专家建言：搞煤化工项目一定要先吃透煤

河南煤气集团公司义马气化厂采用的德国鲁奇工艺技术的加压气化炉装置    

工人对受到腐蚀的气化炉进行检修，采用新板材对口打磨     

         
         
大唐克旗煤制天然气项目示范装置。

    备受业界关注、一度让业界振奋的大唐克旗煤制气项目一期工程，在投运入网一个多月后，因气化炉内壁腐蚀及内夹套减薄问题被迫停产检修，至今仍未恢复生产，损失巨大。此前的2012年，新疆广汇集团的煤化工项目气化炉也曾因同样的问题反复折腾了近一年时间，才勉强找到一种补救方法。

　　据记者了解，我国不少煤化工项目、尤其是煤化工示范项目由于设计时对煤的重要性认识不足，对煤质把握不准，在气头的技术选择、设计、建造等诸多环节忽略煤质对气化炉的影响，造成项目投产后“中气不足”，麻烦不断。新型煤化工项目一般投资规模巨大，少则数十亿元、多则数百亿元，来不得半点闪失。专家建言，上马煤化工项目一定要先吃透煤。
 
　　气化炉出问题大多吃亏在煤上

　　“一般搞煤化工，一开始对煤质的问题都不够重视，认为什么煤都可以搞，其实不是这样。”中国天辰化学工程公司原副院长孙正泰直言不讳地表示。

　　记者了解到，大唐克旗煤制气项目的试验结果正好印证了孙正泰的观点。该项目在2012年试运行期间采用的是神华煤，运行20多天没有发现腐蚀现象，正式投产后改用大唐自身煤矿的褐煤，结果出了问题，说明煤质对气化炉的影响是主因。

　　事实上，因煤质而直接影响气化炉运行的案例比比皆是。比如新疆广汇煤化工项目投产初期因煤质问题造成气化炉内壁腐蚀，在查找原因采取措施的过程中走了不少弯路，损失巨大。大唐内蒙古多伦煤化工项目自投产后，运行的最大瓶颈是气化炉，而煤质又是根本原因。该项目通过对锡盟周边煤矿的采样分析和试烧，项目附近未找到能够满足气化炉设计的煤种。企业虽经深入研究和对外考察，开始配煤掺烧，但由于项目原设计中没有混配煤措施，且供煤煤质不够稳定，严重影响了气化炉长周期稳定运行，直接影响自产甲醇量，进而影响项目生产负荷和经济效益。呼伦贝尔一家化肥项目投产后最为突出问题，就是原料煤种不匹配，装置无法实现连续长周期稳定运行，开停车频繁。该地区能够使用的最好煤质与设计煤种差距较大，褐煤水煤浆浓度设计为53%，但实际只能达到49%左右，使气化装置达不到设计能力。

　　煤科总院北京煤化工研究分院副院长陈贵锋认为，现在中国的煤质太复杂，从煤种到煤质，不仅在同一个地区煤质相距甚远，甚至同一个矿井不同煤层的煤质都不一样，同一个矿区相隔很近的位置，煤质变化有的也非常大，这对一些煤化工项目的操作影响很大。

　　克旗煤制气项目使用的大唐煤就正好印证了这一说法。据孙正泰介绍，经他现场调研，大唐同一煤矿中的5#煤和6#煤含水量高、热稳定性差、机械强度也比较差，除此之外还有几个特点：一是灰熔点范围窄，导致气化炉的操作空间比较小；二是5#煤、6#煤中的氧化钾、氧化钠含量偏高，含量达到百分之三点多；三是5#煤矾含量比较高，汞、镉、砷等有毒有害重金属的含量都比较高；四是同一煤矿中相对6#煤而言，5#煤的煤质更差。

　　孙正泰认为，如果煤化工项目用的是市场煤，可以通过不断筛选找到合适的煤种。但如果别无选择只能用企业自己煤矿的煤，那就必须下功夫把煤质吃透。

　　不同的气化技术适合不同的煤种

　　业界专家告诉记者，煤气化技术是煤化工项目的龙头，不同的气化技术适合不同的煤种。

　　据记者了解，目前在国内推广的煤气化技术有10多种，其中既有我国自主开发技术，如清华炉、航天炉等炉型，也有国外引进技术，如壳牌炉、鲁奇炉、GSP炉、德士古炉等。煤气化技术若按炉型分，主要有固定床、流化床、气流床三种。具体来讲，固定床气化炉有UGI炉和鲁奇炉，包括大唐克旗煤制气在内，不少煤制气项目都采用固定床鲁奇炉，而我国氮肥产业主要采用UGI炉，有数千台炉子在运行；流化床常用气化炉有温克勒炉、循环流化床炉、灰熔聚流化床炉、恩德炉、U-Gas气化炉等；气流床按进料形式不同，分为干煤粉进料和水煤浆进料两大类，而以气化炉内是否衬有耐火保温材料分类，又有热壁炉和水冷壁炉两种。

　　据华东理工大学洁净煤技术研究所教授周志杰介绍，由于煤本身的多样性、复杂性和特殊性，在目前的技术水平下，煤气化过程中存在无法克服的矛盾。如果追求煤转化过程能量效率高，气化温度就要低，但煤的结构中存在大量焦化苯，后续环保处理难度就会非常大；而如果气化过程多考虑环保因素，就需通过高温打破这些苯环，就要多消耗能量，还要使用纯氧，要上空分，带来投资高、热损失大、能量效率低等一系列问题。

