——大唐内蒙古多伦46万吨煤制烯烃褐煤利用项目解析
10月18日，以褐煤为原料的大唐内蒙古多伦煤制烯烃气化装置一次开车成功并生产出合成气体。图为大唐多伦项目3台气化炉全景。 （侯东升 摄）
随着今年8月，神华包头首套煤制烯烃工业化装置投产运行，人们又把关注的目光投向了神华包头煤制烯烃（以下简称神华包头项目）的姊妹项目——大唐国际内蒙古多伦46万吨煤制烯烃项目（以下简称大唐多伦项目）。
两个煤制烯烃项目，都表明我国已率先掌握了煤制烯烃工业化关键技术，都开创了世界高碳能源低碳化发展的新途径。所不同的是，神华包头项目用的是无烟煤，而大唐多伦项目用的是褐煤。
煤质不同，决定了两个项目的难度和意义完全不同。
大胆实践 劣质燃料担纲煤化工
据安徽理工大学沈国娟教授介绍，褐煤是煤炭资源中煤化程度最低的矿产煤。与其他煤种相比，褐煤是一种高挥发分（50%）、高水分（30%）、低热值（14MG/kg左右）、低灰熔点的劣质燃料。由于褐煤含有较高的水分，且价格便宜，不便于远距离运输，世界各国的褐煤主要用于坑口燃烧发电。
沈国娟告诉CCIN记者，我国已探明的褐煤保有储量约为1300亿吨，占到全国煤炭储量的13%左右，集中分布在内蒙古、云南、黑龙江等地。我国也在利用褐煤发电，比如大唐国际发电股份有限公司锦州发电厂，就是利用内蒙古元宝山煤矿的褐煤发电。但目前我国电力产能已经过剩，在褐煤富集地区利用坑口发电受到诸多客观条件制约，难以建设大电厂；而褐煤长途运输不经济的特性，又决定了远离褐煤地区的电厂无法利用褐煤发电。因此，一些专家认为，我国大规模利用褐煤发电不太现实。
我国丰富的褐煤资源怎样利用最为理想，一直是各方探讨的一个重要课题。
后来专家们发现，褐煤气化利用是一个好途径。气化是指在某种条件下对煤炭进行燃烧加工，以氧气和水蒸气为气化介质，将煤中所含的碳、氢转化为一氧化碳、氢气和甲烷等有效成分。褐煤气化工艺包括原料准备、煤气的生产、净化、脱硫、煤气变换、煤气精制以及甲烷合成。褐煤气化可生产城市煤气、管道煤气、氨、尿素、甲醇和烃的中间产物等。
于是，我国开始了利用褐煤发展煤化工的大胆尝试。
特性复杂 煤气化技术成成败关键
作为一家大型发电企业，大唐国际发电股份有限公司少不了与煤打交道。当他们拥有了总储量达70亿吨的东胜利二号煤矿后，发现该煤矿的褐煤煤质更适合搞煤化工。于是，从2005年开始，大唐国际投资195亿元，在离东胜利二号煤矿不远的内蒙古多伦县，开始兴建年产46万吨煤制烯烃项目。而该项目所有原料煤和燃料煤均用褐煤。
不同的煤种，须选用不同的气化炉。褐煤一般较多采用荷兰的壳牌炉，而优质煤一般选用美国的德士古炉。
壳牌加压气化法与德士古水煤浆加压气化法均为目前世界上较先进的气化技术，同属气流床加压气化法。但两种炉型气化技术在许多方面又有着各自鲜明特点，对煤的适应性大不一样。德士古炉适应于烟煤、无烟煤，而壳牌炉除了烟煤和无烟煤外，也适合褐煤和次烟煤。
由于煤质不同，神华包头项目采用德士古气化炉，而大唐多伦项目由于褐煤煤质的局限，只能选择壳牌气化炉。
CCIN记者了解到，这两种炉型在我国都有应用，但德士古炉在我国的应用已经十分成熟。比如上海焦化上世纪70年代引进的8台德士古炉生产城市煤气，运行到现在已经达到“七开一备”的世界先进水平。神华包头项目采用7台气化炉，也达到了一次开车成功，实现了“五开二备”的理想状态。而我国对壳牌炉的引进使用情况就大相径庭了。
大唐能源化工公司生产部主管胡长胜介绍说，虽然壳牌煤气化技术具有自动化程度高、操作安全、处理量大、高效清洁环保等优点，但缺乏系统工程经验，主要是设备性能往往达不到相关技术要求。
据了解，自2001年以来，国内化工企业共与壳牌公司签订了19份合同，引进了23台壳牌煤气化装置，但到2009年为止，仅有一半的气化炉试车或开车运行，运行状况未能达到预期设想。
据胡长胜透露，由于大唐多伦项目是全球首例最大规模利用褐煤生产聚丙烯的示范项目，所用的壳牌气化炉也是目前全球最大的，单台炉日投煤量为4000吨，如此大的气化炉全世界没有使用的先例。这个项目比神华包头项目就显得更为艰难。事实上，正是壳牌炉在建设和试车过程中的种种问题，成为影响大唐多伦项目进度的重要因素之一。
胡长胜告诉CCIN记者，大唐多伦项目的3台壳牌气化炉，在调试中遇到的问题很多。比如怎样解决在内蒙古低温高寒地区的安全性和稳定运行的矛盾就是一个大问题。按照供应商的要求，从安全角度出发，气化炉应完全处于敞开状态。但内蒙古的冬季室外温度常常低于－30℃。如此低温，含水高的褐煤会出现冻梗阻现象，给保温拌热带来困难，稍有不慎，就会出现运行不畅。而如果对气化炉采取封闭措施，又会因为褐煤粉尘浓度过高造成安全隐患，对生产构成威胁。大唐多伦项目经过多次反复论证和探索，采取了一种半封闭的折中状态，较好地解决了这一老大难问题。
