以陕西秦晋煤气化工程设备有限公司和陕西城化股份有限公司为主体,中西部煤气化工程技术中心组织协调,依托中科院山西煤化所开发的专利技术的国家级火炬计划———灰熔聚流化床粉煤气化制合成气工业化示范装置,经过一年时间的试验在陕西城化公司取得成功。2002年3月22日至3月26日陕西省科技厅主持并组织专家到城化现场进行了工业化成果鉴定。日前,这套工业化示范装置已连续稳定运行3个月,生产的合格原料煤气送入合成
氨生产系统,各项工艺技术参数达到了设计指标。它的成功运行标志着我国自行开发的新一代煤气化技术迈上新的台阶,达到了国际先进水平。这是我国煤气化技术发展史上一件大事,是加速高新技术产业化的一次实践,是在市场经济条件下联合开发大型工业技术的一次尝试。在这当中,作为“第一个吃螃蟹的人”,陕西城化股份有限公司勇于担风险起到了关键性的作用。
  能源结构调整是必然趋势
  煤气化是实现煤炭综合利用和洁净煤技术的重要技术手段,是发展现代煤化工、煤造油、燃料煤气等重要工业生产的龙头。我国能源消费结构是以煤炭为主,煤炭在我国一次能源消费中占75%左右。我国现阶段煤气化技术十分落后,绝大多数企业仍在使用落后的固定床间歇式煤气化技术,不但能耗高,效率低,原料要用焦炭或无烟煤,而且大量排放烟尘污水,对环境污染严重。每年排放到大气中的粉尘、氮化物、硫化物分别达550万吨、150万吨、500万吨。使用固定床间歇式气化技术生产半水煤气,作为生产合成氨(或甲醇)的原料气存在的主要问题:一是原料(天然气、重油、无烟煤、焦炭)价格高,在化肥价格大幅下降的情况下,企业出现亏损,生产难以为继;二是环境治理要求越来越高,间歇式固定床气化吹风气及污水排放污染较严重,治理相当困难;三是面临加入WTO后国际市场低成本化肥的严峻挑战和竞争。
  目前,国际上早已工业化的先进煤气化技术主要有美国德士古(Texa-co)水煤浆气化技术、荷兰壳牌(Shell)粉煤气流化床气化技术、德国温克勒(WinKLer)流化床粉煤气化技术和德国鲁奇(Lurgi)加压固定床气化技术等。它们的共同特点是煤气成分好、气化强度大、单炉处理煤量达500~2200吨煤/天。缺点是投资大,建设周期长,而且对煤种要求高。
  流化床粉煤气化工业化成套装置开发成功具有重要意义:一、标志着我国自主开发、具有独立知识产权的煤气化技术水平跨入世界先进行列,从此将结束完全依赖国外技术的历史;二、用该技术改造现有中小化肥企业落后的煤气化技术,与国外技术相比具有投资少,成本低,操作简单,设备可国内制造等优点;三、气化原料用烟煤,可就地取材,煤矿的大量粉煤得到充分利用;四、流化床粉煤气化可以连续进行,根除了间歇式气化吹风气放空造成的环境污染问题,改善了环境,煤气洗涤水基本不含酚、苯、氰及焦油等污染物,污水容易处理,且水可循环使用,做到零排放;五、可以实现加压气化,与间歇式常压气化相比,碳转化率高,热能利用较合理,副产蒸汽自给有余,从而使能耗降低;六、生产过程连续运行,便于DCS自动控制,有利于实现优化操作;七、符合中国的国情,对中小氮肥厂而言,只改造造气工段,后系统基本不变,将大大降低化肥生产成本,提高化肥企业的竞争力。
  好的技术不应只停留在试验室中
  陕西煤炭化学研究所的灰熔聚流化床粉煤气化技术获中科院科学技术进步一等奖,国家“八五”科技攻关重大科技成果奖。2000年被国家科技部列为火炬计划。虽然这项技术早已在试验室取得了成功,但是一直没有经过工业化试验。一项好的技术,工业化示范有着决定性的意义。以灰熔聚流化床粉煤气化技术为例,它的意义不仅可使众多的中、小化肥企业得到新的生存和发展机遇,同时还可改变我国的能源结构,为国家节省大量的优质无烟煤资源,使储量丰富的烟煤资源得到充分利用。将对我国煤炭的深加工发展煤化工、煤液化、煤气化、合成氨、甲醇生产,提高能源的利用水平,减少环境污染,具有重要的现实意义和深远的战略意义。
  城化股份有限公司看准了这一技术,并敢冒可能失败的风险,开创了烟煤气化的先河。
  随着我国加入WTO,化肥行业受到相当严峻的挑战,中小化肥企业由于受原料路线的决定,成本居高不下。同时更为严重的是由于传统的落后工艺造成的环境污染也制约了企业的发展。粉煤气化工业化的成功,城化不仅是受益者,而且是创造者。
  城化有限公司董事长任沛建告诉记者:“像我们这样的企业,如果不搞技术改造就没有出路,不搞技术创新就是等待灭亡。”陕西城化股份有限公司先后经过11次大规模的技术改造,其发展速度、装置规模和经济效益均处于陕西省小氮肥行业领先地位。走国人没走过的路,干别人不敢干的事,也许就是这种勇气促使城化在粉煤制气技术方面走在了全国氮肥企业的前列。
  工业化效益巨大推广应用前景广阔
  自3月21日起这套装置在城化正式投产至今已运行了3个月。据城化技术人员介绍,现在每天消耗粉烟煤100吨左右,节约无烟块煤80多吨,每小时副产中压(1.6Mpa)蒸汽5吨左右,并加热软水,按现行煤价:无烟块煤410元/吨(精洗块),烟煤(华亭类)200元/吨计,每天就可节约原料费用16800元,减去耗电费用,每天节约也在一万元左右,年可降低总成本300万元。从综合经济效益来看,效果是显著的。城化3个月的生产,成本明显下降有力地说明了这一点。
  有关专家指出,该技术可以以烟煤为原料制备合成气,进而用于生产合成氨、合成甲醇、羰基合成、海绵铁、城市煤气、联合循环(IGCC)发电等煤化工、能源热电领域,推进全国氮肥企业原料路线的改变。目前国内共有氮肥企业700多家,氨产量约为2300多万吨/年,90%以上的氮肥企业采用无烟煤或焦炭为原料,吨煤价高达350~500元左右。若使用该技术,可就地取材,利用当地的烟煤为原料,每吨价只有120~180元左右。两者原料费相差近200~300元。吨氨成本可降低150~200元,经济效益可观。氮肥企业要走出困境,就必须采用高新技术加快企业技术改造步伐,提高企业的竞争能力,为自己争取生存空间,争得市场。就多数氮肥企业而言,技术改造的重点首先是原料路线的改造,其次是后续系统的节能改造。
  据了解,目前城化股份有限公司在上级有关部门领导支持下,正加快开展加压气化示范装置的研制和建设,以扩大应用范围,进一步做好粉煤气化工程的优化、完善、提高工作和后续工作。
  有关专家还指出:提高气化压力是今后的发展方向。如能做好提高气化压力的工作,能耗还会大幅下降,更有利于发挥气化技术的特点。目前城化加压气化技术方案已基本完成。据悉,国家计委承诺,工业示范成功后,将给予资金支持,并列入国家产业推广计划。