煤制天然氣工藝技術(shù)選擇原則的分析與探討

胡曉磊（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

煤制天然氣工藝在中國并不是新型項目，對這一工藝技術(shù)的研究始于上世紀(jì)七十年代，從整體上分，可劃分為煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)和直接合成天然氣技術(shù)。

我國開展對煤制天然氣工藝技術(shù)的研究，是在一定的能源背景下展開的，我國的能源結(jié)構(gòu)是：煤多、氣少、油缺。這種能源分布結(jié)構(gòu)在一定程度上影響了經(jīng)濟發(fā)展對能源的利用手段，而煤炭資源的大量使用，也會對自然環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響。

煤制天然氣工藝技術(shù)研究，本質(zhì)上是對煤氣化轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究，是將煤炭能源轉(zhuǎn)化成一種新的清潔的天然氣能源。這一工藝技術(shù)的優(yōu)點就在于，減少直接燃煤造成的污染、節(jié)約了運輸成本、提高煤炭利用效率等。

煤制天然氣工藝技術(shù)，簡單地說，就是以煤炭為原料，經(jīng)過一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)過程，在催化劑的作用下產(chǎn)生天然氣的主要成分——甲烷。

煤制天然氣的直接合成理論非常簡單，主要利用煤炭能源中的碳和氫，但實際的轉(zhuǎn)化工藝卻十分復(fù)雜，從現(xiàn)實角度來說是無法形成純粹的甲烷氣體（CH4）的，因此煤制天然氣本質(zhì)上是得到了一種“富甲烷氣體”，即一種甲烷成分較高的混合型燃燒氣體；總體來說，煤制天然氣技術(shù)屬于是新型技術(shù)，主要利用燃燒值比較低的褐煤作為材料，其中催化劑工藝是轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。

本文以下通過介紹煤制天然氣項目的特征和工藝技術(shù)選擇的原擇，結(jié)合對煤氣化技術(shù)的分析，為我國煤制天然氣項目工藝技術(shù)的選擇提供參考和依據(jù)。

1 煤制天然氣項目發(fā)展的相關(guān)問題

從市場角度來說，發(fā)展煤制天然氣項目的主要原因來自于需求。一方面，我國的工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展越來越快，對于能源的多樣性有諸多要求，另一方面，隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展的步伐加快，能源消耗的種類和比例也在變化。以普通居民對能源的需求，以往以煤炭作為生活能源的方式，逐漸被清潔、廉價和高效的天然氣能源所代替，這也是促進(jìn)社會對天然氣需求增長的主要原因。

考慮到我國天然氣自然儲量人均并不多，供給不平衡等原因，我國逐年放開了對天然氣的進(jìn)口力度，2013年曾經(jīng)達(dá)到對外依賴度的峰值，全年進(jìn)口天然氣比例高達(dá)30%，但這依然無法滿足社會需要。

煤制天然氣技術(shù)是當(dāng)前最值得研究的能源技術(shù)之一，它具有強大的生命力。煤制天然氣項目的一般特點是：滿足資源密集型、技術(shù)密集型、資金密集型，這也就意味著，一個煤制天然氣項目，首先要具有豐富的原煤資源作為后盾，同時需要針對煤炭技術(shù)、自動化設(shè)備技術(shù)、煤氣化技術(shù)等相應(yīng)的工藝技術(shù)人才，最后一項也是最關(guān)鍵的，需要大量的資金作為支撐，資金一旦無法緊密的供應(yīng)，整個項目的建設(shè)周期和效益周期就會延長。

2 煤制天然氣項目工藝技術(shù)選擇原則

要充分滿足社會生產(chǎn)生活對天然氣能源的需求，就需要大產(chǎn)量的生產(chǎn)企業(yè)，當(dāng)前我國煤炭資源豐富的中西部地區(qū)，已經(jīng)出現(xiàn)了多個大型煤制天然氣項目。而對于選擇使用的工藝，又要具體根據(jù)實際的生產(chǎn)情況才能夠判定，如煤質(zhì)優(yōu)劣、水資源、氣候環(huán)境等，不能一言蔽之。總體而言，選擇工藝技術(shù)有如下的原則：

首先，所選用的工藝技術(shù)具有可靠性。所謂可靠性原則，是指整個項目運行而言，而非針對原煤供應(yīng)。煤制天然氣涉及的投資規(guī)模很大，項目一旦開工就意味著將持續(xù)不斷地運轉(zhuǎn)下去，以在最短的時間內(nèi)得到投資回報，所以，大部分設(shè)備和機器的運行幾乎是全天候的、滿負(fù)荷的、長周期的，要在這樣一種狀態(tài)下保持安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝必須可靠、穩(wěn)定，否則一旦出現(xiàn)問題就會影響整個企業(yè)的生產(chǎn)，在維修方面耗時過長。

