煤制天然氣工藝技術(shù)研究

李引強

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

煤制天然氣工藝技術(shù)研究

李引強

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

隨著我國對煤制天然氣發(fā)展扶持力度的提升，煤制天然氣發(fā)展獲得了長足發(fā)展，在中西部地區(qū)煤制天然氣產(chǎn)業(yè)逐漸開發(fā)并完善。本文從煤制天然氣項目以及煤制天然氣發(fā)展實際入手，分析煤制天然氣主要技術(shù)，一步煤制天然氣技術(shù)與二步煤制天然氣技術(shù)，闡述多種甲烷化技術(shù)在煤制天然氣工藝技術(shù)上的應(yīng)用，并提出一些發(fā)展建議和意見。

煤；天然氣；技術(shù)

我國缺油、少氣、富煤的能源結(jié)構(gòu)使得煤炭的高效、節(jié)能、綜合利用已成為我國能源利用發(fā)展的趨勢，我國能源供應(yīng)“以我為主、以煤為主”在相當長的一段時間內(nèi)不會改變。隨著石油、天然氣資源的日漸短缺，煤炭的重要性逐漸提升，但由于煤炭的自然屬性，常規(guī)煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的資源、環(huán)境負荷大，且對運輸能力要求高。為滿足能源需求、促進節(jié)能減排，發(fā)展煤制天然氣是煤炭清潔利用的必然選擇。

1 我國煤制天然氣技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煤制天然氣技術(shù)發(fā)展

從世界范圍來看，煤制天然氣技術(shù)主要分為兩種：二步法工藝和一步法工藝。二步法工藝是以劣質(zhì)煤為原料生產(chǎn)合成氣，合成氣經(jīng)過凈化和轉(zhuǎn)化后，在催化劑的作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng)，生產(chǎn)熱值符合規(guī)定的代用天然氣，比較常見的有BGL和魯奇技術(shù)。煤制天然氣二步法技術(shù)可以使用含水份較多的褐煤為原料，價格便宜而且甲烷化工藝效果好、廢水、廢料少，具有投資少回報率高等特征。二步法的關(guān)鍵是甲烷化技術(shù)與甲烷化催化劑，目前較為成熟的技術(shù)是魯奇工藝，魯奇工藝使用時間較早，在半商業(yè)運營過程實現(xiàn)了工業(yè)化驗證，而甲烷化催化劑目前進人商業(yè)運營的主要來源于英國、德國和丹麥三個國家；一步法煤制天然氣是煤直接合成甲烷從而得到天然氣。目前一步法煤制天然氣技術(shù)又稱為藍氣技術(shù)，目前主要應(yīng)用于少數(shù)發(fā)達國家，一步法煤制天然氣通過優(yōu)化催化反應(yīng)，實現(xiàn)煤、蒸汽在單一反應(yīng)器內(nèi)合成天然氣，進一步簡化了工藝流程和設(shè)施設(shè)備，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)化率，高產(chǎn)出的效果，既降低了投資成本與固定投人，又在廢水、廢氣處理方面提供了更好的解決方式，目前，我國已經(jīng)開始探索一步法煤制天然氣應(yīng)用，并在具體項目中開始實施藍氣技術(shù)。

1.2 我國煤制天然氣發(fā)展現(xiàn)狀

我國煤制天然氣發(fā)展研究開始于上個世紀八十年代，相關(guān)的科研單位通過煤氣甲烷化研究成功進行了煤制天然氣實驗，但是目前自主煤制天然氣應(yīng)用規(guī)模較小，技術(shù)應(yīng)用還不能滿足大型煤制天然氣項目對工藝流程的要求，我國煤制天然氣發(fā)展應(yīng)用的工藝大多采用國外的二步法工藝，一步法工藝依然處于開始階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模推廣。我國煤制天然氣項目采用二步法工藝已經(jīng)取得了非常顯著的成效，在二步法技術(shù)研究和工藝流程優(yōu)化方面逐漸探索出新方法、新工藝，提高了煤制天然氣生產(chǎn)效率。但是，我國煤制天然氣在核心工藝和技術(shù)方面還尚未取得重大突破，在廢水處理、甲烷化催化劑、管道建設(shè)方面還存在技術(shù)性問題，需要加快處理碎煤加壓氣化廢水中含酚廢水處理、高溫高壓蒸汽二次利用問題、甲烷催化劑國產(chǎn)化問題，以及管道建設(shè)并網(wǎng)發(fā)展、天然氣議價權(quán)等進展。

