搞煤化工 先要吃透煤

　　備受業(yè)界關(guān)注、一度讓業(yè)界振奮的大唐克旗煤制氣項(xiàng)目一期工程，在投運(yùn)入網(wǎng)一個(gè)多月后，因氣化爐內(nèi)壁腐蝕及內(nèi)夾套減薄問題被迫停產(chǎn)檢修，至今仍未恢復(fù)生產(chǎn)，損失巨大。此前的2012年，新疆廣匯集團(tuán)的煤化工項(xiàng)目氣化爐也曾因同樣的問題反復(fù)折騰了近一年時(shí)間，才勉強(qiáng)找到一種補(bǔ)救方法。

　　據(jù)記者了解，我國(guó)不少煤化工項(xiàng)目、尤其是煤化工示范項(xiàng)目由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)煤的重要性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)煤質(zhì)把握不準(zhǔn)，在氣頭的技術(shù)選擇、設(shè)計(jì)、建造等諸多環(huán)節(jié)忽略煤質(zhì)對(duì)氣化爐的影響，造成項(xiàng)目投產(chǎn)后“中氣不足”，麻煩不斷。新型煤化工項(xiàng)目一般投資規(guī)模巨大，少則數(shù)十億元、多則數(shù)百億元，來不得半點(diǎn)閃失。專家建言，上馬煤化工項(xiàng)目一定要先吃透煤。

　　氣化爐出問題大多吃虧在煤上

　　“一般搞煤化工，一開始對(duì)煤質(zhì)的問題都不夠重視，認(rèn)為什么煤都可以搞，其實(shí)不是這樣。”中國(guó)天辰化學(xué)工程公司原副院長(zhǎng)孫正泰直言不諱地表示。

　　記者了解到，大唐克旗煤制氣項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果正好印證了孫正泰的觀點(diǎn)。該項(xiàng)目在2012年試運(yùn)行期間采用的是神華煤，運(yùn)行20多天沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，正式投產(chǎn)后改用大唐自身煤礦的褐煤，結(jié)果出了問題，說明煤質(zhì)對(duì)氣化爐的影響是主因。

　　事實(shí)上，因煤質(zhì)而直接影響氣化爐運(yùn)行的案例比比皆是。比如新疆廣匯煤化工項(xiàng)目投產(chǎn)初期因煤質(zhì)問題造成氣化爐內(nèi)壁腐蝕，在查找原因采取措施的過程中走了不少?gòu)澛?，損失巨大。大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工項(xiàng)目自投產(chǎn)后，運(yùn)行的最大瓶頸是氣化爐，而煤質(zhì)又是根本原因。該項(xiàng)目通過對(duì)錫盟周邊煤礦的采樣分析和試燒，項(xiàng)目附近未找到能夠滿足氣化爐設(shè)計(jì)的煤種。企業(yè)雖經(jīng)深入研究和對(duì)外考察，開始配煤摻燒，但由于項(xiàng)目原設(shè)計(jì)中沒有混配煤措施，且供煤煤質(zhì)不夠穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響自產(chǎn)甲醇量，進(jìn)而影響項(xiàng)目生產(chǎn)負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)效益。呼倫貝爾一家化肥項(xiàng)目投產(chǎn)后最為突出問題，就是原料煤種不匹配，裝置無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，開停車頻繁。該地區(qū)能夠使用的最好煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤種差距較大，褐煤水煤漿濃度設(shè)計(jì)為53%，但實(shí)際只能達(dá)到49%左右，使氣化裝置達(dá)不到設(shè)計(jì)能力。

　　煤科總院北京煤化工研究分院副院長(zhǎng)陳貴鋒認(rèn)為，現(xiàn)在中國(guó)的煤質(zhì)太復(fù)雜，從煤種到煤質(zhì)，不僅在同一個(gè)地區(qū)煤質(zhì)相距甚遠(yuǎn)，甚至同一個(gè)礦井不同煤層的煤質(zhì)都不一樣，同一個(gè)礦區(qū)相隔很近的位置，煤質(zhì)變化有的也非常大，這對(duì)一些煤化工項(xiàng)目的操作影響很大。

　　克旗煤制氣項(xiàng)目使用的大唐煤就正好印證了這一說法。據(jù)孫正泰介紹，經(jīng)他現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，大唐同一煤礦中的5#煤和6#煤含水量高、熱穩(wěn)定性差、機(jī)械強(qiáng)度也比較差，除此之外還有幾個(gè)特點(diǎn)：一是灰熔點(diǎn)范圍窄，導(dǎo)致氣化爐的操作空間比較??；二是5#煤、6#煤中的氧化鉀、氧化鈉含量偏高，含量達(dá)到百分之三點(diǎn)多；三是5#煤礬含量比較高，汞、鎘、砷等有毒有害重金屬的含量都比較高；四是同一煤礦中相對(duì)6#煤而言，5#煤的煤質(zhì)更差。

