（1．兗礦集團有限公司，山東鄒城市，273500；��

2.中國科學院工程熱物理研究所, 華陸工程公司 ）

摘 要 煤基多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)集成眾多高新潔凈先進成 熟的煤炭氣化、發(fā)電和化工生產(chǎn)工藝于一體，不僅能大幅減少系統(tǒng)的投資和運行費用，而且 能進一步提同系統(tǒng)的熱效率。闡述了兗礦集團規(guī)劃中煤礦坑口潔凈高效多產(chǎn)品的聯(lián)合生產(chǎn)系 統(tǒng)，并對多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益進行了分析，認為加快煤炭多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)系 統(tǒng)的實施進程是極為必要和極為迫切的。��

關(guān)鍵詞 煤化工 煤氣發(fā)電 煤制油 聯(lián)合生產(chǎn) 示范基地

1 煤炭潔凈高效利用的意義

以煤為主的能源消費格局在短時期內(nèi)是難以改變的， 把煤炭資源作為國家近幾十年最為可靠的能源資源來開發(fā)利用，在一定程度上能減少對進口 石油的依賴，是保證國家能源安全的主要手段之一。

長期以來，因煤炭開發(fā)利用技術(shù)的限制以及單一生產(chǎn)模式等多方面的因素影 響，煤炭利用效率較低，環(huán)境污染嚴重，所以探索 真正解決煤炭利用效率低和嚴重污染環(huán)境的有效途徑，采用先進成熟的潔凈煤技術(shù)，選點布 局煤炭坑口大型潔凈高效綜合利用示范基地，使煤炭資源被合理、高效、無害地利用，是國 家能源安全和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證。��

當前，世界各國在煤炭氣化、發(fā)電、化工、燃料油制造等方面已具成熟和先進的生產(chǎn)技術(shù)， 這些技術(shù)在商業(yè)化示范裝置上的運行經(jīng)驗將成為解決我國煤炭利用問題的有益借鑒。兗礦集 團作為我國最具實力的煤炭企業(yè)，一直在積極探索煤炭潔凈高效利用的新途徑，經(jīng)過多年的 探索和國內(nèi)外專家的支持和論證，集成世界先進的煤炭氣化、發(fā)電、制油技術(shù)，形成了多產(chǎn) 品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)的初步規(guī)劃。已完成的預可研報告表明：多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)使用上述高新技術(shù)并對 系統(tǒng)進行優(yōu)化，以最大化利用各種設(shè)施并使系統(tǒng)總投資和運行成本分別降低20%～40%的同時 ，系統(tǒng)熱效率將提高10%～20%，SO��2、NO�瓁和CO��2的排放可減少95%～99%、90%、和20 %～40%。��

2  煤礦坑口潔凈高效多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)

兗礦集團規(guī)劃中的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，是以含硫3%～4%的高硫煤為原料，年產(chǎn)40萬t甲醇，50萬t醋 酸，100萬t運輸油品，9萬t乙烯，25萬t醋酸乙烯，16萬t硫磺，46萬kW發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn) 生產(chǎn)系統(tǒng)。��

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用的主要技術(shù)與裝置見流程圖。��

2.1 合成氣廠

(1)空分單元。

采用分子篩吸附工藝生產(chǎn)95%純度的氧氣供氣化爐、硫回收裝置使用。系統(tǒng)采用蒸汽透 平拖動，并可以從燃機抽用部分壓縮氣體。��

(2)氣化與合成氣凈化單元。

以高硫煤為原料，采用德士古氣化工藝配以激冷流程。在煤的研磨和煤漿準備工段制得 的60%～70%濃度的水煤漿（含煤60%～70%）與空分裝置來的氧氣被送噴入氣化爐內(nèi)，在一定 的溫 度（1400～1500℃）和壓力（30kg/cm��2）下燃燒生成合成氣（CO+H��2）和融渣，熱合成 氣和融渣向下流動進入激冷室內(nèi)的激冷水池。激冷后的合成氣 經(jīng)處理進脫硫脫碳工段進行凈化。融渣在激冷池內(nèi)固化后通過 氣化爐底部的灰鎖斗定期排出。

