煤气化大时代来临

新型煤气化工序正朝着前景更为广阔、竞逐益发充分的巨型商业环节演进。作为煤化工最重要的投资环节，气化设备的风险与机遇也变得愈发难以界定。从贵阳出发，沿着弯曲的山间高速路一路向北，约一个小时即可抵达开阳，路两边的喀斯特地貌不断地涌向眼前。上千年沉积而成的特殊地貌，孕育了地下丰富的矿产资源，吸引了大批的淘金者，也将偏僻的西南小镇带入快速的工业化时代。开阳是国内少有的磷和煤炭资源富集区。在当地，围绕磷矿开发和加工的民营企业早已兴起。更为重要的是，连通上下游的庞大产业机会让国内能源巨头也将触角延伸至此，同时也为各路技术设备提供者提供了一个竞逐的绝佳试验场。山东老牌国企兖矿集团便是其中之一，并将开阳作为其企业增长的主要战略增量之一视之。在和当地政府协商下，兖矿集团煤炭合成氨项目在此落定，为下游企业加工磷肥提供原料。虽然从2005年开始，兖矿在开阳的煤化工项目便已规划完成，2007年与德国科林公司签订气化技术转让合同，而后的两年间一直在消化科林技术，但项目一直拖到2010年才得以开工建设。与此同时，与开阳项目一起被拖累的还有德国科林公司。作为煤化工最重要的环节——气化技术专利商，科林公司从2005年也开始进入中国市场，并在开阳项目的竞标中一举拿下订单。令当时的科林高管没想到的是，虽然早早在中国斩获了业绩——2台400WMth气化炉(日投煤1500t级)，却在7年后才打通流程，稳定生产。在开阳项目艰难开工的几年间，中国煤化工产业发生了突飞猛进的进展。一时间，以煤制气、煤制油、煤制烯烃为代表的新兴煤化工在中国遍地开花，而作为现代煤化工工业流程中必经且投资最高的气化市场，也吸引了各路设备商的进驻。2012年，德国科林公司受生物质制油项目资金链断裂的影响，进行了资产重组，新的科林公司剥离了生物质制油和机械加工等业务板块，保留了煤气化和褐煤干燥等核心业务和技术骨干，而新科林公司的实际控股人也由原来的德国大众集团、宝马公司等股东，变为具有中国资本背景的投资人。在接手科林之前，单育兵一直从事煤炭设备的相关贸易，正是看中了巨大的市场机会以及对德国技术的信任和了解，他联合了几个投资人买下了德国科林公司。在买入科林之后的一段时间内，单育兵频繁往返于中德之间，对科林公司气化工艺包进行理解、吸收，并积极地在中国寻找合适的代工伙伴。和科林公司一样，看好国内的气化市场的，还有各路能源巨鳄，其中有德国电力设备巨头西门子、世界第一大石油公司壳牌等，虽然气化业务在他们庞大的业务版图中只是冰山一角，但在气化领域的投入丝毫不亚于传统行业。让这些设备商看中的是，正是气化在整个煤化工产业链条中的投资比重以及未来广阔的市场前景。据北京杰斯菲克气化技术有限公司(神华宁煤与西门子合资)技术部总经理霍锡臣介绍，气化设备投资大约占到整个煤制气项目投资比重的30%-40%，占煤制油项目总投资20%左右。而根据规划，2015年煤制天然气产量将达到180亿立方米，2020年煤制天然气产量500亿立方米。2020年煤制油产能将达到3000万吨。毫无疑问，如果斩获一个项目订单，对于设备商而言，带来的可能是上百亿的收入。在中国，现代煤化工发展催生了气化、空分、甲烷化等各个行业的爆发。然而，由于煤化工项目属于中国特色，因而，中国几乎成为了各路设备的集中试验厂。在仅仅投产的几个大型煤制气项目中，由气化环节引发的问题接连不断，给投资方造成了难以挽回的损失。气化技术到底有哪些？如何选择适合的气化技术成为了近一段时间行业内热议的焦点。鲁奇炉与它的对手们在煤化工产业链条中，煤气化技术是新型煤化工行业的基础。