第31卷第11期企業(yè)技術(shù)開發(fā)2012年4月.Vol.31 No.11TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEApr.2012煤制天然氣工藝的研究與應(yīng)用李積強(qiáng)1,盛莉莉2,黎菲3(1.中電投新疆能源有限公司塔城分公司,新疆烏魯木齊830000;2.青海省化工設(shè)計研究院有限公司,青海西寧810000;3.山東正信安全評價有限責(zé)任公司,山東聊城252000)摘要:文章采用先進(jìn)的煤氣化和甲烷化技術(shù)建設(shè)大型煤制天然氣項(xiàng)目,闡述了研究和開發(fā)煤氣化技術(shù)的重要意義,詳細(xì)介紹了目前國內(nèi)外主流煤氣化技術(shù)的進(jìn)展及應(yīng)用，比較了各種煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),并對如何選擇煤氣化技術(shù)提出了詳細(xì)的方案。關(guān)鍵詞:煤氣化;氣化爐;碎煤加壓;應(yīng)用中圖分類號:TQ546文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A .文章編號: 1006- 8937 (2012)11-0169-03我國煤炭資源較豐富,近年來煤化工行業(yè)發(fā)展迅速,游一體化發(fā)展,有效帶動了大型煤制甲醇裝置的建設(shè)。在煤化工行業(yè)中最為關(guān)鍵和重要的是通過潔凈、高效的1.3 煤制烯烴技術(shù)將煤炭轉(zhuǎn)化為合成氣(CO+H2),即煤的氣化技術(shù)。先煤制烯烴分為煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇進(jìn)的煤氣化技術(shù)不僅能減輕燃燒排放物對大氣的污染，制烯烴四項(xiàng)技術(shù)。煤制烯烴即煤基甲醇制烯烴,是指以煤而且還能夠很大地提高煤炭利用率，是煤炭化工、煤炭直為原料合成甲醇后再通過甲醇制取乙烯、丙烯等烯烴的接或間接液化、IGCC技術(shù)、燃料電池等高新潔凈煤利用技術(shù)。甲醇制烯烴技術(shù)已日趨成熟,具備工業(yè)化條件,存:技術(shù)的先導(dǎo)性技術(shù)和核心技術(shù)。在的主要問題不在工藝上，而在催化劑上。目前,催化劑的長周期運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)并沒有出來,催化劑的單程轉(zhuǎn)化率、1煤制氣技術(shù)的發(fā)展收率、副產(chǎn)物的組成,催化劑、原材料和公用工程的消耗煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣定 額、催化劑衰減的特性曲線、廢催化劑的毒性和處理、體、液體、固體燃料以及化學(xué)品的過程。煤化工分為傳統(tǒng)催化劑制備的污水組成和數(shù)量、整個裝置單程和年連續(xù)煤化工和現(xiàn)代煤化工，傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品主要包括合成氨、運(yùn)行的時間 、廢液廢氣的排放等多項(xiàng)重要數(shù)據(jù)目前沒有甲醇、焦炭和電石等。目前，我國現(xiàn)代煤化工明確了把煤公布。因此,大規(guī)模工業(yè)化尚需時日。制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制天然氣、煤制乙二醇作2天然氣的消費(fèi)量為現(xiàn)代煤化工的代表。1.1 煤炭氣化天然氣是埋在地下的古生物經(jīng)過億萬年的高溫和高煤炭氣化是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一-定溫度及壓壓作用下形成的可燃?xì)怏w。