技术耦合：煤化工产业新热点
来源--中国化工报 2014.12.5
面对煤化工遇到的困难和挑战，陕西石油和化工企业联合高校院所，通过技术耦合，成功研发出一批集煤化工、石油化工、天然气化工为一体的煤化工新技术，不仅改变了煤炭单一的转化方式，还提高了资源利用率，促进了煤炭的综合高效清洁利用。这是12月2日记者在西安召开的陕西省化工学会煤化工专业委员会2014年学术研讨会上了解到的。
耦合一：煤热解与煤气化制油
“现有的煤炭热解技术难以有效解决粉煤及粉焦问题，不能充分利用煤炭资源，焦炉煤气含尘量高，存在环保安全隐患。我们在全球首创的粉煤加压热解制油及半焦气化一体化技术（CCSI），将煤热解与煤气化集成耦合，既获得较高的煤焦油产率，又生产合成气再制油品，实现了‘两头见油’，将开辟第三种煤制油的‘延长模式’。”在会上，延长石油集团碳氢高效利用技术研究中心副总工程师王宁波对他们开发的CCSI技术前景非常看好。
据王宁波介绍，CCSI技术的核心创新点是反应快，对粉煤及粉焦实现了高效利用。该技术几乎可以把原料粉煤全部转化为合成气与煤焦油，既获得煤炭资源中所含的油品、化学品，也保证较高的碳转化效率，将煤炭资源吃干榨尽。此外，该技术还具有反应条件温和，单炉处理能力大，工艺环保，不产生污染性烟气、黑水及半焦等副产物，水耗较低等特点。
今年6月下旬，延长石油碳氢技术研究中心完成了CCSI技术全部小试试验，结果表明在关键产物收率方面取得较大突破，煤焦油平均收率达15%以上，装置运行稳定。技术人员通过对不同温度、压力、停留时间等的探索，获得了最优工艺条件，积累了操作经验。
在小试研究取得成功后，碳氢技术研究中心建设了CCSI技术中试冷态模拟实验装置，累计运行35小时，也取得了较好的试验效果，证实了核心反应器结构的可行性与合理性。目前，该中心正在进行CCSI中试装置详细设计、设备采购及现场土建，预计2015年7月具备投料试车条件，明年年底前完成中试试验及优化整合。
西北化工研究院院长刘国平认为，煤—天然气共气化技术结合延长石油集团煤炭和天然气资源禀赋，在解决碳氢互补问题的同时，实现了热量平衡，减少了能量损失。
耦合二：煤气化与天然气气化
针对煤气化氢碳比低、天然气气化氢碳比较高的实际，西北化工研究院创新地将二者的气化过程耦合起来，开发出煤—天然气共气化制合成气技术。据西北化工研究院高级工程师徐红东介绍，与煤粉气化、水煤浆气化、天然气气化技术相比，这种技术省去了变换过程，充分利用了高温、水蒸气，节省了氢、碳及热量，减少了二氧化碳排放，降低装置投资及运营费，氢碳比更适宜醇醚合成。
“煤—天然气共气化技术的难点在于煤、天然气活化能差别较大，它们能否在停留时间短的气流床炉内同步转化，在反应活性、反应速率和反应方向等方面是否存在相互影响。”徐红东说。为了获得准确的答案，今年5月，西北化工研究院开始技术试验，采用自主设计的单喷嘴煤—天然气共气化气化炉，将煤浆、天然气与氧气混合后进入气化炉进行反应。
试验结果表明：煤—天然气气流床共气化工艺可行，产生的合成气质量较好，氢碳比适中，甲烷含量低，气化过程中气固转化率高；能量和物料利用合理，能耗比单纯的煤气化和天然气气化低；甲烷/煤比直接影响气化效率和合成气氢碳比，可以灵活调整；气化炉负荷调整方便，操作弹性大。该试验装置当煤浆浓度58%~60%、入炉天然气10立方米/时左右时，合成气中CO+H2含量达到84.29%，其中CO、H2分别为42.08%、42.21%。
耦合三：甲烷与二氧化碳重整
陕西师范大学化学化工学院研发的甲烷与二氧化碳重整制合成气技术也是耦合技术的一个代表。该技术利用甲烷与二氧化碳两大温室气体，合成出氢碳比接近1的适合制取含氧化合物的原料气。
陕西师范大学化学化工学院教授刘忠文告诉记者，煤气化过程中，除有效成分CO+H2外，还产生一定的CO2。他们尝试以CO2作为弱氧化剂，甲烷脱氢分解为碳和氢，进而生成CO和H2。这项技术面临的最大挑战是积炭严重，催化剂易失活。他们借助络合剂调控镍颗粒尺寸、分布及其与二氧化硅之间的相互作用，加入储氧性能较好的Ce-ZrO2助剂，达到了调变积炭和消除积炭之间的平衡，获得了高活性、高稳定性高效镍基CDR催化剂，终使甲烷与二氧化碳重整制合成气这一技术设想变为现实。
技术创新要突破单打独斗
西北化工研究院院长刘国平认为，随着市场的饱和以及资源、环境压力的增加，煤化工产业面临转型升级的严峻挑战，对煤化工新技术提出了更迫切的要求。煤化工不能单打独斗，出路在于技术集成一体化。煤的分质利用、煤化工产业链的延伸、煤化工与石油化工的耦合等成为煤化工领域技术研发和产业发展的新热点。
陕西延长石油集团总经理助理李大鹏表示，目前燃煤技术、煤化工、天然气化工、石油化工技术水平均有了较大提升，但受原料单一和工艺路径制约，很难真正实现能量梯级利用和资源综合利用。中国煤化工可持续健康发展，就要改变煤炭转化方式单一、煤炭转化效率不高等问题，迫切需要技术创新驱动，打破部门、行业界限，实现煤—电—化—焦一体化发展，通过煤化工、石油化工、天然气化工等集成耦合，促进煤炭综合高效清洁利用。
