組合氣化技術(shù)在煤制天然氣項(xiàng)目中的應(yīng)用

馮全文

遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

組合氣化技術(shù)在煤制天然氣項(xiàng)目中的應(yīng)用

馮全文

遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司

進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著石油資源的日漸減少，石油價(jià)格直線攀升，利用煤化工產(chǎn)品替代石油化工產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)日漸顯現(xiàn)。隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視，節(jié)能減排力度越來(lái)越大，天然氣作為清潔能源的優(yōu)勢(shì)日益突出。由于天然氣相對(duì)稀缺，以及清潔環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重需要，天然氣必定會(huì)供不應(yīng)求，煤制天然氣的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式，也是煤制能源產(chǎn)品的最優(yōu)方式，發(fā)展前景看好。天然氣在我國(guó)是一種相對(duì)稀缺的優(yōu)質(zhì)、清潔能源，市場(chǎng)發(fā)展迅速，但資源緊張、供求矛盾突出，顯示出天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)的巨大潛力。

煤制天然氣；組合氣化技術(shù)；應(yīng)用

煤氣化技術(shù)是煤制天然氣項(xiàng)目的核心，不同的氣化技術(shù)決定下游裝置的規(guī)模及技術(shù)路線，目前已經(jīng)工業(yè)化的氣化技術(shù)有固定床加壓氣化、水煤漿加壓氣化和干粉煤加壓氣化技術(shù)。某煤制天然氣項(xiàng)目所使用原料煤的水和氧含量較高， 水含量接近27%(空氣干燥基為12.06%)，屬較難成漿煤種，不符合水煤漿氣化對(duì)原料煤具有較高成漿性的要求。

1 激冷型粉煤氣化技術(shù)

激冷型粉煤氣化技術(shù)包括國(guó)外引進(jìn)的GSP粉煤氣化技術(shù)和國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的“航天爐”、SE-東方爐粉煤氣化技術(shù)等。該氣化技術(shù)中氣化爐的操作溫度高，可以達(dá)到1500℃以上，合成氣中不含有焦油，大幅降低裝置灰水處理難度，且在目前已經(jīng)應(yīng)用的工業(yè)化裝置中，灰水經(jīng)過(guò)處理后返回系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用，減小了污水排放和污水處理難度，是一種潔凈型煤氣化技術(shù)。

激冷型粉煤氣化技術(shù)采用干煤粉進(jìn)料，后接濕法激冷和洗滌的工藝流程，煤種適應(yīng)性廣，碳轉(zhuǎn)化率高(99%以上)、原料消耗低、有效氣含量達(dá)到90%，冷煤氣效率高，原料煤所含能量之中80%～83%以合成氣形式回收，另外14%～16%以蒸汽形式回收。

2 碎煤加壓氣化技術(shù)

碎煤加壓氣化技術(shù)通過(guò)對(duì)煤氣廢水的處理可獲得焦油、石腦油、粗酚等副產(chǎn)品，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。蒸汽與氧氣混合作為氣化劑由氣化爐底部通入，原料煤從氣化爐上部加入，氣體在氣化爐內(nèi)由下至上依次通過(guò)灰層、燃燒區(qū)、氣化區(qū)、干餾區(qū)與干燥區(qū)，最終從爐子頂部排出。干餾區(qū)溫度為600℃～800℃，從原料煤中干餾出的焦油、石腦油、酚等組分進(jìn)入粗煤氣，經(jīng)過(guò)煤氣水分離、酚氨回收裝置、低溫甲醇洗裝置的處理，能夠回收焦油、粗酚和石腦油作為副產(chǎn)品。

3 TPRI兩段式氣化技術(shù)

移動(dòng)床氣化技術(shù)合成氣中CH4含量高，技術(shù)成熟，但水處理系統(tǒng)技術(shù)難度(2)碎煤加壓氣化工藝耗氧最低，配套空分裝置投資最省。碎煤加壓氣大，環(huán)保性能差。在世界各國(guó)日益重視環(huán)境保護(hù)的情況下，大規(guī)模發(fā)展移動(dòng)床氣化技術(shù)可能會(huì)受到一定制約。TPRI兩段式氣化爐具有冷煤氣效率高、環(huán)保性能好的優(yōu)點(diǎn)，適合發(fā)展煤制燃料及其他煤化工項(xiàng)目。煤制天然氣的成本氣價(jià)隨工程規(guī)模的增大而顯著降低，年制40億m3煤制天然氣的規(guī)模可使制氣成本進(jìn)一步下降。同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)天然氣市場(chǎng)、電力市場(chǎng)及碳稅等政策可靈活進(jìn)行后期規(guī)劃，增強(qiáng)項(xiàng)目工程應(yīng)對(duì)商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的能力。TPRI氣化技術(shù)因?yàn)槠淞己玫沫h(huán)保特性，適合以城市燃?xì)鉃槟繕?biāo)市場(chǎng)適度發(fā)展煤制天然氣，使之作為城市氣源的有效補(bǔ)充，起到緩解城市天然氣供求矛盾的作用。同時(shí)可使劣質(zhì)煤炭資源轉(zhuǎn)化為天然氣燃料，既解決了當(dāng)?shù)刭Y源利用存在的問(wèn)題，也補(bǔ)充了當(dāng)?shù)氐娜剂夏茉垂?yīng)。

