面對(duì)煤化工遇到的困難和挑戰(zhàn)，陜西石油和化工企業(yè)聯(lián)合高校院所，通過(guò)技術(shù)耦合，成功研發(fā)出一批集煤化工、石油化工、天然氣化工為一體的煤化工新技術(shù)，不僅改變了煤炭單一的轉(zhuǎn)化方式，還提高了資源利用率，促進(jìn)了煤炭的綜合高效清潔利用。這是12月2日記者在西安召開(kāi)的陜西省化工學(xué)會(huì)煤化工專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2014年學(xué)術(shù)研討會(huì)上了解到的。

    耦合一：煤熱解與煤氣化制油

    “現(xiàn)有的煤炭熱解技術(shù)難以有效解決粉煤及粉焦問(wèn)題，不能充分利用煤炭資源，焦?fàn)t煤氣含塵量高，存在環(huán)保安全隱患。我們?cè)谌蚴讋?chuàng)的粉煤加壓熱解制油及半焦氣化一體化技術(shù)（CCSI），將煤熱解與煤氣化集成耦合，既獲得較高的煤焦油產(chǎn)率，又生產(chǎn)合成氣再制油品，實(shí)現(xiàn)了‘兩頭見(jiàn)油’，將開(kāi)辟第三種煤制油的‘延長(zhǎng)模式’。”在會(huì)上，延長(zhǎng)石油集團(tuán)碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心副總工程師王寧波對(duì)他們開(kāi)發(fā)的CCSI技術(shù)前景非?？春谩?/span>

    據(jù)王寧波介紹，CCSI技術(shù)的核心創(chuàng)新點(diǎn)是反應(yīng)快，對(duì)粉煤及粉焦實(shí)現(xiàn)了高效利用。該技術(shù)幾乎可以把原料粉煤全部轉(zhuǎn)化為合成氣與煤焦油，既獲得煤炭資源中所含的油品、化學(xué)品，也保證較高的碳轉(zhuǎn)化效率，將煤炭資源吃干榨盡。此外，該技術(shù)還具有反應(yīng)條件溫和，單爐處理能力大，工藝環(huán)保，不產(chǎn)生污染性煙氣、黑水及半焦等副產(chǎn)物，水耗較低等特點(diǎn)。

    今年6月下旬，延長(zhǎng)石油碳?xì)浼夹g(shù)研究中心完成了CCSI技術(shù)全部小試試驗(yàn)，結(jié)果表明在關(guān)鍵產(chǎn)物收率方面取得較大突破，煤焦油平均收率達(dá)15%以上，裝置運(yùn)行穩(wěn)定。技術(shù)人員通過(guò)對(duì)不同溫度、壓力、停留時(shí)間等的探索，獲得了最優(yōu)工藝條件，積累了操作經(jīng)驗(yàn)。

    在小試研究取得成功后，碳?xì)浼夹g(shù)研究中心建設(shè)了CCSI技術(shù)中試?yán)鋺B(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，累計(jì)運(yùn)行35小時(shí)，也取得了較好的試驗(yàn)效果，證實(shí)了核心反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的可行性與合理性。目前，該中心正在進(jìn)行CCSI中試裝置詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)土建，預(yù)計(jì)2015年7月具備投料試車(chē)條件，明年年底前完成中試試驗(yàn)及優(yōu)化整合。

    西北化工研究院院長(zhǎng)劉國(guó)平認(rèn)為，煤—天然氣共氣化技術(shù)結(jié)合延長(zhǎng)石油集團(tuán)煤炭和天然氣資源稟賦，在解決碳?xì)浠パa(bǔ)問(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了熱量平衡，減少了能量損失。

    耦合二：煤氣化與天然氣氣化

    針對(duì)煤氣化氫碳比低、天然氣氣化氫碳比較高的實(shí)際，西北化工研究院創(chuàng)新地將二者的氣化過(guò)程耦合起來(lái)，開(kāi)發(fā)出煤—天然氣共氣化制合成氣技術(shù)。據(jù)西北化工研究院高級(jí)工程師徐紅東介紹，與煤粉氣化、水煤漿氣化、天然氣氣化技術(shù)相比，這種技術(shù)省去了變換過(guò)程，充分利用了高溫、水蒸氣，節(jié)省了氫、碳及熱量，減少了二氧化碳排放，降低裝置投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)，氫碳比更適宜醇醚合成。