天然氣的主要成份是甲烷,是力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑(如蒸汽1空氣或氧氣等)發(fā)最簡 單的烷烴,也是有機(jī)物中最簡單的穩(wěn)定化合物。是一生一系列化學(xué)反應(yīng),將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H、CH4等種無色 、無味、無毒、可燃?xì)怏w、潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。微可燃?xì)怏w和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過程。氣化過程發(fā)生溶于水、乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。的反應(yīng)包括煤的熱解、氣化和燃燒反應(yīng)。煤炭氣化工藝可天然氣按其形成可分為:油田氣、煤層氣、生物氣和按壓力、氣化劑、氣化過程供熱方式等分類,常用的是按水 合物氣四種。油田氣是石油烴類天然氣,煤層氣是成煤氣化爐內(nèi)煤料與氣化劑的接觸方式區(qū)分，主要有固定床過程中有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的甲烷氣，生物氣是有機(jī)質(zhì)在70C以氣化、流化床氣化和氣流床氣化。雖然煤的氣化是發(fā)展時下遭厭氧微生物分解產(chǎn)生的甲烷氣，水合物氣是在低溫間較長的一種技術(shù),但仍然存在許多問題未解決,如煤品高壓下,甲烷等氣體分子滲入水分子晶隙中締合的氣體。種的適應(yīng)性、轉(zhuǎn)化率裝置穩(wěn)定運(yùn)行等。表1詳細(xì)的說明我國天然氣生產(chǎn)量從1995 年的179.5億1.2 煤制甲醇m3到2011年1130億m3增長了6倍，天然氣的生產(chǎn)量滿煤制甲醇即以煤為原料生產(chǎn)甲醇。我國利用高硫、劣足不了消費(fèi)量。可見要用先進(jìn)的工藝技術(shù)來滿足工業(yè)以質(zhì)煤生產(chǎn)甲醇的技術(shù)處于世界前列，且原料來源穩(wěn)定可及生活需求天然氣。天然氣按用途分類,可分成燃料和化靠,已初步形成了4 000萬ta的生產(chǎn)能力。工兩大類,其中燃料包括燃?xì)獍l(fā)電、民用燃料、工業(yè)燃料、化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展拉動我國甲醇消費(fèi)量快速增車用燃料等，從圖1中可以看出隨著我國天然氣利用政長。隨著甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)和甲基叔丁基醚(MTBE)、策的出臺,以及能源價格改革方案的推進(jìn),天然氣利用結(jié)農(nóng)藥、醋酸、聚甲醛等新裝置的建設(shè),以及甲醇燃料的推構(gòu)正在由化工、發(fā)電為主逐漸轉(zhuǎn)向城市燃?xì)庥脷獗壤膹V和應(yīng)用，甲醇的需求市場進(jìn)- - 步擴(kuò)張。國內(nèi)煤炭企業(yè)為提高。增強(qiáng)核心競爭力、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)延長產(chǎn)業(yè)鏈,注重上下3煤氣化工藝技術(shù)作者簡介:李積強(qiáng)(1980-),男,助理工程師，主要從事電力工程3.1 煤氣化爐介紹170企業(yè)技術(shù)開發(fā)2012年4月表1我國天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量統(tǒng)計煤,副產(chǎn)焦油少,碳利用率低。年份生產(chǎn)消費(fèi)流床氣化爐如圖2(c)所示,將粉煤與氣化劑(氧氣和產(chǎn)量,億m增長率，%消費(fèi)量,億m'增長率，%水蒸氣)一起從噴嘴 高速吹人爐內(nèi)迅速氣化。特點(diǎn)是不副1995 179.5177.4產(chǎn)焦油，生成氣中甲烷含量少。