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一、煤气化简介 煤气化是煤炭深加工的一种方式，是指以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料或下游原料的过程。 煤炭经过气化产生合成气（主要成分为CO和H2），再应用到下游的合成氨、煤制燃料、煤制化学品等领域，可以极大的提高煤炭及附属产品的价值，提高煤炭的综合利用率。此外，约占全国煤炭总储量20%以上的高硫煤必须经过气化炉气化才能获得高效清洁的利用。 煤气化示意图 煤气化的主要应用领域：煤气化下游应用领域可分为传统与新型煤化工等领域。主要应用于合成氨、甲醇、乙二醇、烯烃、油品和天然气的制造，以及电力行业IGCC发电，制氢气等。 煤基合成氨示意图 煤制甲醇示意图 主流煤气化技术介绍及比较：目前国内的煤气化技术主要分为固定床工艺、流化床工艺、气流床工艺和熔融床工艺（尚无工业化应用）四大类。 四种气化炉形式 固定床气化：固定床是床层基本不动或缓慢向下移动，块煤从炉顶加入，自上而下经历干燥、干馏、还原、氧化各灰渣层，灰渣最终经灰箱排除炉外。 目前常见的固定床炉型 固定床气化炉的优势：固定床生产的合成气中含有5~12%的甲烷，可以减少煤制天然气项目中甲烷化的负荷；固定床气化炉使用块煤做原料，亦称碎煤炉，由于无需磨煤和制浆；因此，固定床气化炉在煤制天然气项目和设备投资额上具有优势。 固定床气化炉的缺点：对煤种要求高，富裕粉煤无法消化处理；气化产生的含氰废水处理难度高，环保方面压力大。 气流床气化：气流床采用纯氧作为气化剂，原料煤（煤粉或水煤浆）由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气化反应。气流床气流速度更快，原料被碰头雾化，瞬间经历干馏、燃烧、还原等几个阶段，煤颗粒在被气化的过程中随气体一起流动。气流床按进料方式分为水煤浆气化和粉煤气化。 常见气流床炉型 气流床气化炉的优势：对煤种的适应性好；单炉日投煤量远高于固定床；合成气中有效气比例高，且不产生焦油、萘、酚等污染物，三废处理简单。 气流床气化炉的缺点：氧耗较高，需要配备专门的空分设备，一次性投资较高。 流化床气化：流化床气化是气化剂由炉下部吹入，使细粒煤在炉内呈并逆流反应，与固定床相比，气化剂流速更快，气化剂通过煤粉层，使燃料处于悬浮状态，固体颗粒的运动如沸腾的液体一样。 常见流化床炉型 流化床气化炉的优势：原料资源极为丰富，同时价格相对低廉；反应条件温和，设备和材料可国产化；产生的污染物少，环保压力小。 流化床气化炉的缺点：单炉生产能力较小、反应温度较低。 几种代表炉型性能比较 二、环保压力与技术提升双轮驱动推进煤气化发展 趋势一：在环保和成本的双重压力下，合成氨工艺面临技改 化肥厂合成氨是煤气化的主要应用领域之一，煤制合成氨约占我国合成氨总产能的75%，合成氨是氮肥等化工产品的原材料，其中约有60%用于生产尿素。15%用于生产碳酸氢铵。 合成氨下游应用 2016年我国尿素产能共计约8400万吨。煤头约6100万吨，气头约1900万吨，其余为焦炉煤气产能。其中，煤头尿素主要工艺以固定床为主，占比51%。 2016年不同工艺尿素产能占比 1、固定床合成氨技术路线面临环保能耗压力 能耗方面：根据《工业和信息化部关于推进化肥行业转型发展的指导意见》的要求，到2020年，采用非无烟煤的合成氨产品占比从目前的24%提升至40%左右；同时所有合成氨企业能源消耗水平达到《合成氨单位产品能源消耗限额》要求，其中70%的企业达到新建企业准入值要求； 合成氨单位产品能源消耗限额》中限定的合成氨企业能耗标准来看：采用固定层间歇式煤气化技术（以无烟块煤为原料）的合成氨产能能耗平均值为1683 千克标煤/吨，超出了1500千克标煤/吨的限额。 环保方面：2018年1月1日将推行的环保税法将对废液、废气、废固和噪声进行量化征税。