第29卷第3期天津化工Vol.29 No.32015年5月Tianjin Chemical IndustryMay.2015煤制天然氣煤氣化工藝選擇李斌(天津渤化永利化工公司煤化工事業(yè)部,天津30000)摘要:本文介紹了我國天然氣消費(fèi)現(xiàn)狀和渤化內(nèi)蒙煤制天然氣項(xiàng)目基本情況。以該項(xiàng)目工藝比選確定為主線,提出以煤定爐的工藝比選原則,在對(duì)項(xiàng)目煤質(zhì)進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同煤氣化工藝對(duì)該煤的適應(yīng)性,進(jìn)行了氣化工藝的比選和確定。關(guān)鍵詞:煤制天然氣;煤氣化工藝;碎煤加壓氣化;煤質(zhì)指標(biāo)doi: 10.3969/j.issn.1008- 1267.2015.03.002中圖分類號(hào):TQ546文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1008-1267(2015)03-0004-04魯奇爐MK4和MK5(1969~2008)、第四代魯奇1煤氣化工藝的介紹MK+。按照氣化爐的物料流動(dòng)方式來劃分,氣化工藝上世紀(jì)70年代,魯奇公司在第二代氣化爐的基主要分有三大類(表1):固定床、流化床和氣流床。礎(chǔ)上加以改進(jìn),形成了MK4型氣化爐。MK4型是當(dāng)固定床技術(shù)分常壓和加壓技術(shù),基于篇幅,本文只介今世界上使用最多的爐型,該爐型可氣化除強(qiáng)黏結(jié)紹加壓固定床氣化。性煙煤外的幾乎所有煤種,且生產(chǎn)能力及在線率得1.1 魯奇氣化技術(shù)(魯奇MK4和MK+)以大幅提升,最高分別達(dá)到65000Nm2/h和93%,產(chǎn)魯奇FBDB煤氣化技術(shù)從上世紀(jì)30年代至今的品單耗也有所下降。.發(fā)展經(jīng)歷大概可以分為四個(gè)階段:第一代魯奇爐.收稿日期:2015- 03-11(1936 ~ 1954)、第二代魯奇爐(1952 ~ 1965)第三代作者簡(jiǎn)介:李斌( 1973-),男,本科,高I,長(zhǎng)期從事煤氣化的技術(shù)和管理工作[D].中國礦業(yè)大學(xué), 2011.[12]衣麗霞,王學(xué)魁扎布耶鹽湖冷凍后鹵水常溫蒸發(fā)(20C)析鹽[2]禹文龍北大池鹽湖鹵水析鹽規(guī)律的研究[]鹽業(yè)與化工.規(guī)律[]海湖鹽與化工, 2002,31(4):4-8.2010, 39(3); 33-35.[13]桑世華,卜令忠侯彩紅等扎布耶鹽湖鹵水-10C冷凍后0吣[3]徐文芳,沙作良,王彥飛，廖耀華.查波措鹽湖鹵水凍硝過程的等溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào).2010,37(5); 518- -522研究[]鹽業(yè)與化工2011, 40(6); 8-14.[ 14 ]曾英,林曉峰,盂世軍四元體系Li+,K +//CO3-，[4]陳麗芳,陳俠，孫之南.達(dá)板城鹽湖鹵水綜合利用工藝研究[].鹽B.0號(hào)-H2O 273 K介穩(wěn)相平衡研究[]化學(xué)工程.2008, 3619);:業(yè)與化工.2006, 35(5): 5-8.47- 50.[5]李樹生,靳志玲,等.定邊鹽湖鹵水析鹽規(guī)律的研究[].鹽業(yè)與[15]王瑞麟,曾英.四元體系Na: /CIr ,CO子，B,03 -H20273K介化工.2008, 37(5):1-16.穩(wěn)相平衡研究[J].礦物巖石,2008, 28(4):109-112.[6]索智錄,張占良.東臺(tái)吉乃湖鹵水脫鈉后冬季鹽田生產(chǎn)最佳工[ 16]曹付家.五元體系Na" /CI , CO32 , SsO.