煤制天然氣煤氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及分析

李 銘

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

煤制天然氣煤氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及分析

李 銘

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

隨著人們生活水平的不斷提高以及世界工業(yè)的高速發(fā)展，作為一種高效清潔能源，中國作為人口大國，天然氣的需求越來越大，因此，中國在較長時間內(nèi)將會出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。煤制天然氣技術(shù)的大力發(fā)展不僅可有效緩解中國的能源危機，并且可以有效地改善中國的環(huán)境狀況。本文綜述了煤制天然氣的現(xiàn)狀，并對現(xiàn)今的煤氣化技術(shù)進行詳細介紹，希望對相關(guān)人士有所幫助。

煤制天然氣；煤氣化技術(shù)；現(xiàn)狀；研究分析

我國是一個富煤、貧油、少氣的國家。隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化的推進，天然氣消費量已迎來快速增長期。適度發(fā)展煤制天然氣，可以有效增加國內(nèi)天然氣供給，降低對外依存度，提高國家能源安全保障。目前，已建成的大型煤制天然氣項目建設(shè)投資較高，裝置運行的經(jīng)濟性較差；要提高煤制天然氣裝置的經(jīng)濟效益，需要對工藝路線進行不斷的創(chuàng)新和改進，以降低裝置投資和運行消耗。

1 我國煤、油、氣現(xiàn)狀級煤制天然氣的重要性

隨著人們生活水平的提高以及工業(yè)生產(chǎn)的快速增長，天然氣作為一種安全、方便、清潔、優(yōu)質(zhì)、高效的能源，其需求量正日益增長。中國能源結(jié)構(gòu)特點為“富煤、缺油、少氣”，天然氣儲量僅占世界總儲量的1.3%。雖然中國天然氣產(chǎn)量正逐年攀升，但其產(chǎn)量遠遠趕不上需求量，天然氣的嚴(yán)重短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了中國國民經(jīng)濟的發(fā)展。而化石燃料的大量使用會對全球生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，作為煤炭資源較為豐富的國家，對煤炭資源加以清潔利用以合成天然氣，不僅能有效緩解中國的天然氣供需危機，還能明顯降低氣體污染物的排放，對中國的環(huán)境保護及能源發(fā)展具有重要意義。

2 煤氣化技術(shù)概念

煤制天然氣就是煤經(jīng)過氣化生產(chǎn)合成氣，再經(jīng)過凈化處理，最后甲烷化合成發(fā)熱量大于33.49MJ/m3的合成天然氣。煤制天然氣技術(shù)成熟、可靠；煤耗低，能源轉(zhuǎn)化率高。另外天然氣產(chǎn)品可以依賴國內(nèi)完善的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)進行運輸、分配、銷售，使天然氣產(chǎn)品具有很大的市場空間。可以充運輸成本分利用國內(nèi)的低熱值褐煤或者地處偏遠、高的煤炭資源，就地建設(shè)煤制天然氣項目。因此煤制天然氣不僅能解決國內(nèi)天然氣資源供應(yīng)的緊張局面，同時也是一種高效清潔利用煤炭資源的途徑。煤氣化工藝是發(fā)展煤制天然氣項目的關(guān)鍵技術(shù)。

3 煤制天然氣技術(shù)

3.1 魯奇甲烷化技術(shù)

魯奇甲烷化技術(shù)采用的催化劑為鎳基催化劑，催化劑可以再550～700度高溫下操作，活化溫度為250～290度；魯奇甲烷化工藝流程有三個絕熱反應(yīng)器，原料在汽化以后，進人循環(huán)管線，可以有效防止原料由第一反應(yīng)器向第二反應(yīng)器輸送過程中，第一反應(yīng)器出口溫度過高的問題，同時為了提高煤制天然氣熱效率，魯奇甲烷化工藝在反應(yīng)器出口處回收反應(yīng)熱，反應(yīng)熱主要是利用換熱器完成，脫硫槽在SNG換熱器前而且魯奇甲烷化只有一個補充甲烷器這與戴維甲烷化有明顯不同。