煤气化是通过煤直接液化制取油品或者在高温下气化制成合成气，再以合成气为原料制取甲醇、天然气、合成油等下游产品。据煤科总院煤化工分院副院长陈亚飞介绍，煤炭具有非均质化特点，同时在煤气化过程中产品以固、气、液三种形态共存，相较于石油化工过程也更为复杂。对于煤气化技术分类方法较多，其中较为主流的分法是按照床型可分为固定床、流化床和气流床，而在现代煤化工中运用的最多即是固定床和气流床。固定床原料主要是以块(碎)煤为主，气流床原料主要是粉煤、水煤浆。纵观煤气化发展历程，固定床工业化生产已经有近200年的历史，最早的常压固定床已经在19世纪30年代的苏联进行应用，最终产品是煤气。20世纪初期，流化床技术出现。30年后，气流床技术在德国出现。也就是在气流床出现的同期，南非沙索公司煤制油项目开始建设，由于当时流化床和气流床技术都不够先进，最终选择了固定床，主要是由德国鲁奇公司提供碎煤加压固定床技术。事实上，鲁奇炉进驻中国市场的时间也非常之早。据资料显示，第一代鲁奇炉出现于20世纪30年代，主要用于褐煤气化，50年代我国原云南解放军化肥厂曾从苏联引进此种炉型。此后的很长一段时间，鲁奇在中国市场占据了绝对优势。第三代鲁奇炉(MK4)是世界上使用最广泛的炉型，在中国最早的一批传统煤化工项目都选择他们的产品，如原山西化肥厂、义马气化厂等均采用该炉型。1978年，美国“大平原煤气化协会”联合几家公司成立达科他气化公司，在北达科他州建造世界第一个天然气合成厂，并于1984年投产，采用德国鲁奇公司开发MK4气化炉。经过30多年运转，大平原项目为中国煤制气发展提供了难得的借鉴。除了固定床，水煤浆技术进入中国时间也较早。1989年，鲁南化肥厂引进了GE水煤浆技术，在经过多方调试近10年时间后，成功投产。随着水煤浆在中国推广，GE公司水煤浆气化技术成为了在中国工业化应用最早且使用业绩最多的气化技术，据统计，国内使用GE水煤浆气化技术的气化炉高达178台。在中国传统煤化工领域，水煤浆和固定床有着很长一段的应用史。常压固定床使用量已经达到5000多，水煤浆气化技术经过我国科研、设计、生产、制造部门的多年研究，已基本掌握水煤浆气化技术，并能设计大型工业化装置，国产化率可达90%以上。据山东兖矿国拓科技公司总工程师许广宇回忆，上世纪90年代水煤浆快速发展。但是水煤浆对煤种要求苛刻，要求成浆性好，不利于气化较高灰熔点的煤种。而我国新疆、内蒙、山西、贵州等富煤炭地区多数劣质煤种不适合该气化技术。随着国家对洁净煤技术发展的重视，2000年开始解决不适合水煤浆技术的地区发展问题。2005年，中石化和壳牌签订协议，大批引进壳牌气化技术。由于当时宣传夸大，认为壳牌技术可以适用于一切煤种，最终导致一大批煤化工开开停停，效果不理想。因而，引发了对粉煤气化技术的质疑。“兖矿集团当时考察科林、GSP等粉煤气化技术，用了两年时间研究行不行，希望本土化避免壳牌出现的问题。”兖矿集团开阳化工副总经理郭成太介绍说。从2000年左右，新型煤化工在国内兴起，煤制烯烃、煤制气、煤制油等史无前例的大规模项目等待上马。在中国，煤炭资源丰富的另一面则是煤种复杂性，面对规模巨大的新型煤化工以及愈加复杂的原料，越来越多样的干煤粉气化技术的出现给气化市场带来新的冲击。科林、西门子这些外资企业带着自己的粉煤气化技术瞄准了几乎是世界上唯一的煤气化市场，向中国客户“兜售”好处。在外资企业激烈争夺中国市场的同时，国内一批自主研发的气化技术也开始出现。