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兖矿煤气化多联产系统关键技术的研发与工业应用孙启文兖矿集团有限公司副总工程师综述煤基多联产系统是实现煤炭高效、灵活、洁净和经济利用的系统。兖矿集团积极参与煤气化多联产技术的研发与示范，通过“九五”、“十五”期间的科技攻关，在煤气化多联产系统核心单元技术—大型煤气化技术、煤间接液化技术和多联产系统集成技术的研发上取得了突破和创新性结果，基本掌握了系统集成与优化设计技术，完成了煤气化发电与甲醇联产系统示范项目建设任务，奠定了以煤气化为核心的电力和化工产品多联产系统的工业化研发和示范基础，并形成了自主开发与创新能力。主要内容第一部分兖矿煤化工发展与多联产第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发第三部分兖矿多联产系统工业化示范情况第四部分兖矿未来多联产发展展望第一部分兖矿煤化工发展与多联产兖矿集团有限公司是一个以煤炭、煤化工、煤电铝为主导产业的综合性企业。兖矿集团的前身是兖州矿务局，1976年成立；1996年整体改制为国有独资公司；1999年成立兖矿集团；2005年，实现销售收入约260亿元，利润总额31.07亿元，上缴税金31亿元。第一部分兖矿煤化工发展与多联产兖矿集团本部拥有兖州和济东两块煤田，煤炭剩余可采储量为18.2亿吨(硫含量大于3%的高硫煤为7.87亿吨)，周边地方煤矿可采储量为3.589亿吨(硫含量大于3%的高硫煤为2.553亿吨)。这些高硫煤如果不采用洁净技术加以利用，矿区服务年限将减少20年以上。第一部分兖矿煤化工发展与多联产上世纪90年代后期，兖矿集团开始进入煤化工领域。1999年底兼并鲁南化肥厂后，以鲁化为基础，坚持走自主创新、产学研结合的路子，积极开展技术研发，先后拥有了煤炭气化、液化等具有自主知识产权的核心技术。第一部分兖矿煤化工发展与多联产以自主知识产权的核心技术为依托，兖矿集团建设了：（1）20万吨醋酸和1000吨新型气化炉及其配套工程（2）兖矿国宏50万吨甲醇项目（3）200万吨焦炭和24万吨甲醇项目（4）兖矿榆林60万吨甲醇项目（5）兖矿贵州50万吨合成氨等项目第一部分兖矿煤化工发展与多联产兖矿发展煤化工产业的总体思路是，坚持“高起点、大联合、多联产”的总体原则，以“洁净、高效、增值、做强”为指导方针，以发展煤炭气化、液化、焦化及下游产品为重点，利用资源优势和技术、区位及市场优势，引进国际战略投资者，加快技术大规模产业化，提高煤炭就地转化效率，跨区域构造煤化电产业链，逐步把煤化工产业发展成为实现集团战略目标、带动产业升级和可持续发展的战略支柱产业。第一部分兖矿煤化工发展与多联产煤基多联产系统是指以煤为原料，集成煤气化、化工合成、发电和废弃物处理等单元工艺，形成整体的能源转化技术体系，旨在使物质流和能量流达到最佳耦合、实现高效率、高效益和环境友好的系统。它具有高效、灵活、洁净和经济等显著特点。第一部分兖矿煤化工发展与多联产由于国际能源结构的变化，煤炭在化石能源结构中的地位也在发生着变化。许多国家在高效洁、净利用煤炭资源的系统研究方面提出了以煤基多联产系统为核心的能源计划，如美国的Vision21计划、日本在新阳光计划下提出的EAGLE多联产计划以及英荷shell公司的“合成气园”系统等。第一部分兖矿煤化工发展与多联产基于各国工业技术发展的总体水平和目前已工业化的单元技术，在近期实现包括煤气化、燃气轮机发电、液体燃料生产和化工产品合成等主要单元在内的初级多联产系统；通过系统集成与优化和进一步研究开发，在远期实现以涵盖煤气化制氢、燃料电池发电以及二氧化碳捕集埋藏等主要内容的高级多联产系统，最终以生产氢能和燃料电池发电，实现煤炭利用近零排放为目标，这将是国际上煤气化多联产技术的发展趋势。第一部分兖矿煤化工发展与多联产基于兖矿的自身优势和国际煤炭高效利用技术的发展趋势，兖矿采取产学研合作的方式开发煤气化多联产关键技术，目前已形成自主开发与创新能力。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发1．