就尿素生产而言，煤气化是最主要的污染环节之一，合成气中普遍含有二氧化硫等大气污染物，需要进行脱硫净化等处理。国内主流工艺水煤浆、粉煤气化和固定床环保性依次降低，尤其固定床工艺产生的气体含焦油和酚类，废水和废气处理难度最大。实际生产中具体厂家由于装置维护差别环保性会有差异，但小产能和老产能普遍环保性差，如果不进行改造将面临较高的征税成本。 2、电价、气价优惠政策陆续取消，传统工艺面临成本压力 发改委2015 年4 月发布《逐步取消化肥生产的电价优惠》，提出到2016 年4 月20 日，化肥电价优惠全部取消。生产单吨尿素用电量约800-1200 度，化肥用电优惠取消使得单位电价上涨0.07-0.1 元，使尿素成本上升80-100 元/吨，增加企业成本压力，加速高成本的落后产能退出。 国家对化肥用气价格一直有较大补贴，化肥厂气价一般比工业用气价格低0.4 元/方以上。2016 年11 月，发改委发布的《关于推进化肥用气价格市场化改革的通知》明确取消化肥优惠气价。化肥优惠气价取消后，预计化肥用气成本将至少上涨0.4 元/方，对应尿素成本将上涨280元/吨以上。 3、化肥行业景气度提升，气流床将独享技改份额 2015年12 月发布的《2016 年关税调整方案》取消化肥相关原料类产品氨和氨水等出口时每吨180 元和60 元的出口关税，《2017 年关税调整方案》则取消了氮肥的出口关税。取消出口关税后，尿素出口有望增加。 据氮肥工业协会统计，2015 年1 月到2016 年9 月，全国共有涉及到30 家企业的38套尿素装置停产或退出，退出产能共计675 万吨，其中固定层间歇煤气化占73.2%，天然气占23.9%，由于落后产能的大量退出，部分地区尿素供不应求，市场价格明显回升。 气流床与固定床相比，在节电降耗、煤种适应性和环保等方面具有十分突出的优势，将独享化肥厂技改份额；固定床能耗超标，技改采用气流床后能耗明显降低；气流床煤种适应性好，且污染较小。 趋势二：新型煤化工投资提升，带动煤气化投资规模提升 1、技术进步突破环保限制，政策利好激发投资热情 煤化工项目耗水问题已经得到了显著改善。早期煤化工工艺不成熟，项目水耗很高，而随着工艺的逐步成熟，煤化工项目的水耗问题得到显著改善。例如神华鄂尔多斯煤制油项目吨油水耗从设计之初的10 吨降至目前的5.8 吨，煤制烯烃吨耗水也已从32 吨下降到7 吨。 《能源发展十三五规划》提出，“十三五”期间煤制油、煤制天然气生产能力达到1300 万吨、170 亿立方米左右。截至2016 年底，我国煤制油、煤制天然气产能分别为658 万吨、31 亿立方米，项目投资空间巨大。 《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》提出，重点开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5 类模式以及通用技术装备的升级示范。“规划”共提出14 个示范项目，其中煤制油项目4 个，煤制天然气项目5 个。 2、油价回暖，新型煤化工项目经济性回升 煤化工项目经济性随油价回暖而回升。发展新型煤化工的目的是替代石油化工产品，所以新型煤化工行业主要受油价影响。以煤制乙二醇为例，在目前价格水平下，煤制乙二醇项目经济性非常好。 我国不同地区煤制乙二醇项目成本估算 随国际油价回升，煤制油项目经济性也将凸显。以神华宁煤煤制油示范项目为例，按照宁煤项目的产品构成和产品目前的市场价格来计算，每吨煤制油的综合收入大约为5500 元。据中国化工报报道,目前煤制油单位完全成本约5200 元/吨，煤制油项目目前能够保持盈亏平衡。2017 年2 月份，有报道称国务院正在审批对煤制油示范项目免征5 年消费税的优惠政策，若该政策能落地，煤制油单位完全成本将下降1500 元左右，煤制油项目经济性将显著增强。 作者：阳光时代环境资源能源研究中心 魏长青 |
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