（1．兖矿集团有限公司，山东邹城市，273500；
2.中国科学院工程热物理研究所, 华陆工程公司 ）
摘 要 煤基多产品联合生产系统集成众多高新洁净先进成 熟的煤炭气化、发电和化工生产工艺于一体，不仅能大幅减少系统的投资和运行费用，而且 能进一步提同系统的热效率。阐述了兖矿集团规划中煤矿坑口洁净高效多产品的联合生产系 统，并对多联产系统较好的经济效益、环境效益进行了分析，认为加快煤炭多产品联产系 统的实施进程是极为必要和极为迫切的。
关键词 煤化工 煤气发电 煤制油 联合生产 示范基地
1 煤炭洁净高效利用的意义
以煤为主的能源消费格局在短时期内是难以改变的， 把煤炭资源作为国家近几十年最为可靠的能源资源来开发利用，在一定程度上能减少对进口 石油的依赖，是保证国家能源安全的主要手段之一。
长期以来，因煤炭开发利用技术的限制以及单一生产模式等多方面的因素影 响，煤炭利用效率较低，环境污染严重，所以探索 真正解决煤炭利用效率低和严重污染环境的有效途径，采用先进成熟的洁净煤技术，选点布 局煤炭坑口大型洁净高效综合利用示范基地，使煤炭资源被合理、高效、无害地利用，是国 家能源安全和可持续发展战略的重要保证。
当前，世界各国在煤炭气化、发电、化工、燃料油制造等方面已具成熟和先进的生产技术， 这些技术在商业化示范装置上的运行经验将成为解决我国煤炭利用问题的有益借鉴。兖矿集 团作为我国最具实力的煤炭企业，一直在积极探索煤炭洁净高效利用的新途径，经过多年的 探索和国内外专家的支持和论证，集成世界先进的煤炭气化、发电、制油技术，形成了多产 品联合生产系统的初步规划。已完成的预可研报告表明：多联产系统使用上述高新技术并对 系统进行优化，以最大化利用各种设施并使系统总投资和运行成本分别降低20%～40%的同时 ，系统热效率将提高10%～20%，SO2、NOx和CO2的排放可减少95%～99%、90%、和20 %～40%。
2 煤矿坑口洁净高效多产品联合生产系统
兖矿集团规划中的多联产系统，是以含硫3%～4%的高硫煤为原料，年产40万t甲醇，50万t醋 酸，100万t运输油品，9万t乙烯，25万t醋酸乙烯，16万t硫磺，46万kW发电的多联产 生产系统。
多联产系统采用的主要技术与装置见流程图。
2.1 合成气厂
(1)空分单元。
采用分子筛吸附工艺生产95%纯度的氧气供气化炉、硫回收装置使用。系统采用蒸汽透 平拖动，并可以从燃机抽用部分压缩气体。
(2)气化与合成气净化单元。
以高硫煤为原料，采用德士古气化工艺配以激冷流程。在煤的研磨和煤浆准备工段制得 的60%～70%浓度的水煤浆（含煤60%～70%）与空分装置来的氧气被送喷入气化炉内，在一定 的温 度（1400～1500℃）和压力（30kg/cm2）下燃烧生成合成气（CO+H2）和融渣，热合成 气和融渣向下流动进入激冷室内的激冷水池。激冷后的合成气 经处理进脱硫脱碳工段进行净化。融渣在激冷池内固化后通过 气化炉底部的灰锁斗定期排出。
气化和洗涤净化单元产生的废水和灰渣经处理后，供生产有用副产品和回收水循环使用。
(3)脱硫脱碳和硫回收单元。洗涤净化后合成气中的酸性成份经酸性气体脱除单元后，移 出形成一股酸性物流，该物流和上一工段处理得到的酸性气体一起进硫回收单元，经加工处 理后生产副产品硫。净化后的合成气分别送化工产品、油、发电生产装置。
2.2 甲醇厂
甲醇厂拟采用液相甲醇生产工艺。该工艺采用柱式浆态沸腾床反应器将合成气转化成甲醇。 催化剂在反应器中与惰性矿物油混合成浆态，矿物油在浆体中作为温度缓和剂和热转移介质 将催化剂表面的反应热传递给反应器内的管状热交换器内的沸水以生产水蒸气。由于浆态反 应器很强的热转移能力使得整个反应器保持稳定均匀的温度，气体单程通过反应器时能获得 很高的合成气转换率。