4 組合氣化工藝

原料煤從煤礦到入爐前，末煤不斷增加，本項(xiàng)目的塊煤和末煤比例為4：6～5：5，為合理利用現(xiàn)有資源，需要綜合考慮塊煤和末煤的有效利用。激冷型粉煤氣化技術(shù)和碎煤加壓熔渣氣化技術(shù)均有自身的優(yōu)、缺點(diǎn)，考慮采用兩者的組合氣化技術(shù)，能夠消耗掉大量過(guò)剩的末煤，減少污水的排放量，減少蒸汽消耗量，降低能耗。

通過(guò)對(duì)激冷型粉煤氣化技術(shù)和組合氣化技術(shù)的裝置規(guī)模、技術(shù)路線、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)和能耗進(jìn)行分析比較，可以看出在以煤炭為原料生產(chǎn)天然氣時(shí)，采用激冷型粉煤氣化+碎煤加壓熔渣氣化的組合工藝，不僅能夠有效解決碎煤加壓氣化工藝中塊、末煤的平衡和減少工藝污水的排放，而且在綜合能耗、煤耗和投資收益等方面都優(yōu)于采用單一的激冷型粉煤氣化技術(shù)。

5 發(fā)展建議

5.1 選擇好建設(shè)地點(diǎn)和采用技術(shù)

在目前天然氣價(jià)格未能反映供求關(guān)系的條件下，大量建設(shè)大規(guī)模的煤制天然氣項(xiàng)目還不合時(shí)宜，但示范性裝置的建設(shè)是十分必要的。煤制天然氣裝置的建設(shè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)煤的本地化，首先應(yīng)選擇好既有豐富穩(wěn)定的煤炭資源，完全可以滿足項(xiàng)目每年上千萬(wàn)噸的用煤需要，還要保證水資源以及其他原材料的供應(yīng)和通暢的交通條件，又要盡可能靠近終端目標(biāo)消費(fèi)市場(chǎng)，配套輸氣管線的投資也可接受的地址，同時(shí)還應(yīng)采用安全可靠、先進(jìn)成熟，經(jīng)示范驗(yàn)證有成功業(yè)績(jī)的技術(shù)，重點(diǎn)扶持自主創(chuàng)新的國(guó)內(nèi)新技術(shù)，統(tǒng)籌國(guó)外引進(jìn)技術(shù)和采用國(guó)內(nèi)技術(shù)，并要注重一定的規(guī)模效益。

5.2 實(shí)現(xiàn)其他煤化工和副產(chǎn)品的聯(lián)產(chǎn)

在煤制天然氣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)和其他以煤為原料，經(jīng)過(guò)煤氣化生產(chǎn)的合成氨、甲醇、二甲醚等多種煤化工產(chǎn)品的聯(lián)產(chǎn)，以及利用煤制天然氣甲烷化裝置副產(chǎn)大量的高壓蒸汽發(fā)電。 在煤制天然氣的過(guò)程中，也同時(shí)產(chǎn)出焦油、粗酚、硫磺、液氨、石腦油等高附加值的副產(chǎn)品，在天然氣產(chǎn)品由于市場(chǎng)變化不能保證盈利的情況下，可以靠這些聯(lián)產(chǎn)品或副產(chǎn)品取得經(jīng)濟(jì)效益，增加企業(yè)市場(chǎng)適應(yīng)能力，提高煤加工綜合效益，增強(qiáng)裝置的整體抗風(fēng)險(xiǎn)能力，實(shí)現(xiàn)煤炭利用的“集約化、大規(guī)模、多聯(lián)產(chǎn)、清潔利用和有效利用”的現(xiàn)代潔凈煤技術(shù)模式，走跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團(tuán)化發(fā)展的道路。

組合氣化技術(shù)能夠有效解決塊、末煤平衡問(wèn)題，減少?gòu)U水排放量，而且在綜合能耗、煤耗和投資收益方面均優(yōu)于采用單一的激冷型粉煤氣化技術(shù)。

[1] 鄭建濤，許世森，任永強(qiáng). 兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)在煤制天然氣中的應(yīng)用[J]. 潔凈煤技術(shù)，2012，03：48-52.

[2] 韓玉峰，馮華，馬劍飛. 碎煤加壓氣化和水煤漿氣化工藝組合在煤制天然氣項(xiàng)目中的應(yīng)用[J]. 天然氣化工(C1化學(xué)與化工)，2014，04：35-37.

[3] 陳國(guó)平，馮亮杰，劉芹. 組合氣化技術(shù)在煤制天然氣項(xiàng)目中的應(yīng)用[J]. 大氮肥，2016，04：226-228+238.