煤炭气化技术（新型多喷嘴对置水煤浆气化炉）在国家科技部的大力支持下，“九五”期间，兖矿集团有限公司、华东理工大学、中国天辰化学工程公司完成了“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”中试研究任务，中试装置的运行结果表明：有效气成分约83%，碳转化率98%，比煤耗、比氧耗降低了7%，达到国际领先水平，形成了具有自主知识产权的新型煤气化技术。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发依托该项成果，兖矿集团和华东理工大学承担了“十五”期间国家“863”课题“新型水煤浆气化技术工业化示范研究”的任务，建设了日处理1150吨煤的四喷嘴对置式水煤浆气化技术商业示范装置(4.0MPa)。该示范装置已于2005年10月17日正式投料运行，并通过了中国石油与化学工业协会组织的168小时连续运行考核，考核结果较中试结果又有了较大提高。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发该技术成果已通过国家石油和化学工业协会组织的鉴定，结论为“水煤浆气化技术达到国际领先水平”，为气化装置进一步向大型化发展奠定了基础。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发1．煤炭气化技术（粉煤加压气化）“十五”期间，兖矿和华东理工大学还承担了国家重点科技攻关课题“粉煤加压气化制备合成气新技术研究与开发”。中试装置于2004年7月正式投运，累计运行1000小时，化工投料累计运行近400小时。装置运行负荷范围15～45吨煤/天。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发中试装置72小时运行考核的工艺指标为：有效气成分90.4%碳转化率98.2%比氧耗293Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)比煤耗523kg煤/1000Nm3(CO+H2)冷煤气效率84.2%第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发与水煤浆气化技术相比，粉煤气化避开了煤浆制备对煤种的限制，煤种适应范围宽，工艺指标先进，合成气有效成分高，碳转化率高。该技术填补了国内空白，中试工艺指标达到国际先进水平。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发该装置于随后又进行了以CO2为粉煤输送载体的中试研究，并投料成功。气化压力最高达3.0MPa，气化温度约1350℃，在中试装置上考察了工艺条件变化对气化反应结果的影响，合成气中氮气含量由氮气输送时的约5％减少到1％以下，有效气成分可达90%～95％，取得了宝贵的运行数据。迄今为止，以CO2为输送介质的粉煤气化数据在国际上尚未见报道，这标志着我国在粉煤气化技术上又取得了一项新的突破，对于拓展粉煤加压气化技术在生产清洁燃料如甲醇、二甲醚等，生产化学品如醋酸、烯烃等，以及F-T合成等领域的应用具有重要意义。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发该装置于随后又进行了以CO2为粉煤输送载体的中试研究，并投料成功。气化压力最高达3.0MPa，气化温度约1350℃合成气中氮气含量由氮气输送时的约5％减少到1％以下有效气成分可达90%～95％第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发迄今为止，以CO2为输送介质的粉煤气化数据在国际上尚未见报道，这标志着我国在粉煤气化技术上又取得了一项新的突破，对于拓展粉煤加压气化技术在生产清洁燃料如甲醇、二甲醚等，生产化学品如醋酸、烯烃等，以及F-T合成等领域的应用具有重要意义。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发2．中低热值煤气高效燃烧发电技术“燃气发电和甲醇联产关键技术的研发与示范”是兖矿集团和中科院工程热物理所承担的国家“863”课题。兖矿集团完成了示范装置的设计、施工和调试，现已开始进行全系统联合调试技术的研究与开发。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发3．煤间接液化技术“煤间接液化催化剂及工艺关键技术”是兖矿集团独立承担的国家“863”课题。