该系统将采用合成气一次通过合成甲醇后送入发电装置。液相甲醇技术灵活性高，对合成气 组成的要求不高。从合成气厂来的合成气经加压后一次通过反应器，部分生产甲醇，未反应 气体进入燃气轮机发电。 该技术与气相甲醇技术比，反应器简单，富CO合成气不需变换可直接进行合成反应，合成气 一次通过反应器转换率可达50%（气相为4%～10%），甲醇产品含水仅1%（气相为4%～20%） 。
2.3 发电厂
煤气化发电最近在美国坦帕电厂和荷兰布根侬电厂的运行经验十分看好。工艺复杂和技术可 靠性一向被认为是IGCC发电最大的担心，现在经示范运行而得以排除。目前作为一种最为清 洁高效的煤炭利用途径，在世界范围内将会有19个IGCC项目投入运行。
发电厂主要装置由单轴燃气轮机、发电机，以及余热锅炉组成。燃气轮机采用9FA型或9H型 ，这两种燃气轮机可以在燃气燃烧时减少NOx的排放。合成油装置的尾气和甲醇厂的尾气 与 空气在燃气轮机燃烧以驱动燃气透平，燃气轮机释放出的尾气进入三压余热锅炉，在此冷却 并产生高、中、低压蒸汽供化工单元和拖动蒸汽透平代替电动机。
2.4 醋酸厂
采用新型催化剂甲醇羰基合成连续生产醋酸。主要原料为多联产系统甲醇厂制造的甲醇和从 合成气厂合成气中分离出的CO。
CO和甲醇在很高的温度和压力下送入装有新型催化剂的液相罐式反应器。该反应器用喷嘴取 代了传统的反应器上用来混合物料的搅拌器。该反应器可以在很低的出口速率下运行，因此 CO的利用率很高，也可以添加选择性助剂以提高CO的利用率。在主反应器与闪蒸罐之间有一 个二级反应器，可以进一步提高CO的利用率。
采用新型催化剂，生产系统简单，建设同样规模的新厂同老催化剂生产工艺比，投资可降低 30 %。因其产品醋酸浓度高，重酸产物少，可以在蒸馏净化系统节约30%的能量、蒸汽和水。
2.5 合成燃料油和乙烯厂
多联产系统采用先进的合成油反应器生产燃料油并联产乙烯和其他化学品。
该合成油反应器为一种固定流化床合成油反应器，其反应的温度和压力分别为300～400℃和 2 5bar。反应器的能力已扩大到20000桶（20000×0.136=2720公吨）/a。拟建厂的生产能力 可 以达到4×20000桶（10880公吨）/a。与老型合成油反应器相比，拟采用的合成油反应器体 积相当的小，结构简单，从而造价十分便宜，工艺灵活性也大大提高，装置的运行费用也随 之降低。
该合成油反应器转换率高，不需支撑结构和滑动阀门，金属使用量少，催化剂损失小且更换 率低，气体速率低、腐蚀小、热回收率高，副产蒸汽多。
2.6 醋酸乙烯厂
醋酸乙烯厂拟采用世界较先进的醋酸乙烯生产工艺，该技术使用全新的流化床生产工艺和催 化剂，以醋酸、乙烯和氧气为原料。新的反应器的设计可以获得很高的醋酸乙烯产率，因此 反应器的体积相对较小，再加上整套工艺的再设计，工艺设备的体积和全厂占地面积都相应 减少。本工艺可以在投资上节省30%。
3 多联产系统的经济效益和环境效益
3.1 经济效益
在多联产系统采用的技术和设备上，煤的气化单元采用德士古气化激冷流程，设备的国产化 率达90%以上。甲醇、醋酸和醋酸乙烯以及合成油装置均采用最新设备或催化系统，装置的 合成效率高，反应器简单、生产稳定性好、生产能力大，产品的质量高、生产流程简单 。再加上多联产系统建在煤矿坑口，原料煤价格低廉，而且可以利用现有煤矿的运输和其他 设施等优势，因此，多联产系统的投资和运行费用可以大大降低。