其中以中国航天科技集团研发的HT-L技术(航天炉)、中国石化SE 东方炉气化技术(东方炉)；华东理工大学开发的对置多喷嘴水煤浆气化技术、清华大学开发的水冷壁水煤浆气化技术等为代表。在这场煤化工盛宴之中，既有外资巨头亦有国内新兴的制造商。毫无疑问，对于他们而言，这都是不能失去的市场份额。更值得一提的是，一批类似鲁奇炉的固定床加压炉在国内生产，并成功进驻了各大煤化工示范项目。随着近两年来一批新项目的投产，气化技术在中国愈加受到重视。而由气化技术延伸出的相关问题也让投资商心有余悸，特别今年3月内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制天然气有限公司发生了一起爆炸事故引发了行业内普遍的悲观情绪。在一定程度上也影响了新项目的建设速度。“万能炉”谎言在“十一五”期间，国家发改委批准了大唐克旗40亿立方米/年、大唐阜新40亿立方米/年、庆华伊犁40亿立方米/年和汇能鄂尔多斯16亿立方米/年四个煤制气示范项目，近一段时间，已经相继开车。此前，美国大平原煤制气项目作为成功案例，接待了络绎不绝的参观者。在大平原项目中成功应用的碎煤加压固定床气化炉给前来参观的中方投资者留下深刻印象，被照搬到中国的四个煤制气示范项目中的三个项目中。而令中方投资者没想到的是，在国外项目近乎完成的固定床加压技术复制到中国项目中出现了水土不服。今年初，作为我国四个煤制气示范项目之一的大唐克旗煤制气项目在运行不到一个月后停车，引发了业界震动。其中主要原因就是煤质中碱性离子对气化炉内壁造成了腐蚀。除了克旗项目，其他一些煤制气项目中，或多或少都遇到了和克旗煤制气项目一样的问题。在新疆，同样使用固定床的广汇项目和庆华项目也遭遇到开车不顺的困境。“煤制气项目出现的一系列问题。主要是对煤质研究不足造成的结果。没有哪一种技术可以适用所有的煤种。原料的性质决定气化路线。”在《能源》杂志采访中，业内专家均对记者如此感慨。“如果哪一种炉型告诉你可以适用所有煤种，可以确定这是一个谎言。”虽然大家都普遍认识到“万能炉”并不存在，但长久以来，对于煤质问题的研究并未引起足够的认识。“煤气化技术的选型和气化方案的制订一定要结合项目所用的煤种，因而对煤炭气化机理及煤种适应性的研究至关重要。一个成熟的气化专利商一定不是在推销某种气化炉设备，而应该是针对项目所用煤种为业主提供一整套煤气化的解决方案。”科林公司技术总监刘崇国介绍说。一般而言，在确定煤炭资源之后，气化炉设备商会将配对的煤矿放入炉内进行试烧，最终根据试烧数据确定是否适用。而在我国煤制气项目建设初期，对煤质研究重视不足，出现了试烧煤和工业化生产煤种变更等问题。据记者了解，大唐克旗煤制气项目由于投产煤种和试烧煤种发生了变化，项目运转后出现了不适应情况，特别是褐煤里面蕴含的碱性金属离子，对气化炉内壁造成腐蚀，被迫停车。直到现在，这一问题还没有解决。大唐能源化工有限责任公司总经理李克军在近日接受《中国煤化工》杂志采访中，也谈到褐煤对气化炉的腐蚀。“褐煤到底含有什么样的腐蚀性物质，各种含量多少？这些成分气化反应之后到底到系统有什么影响？对管线、设备会有什么样的腐蚀？现在都无法判断。”气化技术选择如果忽视煤质将会给项目正常运转不断带来麻烦，造成难以挽回的损失。“当然这和设备本身质量也有很大的关系。”陈亚飞对记者表示。事实上，相较于粉煤气流床技术，固定床技术对原料要求相对高一些。据刘崇国介绍，固定床要求的原料是块煤，其机械强度和热稳定性等指标要求较为严格，在新疆、内蒙等富煤地区由于煤种的机械强度较差，煤矿机械化开采中块煤比例相对较少，而在保存和转运过程中又会有部分煤从块状变成粉状，造成大量的富余粉煤无法消化处理，项目经济性受到影响。