化學(xué)工業(yè)第28卷第11期8CHEMICAL INDUSTRY2010年11月煤制天然氣項目氣化技術(shù)選擇劉江,宿鳳明,凌鋒(中國電能成套設(shè)備有限公司,北京10011)摘要:分析了She'氣化工藝,CSP氣化工藝與Lugi氣化工藝在煤制天然氣項目參數(shù)、粗合成氣成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標(biāo)以及經(jīng)濟性,為煤制天然氣項目中氣化技術(shù)的選擇提供參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞:煤氣化廠;煤氣化;技術(shù)經(jīng)濟對比文章編號:1673-9647(2010)11-0008-04中圖分類號:TQ54文獻標(biāo)識碼:A隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強環(huán)保等政策的實成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標(biāo)以及經(jīng)濟性的施,國內(nèi)對天然氣的需求與日俱增。國務(wù)院發(fā)展差異,為煤制天然氣項目中氣化技術(shù)的選擇提供研究中心市場經(jīng)濟研究所研究報告預(yù)計,2015年參考和依據(jù)。我國天然氣消費量將增長至1500億m,2020年1煤制天然氣工藝簡介增長至3000億m3。而與此同時,我國天然氣產(chǎn)煤制天然氣流程見圖1。如圖1所示,煤制天量將分別為1400億m3、1500億m3左右,因此然氣包括以下幾大部分:空分、煤氣化,凈化(C0我國未來天然氣的供需將出現(xiàn)很大的缺口。由于變換,酸性氣體脫除、冷凍)、甲烷化(含甲烷化、我國巨大的天然氣消費市場及強勁的增長趨勢,壓縮、干燥)及硫回收等裝置2。氣化爐是源頭許多大型能源企業(yè)相繼開展煤制天然氣項目。煤備,一般采用煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)粗合成氣。由于氣化工藝為煤制天然氣項目的源頭,是需要重點粗合成氣中的CO和H2成分比例不適合直接用考慮的環(huán)節(jié)。針對項目實際情況,正確選擇煤氣于天然氣合成,為滿足甲烷化的需要,需通過部化技術(shù),對于整個項目的成敗至關(guān)重要。本文分析分C0變換,調(diào)整合成氣中H/C比。在變換工藝了She氣化工藝、GSP氣化工藝與Lurg氣化工后,脫除酸性氣體中HS及CO2等,然后再通過藝在煤制天然氣工藝中的重要性能參數(shù)及對系統(tǒng)甲烷化及干燥,生產(chǎn)合成天然氣產(chǎn)品,合格產(chǎn)品的影響,對比分析了這三種氣化技術(shù)的粗合成氣送管網(wǎng)?？辗盅b置煤天化/氣變換適宜的脫硫脫碳凈的甲烷化天然號干燥CO/H2比合成氣硫回收卜硫或硫圖1煤制天然氣流程2氣化技術(shù)加熱到一定溫度后,與中壓蒸汽混合,經(jīng)工藝噴2IShe氣化技術(shù)嘴送人爐內(nèi)。煤粉與氧氣在40MPa表壓下,發(fā)Shel.氣化(廢鍋流程)是一種氣流床加壓氣生部分氧化反應(yīng),轉(zhuǎn)化為高有效氣體含量的粗合化工藝。氣化用的原料煤(粒度≤30mm)由原成氣中國煤化工氣化爐頂排出。煤貯運系統(tǒng)的皮帶式輸送機送入碎煤倉中,經(jīng)過收稿日CNMHG破碎、磨煤及干燥過程后,由N2或CO2輸送進人作者簡介:劉江(1962-),男,北京人,副總經(jīng)理,從事專業(yè)氣化爐噴嘴;而來自空分的氧氣,經(jīng)氧氣預(yù)熱器熱能動力工程工作第11期劉江等:煤制天然氣項目氣化技術(shù)選擇氣化爐頂部的煤氣溫度約1600℃,由后部返回2.3 Lurgi碎煤加壓氣化技術(shù)的冷煤氣混合激冷至900℃左右進人廢鍋回收熱urgi氣化屬于固定床碎煤加壓氣化工藝。