氣化和洗滌凈化單元產(chǎn)生的廢水和灰渣經(jīng)處理后，供生產(chǎn)有用副產(chǎn)品和回收水循環(huán)使用。��

(3)脫硫脫碳和硫回收單元。洗滌凈化后合成氣中的酸性成份經(jīng)酸性氣體脫除單元后，移 出形成一股酸性物流，該物流和上一工段處理得到的酸性氣體一起進硫回收單元，經(jīng)加工處 理后生產(chǎn)副產(chǎn)品硫。凈化后的合成氣分別送化工產(chǎn)品、油、發(fā)電生產(chǎn)裝置。�� 

2.2 甲醇廠

甲醇廠擬采用液相甲醇生產(chǎn)工藝。該工藝采用柱式漿態(tài)沸騰床反應器將合成氣轉(zhuǎn)化成甲醇。 催化劑在反應器中與惰性礦物油混合成漿態(tài)，礦物油在漿體中作為溫度緩和劑和熱轉(zhuǎn)移介質(zhì) 將催化劑表面的反應熱傳遞給反應器內(nèi)的管狀熱交換器內(nèi)的沸水以生產(chǎn)水蒸氣。由于漿態(tài)反 應器很強的熱轉(zhuǎn)移能力使得整個反應器保持穩(wěn)定均勻的溫度，氣體單程通過反應器時能獲得 很高的合成氣轉(zhuǎn)換率。

該系統(tǒng)將采用合成氣一次通過合成甲醇后送入發(fā)電裝置。液相甲醇技術(shù)靈活性高，對合成氣 組成的要求不高。從合成氣廠來的合成氣經(jīng)加壓后一次通過反應器，部分生產(chǎn)甲醇，未反應 氣體進入燃氣輪機發(fā)電。�� 該技術(shù)與氣相甲醇技術(shù)比，反應器簡單，富CO合成氣不需變換可直接進行合成反應，合成氣 一次通過反應器轉(zhuǎn)換率可達50%（氣相為4%～10%），甲醇產(chǎn)品含水僅1%（氣相為4%～20%） 。��

2.3 發(fā)電廠

煤氣化發(fā)電最近在美國坦帕電廠和荷蘭布根儂電廠的運行經(jīng)驗十分看好。工藝復雜和技術(shù)可 靠性一向被認為是IGCC發(fā)電最大的擔心，現(xiàn)在經(jīng)示范運行而得以排除。目前作為一種最為清 潔高效的煤炭利用途徑，在世界范圍內(nèi)將會有19個IGCC項目投入運行。��

發(fā)電廠主要裝置由單軸燃氣輪機、發(fā)電機，以及余熱鍋爐組成。燃氣輪機采用9FA型或9H型 ，這兩種燃氣輪機可以在燃氣燃燒時減少NO�瓁的排放。合成油裝置的尾氣和甲醇廠的尾氣 與 空氣在燃氣輪機燃燒以驅(qū)動燃氣透平，燃氣輪機釋放出的尾氣進入三壓余熱鍋爐，在此冷卻 并產(chǎn)生高、中、低壓蒸汽供化工單元和拖動蒸汽透平代替電動機。��

2.4 醋酸廠

采用新型催化劑甲醇羰基合成連續(xù)生產(chǎn)醋酸。主要原料為多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)甲醇廠制造的甲醇和從 合成氣廠合成氣中分離出的CO。��

CO和甲醇在很高的溫度和壓力下送入裝有新型催化劑的液相罐式反應器。該反應器用噴嘴取 代了傳統(tǒng)的反應器上用來混合物料的攪拌器。該反應器可以在很低的出口速率下運行，因此 CO的利用率很高，也可以添加選擇性助劑以提高CO的利用率。在主反應器與閃蒸罐之間有一 個二級反應器，可以進一步提高CO的利用率。��

采用新型催化劑，生產(chǎn)系統(tǒng)簡單，建設(shè)同樣規(guī)模的新廠同老催化劑生產(chǎn)工藝比，投資可降低 30 %。因其產(chǎn)品醋酸濃度高，重酸產(chǎn)物少，可以在蒸餾凈化系統(tǒng)節(jié)約30%的能量、蒸汽和水。��

2.5 合成燃料油和乙烯廠

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用先進的合成油反應器生產(chǎn)燃料油并聯(lián)產(chǎn)乙烯和其他化學品。�� 

該合成油反應器為一種固定流化床合成油反應器，其反應的溫度和壓力分別為300～400℃和 2 5bar。反應器的能力已擴大到20000桶（20000×0.136=2720公噸）/a。擬建廠的生產(chǎn)能力 可 以達到4×20000桶（10880公噸）/a。與老型合成油反應器相比，擬采用的合成油反應器體 積相當?shù)男。�結(jié)構(gòu)簡單，從而造價十分便宜，工藝靈活性也大大提高，裝置的運行費用也隨 之降低。��

該合成油反應器轉(zhuǎn)換率高，不需支撐結(jié)構(gòu)和滑動閥門，金屬使用量少，催化劑損失小且更換 率低，氣體速率低、腐蝕小、熱回收率高，副產(chǎn)蒸汽多。��

2.6 醋酸乙烯廠

醋酸乙烯廠擬采用世界較先進的醋酸乙烯生產(chǎn)工藝，該技術(shù)使用全新的流化床生產(chǎn)工藝和催 化劑，以醋酸、乙烯和氧氣為原料。新的反應器的設(shè)計可以獲得很高的醋酸乙烯產(chǎn)率，因此 反應器的體積相對較小，再加上整套工藝的再設(shè)計，工藝設(shè)備的體積和全廠占地面積都相應 減少。本工藝可以在投資上節(jié)省30%。��

3 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益��

3.1 經(jīng)濟效益

在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用的技術(shù)和設(shè)備上，煤的氣化單元采用德士古氣化激冷流程，設(shè)備的國產(chǎn)化 率達90%以上。甲醇、醋酸和醋酸乙烯以及合成油裝置均采用最新設(shè)備或催化系統(tǒng)，裝置的 合成效率高，反應器簡單、生產(chǎn)穩(wěn)定性好、生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品的質(zhì)量高、生產(chǎn)流程簡單 。再加上多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)建在煤礦坑口，原料煤價格低廉，而且可以利用現(xiàn)有煤礦的運輸和其他 設(shè)施等優(yōu)勢，因此，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的投資和運行費用可以大大降低。��

在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工藝和產(chǎn)品配置上，多產(chǎn)品在氣化、空分、合成氣凈化、公用工程以及 其他設(shè)施方面共享，產(chǎn)品與副產(chǎn)品間的配置合理，同一氣頭生產(chǎn)出的合成氣生產(chǎn)甲醇和油品 ，甲醇羰基合成生產(chǎn)醋酸，醋酸與合成油副產(chǎn)的乙烯生產(chǎn)醋酸乙烯。同時甲醇尾氣和合成油 尾氣進燃氣輪機發(fā)電，滿足裝置78%的用電量，發(fā)電單元燃氣輪機尾氣余熱產(chǎn)生的蒸汽除過 熱工藝蒸汽外，還可滿足系統(tǒng)蒸汽用量的1/3。系統(tǒng)這種產(chǎn)品與副產(chǎn)品間的優(yōu)化配置， 使煤的綜合利用及生產(chǎn)的化工產(chǎn)品附加值增加6倍以上，原料和能量的利用達到最佳化， 整個系統(tǒng)的投資與單個產(chǎn)品系統(tǒng)的疊加相比投資減少約20%。整個系統(tǒng)達到了減少投資和經(jīng) 濟效益最大化的目的。��

3.2 能量利用效率

由于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中能量的的梯級利用和副產(chǎn)蒸汽和氫氣等副產(chǎn)品被得以充分利用，同等規(guī)模 情況下，多產(chǎn)品聯(lián)合以后的系統(tǒng)總效率比各單項目的效率都要高，其熱效率達44.34%。由此 可見，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不論在發(fā)電部分，還是在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，都能比分系統(tǒng)取得更高的 能量利用效率。��

3.3 環(huán)境效益

在發(fā)電和生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工藝路線中，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用德士古煤氣化技術(shù)在環(huán)保方面是極具 優(yōu)勢的。其SO��2 、NO�瓁、和CO��2排放量分別可以減少95%～99%、90%和20%～40%。其中9.9% 的硫可以回收加工成商品硫，產(chǎn)生的工業(yè)廢水少，氣化爐渣安全無害，可以作為可售產(chǎn)品。 ��

與原醋酸生產(chǎn)工藝相比，新型催化劑醋酸生產(chǎn)工藝中CO��2直接排放可減少70%，整體氣體排 放物可降低50%以上。��

IGCC發(fā)電廠和醋酸廠的用水量可降低30%。��

4 國外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應用現(xiàn)狀

多聯(lián)產(chǎn)使用的關(guān)鍵技術(shù)均為國際上先進成熟的生產(chǎn)技術(shù)，在國外均有商業(yè)或商業(yè)示范裝 置在運行。��

目前，國外大型煤炭氣化以比較成熟的新一代氣流床氣化為主，包括德士古氣化爐和殼 牌氣化爐。這2種氣化爐工業(yè)化裝置生產(chǎn)能力均已達2000t/ d以上，國外多年商業(yè)運行的 經(jīng)驗證明，該氣化技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率、有效成份高，三廢排放小。已有多套德士古爐生產(chǎn)的合成 氣用做化工產(chǎn)品和發(fā)電的原料氣；IGCC作為潔凈高效的煤發(fā)電方式，在國際上也有多套在運 行。使用IGCC發(fā)電技術(shù)的荷蘭布根儂（單機253MW）裝置于1994年投入運行，美國的沃巴什 河電站（單機265MW）坦帕電站（單機260MW）以及西班牙的普爾托拉諾電站（單 機300MW）于1997年相繼投入試驗和試生產(chǎn)；煤合成氣制油裝置已經(jīng)在南非薩索爾運行了40 多年，現(xiàn)已發(fā)展成為南非最大的企業(yè)之一，目前薩索爾采用費托合成技術(shù)在薩索爾I、II、I II3個工廠共生產(chǎn)合成油達700多萬t，化學品近200多種，經(jīng)濟效益非常可觀；煤合成氣液相 合成甲醇技術(shù)已于1997年4月在美 國伊斯曼化工廠進行商業(yè)示范運行，目前裝置運行穩(wěn)定，開工率達96%以上，催化劑的使用 率達99%，運行非常成功；自1995年以來，位于美國的德克薩斯的斯特林化工廠和英國赫爾 的化工廠和韓國三星，分別采用新型催化劑對原有醋酸廠進行了改造，分別使生產(chǎn)能力提 高了20%～30%。采用新型催化劑在馬來西亞和新加坡建成的50萬t/ a的新廠，目前運行良 好；新開發(fā)的一種乙烯氣相法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)醋酸乙烯的裝置已在英國的赫爾開車運行。��

集成多種高技術(shù)為一體是煤炭清潔高效利用的保證。以煤炭為原料生產(chǎn)潔凈煤合成氣，供給多產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，可在市場競爭中提 高設(shè)備設(shè)施利用率，大幅降低裝置投資；能形成系統(tǒng)熱能梯級利用，提高 系統(tǒng)的總能效率。

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)毫無置疑是極具環(huán)保優(yōu)勢和高效的煤炭利用方式。多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)作為一種高新技術(shù) 的一體化集成系統(tǒng)，將會給中國帶來巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。環(huán)境問題和潔 凈煤技術(shù)的巨大市場也將成為發(fā)達國家和跨國公司在中國尋求發(fā)展的契機。