胡长胜说，由于壳牌气化炉吃煤量大，对褐煤干燥效果的控制、制粉和输送速度要求很高，这会增加制粉和干燥负荷，对辅助系统动设备的稳定性构成考验。由于预干燥后的褐煤粒度小，极易出现垮煤现象，给长周期稳定生产带来直接威胁。对于壳牌炉存在的这些问题，大唐多伦项目在调试中注意从设备、工艺和技术等方面加以探索和解决。如为确保水汽系统水管路清洗的顺畅，他们对3台气化炉中的2000多根水管路做到无一堵塞；通过增加锁斗阀仪表风平衡管理线，解决了阀门卡涩现象；通过修改程序设定值，解决了了V1503泄压时间长的问题等。
经过努力，目前大唐多伦项目的壳牌气化炉调试情况良好，气化装置已于今年10月18日一次开车成功并生产出合成气体，标志着世界规模最大、也是世界上首例6烧嘴壳牌气化炉投料试车成功。
一旦成功 替代石油路径大有可为
据CCIN记者了解，大唐国际对褐煤的利用不仅限于煤制烯烃，还同时进行煤制天然气的开发和利用。目前，大唐国际已有两个年产40亿立方米的煤制天然气项目破土动工。其中大唐内蒙古克旗年产40亿立方米煤制天然气项目拟于2012年6月后建成并向北京供气；大唐辽宁阜新年产40亿煤制天然气项目拟于2013开始向大沈阳经济圈供气。加上已即将竣工投产的内蒙古多伦46万吨煤制烯烃项目，这3个褐煤利用项目全部建成以后，年可利用褐煤5000万吨。
由于大唐多伦项目的示范效应，我国利用褐煤的势头良好。华能电力集团旗下的伊敏煤电公司40亿立方米/年煤制天然气项目于今年9月获国家发改委同意启动前期筹备工作；北京控股集团有限公司与内蒙古呼和浩特市共同投资的40亿米方米煤制天然气项目，也将于明年在内蒙古托克托工业园区开工建设。这些项目都是将褐煤转化为清洁的天然气，用以弥补我国天然气资源的严重不足。
大唐多伦项目成功的价值，首先是能源安全的战略意义很大。我国的能源结构是富煤、贫油、少气。煤炭在能源结构中的比例占到65%以上。因此，占我国煤炭总量13%的褐煤资源利用一旦获得突破，对于我国的能源战略安全无疑意义重大。而无论煤制烯烃、还是煤制天然气等，都是替代石油路径的利用方式。
其次是经济性。在国际原油价格高涨的背景下，采用煤化工工艺生产这些产品正显示出越来越大的经济性。煤制烯烃的经济性比石脑油也要好许多。据专家测算，石油路线的烯烃生产，每生产1吨烯烃大约需3吨石脑油或轻柴油，而生产1吨煤制烯烃也只消耗约3吨甲醇。根据2010年8月份的数据，目前国内石脑油、轻柴油的市场价都在每吨5500元以上，而甲醇的市场价只有每吨2200元左右。如果项目建设在煤炭基地坑口，并且配备经济型的大规模装置，煤制甲醇的完全成本可以做到更低。
中科院大连化物所副所长刘中民曾经分析，以神华包头项目为例。神华用的气化煤价格在每吨420元左右，锅炉煤价格在每吨250元左右，铁路运输距离170～200千米。经核算表明，当煤价在每吨400元时，与煤制烯烃成本相等的石脑油制烯烃，所用原油价格为每桶30美元以下。就是说，只要国际油价在每桶30美元上下，煤制烯烃就可以赚钱，更何况现在国际原油价格已上涨到每桶80美元以上。“很明显，煤制烯烃生产路线具有很显著的经济竞争力。”刘中民说。
以上算账是以优质煤为例，而如果以褐煤为原料，经济性更优。大唐能源化工公司生产部副主任李中山给CCIN记者算了一笔账：以煤炭转化为甲醇为例计算，现在褐煤到厂价格（含运费）约为140元/吨，按照每4.8吨褐煤生产1吨甲醇计算，煤成本仅为672元/吨；而神华包头项目使用的原料煤价在550元/吨,燃料煤价350元/吨，初步估算,每生产1吨甲醇，煤成本在1200元左右。而从甲醇到烯烃的工艺路径大体相同，成本也基本相当。很显然，使用褐煤作原料，其经济性和价格的竞争力要优于其他煤种。而利用褐煤生产煤制天然气，比进口天然气更是具有较大的价格优势。
随着大唐多伦项目气化炉一次点火成功,目前，该项目的各主要工艺流程已大部打通，个别关键环节正在抓紧调试之中，实现全流程打通并正式投入生产已指日可待。
业内专家一致认为，如果大唐能够把“吃”褐煤的全球最大壳牌气化炉开好，本身就是对我国煤化工的最大贡献。
褐煤的利用不仅限于煤制烯烃，褐煤还是煤制天然气的原料。图为大唐内蒙古克旗年产40亿立方米煤制天然气项目建设现场。 （周凯民 摄）
