組合氣化技術在煤制天然氣項目中的應用

馮全文

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

組合氣化技術在煤制天然氣項目中的應用

馮全文

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司

進入 21 世紀，隨著石油資源的日漸減少，石油價格直線攀升，利用煤化工產品替代石油化工產品的優勢日漸顯現。隨著世界各國對環境問題越來越重視，節能減排力度越來越大，天然氣作為清潔能源的優勢日益突出。由于天然氣相對稀缺，以及清潔環境和經濟發展的雙重需要，天然氣必定會供不應求，煤制天然氣的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式，也是煤制能源產品的最優方式，發展前景看好。天然氣在我國是一種相對稀缺的優質、清潔能源，市場發展迅速，但資源緊張、供求矛盾突出，顯示出天然氣產量和消費量持續增長的巨大潛力。

煤制天然氣；組合氣化技術；應用

煤氣化技術是煤制天然氣項目的核心，不同的氣化技術決定下游裝置的規模及技術路線，目前已經工業化的氣化技術有固定床加壓氣化、水煤漿加壓氣化和干粉煤加壓氣化技術。某煤制天然氣項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原料煤具有較高成漿性的要求。

1 激冷型粉煤氣化技術

激冷型粉煤氣化技術包括國外引進的GSP粉煤氣化技術和國內自主開發的“航天爐”、SE-東方爐粉煤氣化技術等。該氣化技術中氣化爐的操作溫度高，可以達到1500℃以上，合成氣中不含有焦油，大幅降低裝置灰水處理難度，且在目前已經應用的工業化裝置中，灰水經過處理后返回系統，實現了水的循環利用，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。

激冷型粉煤氣化技術采用干煤粉進料，后接濕法激冷和洗滌的工藝流程，煤種適應性廣，碳轉化率高(99%以上)、原料消耗低、有效氣含量達到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

碎煤加壓氣化技術通過對煤氣廢水的處理可獲得焦油、石腦油、粗酚等副產品，提高整體經濟效益。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，氣體在氣化爐內由下至上依次通過灰層、燃燒區、氣化區、干餾區與干燥區，最終從爐子頂部排出。干餾區溫度為600℃～800℃，從原料煤中干餾出的焦油、石腦油、酚等組分進入粗煤氣，經過煤氣水分離、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品。

3 TPRI兩段式氣化技術

移動床氣化技術合成氣中CH4含量高，技術成熟，但水處理系統技術難度(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，環保性能差。在世界各國日益重視環境保護的情況下，大規模發展移動床氣化技術可能會受到一定制約。TPRI兩段式氣化爐具有冷煤氣效率高、環保性能好的優點，適合發展煤制燃料及其他煤化工項目。煤制天然氣的成本氣價隨工程規模的增大而顯著降低，年制40億m3煤制天然氣的規模可使制氣成本進一步下降。同時根據國內天然氣市場、電力市場及碳稅等政策可靈活進行后期規劃，增強項目工程應對商業風險的能力。TPRI氣化技術因為其良好的環保特性，適合以城市燃氣為目標市場適度發展煤制天然氣，使之作為城市氣源的有效補充，起到緩解城市天然氣供求矛盾的作用。同時可使劣質煤炭資源轉化為天然氣燃料，既解決了當地資源利用存在的問題，也補充了當地的燃料能源供應。

4 組合氣化工藝

原料煤從煤礦到入爐前，末煤不斷增加，本項目的塊煤和末煤比例為4：6～5：5，為合理利用現有資源，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和碎煤加壓熔渣氣化技術均有自身的優、缺點，考慮采用兩者的組合氣化技術，能夠消耗掉大量過剩的末煤，減少污水的排放量，減少蒸汽消耗量，降低能耗。

通過對激冷型粉煤氣化技術和組合氣化技術的裝置規模、技術路線、綜合技術經濟和能耗進行分析比較，可以看出在以煤炭為原料生產天然氣時，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于采用單一的激冷型粉煤氣化技術。

5 發展建議

5.1 選擇好建設地點和采用技術

在目前天然氣價格未能反映供求關系的條件下，大量建設大規模的煤制天然氣項目還不合時宜，但示范性裝置的建設是十分必要的。煤制天然氣裝置的建設應實現煤的本地化，首先應選擇好既有豐富穩定的煤炭資源，完全可以滿足項目每年上千萬噸的用煤需要，還要保證水資源以及其他原材料的供應和通暢的交通條件，又要盡可能靠近終端目標消費市場，配套輸氣管線的投資也可接受的地址，同時還應采用安全可靠、先進成熟，經示范驗證有成功業績的技術，重點扶持自主創新的國內新技術，統籌國外引進技術和采用國內技術，并要注重一定的規模效益。

5.2 實現其他煤化工和副產品的聯產

在煤制天然氣的同時實現和其他以煤為原料，經過煤氣化生產的合成氨、甲醇、二甲醚等多種煤化工產品的聯產，以及利用煤制天然氣甲烷化裝置副產大量的高壓蒸汽發電。 在煤制天然氣的過程中，也同時產出焦油、粗酚、硫磺、液氨、石腦油等高附加值的副產品，在天然氣產品由于市場變化不能保證盈利的情況下，可以靠這些聯產品或副產品取得經濟效益，增加企業市場適應能力，提高煤加工綜合效益，增強裝置的整體抗風險能力，實現煤炭利用的“集約化、大規模、多聯產、清潔利用和有效利用”的現代潔凈煤技術模式，走跨行業、多聯產、集團化發展的道路。

組合氣化技術能夠有效解決塊、末煤平衡問題，減少廢水排放量，而且在綜合能耗、煤耗和投資收益方面均優于采用單一的激冷型粉煤氣化技術。

[1] 鄭建濤，許世森，任永強. 兩段式干煤粉加壓氣化技術在煤制天然氣中的應用[J]. 潔凈煤技術，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目中的應用[J]. 天然氣化工(C1化學與化工)，2014，04：35-37.

[3] 陳國平，馮亮杰，劉芹. 組合氣化技術在煤制天然氣項目中的應用[J]. 大氮肥，2016，04：226-228+238.