“克旗项目遇到的问题可能也是未来对整个行业的一个挑战，比如一个矿区，试烧煤矿的深度是有限的，但是随着开采深度加深，层级增加后的煤种可能发生变化，这也是一个比较尴尬的问题。”据中海油新能源公司一名工程师介绍，固定床比较适合年轻煤如褐煤、长焰煤的气化，由于含水量高、成浆性低，不适宜采用水煤浆技术。但是由于年轻煤种含油量高、固定床技术能够回收焦油、苯酚等副产品，特别是固定床气化中甲烷体积分数更高，更合适煤制天然气项目。“碎煤加压气化在前端转化时候就已经产出来甲烷了，但这个甲烷的浓度不等，一般10%到15%，实际上把一些甲烷化的力量转移到气化炉，降低后端甲烷化的负担。造成的结果是催化剂用量稍微少一些，催化剂塔装置变小。但是甲烷化整个这一套装置，其实就占整个煤制气装置的总投资的10%。甲烷化催化剂占总投资的1%到3%不等。因而，对于业主而言，节省的成本也不太明显。”托普索公司新技术部门经理赵秦聪介绍说。在固定床使用中，另一个值得注意的问题是，后端污水处理难度较强。据李克军介绍，克旗项目污水处理系统出现了很大问题，耗一吨煤产生1吨多污水，含有苯酚、焦油等成分。如果想要达到水处理的理想效果，处理1吨污水花费高达137元。在业内，大唐克旗项目后期对于水处理追加近20亿投资已经成为公开的秘密。据许广宇介绍，固定床洗煤水里面酚和焦油难处理，用生降法操作条件非常苛刻。同时，生物法占地面积大，时间比较长。在庆华新疆和克旗项目，厂区时常弥漫难闻的气味。在新疆伊犁，庆华一期项目固定床的使用对于煤块的成煤性要求颇高，但机械化开采中，块煤较少。因而，在二期项目中，庆华集团将考虑采用粉煤气化技术，和一起固定床进行混合生产，提高煤炭的使用率。这样一种方案也越来越多的被新项目所借鉴。在山西大同和鄂尔多斯地区，中海油未来开建的两个煤制天然气项目可能将采用两条技术路线——固定床和粉煤气化技术。5月中旬，几乎进军中国市场的各路煤粉气化专利商都赶赴新疆伊犁，向项目开发商展示自己的技术，而在竞相吸引对方注意的背后还有更深层次的竞争。捆绑模式对庆华这样的民营企业而言，煤化工市场的高额利润固然诱人，一旦出现大的设备故障，可能遭遇从富翁变成负翁的风险。由于目前开工、投产煤化工项目进展不算顺利，影响了投资方进一步的开工热情，特别是对气化技术选择也更为慎重。由于科林气化炉成功实现了贵州“三高劣质煤(高灰份、高灰熔点、高硫分)”的清洁高效转化，对那些拥有劣质煤炭资源的项目业主的来讲，仿佛又看到了一线希望。“自从科林气化装置开车运行以来，前来公司参观考察的国内外公司越来越多，几乎每周都有几波参观团前来贵州开阳考察，就是想亲眼证实我们的气化炉运转情况。”郭成太说。事实上，对于气化炉技术路线以及专利商的选择，业主一方面看中性价比，现在更为重要的是考量是否有运行项目。而其中，对于专利商而言，还有一种力量不能忽视，那就是设计院的推荐。“很多业主对项目技术研究不深，之前和设计院都有往来，比较信任，选择和设计院一起考察专利商，因而推荐谁的技术至关重要。”据上述业内人士介绍。在《能源》杂志采访中，业主和专利商均表示，无论业主选择哪条技术路线，设计院对于业主的选择影响分量比较重，特别是对于一些跨行业投资的业主。“在选择炉型时，一是我们会和专利商交流，看他是否有业绩；二是也会参考设计院的意见。”上述中海油新能源公司人士透露。因而，虽然各个专利商都表示没有和设计院签订排他性的战略合作协议，但毫无疑问，倾向性较为明显。