氣流床氣化是目前煤氣2000 272.051.53.38.1化技術(shù)的主流,代表著今后煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。氣流2001 303.311.51274.311.96床按照進(jìn)料方式又可分為濕法進(jìn)料(水煤漿)氣流床和干2002 326.67.68291.86.38法進(jìn)料(煤粉)氣流床。2003 350.27.23339.116.213.2三種煤氣化工藝的比較2004 407.718.50396.7.16.99我國引進(jìn)并被廣泛采用的三種先進(jìn)煤氣化工藝一-2005 499.521.9479.020.75魯奇氣化爐、殼牌氣化爐、德士古氣化爐,三種煤氣化工2006 585.519.2556.816.08藝的對比如表2所示。2007 693.123.1673.019.904魯奇碎煤加壓氣化裝置流程2008 760.880719.91表2三種煤氣化工藝的對比2009 8379.486216.02 .2010 9629.6101015.72氣化爐優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主要廠家魯奇氣生產(chǎn)能力大，以生產(chǎn)的合成氣云南解放軍化肥廠2011 113011.21179.419.92化爐塊煤為原料尤中甲烷含量河南煤氣集團(tuán)義馬其適應(yīng)褐煤,碳高，焦油和苯氣化廠我國天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)及需求預(yù)測(單位:%)轉(zhuǎn)化率高,調(diào)節(jié)酚等液狀物較山西潞安煤基合成14.6%0.2%2%負(fù)荷方便。多，生產(chǎn)流程油有限公司34.6%長投機(jī)大,結(jié)新疆廣匯新能源有13.9%構(gòu)復(fù)雜，加工限公司難度大。大唐國際發(fā)電股份有限公司34. 6%殼牌氣干粉煤進(jìn)料,煤投資高，設(shè)備云南云天化股份有圖1我國天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測化爐種適應(yīng)廣 ,碳轉(zhuǎn)造價過高，建限公司化率高，甲烷含設(shè)周期較長;湖北雙環(huán)化工集團(tuán)量少，氧耗低配套的干燥，有限公司15% ~20%,單磨煤，高壓氮河南中原大化有限爐生產(chǎn)能力大，氣、冷用合成公司運(yùn)轉(zhuǎn)周期長,氣氣加壓所需的天津渤?；ぜ瘓F(tuán)化效率高，氣化功耗較大。天津堿廠過程無廢氣排神華集團(tuán)寧夏分公。司灰分德士古水煤漿進(jìn)料,對耗氧量大,投安徽淮化集團(tuán)有限氣化爐煤種的適應(yīng)較資大，技術(shù)費(fèi)公司K贏氣寬,單爐生產(chǎn)能用高。神華集團(tuán)包頭分公(四)固定床(b) 謊化床(心) 氣窕床(四)熔敬床力大,碳轉(zhuǎn)化率高，煤氣質(zhì)量陜西渭化煤化集團(tuán)圖2各種煤氣化爐模式圖好，甲烷含量山東魯南化肥廠煤氣化被譽(yù)為煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù)，目前可作為低，廢物排放中國中化集團(tuán)大型工業(yè)化運(yùn)行的煤氣化技術(shù),可分為固定床氣化技術(shù)、少。流化床氣化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)以及熔融床氣化技術(shù)由于各種煤氣化工藝復(fù)雜多樣，目前世界上還沒有當(dāng)實(shí)際沒應(yīng)用開發(fā),各種煤氣化爐的模式見圖2。煤氣化萬 能的氣化爐,各種煤氣化工藝技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn),具有爐又稱煤氣發(fā)生爐(gas producer )典型的工業(yè)化煤氣化爐一定的適應(yīng)范圍,因此,在煤氣化工藝選型時,要結(jié)合實(shí)型有:UGI爐、魯奇爐、溫克勒爐(Winkler)、 德士克爐際情況 ,選擇適合自己的煤氣化技術(shù)。