——大唐內(nèi)蒙古多倫46萬噸煤制烯烴褐煤利用項(xiàng)目解析
10月18日，以褐煤為原料的大唐內(nèi)蒙古多倫煤制烯烴氣化裝置一次開車成功并生產(chǎn)出合成氣體。圖為大唐多倫項(xiàng)目3臺氣化爐全景。 （侯東升 攝）
隨著今年8月，神華包頭首套煤制烯烴工業(yè)化裝置投產(chǎn)運(yùn)行，人們又把關(guān)注的目光投向了神華包頭煤制烯烴（以下簡稱神華包頭項(xiàng)目）的姊妹項(xiàng)目——大唐國際內(nèi)蒙古多倫46萬噸煤制烯烴項(xiàng)目（以下簡稱大唐多倫項(xiàng)目）。
兩個煤制烯烴項(xiàng)目，都表明我國已率先掌握了煤制烯烴工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，都開創(chuàng)了世界高碳能源低碳化發(fā)展的新途徑。所不同的是，神華包頭項(xiàng)目用的是無煙煤，而大唐多倫項(xiàng)目用的是褐煤。
煤質(zhì)不同，決定了兩個項(xiàng)目的難度和意義完全不同。
大膽實(shí)踐 劣質(zhì)燃料擔(dān)綱煤化工
據(jù)安徽理工大學(xué)沈國娟教授介紹，褐煤是煤炭資源中煤化程度最低的礦產(chǎn)煤。與其他煤種相比，褐煤是一種高揮發(fā)分（50%）、高水分（30%）、低熱值（14MG/kg左右）、低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)燃料。由于褐煤含有較高的水分，且價格便宜，不便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，世界各國的褐煤主要用于坑口燃燒發(fā)電。
沈國娟告訴CCIN記者，我國已探明的褐煤保有儲量約為1300億噸，占到全國煤炭儲量的13%左右，集中分布在內(nèi)蒙古、云南、黑龍江等地。我國也在利用褐煤發(fā)電，比如大唐國際發(fā)電股份有限公司錦州發(fā)電廠，就是利用內(nèi)蒙古元寶山煤礦的褐煤發(fā)電。但目前我國電力產(chǎn)能已經(jīng)過剩，在褐煤富集地區(qū)利用坑口發(fā)電受到諸多客觀條件制約，難以建設(shè)大電廠；而褐煤長途運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)的特性，又決定了遠(yuǎn)離褐煤地區(qū)的電廠無法利用褐煤發(fā)電。因此，一些專家認(rèn)為，我國大規(guī)模利用褐煤發(fā)電不太現(xiàn)實(shí)。
我國豐富的褐煤資源怎樣利用最為理想，一直是各方探討的一個重要課題。
后來專家們發(fā)現(xiàn)，褐煤氣化利用是一個好途徑。氣化是指在某種條件下對煤炭進(jìn)行燃燒加工，以氧氣和水蒸氣為氣化介質(zhì)，將煤中所含的碳、氫轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫氣和甲烷等有效成分。褐煤氣化工藝包括原料準(zhǔn)備、煤氣的生產(chǎn)、凈化、脫硫、煤氣變換、煤氣精制以及甲烷合成。褐煤氣化可生產(chǎn)城市煤氣、管道煤氣、氨、尿素、甲醇和烴的中間產(chǎn)物等。
于是，我國開始了利用褐煤發(fā)展煤化工的大膽嘗試。
特性復(fù)雜 煤氣化技術(shù)成成敗關(guān)鍵
作為一家大型發(fā)電企業(yè)，大唐國際發(fā)電股份有限公司少不了與煤打交道。當(dāng)他們擁有了總儲量達(dá)70億噸的東勝利二號煤礦后，發(fā)現(xiàn)該煤礦的褐煤煤質(zhì)更適合搞煤化工。于是，從2005年開始，大唐國際投資195億元，在離東勝利二號煤礦不遠(yuǎn)的內(nèi)蒙古多倫縣，開始興建年產(chǎn)46萬噸煤制烯烴項(xiàng)目。而該項(xiàng)目所有原料煤和燃料煤均用褐煤。
不同的煤種，須選用不同的氣化爐。褐煤一般較多采用荷蘭的殼牌爐，而優(yōu)質(zhì)煤一般選用美國的德士古爐。
殼牌加壓氣化法與德士古水煤漿加壓氣化法均為目前世界上較先進(jìn)的氣化技術(shù)，同屬氣流床加壓氣化法。但兩種爐型氣化技術(shù)在許多方面又有著各自鮮明特點(diǎn)，對煤的適應(yīng)性大不一樣。德士古爐適應(yīng)于煙煤、無煙煤，而殼牌爐除了煙煤和無煙煤外，也適合褐煤和次煙煤。
由于煤質(zhì)不同，神華包頭項(xiàng)目采用德士古氣化爐，而大唐多倫項(xiàng)目由于褐煤煤質(zhì)的局限，只能選擇殼牌氣化爐。