以大唐克旗一期项目和庆华新疆一期项目为例，均交由赛鼎工程有限公司，也就是原化学工业第二设计院承担工程设计工作，由于赛鼎公司拥有自主生产的炉型，因而在这两个项目中采用了赛鼎公司生产的碎煤加压气化炉。一直以来，赛鼎公司在国内传统煤化工项目特别是焦化项目中占有优势，特别是一系列碎煤加压炉的应用为后期新型煤化工业务拓展打下了基础。造成的结果是，赛鼎公司气化炉在销售方面具有天生的优势。据此前媒体报道，赛鼎公司在国内设计的用于煤制合成氨、甲醇、煤制油、煤制天然气等工程的碎煤加压气化炉已超过200套。如此大的销售量，让在国内极力推荐自家技术的国外专利商望尘莫及。鲁奇炉成为了碎煤加压气化炉的代名词。而克旗和庆华项目的投产结果，也让市场对碎煤加压气化炉的质量产生怀疑，引发了对鲁奇炉质量的担忧。“事实上，在目前国内煤制气项目应用的气化炉和德国鲁奇公司没有丝毫关系，只是国内制造商在引进鲁奇技术后，对其消化吸收，研发的类似鲁奇炉的炉型。目前，国内鲁奇炉设计主要是赛鼎公司承担。投资方选择国产炉，一方面是设计院的推荐，另一方面是成本的考量。煤气化炉配上空分装置，可能会占到总投资的一半，甚至一半多，进口的气化炉可能是国内价格的三倍，如果说以20亿煤制气规模，可能一个项目就能差出20亿投资。”上述业内人士对记者称。近期，德国鲁奇公司将最新研发的炉型Mark+推向中国市场，然而由于之前项目引发的误解对鲁奇的推广产生一定的负面影响。在国内，东方炉的研发也受到了关注。SE东方炉是华东理工大学与中石化共同拥有、中石化具有主导权的SE气化技术。作为未来国内最大的煤化工投资商，中石化也在为项目开工建设做准备，特别是旗下的设计院力量已经比较成熟，加快气化炉研发有助于项目的推进。毫无疑问，随着东方炉量级不断加大，未来在中石化项目会有大批量的应用。据业内人士介绍，目前国内除了赛鼎公司之外，对于煤化工设计涉猎较早的还有中国天辰工程设计院(原化工部第一设计院)。“国内的每一个设计院有自己的特长，可能某个设计院做某种炉型是偏多的，现在国内的设计院天然形成了以炉型种类进行划分。”赵秦聪说。以天辰工程设计院为例，近年来煤化工方面业绩突出，特别是大型水煤浆制合成气方面在国内占较大份额。另一家同属于中国化学工程集团的中国物化工程公司(即原化学工业部第四设计院)在传统的氮肥设计领域优势明显，近年来在现代煤化工方面先后承揽了以大唐多伦煤化工为代表的大型项目，同时国内粉煤加压气化(主要是SHELL技术)项目五环公司承揽了绝大部分。这也就意味着，基本上每种炉型都找到了属于自己的设计院。而在项目的角逐中，设计院的中标对于绑定专利商而言，无疑是最大的获利。造成的结果是，一家设计院对于项目的影响几乎是决定性的。但令上述中海油新能源公司人士担忧的是，一旦大家都找一家设计院，由于设计院资源相对有限，后来开工者是否享有较好的设计资源值得担忧。在内蒙古准格尔旗大路新区，河北建投集团、中海油、北京控股集团投资的120亿立方米煤制天然气项目选择同一家设计院——天辰。这也就是意味着，有限的设计资源将被同期三个项目分担。“像大唐跟庆华虽然是第一批项目，当时找的都是一家院，对于那个设计院来讲，工作量也是非常大的，但是，同一个院做可能会对全系统的平衡和能效的利用是有好处的。”因而，国内市场出现了将项目设计不同环节交予不同设计院的趋势。“国内的公司也在探索，如果业主自身的经验足够丰富了，工程设计可能不承包给一个院，他会分给各有专长的设计单位。”赵秦聪介绍说。在新疆霍城，中电投煤制气项目可能将以此模式进行，分包模式效果还有待时间检验。