2003年11月，由山西省發展計劃委員會主持，在太原召開了“山西高硫無煙煤氣化技術專家評審會”，與會專家一致認為該技術對占我國煤炭可采儲量相當比例的“三高”煤表現出良好的適應性，為山西省乃至全國“三高”煤資源潔凈化開發利用提供了一條經濟合理的煤氣化技術路線。為盡快實現該技術的加壓大型化開發，建議建設加壓灰熔聚流化床粉煤氣化中試技術平臺。
   
    　　2005年4月，為推進該技術的工程化、產業化發展，盡快完成大型灰熔聚流化床粉煤氣化技術自主研發的艱巨任務，中國科學院山西煤炭化學研究所和山西晉城無煙煤礦業集團有限責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“發展中國煤氣化技術，服務能源煤化工產業”的思路，研究灰熔聚流化床粉煤氣化技術的加壓大型化、產業化，并著眼于開發大規模市場成套技術，配套發展輔助技術。
   
    　　山西省粉煤氣化工程研究中心技術委員會主任王洋在接受CCIN記者采訪時說，粉煤氣化技術之所以備受重視的原因是多方面的。從宏觀上看，煤多油少的現狀決定了我國以煤為主要能源的局面在相當長的時期內不會改變。從山西乃至全國的情況看，一方面，發展煤化工事業是山西煤炭企業可持續發展的需要，也是解決高硫煤、高灰熔點煤資源問題的需要；另一方面，我國諸多大型煤礦，經過長期的高強度開采，煤炭資源的蘊藏狀態已經發生了明顯變化，上層的低硫、低灰煤接近枯竭，下層的高硫、高灰煤(占總儲量的20%~40%)由于環保和市場的限制，無法開采利用。雖然這些老礦井的生產設施條件非常完備，也將被迫面臨轉產或破產，大量人員需要社會安置，礦井大量資產將被閑置。在提倡節能減排、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，為此必須開發適應高灰熔點、高灰、高硫煤的大規模利用技術。立足于煤炭利用的戰略考慮以及受社會責任感的驅動，也基于企業的實際發展需要，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)應需而生。
   
    　　針對國情確定技術方向企院聯合加快研發進程
   
    　　我國以煤為主要能源的現狀致使高硫、高灰熔點煤的資源化問題日益突出，而煤炭資源的開發又必須兼顧能源安全、環境友好及經濟效益。正是這種國情和諸多制約因素，決定了我國粉煤氣化技術的研發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，充分發揮企院聯合的優勢，在中國科學院山西煤炭化學研究所多年的研發基礎上，不斷對加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術加以改進和提高，并將此項技術從小型裝置的研發向大型工程的開發推進，使灰熔聚流化床粉煤氣化技術的加壓大型化、產業化進程和商業化推廣邁入了嶄新的階段，并逐步在國際煤化工技術市場上占有了一席之地。研究表明，灰熔聚流化床粉煤氣化技術是煤炭高效、潔凈利用的核心技術，對煤種的適應面廣，不僅適用于山西省的煤種，而且適用于我國所有高灰、高硫煤炭，特別符合我國國情。
   
    　　山西天和煤氣化科技有限公司董事長袁建衛表示，自成立之日起，山西天和煤氣化科技有限公司就確立了發展宗旨，即響應國家節能減排方針，面向國家重大能源戰略需求，以市場為導向，以灰熔聚流化床粉煤氣化技術加壓大型化、工程化、產業化研發為核心，以開發國際水平先進煤氣化技術為目標，建設高水平的產業化研發基地，形成國際一流的工程化研究驗證環境和技術集成能力，為工業生產提供成套適應性寬、大型化、高效、環保的煤氣化工藝、技術和裝備。
   
    　　借助企院聯合的創新模式，灰熔聚流化床粉煤氣化技術的研發進程明顯加快。2006年，建成了半工業化加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術試驗平臺；2007年 12月，在半工業化加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術平臺上完成了晉城無煙煤1.0MPa72小時運行；2008年，山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司10 萬噸/年MTG(甲醇制汽油)項目的0.6MPa煤氣化工業裝置投入建設；2008年7月，在山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司支持下，山西天和煤氣化科技有限公司開始承擔國家“863”計劃項目，建設適應我國國情的千噸級煤氣化工業示范工程；2008年9月，石家莊金石化肥有限責任公司0.6MPa工業裝置實現工業化運行。
   
    　　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)的工作重點是加壓氣化技術的進一步研發，研究中心投資3000萬元的3.0MPa半工業加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術平臺已經建成并開始調試，不久將能提供單臺爐能力達到 500~1000噸煤/日的氣化技術，單臺可配套10萬~20萬噸/年甲醇或合成氨裝置，為大型煤化工項目提供技術和裝備。
   
    　　節能減排既定目標明確粉煤氣化技術特點突出
   
    　　大型灰熔聚流化床粉煤氣化技術的研發，歸根結底是要實現節能減排的目標，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)在長期的研發過程中始終遵循的原則，并因此成就了我國自主研發的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術的諸多特點和優勢。
   
    　　王洋認為，節能減排既是我國的一項基本國策，也是一項系統工程，需要全方位的分析和思考。煤氣化將煤從固態轉化為氣態，可進行凈化處理，進而用作潔凈燃料或合成原料。問題在于，煤氣化技術必須適應我國的煤炭資源特性。
   