该技术包括自主开发的高效微球状铁基催化剂、气体分布器、移热装置及气、液、固分离系统的三相浆态床反应器以及催化剂在线还原、补充和分离技术等，形成了全套煤间接液化核心技术。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发利用该技术建成了4400吨/年油品（固体石蜡、高温冷凝物、低温冷凝物等烃类产品）中试装置和100吨/年催化剂剂生产装置，该中试装置经过十多种工况考核，连续运行6068小时。该技术具有生产强度高，催化剂性能好消耗低、液固分离可靠等特点，整体工艺流程先进、合理并具有创新性。粗产品石蜡、高温冷凝物和低温冷凝物经过提质加氢，所得柴油具有十六烷值高、清洁环保等优点，石脑油具有三烯收率高的特点，是优质的乙烯裂解原料。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发该技术由中国石油和化学工业协会组织鉴定，结论为“国际先进，国内领先”。已获得8项专利。兖矿集团在掌握煤炭间接液化低温F-T合成技术后，开始了高温F-T合成技术的研发，目前已完成了实验室研究，预计2006年完成中试任务。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发4．多联产系统优化设计技术煤气化多联产系统是把煤气化、动力生产系统、燃料生产系统集成起来，不仅存在复杂的物流交换、能量合理利用、系统经济综合平衡等技术，而且这些子系统与原生产单一产品的子系统在功能和流程结构上不同，必须在单元工作条件改变的同时，进行系统的优化综合和设计。第二部分兖矿煤气化多联产关键技术的产学研联合研发通过掌握煤炭联产系统的优化设计和分析技术，配以有关数据库，开发出具有自主知识产权的应用于煤炭联产系统集成和优化的大型计算机设计平台。其特点是：（1）可模拟分析联产系统的全息性能；（2）对物质和能量转换过程进行集成，实现联产系统的流程与参数同步优化；（3）系统动态变负荷控制策略，实现系统优化运行。第三部分兖矿多联产系统工业化示范情况兖矿多联产系统工业化示范装置由年产24万吨甲醇、76MW联合循环发电及其公用工程组成，项目总投资15.8亿元人民币。本工程的工艺装置包括:空分、新型气化炉煤气化、甲醇原料气净化、甲醇压缩及合成、甲醇精馏、甲醇罐区、发电燃料气脱硫、硫回收、氨吸收制冷、燃气发电等。第三部分兖矿多联产系统工业化示范情况兖矿多联产系统工业化示范装置于2003年5月1日开工建设，2005年7月进入系统试运行。煤气化单元的连续投料系统运行稳定，各项技术指标均达到或超过设计要求。合成气净化和甲醇精馏单元也完成了单元投料运行工作，基本达到了设计生产负荷。燃气发电单元正在进行系统全面调试和代用燃料的燃烧试验，多联产系统测试与数据采集工作已经正式启动，2006年2月将完成多联产系统集成等示范研究工作。第四部分兖矿未来多联产发展展望1.多联产系统流程方案空气分离煤炭气化甲醇合成合成气净化F-T合成（浆态）MTOCO分离醋酸合成产品精制燃气发电H2醋酸乙烯合成醋酸32万吨/年聚丙烯50万吨/年醋酸乙烯25万吨/年电300MW柴油83.84万吨/年石脑油17.67万吨/年LPG5.98万吨/年甲醇60万吨/年硫回收硫磺18万吨/年乙烯甲醇尾气其它尾气第四部分兖矿未来多联产发展展望2．兖矿集团煤基多联产系统实施步骤第一阶段：2006年，将兖矿集团煤化工产业发展规划及陕西榆林百万吨级煤间接液化项目核准报告上报国家发改委；2008年左右建成采用低温费托合成工艺的100万吨/年煤间接液化制油工业化示范项目，完成工业化示范任务；采用自主知识产权大型化水煤浆气化技术，建设大型水煤浆煤气化工业化示范装置，完成大型水煤浆气化技术工业化示范研究；第四部分兖矿未来多联产发展展望2．兖矿集团煤基多联产系统实施步骤第一阶段：以部分合成气和氢回收装置尾气为燃料，建设300MW煤气化联合循环发电装置，完成煤间接液化和燃气发电联产系统的示范任务；为提高系统投资经济性，引进鲁奇公司超大甲醇和甲醇制丙烯技术，建设50万吨甲醇制丙烯装置，超大甲醇装置驰放气进入氢回收装置提氢后也作为燃气轮机燃料。第四部分兖矿未来多联产发展展望2．兖矿集团煤基多联产系统实施步骤第二阶段:2013年形成以低温费托工艺为主的年产500万吨油品的总