3.2 托普索甲烷化技術(shù)

托普索甲烷化技術(shù)反應(yīng)在絕熱條件下進行。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致了很高的升，通過循環(huán)來控制第一甲烷化反應(yīng)器的度，一般有三個反應(yīng)器，第二和第三絕熱反應(yīng)器可用一個沸水反應(yīng)器(BWR)代替。托普索甲烷化技術(shù)通過高壓過熱蒸汽利用與回收甲烷化熱量，并通過延長產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)產(chǎn)品附加值的提升。

4 煤制天然氣煤氣化技術(shù)

煤氣化工業(yè)上以煤為原料生產(chǎn)合成氣已有百余年歷史，國外煤氣化技術(shù)的發(fā)展可分為三個階段，早在20世紀(jì)50年代煤氣化技術(shù)就已實現(xiàn)工業(yè)化，后因天然氣、石油的大量開發(fā)，煤氣化技術(shù)的開發(fā)一度停止；20世紀(jì)70年代初，國際性能源危機導(dǎo)致許多發(fā)達國家紛紛尋找替代能源，各國對煤氣化技術(shù)的研究重新提上日程；近20年來，國外許多公司為了提髙燃煤電廠熱效率，減少對環(huán)境的污染，對煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)進行了大量的工作，進一步促進了煤氣化技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)煤氣化爐的結(jié)構(gòu)特點和燃料在氣化爐中進行轉(zhuǎn)化時的運動方式，煤氣化工藝可分為三種類型：固定床(移動床)、流化床和氣流床。

4.1 加壓移動床(固定床)氣化

固態(tài)排渣魯奇爐在國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛。優(yōu)點為原料適應(yīng)性較好，單爐生產(chǎn)能力較大，氣化壓力較高，合成氣氫碳比適中，氣化煤時，可得到焦油、中油、輕油、粗酚氨等副產(chǎn)品；其缺點是煤氣化產(chǎn)生廢水量大并且處理難度大，合成氣質(zhì)量較差(含1096左右甲烷)。

4.2 流化床氣化

流化床反應(yīng)器本身適用于高放熱大規(guī)模的非均相催化反應(yīng)，流化狀態(tài)使氣體-固體混合均勻?qū)е路磻?yīng)器內(nèi)接近等溫，操作變得簡單容易，熱量和質(zhì)量傳遞比固定床反應(yīng)器要快得多。此外，可以連續(xù)地加入和更換催化劑，增加生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)能力。在流化床反應(yīng)器的工藝技術(shù)中，以原料氣作為固體催化劑顆粒流化介質(zhì)的流化床反應(yīng)工藝，可以促進原料氣和催化劑的有效接觸，提高了裝置的生產(chǎn)能力。

4.3 氣流床氣化

中國自主開發(fā)了多噴嘴煤漿氣化工藝。神華煤田煤種屬于低變質(zhì)程度年輕煙煤，煤質(zhì)低硫、低灰、高發(fā)熱量，是優(yōu)質(zhì)氣化原料。煤的0～50mm篩分組成中，小于6mm粒度的重量占30%～40%，機械強度85左右，HGI可磨指數(shù)53～56，由于內(nèi)水相對較高，到北部地區(qū)達8%左右，導(dǎo)致神華煤成漿性較差，煤漿濃度66%左右，大部分神華煤灰中Fe2O3、CaO含量較高，導(dǎo)致其灰熔點較低，適合液態(tài)排渣氣化爐使用。從煤的巖相分析可知其惰性組分(絲碳)含量較高，對直接液化不利。神華煤不易長期儲存，暴曬、雨淋后會粉化，影響機械強度。

結(jié)束語

隨著煤氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，煤制天然氣項目可選擇的氣化技術(shù)也越來越多，技術(shù)成熟、更環(huán)保、能耗低、經(jīng)濟性好的氣化技術(shù)將成為煤制天然氣項目氣化技術(shù)未來的發(fā)展的方向。

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