面對煤化工遇到的困難和挑戰(zhàn)，陜西石油和化工企業(yè)聯(lián)合高校院所，通過技術耦合，成功研發(fā)出一批集煤化工、石油化工、天然氣化工為一體的煤化工新技術，不僅改變了煤炭單一的轉化方式，還提高了資源利用率，促進了煤炭的綜合高效清潔利用。這是12月2日記者在西安召開的陜西省化工學會煤化工專業(yè)委員會2014年學術研討會上了解到的。

    耦合一：煤熱解與煤氣化制油

    “現(xiàn)有的煤炭熱解技術難以有效解決粉煤及粉焦問題，不能充分利用煤炭資源，焦爐煤氣含塵量高，存在環(huán)保安全隱患。我們在全球首創(chuàng)的粉煤加壓熱解制油及半焦氣化一體化技術（CCSI），將煤熱解與煤氣化集成耦合，既獲得較高的煤焦油產(chǎn)率，又生產(chǎn)合成氣再制油品，實現(xiàn)了‘兩頭見油’，將開辟第三種煤制油的‘延長模式’。”在會上，延長石油集團碳氫高效利用技術研究中心副總工程師王寧波對他們開發(fā)的CCSI技術前景非?？春谩?/span>

    據(jù)王寧波介紹，CCSI技術的核心創(chuàng)新點是反應快，對粉煤及粉焦實現(xiàn)了高效利用。該技術幾乎可以把原料粉煤全部轉化為合成氣與煤焦油，既獲得煤炭資源中所含的油品、化學品，也保證較高的碳轉化效率，將煤炭資源吃干榨盡。此外，該技術還具有反應條件溫和，單爐處理能力大，工藝環(huán)保，不產(chǎn)生污染性煙氣、黑水及半焦等副產(chǎn)物，水耗較低等特點。

    今年6月下旬，延長石油碳氫技術研究中心完成了CCSI技術全部小試試驗，結果表明在關鍵產(chǎn)物收率方面取得較大突破，煤焦油平均收率達15%以上，裝置運行穩(wěn)定。技術人員通過對不同溫度、壓力、停留時間等的探索，獲得了最優(yōu)工藝條件，積累了操作經(jīng)驗。

    在小試研究取得成功后，碳氫技術研究中心建設了CCSI技術中試冷態(tài)模擬實驗裝置，累計運行35小時，也取得了較好的試驗效果，證實了核心反應器結構的可行性與合理性。目前，該中心正在進行CCSI中試裝置詳細設計、設備采購及現(xiàn)場土建，預計2015年7月具備投料試車條件，明年年底前完成中試試驗及優(yōu)化整合。

    西北化工研究院院長劉國平認為，煤—天然氣共氣化技術結合延長石油集團煤炭和天然氣資源稟賦，在解決碳氫互補問題的同時，實現(xiàn)了熱量平衡，減少了能量損失。

    耦合二：煤氣化與天然氣氣化

    針對煤氣化氫碳比低、天然氣氣化氫碳比較高的實際，西北化工研究院創(chuàng)新地將二者的氣化過程耦合起來，開發(fā)出煤—天然氣共氣化制合成氣技術。據(jù)西北化工研究院高級工程師徐紅東介紹，與煤粉氣化、水煤漿氣化、天然氣氣化技術相比，這種技術省去了變換過程，充分利用了高溫、水蒸氣，節(jié)省了氫、碳及熱量，減少了二氧化碳排放，降低裝置投資及運營費，氫碳比更適宜醇醚合成。

    “煤—天然氣共氣化技術的難點在于煤、天然氣活化能差別較大，它們能否在停留時間短的氣流床爐內(nèi)同步轉化，在反應活性、反應速率和反應方向等方面是否存在相互影響。”徐紅東說。為了獲得準確的答案，今年5月，西北化工研究院開始技術試驗，采用自主設計的單噴嘴煤—天然氣共氣化氣化爐，將煤漿、天然氣與氧氣混合后進入氣化爐進行反應。

    試驗結果表明：煤—天然氣氣流床共氣化工藝可行，產(chǎn)生的合成氣質量較好，氫碳比適中，甲烷含量低，氣化過程中氣固轉化率高；能量和物料利用合理，能耗比單純的煤氣化和天然氣氣化低；甲烷/煤比直接影響氣化效率和合成氣氫碳比，可以靈活調整；氣化爐負荷調整方便，操作彈性大。該試驗裝置當煤漿濃度58%~60%、入爐天然氣10立方米/時左右時，合成氣中CO+H2含量達到84.29%，其中CO、H2分別為42.08%、42.21%。

    耦合三：甲烷與二氧化碳重整

    陜西師范大學化學化工學院研發(fā)的甲烷與二氧化碳重整制合成氣技術也是耦合技術的一個代表。該技術利用甲烷與二氧化碳兩大溫室氣體，合成出氫碳比接近1的適合制取含氧化合物的原料氣。

    陜西師范大學化學化工學院教授劉忠文告訴記者，煤氣化過程中，除有效成分CO+H2外，還產(chǎn)生一定的CO2。他們嘗試以CO2作為弱氧化劑，甲烷脫氫分解為碳和氫，進而生成CO和H2。這項技術面臨的最大挑戰(zhàn)是積炭嚴重，催化劑易失活。他們借助絡合劑調控鎳顆粒尺寸、分布及其與二氧化硅之間的相互作用，加入儲氧性能較好的Ce-ZrO2助劑，達到了調變積炭和消除積炭之間的平衡，獲得了高活性、高穩(wěn)定性高效鎳基CDR催化劑，終使甲烷與二氧化碳重整制合成氣這一技術設想變?yōu)楝F(xiàn)實。

    技術創(chuàng)新要突破單打獨斗

    西北化工研究院院長劉國平認為，隨著市場的飽和以及資源、環(huán)境壓力的增加，煤化工產(chǎn)業(yè)面臨轉型升級的嚴峻挑戰(zhàn)，對煤化工新技術提出了更迫切的要求。煤化工不能單打獨斗，出路在于技術集成一體化。煤的分質利用、煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸、煤化工與石油化工的耦合等成為煤化工領域技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新熱點。

    陜西延長石油集團總經(jīng)理助理李大鵬表示，目前燃煤技術、煤化工、天然氣化工、石油化工技術水平均有了較大提升，但受原料單一和工藝路徑制約，很難真正實現(xiàn)能量梯級利用和資源綜合利用。中國煤化工可持續(xù)健康發(fā)展，就要改變煤炭轉化方式單一、煤炭轉化效率不高等問題，迫切需要技術創(chuàng)新驅動，打破部門、行業(yè)界限，實現(xiàn)煤—電—化—焦一體化發(fā)展，通過煤化工、石油化工、天然氣化工等集成耦合，促進煤炭綜合高效清潔利用。