　　孫正泰認(rèn)為，如果煤化工項(xiàng)目用的是市場(chǎng)煤，可以通過不斷篩選找到合適的煤種。但如果別無選擇只能用企業(yè)自己煤礦的煤，那就必須下功夫把煤質(zhì)吃透。

　　不同的氣化技術(shù)適合不同的煤種

　　業(yè)界專家告訴記者，煤氣化技術(shù)是煤化工項(xiàng)目的龍頭，不同的氣化技術(shù)適合不同的煤種。

　　據(jù)記者了解，目前在國(guó)內(nèi)推廣的煤氣化技術(shù)有10多種，其中既有我國(guó)自主開發(fā)技術(shù)，如清華爐、航天爐等爐型，也有國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，如殼牌爐、魯奇爐、GSP爐、德士古爐等。煤氣化技術(shù)若按爐型分，主要有固定床、流化床、氣流床三種。具體來講，固定床氣化爐有UGI爐和魯奇爐，包括大唐克旗煤制氣在內(nèi)，不少煤制氣項(xiàng)目都采用固定床魯奇爐，而我國(guó)氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用UGI爐，有數(shù)千臺(tái)爐子在運(yùn)行；流化床常用氣化爐有溫克勒爐、循環(huán)流化床爐、灰熔聚流化床爐、恩德爐、U-Gas氣化爐等；氣流床按進(jìn)料形式不同，分為干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料兩大類，而以氣化爐內(nèi)是否襯有耐火保溫材料分類，又有熱壁爐和水冷壁爐兩種。

　　據(jù)華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所教授周志杰介紹，由于煤本身的多樣性、復(fù)雜性和特殊性，在目前的技術(shù)水平下，煤氣化過程中存在無法克服的矛盾。如果追求煤轉(zhuǎn)化過程能量效率高，氣化溫度就要低，但煤的結(jié)構(gòu)中存在大量焦化苯，后續(xù)環(huán)保處理難度就會(huì)非常大；而如果氣化過程多考慮環(huán)保因素，就需通過高溫打破這些苯環(huán)，就要多消耗能量，還要使用純氧，要上空分，帶來投資高、熱損失大、能量效率低等一系列問題。

　　同時(shí)，周志杰指出，這些問題都是由煤的特性決定的。如果某些針對(duì)解決某個(gè)單一問題、追求單向指標(biāo)而開發(fā)的技術(shù)，很容易誤導(dǎo)煤化工企業(yè)。有些技術(shù)往往宣揚(yáng)其單項(xiàng)指標(biāo)是最好的，個(gè)別單元工藝可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，但割裂了其他處理過程需要投入的能量和費(fèi)用，誤導(dǎo)了企業(yè)對(duì)技術(shù)的選取和對(duì)煤氣化技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

　　業(yè)內(nèi)人士則指出，我國(guó)煤的種類很多，選擇合適的氣化技術(shù)應(yīng)因煤制宜，目標(biāo)產(chǎn)品不同也要采用不同的氣化技術(shù)。

　　大唐能源化工公司一位工程師告訴記者，雖然氣化方式很多，但一種氣化方式只適用某種特定的煤；反之，某一種煤的氣化只能采用其特定的氣化方式。目前還沒有一種氣化方式可以通吃各種煤。比如，內(nèi)蒙古、廣西和云南等地有大量褐煤，褐煤大都是灰分較高的劣質(zhì)煤，水分含量一般為30%左右。如果采用氣流床氣化，要把這么高的水分干燥，再磨成很細(xì)的煤粉，或制成濃度不高的水煤漿，顯然不合算。如果采用加壓流化床或加壓固定床，就比較合適，這也是大唐克旗煤制氣選擇魯奇氣化技術(shù)的初衷。從入爐原料煤的加工來說，這兩種氣化工藝只需對(duì)原煤進(jìn)行少量的干燥、破碎和篩分，遠(yuǎn)比氣流床的干燥、磨粉要節(jié)省能量消耗。

　　另外，采用后兩種方法氣化時(shí)，每千立方米合成氣中一氧化碳和氫氣有效成分的氧氣消耗也要低得多，不僅可減少制氧設(shè)備的投資，還減少了制氧的能耗和冷卻水的消耗量。選擇哪種氣化技術(shù)的優(yōu)劣不是絕對(duì)的，一定要看你使用什么煤和干什么產(chǎn)品，要做到煤和氣化技術(shù)的有效匹配。

　　河南省中原大化集團(tuán)公司通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了50萬噸/年殼牌氣化爐單套連續(xù)運(yùn)行159天的紀(jì)錄。該企業(yè)甲醇事業(yè)部總經(jīng)理李常喜說，煤氣化是甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，殼牌氣化爐需要合理的煤炭原料，如何選擇煤種、科學(xué)配煤至關(guān)重要。

　　因此，總的來說，企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí)，首先必須以原料煤源為基礎(chǔ)，既要考慮原料煤質(zhì)量能夠完全滿足擬選用煤氣化工藝的要求，又要考慮原料煤供應(yīng)可靠、煤質(zhì)穩(wěn)定，還要考慮原料煤的到廠價(jià)格。