*, B.0-*-H20273 K介穩(wěn)藝研究[J]鹽業(yè)與化工.2009, 39(2); 23-25.相平衡實(shí)驗(yàn)研究[D],成都:成都理工大學(xué), 2012.[7]目亦功湖鹽在低溫下鹵水濃縮析鹽規(guī)律探討[J].科技信息.[ 17 ]烏志明,鄧小川鹽水冷凍淡化研究[].無機(jī)鹽工業(yè),2001, 332013, 15.(2):6-8.[8]杜鵑,袁建軍,張愛群.硫酸鈉型鹽礦鹵水冷凍法脫巰的研究[ 18 ]烏志明,鄭綿平,劉喜方,等.多格錯(cuò)仁鹽湖鹵水冷凍、日曬兩[]中國井礦鹽2008, 39(3); 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建設(shè)時(shí)間行穩(wěn)定和建設(shè)周期短的特點(diǎn),部分企業(yè)全系統(tǒng)在線原云南解放軍二代爐前蘇聯(lián)1958年率可達(dá)到360天,單爐在線率也可實(shí)現(xiàn)80%以上?；蕪S由于操作溫度相對(duì)較低,蒸汽分解率僅有30%~山西天脊煤化工4臺(tái)，MK4魯奇1987年45%,再加上中高溫的干餾產(chǎn)物較多,使得該工藝廢公司水產(chǎn)量高,且含較多的難于處理的多烴、環(huán)烴和芳蘭州煤氣廠捷克1991年烴類物質(zhì),對(duì)下游的水處理要求較高,環(huán)保排放的哈爾濱依蘭煤氣廠5臺(tái)，MK4東德1993年壓力也相對(duì)較大。河南義馬煤氣廠4臺(tái) ，MK4魯奇1998年2項(xiàng)目煤質(zhì)情況和煤 氣化工藝分析魯奇公司在總結(jié)完善MK4氣化爐的基礎(chǔ)上將其升級(jí)設(shè)計(jì)為MK+氣化技術(shù),在硬件上做了如下改渤化內(nèi)蒙古煤制氣項(xiàng)目配置煤為準(zhǔn)葛爾地區(qū)進(jìn):氣化爐高度由12.5m增至17m,外徑由4.13m擴(kuò)不連溝礦區(qū)煤，該煤屬于特高灰熔點(diǎn)、特低硅鋁比至5.05m,同時(shí)創(chuàng)新性地將氣化爐設(shè)計(jì)壓力提升到和中低熱值的長(zhǎng)焰煤,同時(shí)該煤具有活性好,含油6.0MPa(操作壓力5.0MPa) ,不僅使單爐生產(chǎn)能力達(dá)率高和機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。到10萬Nm2/h,同時(shí)粗煤氣的質(zhì)量指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了提升,通過對(duì)項(xiàng)目煤質(zhì)分析(表4),幾種主流高效的氧耗和蒸汽耗也有一定程度的 下降,為大型煤化工煤氣化工藝都不太適合,具體情況如下:項(xiàng)目的技術(shù)選擇又開辟了一一個(gè)途徑(表2)。1)水煤漿氣化:在業(yè)內(nèi)以穩(wěn)定可靠著稱,該氣化工藝要求煤種灰熔點(diǎn)低于1350(水冷壁式的清華1.2 國產(chǎn)碎煤加壓氣化技術(shù)上世紀(jì)70年代，賽鼎工程有限公司與德國魯奇爐可適度放寬),并要求煤種有較好的成漿性,- -般公司、PKM公司等合作,參與設(shè)計(jì)建設(shè)了天脊集團(tuán)要求58%以上,太低對(duì)氣化爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有影合成氨裝置、哈爾濱依蘭煤氣工程、義馬煤氣化工響。煤科總院對(duì)本項(xiàng)目煤的成漿性進(jìn)行了試驗(yàn),平程在此基礎(chǔ)上采用自主開發(fā)的工藝技術(shù),獨(dú)立完成均可達(dá)64% ,采用級(jí)配工藝后可達(dá)到67%,可滿足制了太原爐的設(shè)計(jì)建設(shè)工作。