　　同时，周志杰指出，这些问题都是由煤的特性决定的。如果某些针对解决某个单一问题、追求单向指标而开发的技术，很容易误导煤化工企业。有些技术往往宣扬其单项指标是最好的，个别单元工艺可以实现节能减排，但割裂了其他处理过程需要投入的能量和费用，误导了企业对技术的选取和对煤气化技术的认识。

　　业内人士则指出，我国煤的种类很多，选择合适的气化技术应因煤制宜，目标产品不同也要采用不同的气化技术。
 
　　大唐能源化工公司一位工程师告诉记者，虽然气化方式很多，但一种气化方式只适用某种特定的煤；反之，某一种煤的气化只能采用其特定的气化方式。目前还没有一种气化方式可以通吃各种煤。比如，内蒙古、广西和云南等地有大量褐煤，褐煤大都是灰分较高的劣质煤，水分含量一般为30%左右。如果采用气流床气化，要把这么高的水分干燥，再磨成很细的煤粉，或制成浓度不高的水煤浆，显然不合算。如果采用加压流化床或加压固定床，就比较合适，这也是大唐克旗煤制气选择鲁奇气化技术的初衷。从入炉原料煤的加工来说，这两种气化工艺只需对原煤进行少量的干燥、破碎和筛分，远比气流床的干燥、磨粉要节省能量消耗。

　　另外，采用后两种方法气化时，每千立方米合成气中一氧化碳和氢气有效成分的氧气消耗也要低得多，不仅可减少制氧设备的投资，还减少了制氧的能耗和冷却水的消耗量。选择哪种气化技术的优劣不是绝对的，一定要看你使用什么煤和干什么产品，要做到煤和气化技术的有效匹配。

　　河南省中原大化集团公司通过技术创新实现了50万吨/年壳牌气化炉单套连续运行159天的纪录。该企业甲醇事业部总经理李常喜说，煤气化是甲醇生产的关键环节，壳牌气化炉需要合理的煤炭原料，如何选择煤种、科学配煤至关重要。

　　因此，总的来说，企业在选择煤气化技术时，首先必须以原料煤源为基础，既要考虑原料煤质量能够完全满足拟选用煤气化工艺的要求，又要考虑原料煤供应可靠、煤质稳定，还要考虑原料煤的到厂价格。

　　加强煤质对气化炉腐蚀机理的研究

　　煤质对气化炉的腐蚀现象普遍存在。然而，我国在这方面的研究还比较薄弱，一些煤化工企业对气化炉的腐蚀问题重视不够，从而影响气化炉的运行质量和使用寿命。

　　有专家在认真分析新疆广汇煤化工和克旗煤制气气化炉内壁腐蚀原因时发现，因两地煤质不同，腐蚀机理也不尽相同。

　　山西潞安集团公司副总工程师郭建民分析指出，克旗煤制气项目和新疆广汇煤化工项目气化炉虽为同一炉型，但腐蚀存在两点不同之处：一是位置不同。克旗煤制气主要是灰区腐蚀，发生在气化炉底部，15CrMo板材腐蚀较为严重；而新疆广汇煤化工项目的腐蚀主要发生在脚踏护板往上大概2.5m左右，28mm厚的20R板材腐蚀比较严重，氧化区和还原区之间的腐蚀严重。二是腐蚀的特点不同。克旗煤制气项目的腐蚀主要发生在人孔右手侧80度，左手侧70度的这150度区域，人孔对面的腐蚀相对较轻，这点与新疆广汇煤化工项目相似；而新疆广汇煤化工项目虽然也是人孔一侧的腐蚀较为严重，但是二者的腐蚀程度相比，克旗煤制气腐蚀的不均匀性更突出。

　　山西潞安集团副总经理荆宏健认为，克旗煤制气项目气化炉运行了一个月就出现了这么严重的问题，首先从腐蚀机理上要把问题搞清楚。克旗项目使用的原料煤和新疆广汇煤化工项目的有何不同，大唐煤矿的5#、6#煤又有什么不同，都要分析清楚，从腐蚀机理上真正找到原因，对症下药。

　　合肥通用机械研究院特种设备检验站站长艾志斌认为，新疆广汇煤化工项目腐蚀机理经过反复挂片试验，认为主要是高温卤化腐蚀机理，得到了氯离子是主要腐蚀的证据。在确定腐蚀机理的情况下，通过采用镍基合金，问题可得到解决。由此看来，找到腐蚀机理十分关键。

　　陈贵锋则表示，气化炉腐蚀机理涉及到煤化工、灰化学和操作三个方面。比如现在一些企业搞煤化工却不注重煤灰化学的研究，实际上现在很多出问题的都是和煤灰化学有关系。煤灰化学问题应从这几个方面研究，一是煤灰组成，这里面有很多有害元素在灰里面呈富集状态，包括硫、氯的存在状态，状态不一样，煤灰在高温下发生的腐蚀可能也不一样，应该加强对煤灰的组成、存在状态、对金属材料的影响研究。二是灰熔点问题。煤灰熔特性很难改变，但是可以通过外加一些物质来改变，有些物质可以降低灰熔点，有些物质也可以提高灰熔点，有些物质加进去可以改变整个灰熔点的稳定特性，设计单位和企业都应该多做试验，这些都是对气化炉的运行操作有用的，不仅仅是现在对减少腐蚀有用，对煤化工项目的稳定运行和提高负荷都有积极影响。

　　“从长远上看，我国作为一个地域大国，煤的情况不同，搞清楚气化炉腐蚀的基本原因，对煤化工的发展非常重要。”北京科技大学教授何业东认为。