煤化工生产工艺和自控仪表

金猴闹天

摘

煤炭作为重要的能源资源之一，在国民经济和人民生活中起着越来越重要的作用。随着对煤炭深加工的研究不断加强，煤化工产品的种类也高达数百种。渗透到经济建设和人民生活的各个领域。华陆工程科技有限责任公司（化学工业部第六设计院）在第二届中国煤化工自动化技术高级研讨会上基于煤化工生产工艺和自控仪表进行精彩的报告演讲。

一、煤化工的发展方向

煤化工在经济发展中地位

目前我国的能源资源现状：富煤贫油少气。

国家当前的能源政策：石油替代战略。

煤化工技术不断发展：新型煤化工。

环境、节能减排政策：高效环保。

经济发展为煤化工提供机会：基础产业。

煤化工产业发展政策的基本精神：

稳步推进产业发展，不断发展煤化工产业，以缓解石油供应的紧张局面；科学制定发展规划，促进煤炭区域产销平衡， 鼓励煤炭资源接续区煤化工产业发展；统筹煤与相关产业的发展 ，与水资源的协调发展；煤化工业要坚持循环经济的原则，走大型化、基地化的路子发展开放式的产业链条；加强自主创新，坚持以我为主的 自主创新政策，加大政策支持力度，鼓励设备国产化；煤炭资源的 综合利用和分级分质利用 ；能效指标工业转型升级规划（2011—2015年）》（国发〔2011〕47号）：2015年）》（国发〔2011〕47号）： 第四章重点领域发展导向---第二节调整优化原材料工业：专栏10 原材料行业调整升级重点第四章重点领域发展导向---第二节调整优化原材料工业：专栏10 原材料行业调整升级重点 “在现代煤化工领域，加强统筹规划，严格行业准入，在煤炭资源和水资源丰富、环境容量较大的地区有序推进煤制资源和水资源丰富、环境容量较大的地区有序推进煤制烯烃产业化项目，鼓励产业链延伸，积极发展高端产品； 烯烃产业化项目，鼓励产业链延伸，积极发展高端产品。”

《石化和化学工业“ 十二五” 发展规划》 在总量目标中提出在总量目标中提出“在原料方面，烯烃原料多元化率达到20%”，在产品方面提高烯烃的产量，“烯烃国内保障能力保持合理水平”，在布局结构中，要求“现代煤化工产业向资源地集中”。“在重点产煤省区，适度布局，并采取集中集约、上下游一体化方式建设现代煤化工生产基地”。

二、煤化工中大宗化工产品

在具体的应用中替代石油的煤基化工产品

三、煤化工工艺技术说明

1、工艺上首先对原料煤采用“拔油头”的工艺：BGL块煤气化和粉煤热解工艺。BGL气化工艺的优势在于其气化产物中富含煤焦油和甲烷气，不用太多的工艺过程，便能得到目标产品。从投资来分析，移动床气化比干粉煤气化及水煤浆气化有明显优势，粉煤气化的投资至少是移动床碎煤加压气化投资的2倍以上。对于煤气化下游生产工艺来说，由于移动床碎煤加压气化的粗煤气中甲烷含量高，变换负荷小，变换、低温甲醇洗净化装置等下游工艺装置的消耗、投资均显著降低。

2、粉煤热解部分，外热式回转炉干燥—热解相结合的方法，干燥水和热解水分别回收利用，减少了污水处理难度和投资，做到了污水回收利用；所产的热解气成分好、热值高，是很好的制氢原料；提质所用原料煤是较低热值、粒度25mm以下的末煤，有效解决了块煤供应不足、末煤产能过剩的局面；所产提质煤热值高，能把热值5200kcal/kg的低热值煤热值提高到7000kcal/kg以上，减少了煤炭运输费用和能耗，降低煤的挥发分和氧含量，提高了煤的氧化安定性，提高了储运安全性；所产低温煤焦油是优质的化工原料和燃料。该技术符合国家提倡的煤拔头技术创新和国家倡导的煤炭分质利用原则。

3、为满足环保和节能的要求，并补充F-T合成对氢气的需求，项目采用了水煤浆加压气化的废锅流程。BGL炉从气化装置效益上讲是比较好的，但是存在两个缺点：一是排出的废水污染物浓度高，非常难于处理。如果要达标排放，则在废水处理装置上将要投入大量资金。二是原料煤需要用6---50mm的碎煤，从原煤筛分下来的大量粉煤没有得到利用。水煤浆气化工艺是目前使用的先进的煤气化工艺中最成熟可靠，经验最多，国产化最高的气化工艺，采用以BGL和水煤浆气化联合气化工艺，将BGL生产废水用作水煤浆制浆用水。

4、对于煤炭综合利用项目，煤热解以最大限度提取煤焦油为最终目的，焦油加氢以最大限度生产燃料油为技术之首选，焦油加氢工艺提高了焦油的附加值，其生产工艺过程国产化已经过关，并易操作和控制。

5、F-T合成和油品加工装置是以CO和氢气为原料合成生产柴油、石脑油、LPG和低碳醇。F-T合成的尾气进入天然气液化联合装置后将CO／H2与烃类进行分离。CO和H2混合物进入PSA装置提取氢气，供应焦油加氢装置和油品加工装置。由于混合气中氢气不足，需要从水煤浆气化的净化其中抽取一股原料气作为PSA进料气的补充。F-T合成压力要求低，但气化在压力高时经济性好，在进F-T合成前最好进行能量回收。

四、煤化工中的自控仪表

1、煤化工中的自控仪表特点

自动化仪表通常由多个自动化元件共同构成，视需求的不同还具有数据分析、数据传输、联动控制、自动报警等机能，因此适用范围广泛。常见的自动化仪表可以分为：物料仪表、压力仪表、流量仪表、温度仪表、过程分析仪表，煤化工行业所应用的自动化仪表包括了以上全部种类，所以复杂程度比较高。近些年来，随着信息技术的发展，自动化仪表和信息技术之间的联系愈发紧密，自动化仪表大多实现了信息化、智能化、网络化发展，不仅应用性得到了提高，应用领域也得到极大的拓展，这点在煤化工行业的应用更为突出。

2、煤化工行业对自动化仪表的应用

安全仪表系统一改原来设计中程序初始化、顺控和紧急停车综合在一起、再做成一个大联锁的结构特点，将程序结构分解成模块化设计。安全仪表系统设计分开车顺控、停车顺控、氧气管线减压顺控、氮气吹扫顺控和停车跳车逻辑等五个模块，将程序初始化放在开车顺控中，再将各个模块之间相互关联的因果关系关联起来，这样不仅使程序设计更加条理清晰，简单易懂，而且用户更容易理解和消化吸收，消除了水煤浆气化中ESD系统设计的神秘性。改正了以往设计中SIS系统和DCS系统之间硬接线和通讯信息太多的特点，同时减少辅助操作台上的开关按钮，在控制室安全仪表系统中设置操作站，用于开车顺控等的操作。

五、对于煤化工自动化仪表的建议和展望

我国的煤化工企业在自动化仪表的应用上已经基本渡过了初期阶段，最基础的自动化仪表网络建设已经完成，后续的信息化、智能化、系统化建设可以进一步展开。相关企业正可以借信息时代的东风，尽快完成自动化仪表的进阶应用，推动我国煤化工行业的发展。