CCIN記者了解到，這兩種爐型在我國都有應(yīng)用，但德士古爐在我國的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟。比如上海焦化上世紀(jì)70年代引進(jìn)的8臺德士古爐生產(chǎn)城市煤氣，運(yùn)行到現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到“七開一備”的世界先進(jìn)水平。神華包頭項(xiàng)目采用7臺氣化爐，也達(dá)到了一次開車成功，實(shí)現(xiàn)了“五開二備”的理想狀態(tài)。而我國對殼牌爐的引進(jìn)使用情況就大相徑庭了。
大唐能源化工公司生產(chǎn)部主管胡長勝介紹說，雖然殼牌煤氣化技術(shù)具有自動化程度高、操作安全、處理量大、高效清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但缺乏系統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)，主要是設(shè)備性能往往達(dá)不到相關(guān)技術(shù)要求。
據(jù)了解，自2001年以來，國內(nèi)化工企業(yè)共與殼牌公司簽訂了19份合同，引進(jìn)了23臺殼牌煤氣化裝置，但到2009年為止，僅有一半的氣化爐試車或開車運(yùn)行，運(yùn)行狀況未能達(dá)到預(yù)期設(shè)想。
據(jù)胡長勝透露，由于大唐多倫項(xiàng)目是全球首例最大規(guī)模利用褐煤生產(chǎn)聚丙烯的示范項(xiàng)目，所用的殼牌氣化爐也是目前全球最大的，單臺爐日投煤量為4000噸，如此大的氣化爐全世界沒有使用的先例。這個項(xiàng)目比神華包頭項(xiàng)目就顯得更為艱難。事實(shí)上，正是殼牌爐在建設(shè)和試車過程中的種種問題，成為影響大唐多倫項(xiàng)目進(jìn)度的重要因素之一。
胡長勝告訴CCIN記者，大唐多倫項(xiàng)目的3臺殼牌氣化爐，在調(diào)試中遇到的問題很多。比如怎樣解決在內(nèi)蒙古低溫高寒地區(qū)的安全性和穩(wěn)定運(yùn)行的矛盾就是一個大問題。按照供應(yīng)商的要求，從安全角度出發(fā)，氣化爐應(yīng)完全處于敞開狀態(tài)。但內(nèi)蒙古的冬季室外溫度常常低于－30℃。如此低溫，含水高的褐煤會出現(xiàn)凍梗阻現(xiàn)象，給保溫拌熱帶來困難，稍有不慎，就會出現(xiàn)運(yùn)行不暢。而如果對氣化爐采取封閉措施，又會因?yàn)楹置悍蹓m濃度過高造成安全隱患，對生產(chǎn)構(gòu)成威脅。大唐多倫項(xiàng)目經(jīng)過多次反復(fù)論證和探索，采取了一種半封閉的折中狀態(tài)，較好地解決了這一老大難問題。
胡長勝說，由于殼牌氣化爐吃煤量大，對褐煤干燥效果的控制、制粉和輸送速度要求很高，這會增加制粉和干燥負(fù)荷，對輔助系統(tǒng)動設(shè)備的穩(wěn)定性構(gòu)成考驗(yàn)。由于預(yù)干燥后的褐煤粒度小，極易出現(xiàn)垮煤現(xiàn)象，給長周期穩(wěn)定生產(chǎn)帶來直接威脅。對于殼牌爐存在的這些問題，大唐多倫項(xiàng)目在調(diào)試中注意從設(shè)備、工藝和技術(shù)等方面加以探索和解決。如為確保水汽系統(tǒng)水管路清洗的順暢，他們對3臺氣化爐中的2000多根水管路做到無一堵塞；通過增加鎖斗閥儀表風(fēng)平衡管理線，解決了閥門卡澀現(xiàn)象；通過修改程序設(shè)定值，解決了了V1503泄壓時間長的問題等。
經(jīng)過努力，目前大唐多倫項(xiàng)目的殼牌氣化爐調(diào)試情況良好，氣化裝置已于今年10月18日一次開車成功并生產(chǎn)出合成氣體，標(biāo)志著世界規(guī)模最大、也是世界上首例6燒嘴殼牌氣化爐投料試車成功。
一旦成功 替代石油路徑大有可為
據(jù)CCIN記者了解，大唐國際對褐煤的利用不僅限于煤制烯烴，還同時進(jìn)行煤制天然氣的開發(fā)和利用。目前，大唐國際已有兩個年產(chǎn)40億立方米的煤制天然氣項(xiàng)目破土動工。其中大唐內(nèi)蒙古克旗年產(chǎn)40億立方米煤制天然氣項(xiàng)目擬于2012年6月后建成并向北京供氣；大唐遼寧阜新年產(chǎn)40億煤制天然氣項(xiàng)目擬于2013開始向大沈陽經(jīng)濟(jì)圈供氣。加上已即將竣工投產(chǎn)的內(nèi)蒙古多倫46萬噸煤制烯烴項(xiàng)目，這3個褐煤利用項(xiàng)目全部建成以后，年可利用褐煤5000萬噸。