　　加強(qiáng)煤質(zhì)對(duì)氣化爐腐蝕機(jī)理的研究

　　煤質(zhì)對(duì)氣化爐的腐蝕現(xiàn)象普遍存在。然而，我國(guó)在這方面的研究還比較薄弱，一些煤化工企業(yè)對(duì)氣化爐的腐蝕問題重視不夠，從而影響氣化爐的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命。

　　有專家在認(rèn)真分析新疆廣匯煤化工和克旗煤制氣氣化爐內(nèi)壁腐蝕原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，因兩地煤質(zhì)不同，腐蝕機(jī)理也不盡相同。

　　山西潞安集團(tuán)公司副總工程師郭建民分析指出，克旗煤制氣項(xiàng)目和新疆廣匯煤化工項(xiàng)目氣化爐雖為同一爐型，但腐蝕存在兩點(diǎn)不同之處：一是位置不同?？似烀褐茪庵饕腔覅^(qū)腐蝕，發(fā)生在氣化爐底部，15CrMo板材腐蝕較為嚴(yán)重；而新疆廣匯煤化工項(xiàng)目的腐蝕主要發(fā)生在腳踏護(hù)板往上大概2.5m左右，28mm厚的20R板材腐蝕比較嚴(yán)重，氧化區(qū)和還原區(qū)之間的腐蝕嚴(yán)重。二是腐蝕的特點(diǎn)不同?？似烀褐茪忭?xiàng)目的腐蝕主要發(fā)生在人孔右手側(cè)80度，左手側(cè)70度的這150度區(qū)域，人孔對(duì)面的腐蝕相對(duì)較輕，這點(diǎn)與新疆廣匯煤化工項(xiàng)目相似；而新疆廣匯煤化工項(xiàng)目雖然也是人孔一側(cè)的腐蝕較為嚴(yán)重，但是二者的腐蝕程度相比，克旗煤制氣腐蝕的不均勻性更突出。

　　山西潞安集團(tuán)副總經(jīng)理荊宏健認(rèn)為，克旗煤制氣項(xiàng)目氣化爐運(yùn)行了一個(gè)月就出現(xiàn)了這么嚴(yán)重的問題，首先從腐蝕機(jī)理上要把問題搞清楚?？似祉?xiàng)目使用的原料煤和新疆廣匯煤化工項(xiàng)目的有何不同，大唐煤礦的5#、6#煤又有什么不同，都要分析清楚，從腐蝕機(jī)理上真正找到原因，對(duì)癥下藥。

　　合肥通用機(jī)械研究院特種設(shè)備檢驗(yàn)站站長(zhǎng)艾志斌認(rèn)為，新疆廣匯煤化工項(xiàng)目腐蝕機(jī)理經(jīng)過反復(fù)掛片試驗(yàn)，認(rèn)為主要是高溫鹵化腐蝕機(jī)理，得到了氯離子是主要腐蝕的證據(jù)。在確定腐蝕機(jī)理的情況下，通過采用鎳基合金，問題可得到解決。由此看來，找到腐蝕機(jī)理十分關(guān)鍵。

　　陳貴鋒則表示，氣化爐腐蝕機(jī)理涉及到煤化工、灰化學(xué)和操作三個(gè)方面。比如現(xiàn)在一些企業(yè)搞煤化工卻不注重煤灰化學(xué)的研究，實(shí)際上現(xiàn)在很多出問題的都是和煤灰化學(xué)有關(guān)系。煤灰化學(xué)問題應(yīng)從這幾個(gè)方面研究，一是煤灰組成，這里面有很多有害元素在灰里面呈富集狀態(tài)，包括硫、氯的存在狀態(tài)，狀態(tài)不一樣，煤灰在高溫下發(fā)生的腐蝕可能也不一樣，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)煤灰的組成、存在狀態(tài)、對(duì)金屬材料的影響研究。二是灰熔點(diǎn)問題。煤灰熔特性很難改變，但是可以通過外加一些物質(zhì)來改變，有些物質(zhì)可以降低灰熔點(diǎn)，有些物質(zhì)也可以提高灰熔點(diǎn)，有些物質(zhì)加進(jìn)去可以改變整個(gè)灰熔點(diǎn)的穩(wěn)定特性，設(shè)計(jì)單位和企業(yè)都應(yīng)該多做試驗(yàn)，這些都是對(duì)氣化爐的運(yùn)行操作有用的，不僅僅是現(xiàn)在對(duì)減少腐蝕有用，對(duì)煤化工項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行和提高負(fù)荷都有積極影響。

　　“從長(zhǎng)遠(yuǎn)上看，我國(guó)作為一個(gè)地域大國(guó)，煤的情況不同，搞清楚氣化爐腐蝕的基本原因，對(duì)煤化工的發(fā)展非常重要。”北京科技大學(xué)教授何業(yè)東認(rèn)為。