至此,國內(nèi)改進(jìn)型碎煤漿濃度要求。但由于灰熔點(diǎn)太高,變形溫度T2已經(jīng)加壓氣化技術(shù)進(jìn)人應(yīng)用階段(表3)。大于1500C,需摻配10%的助熔劑方可將灰熔點(diǎn)降至要求值。按此計(jì)算,每標(biāo)方有效氣將增加0.7分,表3_ 國產(chǎn)碎煤加壓氣化主要業(yè)績(jī)氧耗約有11%的增量,即使不考慮黑水系統(tǒng)的堵塞和爐內(nèi)流渣的不穩(wěn)定性,僅從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性上考慮山西潞安煤業(yè)62008年也不能選擇該工藝。集團(tuán)合成氨、尿素2)粉煤加壓氣化:這是當(dāng)今煤化工行業(yè)的主，新疆廣匯能源甲醇、二甲醚2013年流,對(duì)煤種有相對(duì)較寬的適應(yīng)性。要求人爐煤灰熔點(diǎn)T4小于1400C,硅鋁比大于1.6(下行水激冷工藝國電赤峰可適當(dāng)放寬)操作窗大干1209該煤種在配加化肥項(xiàng)目中國煤化工大唐克旗2013年-期8%的石灰石沮操作窗口只18有30C,表MHCNMHS差,這將使液.天津化工2015年5月.表4項(xiàng)目煤質(zhì)分析擇該工藝,只有大量摻配較高SiAL的煤并輔以助煤種項(xiàng)目煤源選煤熔劑方可使用?；诋?dāng)?shù)刂苓吤悍N資源所限不具序號(hào)名稱來源備大規(guī)模配煤的條件,實(shí)際操作難度較大。單位設(shè)計(jì)煤種另外從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度分析,粉煤氣化工藝采用水分Mad w1%15.6此煤做原料也很難發(fā)揮其工藝優(yōu)勢(shì)。按當(dāng)?shù)毓没曳諥dt%10.67工業(yè)分析物料價(jià)格計(jì)算,有效氣成本原煤約占44%,氧占揮發(fā)分Vd wt%37.0314%。由于較高的灰熔點(diǎn)需要摻配大量助熔劑,煤固定碳FCd wt%48.49耗和氧耗都會(huì)出現(xiàn)較大的上升。如按單煤種配加碳Cdnt%54.0210%助熔劑計(jì)算,實(shí)物煤耗將突破650Kg/Nm3,氧耗氫Hdwt%3.072元素分析也會(huì)上升至390Nm/Nm'有效氣,每標(biāo)方有效氣增加氮Nd0.91成本4分。氧0d wr%10.21發(fā)熱量Qgr.adMJ/Kg21.023)碎煤加壓液態(tài)排渣爐:以BGL為代表的碎煤可磨指數(shù)HGI74液態(tài)排渣工藝是近年煤化工行業(yè)的一-個(gè)新秀 ,它以變形溫度DT1470高產(chǎn)能高效率和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)明顯超越了傳統(tǒng)軟化溫度ST C. > 1500的魯奇氣化工藝。但對(duì)于本項(xiàng)目煤種,液態(tài)排渣不灰熔點(diǎn)半球溫度Ht C> 1500暢和大量助熔劑添加的不經(jīng)濟(jì)問題,同樣很難逾流動(dòng)溫度FT 0越。SiO2wt41.54綜上所述液態(tài)排渣工藝在目前的煤質(zhì)情況下Al2O3 wt%44.65存在工藝運(yùn)行不確定性和經(jīng)濟(jì)性風(fēng)險(xiǎn)較大不宜采Fe2O,2.74用。對(duì)該煤的特點(diǎn)對(duì)碎煤加壓氣化工藝倒是- -種TiO21.57優(yōu)質(zhì)原料。首先特高灰熔點(diǎn)的特性可使氣化溫度CaO2.24達(dá)到1400C以上,比同類項(xiàng)目操作溫度高200C,可6灰組成分析MgO0.32有效提高蒸汽分解率,降低中壓蒸汽消耗,更重要K200.22的是可減少廢水產(chǎn)量。