由于大唐多倫項(xiàng)目的示范效應(yīng)，我國利用褐煤的勢頭良好。華能電力集團(tuán)旗下的伊敏煤電公司40億立方米/年煤制天然氣項(xiàng)目于今年9月獲國家發(fā)改委同意啟動前期籌備工作；北京控股集團(tuán)有限公司與內(nèi)蒙古呼和浩特市共同投資的40億米方米煤制天然氣項(xiàng)目，也將于明年在內(nèi)蒙古托克托工業(yè)園區(qū)開工建設(shè)。這些項(xiàng)目都是將褐煤轉(zhuǎn)化為清潔的天然氣，用以彌補(bǔ)我國天然氣資源的嚴(yán)重不足。
大唐多倫項(xiàng)目成功的價值，首先是能源安全的戰(zhàn)略意義很大。我國的能源結(jié)構(gòu)是富煤、貧油、少氣。煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例占到65%以上。因此，占我國煤炭總量13%的褐煤資源利用一旦獲得突破，對于我國的能源戰(zhàn)略安全無疑意義重大。而無論煤制烯烴、還是煤制天然氣等，都是替代石油路徑的利用方式。
其次是經(jīng)濟(jì)性。在國際原油價格高漲的背景下，采用煤化工工藝生產(chǎn)這些產(chǎn)品正顯示出越來越大的經(jīng)濟(jì)性。煤制烯烴的經(jīng)濟(jì)性比石腦油也要好許多。據(jù)專家測算，石油路線的烯烴生產(chǎn)，每生產(chǎn)1噸烯烴大約需3噸石腦油或輕柴油，而生產(chǎn)1噸煤制烯烴也只消耗約3噸甲醇。根據(jù)2010年8月份的數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)石腦油、輕柴油的市場價都在每噸5500元以上，而甲醇的市場價只有每噸2200元左右。如果項(xiàng)目建設(shè)在煤炭基地坑口，并且配備經(jīng)濟(jì)型的大規(guī)模裝置，煤制甲醇的完全成本可以做到更低。
中科院大連化物所副所長劉中民曾經(jīng)分析，以神華包頭項(xiàng)目為例。神華用的氣化煤價格在每噸420元左右，鍋爐煤價格在每噸250元左右，鐵路運(yùn)輸距離170～200千米。經(jīng)核算表明，當(dāng)煤價在每噸400元時，與煤制烯烴成本相等的石腦油制烯烴，所用原油價格為每桶30美元以下。就是說，只要國際油價在每桶30美元上下，煤制烯烴就可以賺錢，更何況現(xiàn)在國際原油價格已上漲到每桶80美元以上。“很明顯，煤制烯烴生產(chǎn)路線具有很顯著的經(jīng)濟(jì)競爭力。”劉中民說。
以上算賬是以優(yōu)質(zhì)煤為例，而如果以褐煤為原料，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。大唐能源化工公司生產(chǎn)部副主任李中山給CCIN記者算了一筆賬：以煤炭轉(zhuǎn)化為甲醇為例計(jì)算，現(xiàn)在褐煤到廠價格（含運(yùn)費(fèi)）約為140元/噸，按照每4.8噸褐煤生產(chǎn)1噸甲醇計(jì)算，煤成本僅為672元/噸；而神華包頭項(xiàng)目使用的原料煤價在550元/噸,燃料煤價350元/噸，初步估算,每生產(chǎn)1噸甲醇，煤成本在1200元左右。而從甲醇到烯烴的工藝路徑大體相同，成本也基本相當(dāng)。很顯然，使用褐煤作原料，其經(jīng)濟(jì)性和價格的競爭力要優(yōu)于其他煤種。而利用褐煤生產(chǎn)煤制天然氣，比進(jìn)口天然氣更是具有較大的價格優(yōu)勢。
隨著大唐多倫項(xiàng)目氣化爐一次點(diǎn)火成功,目前，該項(xiàng)目的各主要工藝流程已大部打通，個別關(guān)鍵環(huán)節(jié)正在抓緊調(diào)試之中，實(shí)現(xiàn)全流程打通并正式投入生產(chǎn)已指日可待。
業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，如果大唐能夠把“吃”褐煤的全球最大殼牌氣化爐開好，本身就是對我國煤化工的最大貢獻(xiàn)。
褐煤的利用不僅限于煤制烯烴，褐煤還是煤制天然氣的原料。圖為大唐內(nèi)蒙古克旗年產(chǎn)40億立方米煤制天然氣項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)場。 （周凱民 攝）