     　　他分析，目前，適用于低灰熔點、低灰煤的液態排渣氣流床氣化爐具有較高的碳轉化率和運行可靠性，已為市場廣泛接受，但對高灰熔點煤和高水份煤來說，這種技術在經濟和技術方面卻缺乏可行性。以灰分(A)22%，發熱量(Q)24MJ，灰熔點(FT)1500℃的煤(這是我國具有代表性的煤種)為例，排除氣流床氣化過程中磨礦、輸送、制漿及助熔劑添加等造成運行成本上升的因素，僅綜合考慮選煤回收率和氣化效率兩項指標，灰熔聚流化床粉煤氣化技術能達到與氣流床氣化技術相同的能量轉化效率，且前者的效率更高。所以在制訂節能減排方案時一定要以煤源為依據，全面比較。
   
    　　據介紹，灰熔聚流化床粉煤氣化技術以碎煤為原料，以空氣、氧氣或富氧為氧化劑，水蒸氣或二氧化碳為氣化劑，床層物料在適當的粒度和氣速下沸騰流化，使氣固兩相充分混合，在部分燃燒產生的高溫下一次實現破黏、脫揮發份、氣化、灰團聚及分離、焦油及酚類的裂解再氣化等過程。獨特的氣體分布器和灰團聚分離裝置使灰渣團聚成球，借助重量差異與半焦分離，連續有選擇地排出低碳含量的灰渣，提高了床內碳含量和操作溫度，從而使其適用的煤種拓寬到低活性煙煤乃至無煙煤。
   
     　　據王洋介紹，灰熔聚流化床粉煤氣化技術具有以下主要特點：一是煤種適應性廣，適合我國國情，可實現原料本地化。二是碎煤干法進料，干法排渣，能耗低，氧耗低。三是灰團聚成球，與半焦選擇性分離，排灰碳含量低。四是無廢氣排放，煤氣不含焦油和揮發酚類，洗滌水易凈化。五是操作溫度適中，運行維護成本低，可靠性高。六是擁有自主知識產權，投資僅為引進氣化技術的40%~50%。此外，該技術還可直接用作城市煤氣、化工合成用原料氣和先進的聯合循環發電用燃氣。
   
    　　目前，灰熔聚流化床粉煤氣化技術已得到國家科委、國家計委三個五年計劃的支持。經過中國科學院山西煤炭化學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，充分發揮企院聯合的優勢，形成了我國自主知識產權的灰熔聚流化床粉煤氣化成套技術，并實現了工業化應用，具有國際先進水平，先后取得了國家發明專利和實用新型專利，獲得了中國科學院科技進步一等獎、國家“八五”科技成果獎等。
   
    　　核心技術奠定創效基礎大型工程瞄準國際一流
   
    　　已經初步形成的核心技術大型化、產業化和工程化及成套技術設備的集成化優勢，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)取得加壓氣化工業示范效果，創造商業化運行業績打下了堅實的基礎。這是該企業長期實施做強煤氣化核心技術品牌戰略所取得的豐碩成果，為中國煤氣化工業躋身國際一流樹立了信心。
   
     　　灰熔聚流化床粉煤氣化技術的突破性研發和產業化進程是無止境的。據有關專家介紹，以將低壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術提升為加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術為例，低壓灰熔聚流化床粉煤氣化工業示范裝置單爐生產能力小，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過壓縮才能進入后續系統。因此，提高操作壓力等級，從而實現氣化爐處理能力的大型化開發，是灰熔聚流化床粉煤氣化技術產業化必須解決的重大技術問題。
   
     　　為此，早在10年前，中國科學院山西煤炭化學研究所就開始進行加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術小型裝置的研發，加壓試驗研究了灰熔聚流化床的加壓氣化特性，為大型化工程開發提供工程設計方法和依據，獲得了有效的工程數據，積累了豐富的操作經驗。正是在多年研發的基礎上，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)才能在加壓試驗工業示范裝置建設和中試基地試驗中不斷取得突破。
   
    　　關于進一步強化灰熔聚流化床粉煤氣化技術煤種適應性廣、成本低和投資少等競爭優勢，袁建衛強調，必須貫徹實施企業制定的戰略發展方針：落實全面、協調、可持續的科學發展觀，堅持以市場為導向、技術是硬道理的產業發展原則；重視科研開發，強化中試及工程化能力，加快技術成果轉化，做到自主開發與引進技術相結合，培育核心技術，積極開發市場，逐步實現經濟增長；創新市場模式，完善市場網絡，實施品牌、服務戰略，提高技術市場競爭力；企業經營與資本經營并舉，整合內外部資源，發揮內部優勢，利用外部資源，在資源優勢地區發展優勢產業。
   
    　　王洋在談到今后幾年的工作構想時說，將在加壓中試平臺上進一步開展加壓氣化系統試驗，完成加壓氣化技術的工程化研發，形成可靠的工業化成套技術。進一步完成加壓氣化工業示范，開展商業化運行，從而做強核心品牌技術，開拓相關氣化領域。他強調，面對我國大多數企業仍采用常壓固定床氣化的落后局面，以及大規模氣化技術的市場需求，灰熔聚流化床粉煤氣化技術必須完成加壓技術的系統研發，這需要做好3項工作。首先，結合基礎研究、應用研究，利用技術開發及創新的有利條件，不斷提高技術水平和技術的可靠性。其次，在技術研發中融合相關技術要素，聯合工程研究機構實現集成創新。再次，處理好技術引進與自主創新的關系，依靠自己的科技力量實現核心技術的同時，吸收引進國內外先進技術，完成系統集成。
   
    　　我們期待，以山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司和中國科學院山西煤炭化學研究所結成的堪稱典范的企院聯合模式為依托，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的國家“863”計劃項目，從2008年7月起用3年時間建成適應我國國情的千噸級煤氣化工業示范工程，為我國加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術的提高、推廣和產業化做出更大的貢獻，為我國煤氣化工業的發展爭光！  (中國化工報)