其次該煤良好的活性可在Na:O0.12一定程度上彌補(bǔ)碎煤加壓碳轉(zhuǎn)化率不高的工藝不MnOz0.01足,灰渣返炭指標(biāo)有望達(dá)到2 %以下,同時(shí)該工藝特SO,1.20有的高甲烷特點(diǎn)也可大大降低后序合成的投資和P20,0.24運(yùn)行費(fèi)用。最后煤中近7%的含油量可得到充分利煤對(duì)二氧71100%91.9用,對(duì)副產(chǎn)品中焦油,中油,石腦油進(jìn)-步提純加反應(yīng)性氫,將有效提高煤制氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益?？紤]到本90.6項(xiàng)目煤礦粉煤的產(chǎn)率相對(duì)較低,項(xiàng)目配置2X100MW熱穩(wěn)定性TSa,.9的流化床鍋爐完全可消化剩余粉煤因此在現(xiàn)有總.5體方案下選擇碎煤加壓氣化工藝是一個(gè)相對(duì)較適0.1m/s9.0宜的工藝路線。9結(jié)渣性0.2m/s17.2如何實(shí)現(xiàn)高灰熔點(diǎn)和高粘溫特性煤的高效利0.3m/s18.8用,在業(yè)內(nèi)也是一個(gè)難題。一些研發(fā)部門做了大量粘結(jié)指數(shù)的試驗(yàn)和工業(yè)化嘗試,通過爐內(nèi)溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)的( Gn)自由膨脹系調(diào)整,部分液態(tài)排渣爐型對(duì)該類煤的適應(yīng)性得到了10粘結(jié)指標(biāo) 數(shù) (CSN)一定 的提高,但仍然不能得到根本上的解決。我們膠質(zhì)層根據(jù)煤的元素特性,經(jīng)過多次試驗(yàn)也找到- -種復(fù)合最大厚度0( Ymm)助劑,在不配煤的前提下添加2%即可達(dá)到相關(guān)工藝態(tài)排渣工藝無法正常進(jìn)行。其主要原因是硅鋁比要求,但受4中國煤化工無法達(dá)到大規(guī).(0.7)太低,熔渣過程中形成大量莫來石所致。如選模工業(yè)應(yīng)用。:YHCNMHG.第29卷第3期李斌:煤制天然氣煤(化工藝選擇對(duì)此種煤的穩(wěn)定高效使用,筆者認(rèn)為可從以下應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。幾個(gè)方面著手,首先尋找可配強(qiáng)的煤對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)碎煤加壓氣化對(duì)煤質(zhì)的要求與液態(tài)排渣的粉處理,實(shí)現(xiàn)元素的初步達(dá)標(biāo);其次根據(jù)元素平衡情煤氣化有著本質(zhì)上的區(qū)別。首先固定層氣化爐對(duì)況和粘溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果,輔配常規(guī)助劑或復(fù)合助劑達(dá)到床層的通透性要求較高,不僅需要人爐煤塊度均勻基本可用;在此基礎(chǔ)上可選擇排渣適應(yīng)性較好的爐且含粉少,而且要求在整個(gè)反應(yīng)過程無明顯結(jié)渣且型最終實(shí)現(xiàn)煤的可用性。粉化少,對(duì)應(yīng)于機(jī)械強(qiáng)度、結(jié)渣性和熱穩(wěn)定性指標(biāo)要達(dá)標(biāo);其次氣化操作溫度要求在煤軟化溫度(T2)3碎煤加壓氣化對(duì)煤質(zhì)要求下50C操作,這個(gè)溫度下的反應(yīng)活性決定了氣化爐目前國內(nèi)運(yùn)行的煤制天然氣項(xiàng)目幾乎全部采的生產(chǎn)能力,理論上低活性低灰熔點(diǎn)的煤不宜選擇用國產(chǎn)碎煤加壓4.0m爐型,整體運(yùn)行情況并不理該爐型。