其次，所選用的工藝技術(shù)具有先進(jìn)性。先進(jìn)性原則是在任何一種工藝技術(shù)中都存在的屬性，技術(shù)的先進(jìn)性包括在兩方面上，第一是生產(chǎn)工藝技術(shù)帶來的節(jié)能高效優(yōu)勢，這樣可以以最少的代價，來獲取最大的收益；第二是生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)性，設(shè)備的先進(jìn)性可以延長生命周期，在正常運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，單位時間的工作效率更高。

再次，所選用的工藝技術(shù)具有適應(yīng)性。所謂的適應(yīng)性，主要是指與煤炭資源，即煤質(zhì)的適應(yīng)性。一般來說，煤制天然氣項目都會選擇建在煤炭資源較為豐富的區(qū)域，但不同區(qū)域的煤質(zhì)是不同的，在保持煤炭供應(yīng)穩(wěn)定的同時，必須對地下煤炭資源的成分進(jìn)行研究，不同的煤質(zhì)，也要采用不同的技術(shù)。事實上，煤氣化工藝的發(fā)展一直都是建立在煤質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上的，也就是說，先確定煤質(zhì)，再確定工藝技術(shù)。

第四，所選用的工藝技術(shù)具有匹配性。煤氣化的過程不是一蹴而就的，需要多種設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)生產(chǎn)，因此所使用的技術(shù)必須能夠匹配所有設(shè)備產(chǎn)品。

3 煤氣化工藝技術(shù)選擇

煤制天然氣項目對煤氣化工藝技術(shù)的選擇，總結(jié)起來因素主要包括：煤質(zhì)、環(huán)境、設(shè)備等方面，就煤氣化工藝技術(shù)本身而言，主要有三種，分別是固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化。

下面分別介紹其特點，煤制天然氣項目可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇（包括改進(jìn)）。

第一種，固定床氣化。固定床氣化也被稱之為移動床氣化，只是相對于煤炭添加方式不同而言的，但統(tǒng)一的技術(shù)原理在于通過底部加入氣化劑，煤炭與氣化劑逆流發(fā)生作用，灰渣會從底部排出。

固定床氣化也分為兩種，即常壓固定床氣化和加壓固定床氣化。

就國內(nèi)而言，常壓固定床氣化的生產(chǎn)規(guī)模不大，如果用于大型煤制天然氣項目，一方面產(chǎn)能不高，另一方面還會造成管理上的混亂，因此不建議使用這種工藝。

相對而言，加壓固定床氣化更適合大規(guī)模的生產(chǎn)，主要使用的裝置是魯奇爐，國內(nèi)最典型的技術(shù)為碎煤加壓氣化，相對比較成熟。

第二種，流化床氣化。流化床氣化的特點是，將氣化劑輸入到氣化反應(yīng)爐內(nèi)部之后，顆粒細(xì)小的煤粉就處于流動狀態(tài)，簡單地說，氣化劑會吹動煤炭顆粒在高溫（950-1100攝氏度）下發(fā)生氣化反應(yīng)，在完成能量轉(zhuǎn)化之后，灰渣自動從底部脫離；由于這種工藝可以充分發(fā)揮煤炭顆粒的預(yù)處理作用，所以一些質(zhì)量和燃燒值并不優(yōu)秀的煤炭資源，也可以作為原料。同時，這種工藝方式還會減少粗煤氣中焦油、酚類等有害物質(zhì)的含量，是一種非常理想的煤制天然氣氣化工藝，也是目前世界范圍內(nèi)廣泛研究的技術(shù)。

第三種，氣流床氣化。就國內(nèi)而言，目前氣流床氣化的應(yīng)用并不廣泛。這種工藝技術(shù)以粉煤為原料，按照輸送載體的不同又可以分為“干法進(jìn)料”和“濕法進(jìn)料”兩種；其工藝特點主要有煤種適應(yīng)性強、氣化溫度高（爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)最高溫度可達(dá)2000℃）和氣化效率高、氣化強度大等特點；同時，由于爐內(nèi)反應(yīng)溫度高，對氣化反應(yīng)爐的冷卻方式也提出了較高的要求，而且整個系統(tǒng)和操作也更為復(fù)雜。

盡管這種氣流床氣化技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛，但其優(yōu)勢卻很明顯，它可以更徹底的對煤炭資源進(jìn)行利用，所生成的物質(zhì)中，焦油、芳香烴環(huán)化合物等污染物更少，對環(huán)境的破壞程度小。從長遠(yuǎn)來開，積極研究這一技術(shù)的應(yīng)用，對我國的大型煤制天然氣項目發(fā)展具有重要意義。

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