在多联产系统的工艺和产品配置上，多产品在气化、空分、合成气净化、公用工程以及 其他设施方面共享，产品与副产品间的配置合理，同一气头生产出的合成气生产甲醇和油品 ，甲醇羰基合成生产醋酸，醋酸与合成油副产的乙烯生产醋酸乙烯。同时甲醇尾气和合成油 尾气进燃气轮机发电，满足装置78%的用电量，发电单元燃气轮机尾气余热产生的蒸汽除过 热工艺蒸汽外，还可满足系统蒸汽用量的1/3。系统这种产品与副产品间的优化配置， 使煤的综合利用及生产的化工产品附加值增加6倍以上，原料和能量的利用达到最佳化， 整个系统的投资与单个产品系统的叠加相比投资减少约20%。整个系统达到了减少投资和经 济效益最大化的目的。
3.2 能量利用效率
由于多联产系统中能量的的梯级利用和副产蒸汽和氢气等副产品被得以充分利用，同等规模 情况下，多产品联合以后的系统总效率比各单项目的效率都要高，其热效率达44.34%。由此 可见，多联产系统不论在发电部分，还是在化工产品的生产过程，都能比分系统取得更高的 能量利用效率。
3.3 环境效益
在发电和生产化工产品的工艺路线中，多联产系统采用德士古煤气化技术在环保方面是极具 优势的。其SO2 、NOx、和CO2排放量分别可以减少95%～99%、90%和20%～40%。其中9.9% 的硫可以回收加工成商品硫，产生的工业废水少，气化炉渣安全无害，可以作为可售产品。
与原醋酸生产工艺相比，新型催化剂醋酸生产工艺中CO2直接排放可减少70%，整体气体排 放物可降低50%以上。
IGCC发电厂和醋酸厂的用水量可降低30%。
4 国外相关技术的发展和应用现状
多联产使用的关键技术均为国际上先进成熟的生产技术，在国外均有商业或商业示范装 置在运行。
目前，国外大型煤炭气化以比较成熟的新一代气流床气化为主，包括德士古气化炉和壳 牌气化炉。这2种气化炉工业化装置生产能力均已达2000t/ d以上，国外多年商业运行的 经验证明，该气化技术碳转化率、有效成份高，三废排放小。已有多套德士古炉生产的合成 气用做化工产品和发电的原料气；IGCC作为洁净高效的煤发电方式，在国际上也有多套在运 行。使用IGCC发电技术的荷兰布根侬（单机253MW）装置于1994年投入运行，美国的沃巴什 河电站（单机265MW）坦帕电站（单机260MW）以及西班牙的普尔托拉诺电站（单 机300MW）于1997年相继投入试验和试生产；煤合成气制油装置已经在南非萨索尔运行了40 多年，现已发展成为南非最大的企业之一，目前萨索尔采用费托合成技术在萨索尔I、II、I II3个工厂共生产合成油达700多万t，化学品近200多种，经济效益非常可观；煤合成气液相 合成甲醇技术已于1997年4月在美 国伊斯曼化工厂进行商业示范运行，目前装置运行稳定，开工率达96%以上，催化剂的使用 率达99%，运行非常成功；自1995年以来，位于美国的德克萨斯的斯特林化工厂和英国赫尔 的化工厂和韩国三星，分别采用新型催化剂对原有醋酸厂进行了改造，分别使生产能力提 高了20%～30%。采用新型催化剂在马来西亚和新加坡建成的50万t/ a的新厂，目前运行良 好；新开发的一种乙烯气相法生产工艺生产醋酸乙烯的装置已在英国的赫尔开车运行。
集成多种高技术为一体是煤炭清洁高效利用的保证。以煤炭为原料生产洁净煤合成气，供给多产品联合生产系统，可在市场竞争中提 高设备设施利用率，大幅降低装置投资；能形成系统热能梯级利用，提高 系统的总能效率。
多联产系统毫无置疑是极具环保优势和高效的煤炭利用方式。多联产系统作为一种高新技术 的一体化集成系统，将会给中国带来巨大的经济效益、环境效益和社会效益。环境问题和洁 净煤技术的巨大市场也将成为发达国家和跨国公司在中国寻求发展的契机。
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