    “煤—天然氣共氣化技術(shù)的難點(diǎn)在于煤、天然氣活化能差別較大，它們能否在停留時(shí)間短的氣流床爐內(nèi)同步轉(zhuǎn)化，在反應(yīng)活性、反應(yīng)速率和反應(yīng)方向等方面是否存在相互影響。”徐紅東說(shuō)。為了獲得準(zhǔn)確的答案，今年5月，西北化工研究院開(kāi)始技術(shù)試驗(yàn)，采用自主設(shè)計(jì)的單噴嘴煤—天然氣共氣化氣化爐，將煤漿、天然氣與氧氣混合后進(jìn)入氣化爐進(jìn)行反應(yīng)。

    試驗(yàn)結(jié)果表明：煤—天然氣氣流床共氣化工藝可行，產(chǎn)生的合成氣質(zhì)量較好，氫碳比適中，甲烷含量低，氣化過(guò)程中氣固轉(zhuǎn)化率高；能量和物料利用合理，能耗比單純的煤氣化和天然氣氣化低；甲烷/煤比直接影響氣化效率和合成氣氫碳比，可以靈活調(diào)整；氣化爐負(fù)荷調(diào)整方便，操作彈性大。該試驗(yàn)裝置當(dāng)煤漿濃度58%~60%、入爐天然氣10立方米/時(shí)左右時(shí)，合成氣中CO+H2含量達(dá)到84.29%，其中CO、H2分別為42.08%、42.21%。

    耦合三：甲烷與二氧化碳重整

    陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研發(fā)的甲烷與二氧化碳重整制合成氣技術(shù)也是耦合技術(shù)的一個(gè)代表。該技術(shù)利用甲烷與二氧化碳兩大溫室氣體，合成出氫碳比接近1的適合制取含氧化合物的原料氣。

    陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授劉忠文告訴記者，煤氣化過(guò)程中，除有效成分CO+H2外，還產(chǎn)生一定的CO2。他們嘗試以CO2作為弱氧化劑，甲烷脫氫分解為碳和氫，進(jìn)而生成CO和H2。這項(xiàng)技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)是積炭嚴(yán)重，催化劑易失活。他們借助絡(luò)合劑調(diào)控鎳顆粒尺寸、分布及其與二氧化硅之間的相互作用，加入儲(chǔ)氧性能較好的Ce-ZrO2助劑，達(dá)到了調(diào)變積炭和消除積炭之間的平衡，獲得了高活性、高穩(wěn)定性高效鎳基CDR催化劑，終使甲烷與二氧化碳重整制合成氣這一技術(shù)設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

    技術(shù)創(chuàng)新要突破單打獨(dú)斗

    西北化工研究院院長(zhǎng)劉國(guó)平認(rèn)為，隨著市場(chǎng)的飽和以及資源、環(huán)境壓力的增加，煤化工產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)煤化工新技術(shù)提出了更迫切的要求。煤化工不能單打獨(dú)斗，出路在于技術(shù)集成一體化。煤的分質(zhì)利用、煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸、煤化工與石油化工的耦合等成為煤化工領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新熱點(diǎn)。

    陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)總經(jīng)理助理李大鵬表示，目前燃煤技術(shù)、煤化工、天然氣化工、石油化工技術(shù)水平均有了較大提升，但受原料單一和工藝路徑制約，很難真正實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用和資源綜合利用。中國(guó)煤化工可持續(xù)健康發(fā)展，就要改變煤炭轉(zhuǎn)化方式單一、煤炭轉(zhuǎn)化效率不高等問(wèn)題，迫切需要技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，打破部門(mén)、行業(yè)界限，實(shí)現(xiàn)煤—電—化—焦一體化發(fā)展，通過(guò)煤化工、石油化工、天然氣化工等集成耦合，促進(jìn)煤炭綜合高效清潔利用。