我公司中的煤制天(Texaco )和道化學(xué)煤氣化爐( Dow Chemical)。然氣工程用煤為為伊南煤田長焰煤,無粘結(jié)性,采用魯奇固定床氣化爐是最早開發(fā)出的氣化爐,如圖2(a)所公 司的固定床加壓氣化技術(shù),爐型選用MARK- IV ,單臺示,爐子下部為爐排,用以支撐上面的煤層。通常,煤從氣裝置8處理煤量約750t。需要說明的是,魯奇固定床氣化爐的頂部加入,而氣化劑(氧或空氣和水蒸氣)則從爐化技術(shù)是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)，國內(nèi)已有多套生子的下部供入，因而氣固間是逆向流動的。特點(diǎn)是爐內(nèi)煤產(chǎn)裝置。“魯奇”在這里已緊緊是個代號,代表了加壓固定處理量小,大規(guī)?；щy。床這一煤氣化技術(shù),該技術(shù)的工藝設(shè)計、設(shè)備制造、工程流化床氣化爐如圖2(b)所示,在分散板上給予粉施工、工業(yè)生產(chǎn)等已全部可以國產(chǎn)化,同時也不存在與德煤,在分散板下送入氣化劑(氧氣和水蒸氣),將粉煤在懸國魯奇公司或南非SASOL公司的知識產(chǎn)權(quán)問題。第31卷第11期李積強(qiáng),等:煤制天然氣工藝的研究與應(yīng)用17灰鎖組成并與氣化爐相聯(lián)接。氣化用煤經(jīng)過破碎及篩分，保護(hù) 。在這些城市及周邊地區(qū),煤炭的使用和機(jī)動車的迅裝置運(yùn)行時,合格的煤加入氣化爐上部之煤斗。對煤鎖進(jìn)速增加產(chǎn)生了污染問題，這個問題日趨明顯而且正在影行充壓,從常壓充至氣化爐的操作壓力。在向氣化爐加完響著 中國大部分的人口。由于這是政府優(yōu)先要解決的問煤之后,煤鎖再卸壓至常壓，以便開始下-一個加煤循環(huán)過題,所以制定了很多降低污染的政策,其中就包括增加利程。用來自煤氣冷卻裝置的粗煤氣和來自氣化爐粗煤氣用清潔燃料的政策。 以天然氣為主的清潔燃料的普及應(yīng)使煤鎖分兩步充壓;煤鎖卸壓的煤氣收集于煤鎖氣氣柜，用 ,將減少由于工業(yè)廢氣對不堪負(fù)重的大氣污染,其需求并由煤鎖氣壓縮機(jī)送往變換冷卻工號。減壓后,留在煤鎖將 十分強(qiáng)勁,天然氣市場前景廣岡。到2011 年，中國國中的少部分煤氣,用引射器抽出。經(jīng)煤塵旋風(fēng)分離器除去內(nèi)管道天然氣需求量約1200億Nm',而國內(nèi)生產(chǎn)能提供煤塵后排入大氣。氣化劑一蒸汽,氧氣混合物,經(jīng)安裝在的只有 1000億Nm',天然氣供應(yīng)缺口將達(dá)200億Nm';氣化爐下部的旋轉(zhuǎn)爐篦進(jìn)人灰渣層,氣化劑溫度提高,灰、2015 年中國天然氣需求將達(dá)1700億Nm3 ,而國內(nèi)生產(chǎn)能渣溫度降低。在燃燒區(qū)燃燒-部分煤 ,為吸熱的氣化反應(yīng)提供的只有 1200 億Nm',天然氣供應(yīng)缺口將達(dá)500億提供所需的熱。在氣化爐的上段，剛加進(jìn)來的煤向下移Nm';到2020年將達(dá)到2000億Nm'以上,占我國能源消動,與向上流動的氣流逆流接觸。在此過程中，煤經(jīng)過干費(fèi) 總量的比例將從2.5% ~ 2.6%.上升為7%~ 10%，而缺燥、干餾和氣化后,在與人爐氧進(jìn)一步燃燒，最后只有灰口至少達(dá)1000億Nm'。殘留下來,灰由氣化爐中經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐篦排入灰鎖,再經(jīng)灰斗我國正在加快引進(jìn)國際天然氣資源,是21世紀(jì)中國排至水力排渣系統(tǒng)。