2 制天然氣工藝技術(shù)要點

2.1 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)。

2.2 流化床氣化爐工藝

(1)ICC灰容聚氣化爐。此氣化爐于2001年累計運行8000h以上，所得煤氣滿足合成氨生產(chǎn)需要。

(2)其他流化床氣化技術(shù)。由我國自主研發(fā)并建示范廠的有，江蘇大學(xué)開發(fā)成功的FM1.6－Ⅰ型氣化爐，1998年鄭州建成首個示范煤氣站，兩臺爐產(chǎn)氣50000Nm3/d，向居民小區(qū)提供燃料氣；由上海申江化肥成套設(shè)備有限公司與寧夏吳忠富榮化肥工業(yè)有限公司聯(lián)合開發(fā)的載熱體常壓循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)，于2000年進行了煤氣產(chǎn)量為3000Nm3/h的工業(yè)性試驗，2002年8月達到連續(xù)運行。

2.3 以水資源為綱合理規(guī)劃

因地制宜，合理規(guī)劃，科學(xué)論證水資源和環(huán)境承受能力的合理性；煤制天然氣過程中要消耗大量的水資源，目前，我國煤制天然氣項目大部分集中在內(nèi)蒙古、新疆等西部煤炭資源豐富、水資源貧乏地區(qū)，發(fā)展煤制天然氣會對當?shù)乇緛砭秃艽嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的負面影響。因此，嚴重缺水地區(qū)必須在水約束的剛性前提下謀劃煤制天然氣發(fā)展。從國家能源戰(zhàn)略安全和技術(shù)儲備的角度出發(fā)，在充分考慮環(huán)境和水資源承載能力的基礎(chǔ)上，利用相對豐富的低品質(zhì)煤炭資源，適度發(fā)展煤制天然氣是必要的。隨著我國新環(huán)保法的即將實施，國家對煤制天然氣發(fā)展的政策已表現(xiàn)出對環(huán)境問題的擔憂，已逐步轉(zhuǎn)向謹慎支持煤制天然氣的發(fā)展，譬如蘇新能源和伊犁新天煤制天然氣環(huán)評批示中明確提出水資源和環(huán)境容量等問題要求進一步論證，因此發(fā)展煤制天然氣必須合理規(guī)劃、科學(xué)論證、量水而行。

2.4 碎煤加壓氣化技術(shù)

通過對煤氣廢水的處理可獲得重芳烴、多元烴、輕烴、粗酚、氨等副產(chǎn)品，提高企業(yè)整體經(jīng)濟效益。蒸汽與氧氣混合作為氣化劑由氣化爐底部通人，原料煤從氣化爐上部加人，氣體在氣化爐內(nèi)由下至上依次通過灰層、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600一800℃，從原料煤中干餾出的重芳烴、酚、氨等組分進人粗煤氣，粗煤氣在后續(xù)工段冷卻后，這些組分進人煤氣水中，煤氣水經(jīng)過煤氣水分離、酚氨回收裝置的處理，能夠回收重芳烴、多元烴和酚、氨作為副產(chǎn)品。

我國煤制天然氣工藝技術(shù)發(fā)展與國外發(fā)達國家相比還有一定差距，在二步法煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用和研究上較為廣泛，一步法煤制天然氣技術(shù)應(yīng)用條件還不太成熟。煤制天然氣的發(fā)展符合我國能源結(jié)構(gòu)煤炭數(shù)量多、天然氣缺口大的特征，同時煤制天然氣還具有污染少，經(jīng)濟社會效益高等特征具有廣泛的市場應(yīng)用前景，隨著我國煤制天然氣技術(shù)在甲烷化、催化劑、工藝流程簡化方面的研究發(fā)展，未來煤制天然氣會進一步發(fā)展壯大。

[1]李積強，等.煤制天然氣工藝的研究與應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，11：169－171.

[2]張香芬.煤制天然氣工藝的研究[J].科技資訊，2012，28：96+100.