另外結(jié)焦性高的煤不宜選擇固定層氣化想,主要問題為氣化爐夾套腐蝕、單爐負(fù)荷低和系爐,G>12時(shí)需考慮破粘裝置，由于氣化爐內(nèi)部高溫統(tǒng)負(fù)荷受限酚氨水裝置等。碎煤加壓氣化工藝本機(jī)械變形和密封問題,對(duì)大型氣化爐在設(shè)計(jì)上不建身并沒有太大問題,只是原料煤與氣化爐的設(shè)計(jì)在議采用破粘裝置。以下是筆者總結(jié)碎煤加壓氣化些方面不適應(yīng),主要原因?yàn)轫?xiàng)目初期對(duì)煤種沒有進(jìn)爐對(duì)煤質(zhì)的基本要求指標(biāo)(表5)。行全面分析,未在工程設(shè)計(jì)中增加有效措施進(jìn)行相4煤氣化工藝路線的確定辰5 碎煤加壓氣化爐煤質(zhì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目人爐煤指標(biāo)級(jí)別備注低位發(fā)熱量( kealkg)>4500灰分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %≤25B影響經(jīng)濟(jì)性越低越好灰熔點(diǎn)T2 (C)>1250A如煤的活性較好 ，可做適當(dāng)下調(diào)外水:≤10水分(Mad)內(nèi)水:待定粒度( mm)8-50熱穩(wěn)定性TS+6≥85機(jī)械強(qiáng)度≥60焦渣特征<該反應(yīng)活性指低于軟化溫度T250- 100C溫C02反應(yīng)性≥90度下的反應(yīng)活性10總硫(St,ad/) (質(zhì)量分≤1.0超標(biāo)后需對(duì)系統(tǒng)采取有針對(duì)性的防腐設(shè)計(jì)氯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %≤0.01氟(質(zhì)量分?jǐn)?shù))ug/g≤100B備注:A為必須滿足指標(biāo),B為可讓步指標(biāo)做為-一個(gè)大型煤制氣項(xiàng)目,承擔(dān)著大范圍的工等的含油量也可使項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步的業(yè)與民用用氣任務(wù),關(guān)系民生問題穩(wěn)定和連續(xù)是前提升。因此對(duì)于該煤種應(yīng)優(yōu)選碎煤加壓氣化工藝,題，因此在工藝路線選擇上應(yīng)以實(shí)現(xiàn)煤氣化裝置盡管其在技術(shù)先進(jìn)性方面與粉煤和水煤漿工藝稍“安穩(wěn)、長(zhǎng)、滿優(yōu)"為目的,并且全面深入分析原料遜一籌,但是作為-個(gè)大型坑口煤化工企業(yè),能夠煤物化性質(zhì),堅(jiān)持以煤定爐的基本原則,同時(shí)結(jié)合嚴(yán)格遵守以煤定爐原則,使煤和氣化爐兩者互為補(bǔ)塊粉比例和產(chǎn)品對(duì)原料氣的需求特點(diǎn)進(jìn)行綜合確充,揚(yáng)長(zhǎng)避短,為將來的穩(wěn)定生產(chǎn)奠定良好的基定。礎(chǔ)。同時(shí)通過創(chuàng)新優(yōu)化工藝,有效降低碎煤加壓氣從當(dāng)?shù)孛嘿|(zhì)各項(xiàng)分析成本看,煤種的高灰熔化工藝的廢水產(chǎn)量:降低進(jìn)人酚氨水的含油含塵點(diǎn),高反應(yīng)活性以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和較好的熱穩(wěn)量 ,提高廢水中國煤化工碎煤加壓氣定,是碎煤加壓氣化工藝?yán)硐氲脑?另外煤種中化工藝的一個(gè)YHCNMHG環(huán)境效益。.