氣化所需蒸汽的一- 部分在氣化爐的發(fā)展外向型能源經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)之- -，是中國21世紀(jì)重大的夾套內(nèi)產(chǎn)生,從而減少了中壓蒸汽的需求,為此向氣化爐能源戰(zhàn)略?，F(xiàn)已經(jīng)計劃從俄羅斯、中亞土庫曼斯坦、哈薩夾套中加入中壓鍋爐給水,氣化爐中產(chǎn)生的蒸汽,經(jīng)汽1克斯坦進(jìn) 口天然氣,中亞天然氣管道預(yù)計2009年底實(shí)現(xiàn)液分離器送往氣化劑系統(tǒng)，蒸汽1氧氣在此按比例混合第一 期工程單線通 氣，將從中亞向中國輸送約300 億好噴射入氣化爐。離開氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH、Nm2? 的天然氣, 2010年第二期實(shí)現(xiàn)雙線通氣,新增300億H20和CO2為主要組分。離開氣化爐的煤氣首先進(jìn)入洗Nm'。從 2011年開始,俄羅斯每年也將向中國出口600億滌冷卻器，在此，煤氣用循環(huán)煤氣水加以洗滌并使其飽至800億Nm2。此外云南省從緬甸進(jìn)口天然氣100億和。洗滌冷卻器的用途首先是將煤氣溫度降至200C左Nm2/a的管道項(xiàng)目已正式實(shí)施，將于2010年上半年建成右,其次是除去可能夾帶的大部分顆粒物。飽和并冷卻后的煤氣進(jìn)入廢熱鍋爐,通過生產(chǎn)0.5 MPa(g)低壓蒸汽來綜上所述我國燃?xì)馐志o缺，不得不從國外進(jìn)口大回收一部分煤氣中蒸汽的冷凝熱。在廢熱鍋爐下部收集量石油液化氣液化天然氣及管道天然氣。從國外購進(jìn)燃到的冷凝液的一部分，用洗滌冷卻器循環(huán)泵送出。多余的氣不僅價格貴,而且還受多種不確定因素影響。如何保證煤氣水送往煤氣水分離裝置。離開氣化工段的粗煤氣在能源安全供應(yīng)是在引進(jìn)國外氣源是必須重視的問題。煤壓力3910 kPa(g)、溫度185C飽和狀況下,通過粗煤氣制天然 氣立足國內(nèi)，可以減輕對國外的依賴，具有長遠(yuǎn)的總管進(jìn)入煤氣變換、煤氣冷卻工段。煤鎖氣回收系統(tǒng)供所戰(zhàn)略意義。有氣化爐系列所用。參考文獻(xiàn):5煤制天然氣應(yīng)用前景我國目前是世界上天然氣需求增長最快的國家之[1]藺華林,李克健,趙利軍煤制合成天然氣現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].一,我國87%以上的天然氣用于化工、城市燃?xì)夂桶l(fā)電等上?；?2010,35(9):25- -32.工業(yè)部門，其中化肥生產(chǎn)就占38.3%。居民用氣在天然氣[2] 趙勇,王巍,郝天翼,等煤氣化技術(shù)研究進(jìn)展[].電力技術(shù).消費(fèi)總量中所占11%。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，2010,19(6):1-6. .對天然氣的需求量將繼續(xù)增加,城市燃?xì)?、工業(yè)用氣和發(fā)[3]何忠，黃曉曦.煤制天然氣工藝技術(shù)和催化劑的研究進(jìn)展電等消費(fèi)需求都將快速增長。[].化工進(jìn)展.2011,(30):388- -392.我國城鎮(zhèn)的發(fā)展導(dǎo)致了天然氣需求的增長。在經(jīng)濟(jì)[4]錢衛(wèi),黃于益煤制天然氣(SNG)技術(shù)現(xiàn)狀[J].轉(zhuǎn)化利用,2011,17(1):26-32.高速增長的今天,隨著廣東珠江三角洲、上海長江三角洲[5]藺華林,李克健,趙利軍.煤制合成天然氣現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)城市的發(fā)展已率先進(jìn)人了工業(yè)化時代，化工時刊1.2010,35(9):25-35.也率先進(jìn)入了城市天然氣時代。中國大城市人口的聚集和小城市的增加以及經(jīng)濟(jì)的增長日益敦促人們重視環(huán)境