該量。 Shell氣化爐氣化工藝如圖2所示。工藝采用的原料粒度為5-50mm,氣化劑采用水蒸汽與純氧;原料煤從氣化爐上部加入,在爐內(nèi)從上至下依次經(jīng)過干燥、干餾、半焦氣化、殘焦燃高壓蒸汽燒、灰渣排出等物理化學(xué)過程。氣化溫度為700~1100℃,氣化壓力為30-40MPa。 Lurgi碎煤加壓氣化爐如圖4所示。中壓蒸汽合成氣圖2Shl氣化爐工藝旋轉(zhuǎn)爐篦‖合成氣氣化劑22GSP氣化技術(shù)GSP氣化是一種氣流床加壓氣化工藝。該工藝排灰鎖斗首先將原料煤(原料以煤為例)進行破碎、磨煤灰和干燥,干燥后的煤粉用高壓№2(高于氣化壓力約1MPa)或CO2(做甲醇時用CO2)輸送到氣化圖4 Lurgi氣化爐工藝爐頂部的燒嘴,煤粉與氧氣和蒸汽在氣化爐內(nèi)瞬間(≈10s)完成反應(yīng),反應(yīng)溫度為1400-1600℃,3不同氣化工藝主要技術(shù)參數(shù)對比氣化壓力通常為25-40MPa;反應(yīng)后的氣體進31爐參數(shù)和粗合成氣成分入反應(yīng)室下部的激冷室進行激冷,液態(tài)渣也流入比較三種氣化工藝主要參數(shù)和所產(chǎn)粗合成氣激冷室凝固,通過灰鎖排入渣池。CSP氣化爐工成分如表1所示。藝如圖3所示。表1三種氣化工藝主要參數(shù)和所產(chǎn)粗合成氣成分于煤粉|純氧項目She氣化GSP氣化 Lurgi氣化參數(shù)氣化壓力MPa423~40低壓蒸汽氣化溫度r℃C1300-17001350-1750700-1100純氧純氧+水蒸汽純氧+水蒸汽出口合成氣度粗合成氣摩爾合成氣去下游分?jǐn)?shù)%灰水處理dH中國煤化工CNMHGS 27-32爐渣CH+C?圖3GSP氣化爐工藝08~1.108-1.1化學(xué)工業(yè)CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷三種氣化技術(shù)中,由于 Lurgi氣化技術(shù)的氣化量、廢水排放量及廢水的處理難度有較大區(qū)別,溫度比較低,溫度范圍控制在700-1100℃之間,有必要進行對比分析因此其合成氣中CH4摩爾分?jǐn)?shù)能到7%-12%,遠由于 Shell氣化為干法氣流床氣化,而且選擇高于She及CSP氣化技術(shù)的005%。粗合成氣中廢鍋流程,因此在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水最少。較高的CH4含量能夠有效控制后續(xù)裝置的規(guī)模及GSP氣化技術(shù)采用水激冷流程,氣化爐產(chǎn)生的廢水相關(guān)工藝過程消耗,有利于降低煤制天然氣項目略多于Shel氣化爐。在三種氣化技術(shù)中, Lurgi氣工程造價及運行成本?；に嚠a(chǎn)生的廢水量最多。據(jù)測算,同等規(guī)模氣此外, Lurgi氣化爐內(nèi)存在干餾區(qū),溫度不到化工程, Lurgi氣化工藝產(chǎn)生的廢水量約為 Shell1000℃。干餾部分會產(chǎn)生焦油和輕油,需設(shè)洗滌氣化工藝和GSP氣化工藝的10倍左右。此外裝置進行分離。為了得到好的分離效果,需盡量 Lurgi爐廢水中含有高濃度的揮發(fā)性酚、多元酚降低粗合成氣的溫度。一般送出界區(qū)的溫度約為氨氮等組分,無法直接進污水處理裝置,需要先40℃,而She和GSP氣化爐的出口合成氣溫度相進行酚、氨回收。經(jīng)回收后的排放污水中COD對較高,分別為170℃與220℃。煤制天然氣下BOD3、酚、氨氮、油等各類污染物質(zhì)濃度仍很游變換溫度約為260℃,因此Iugi氣化爐相比于高,僅靠生化處理無法達標(biāo)排放,還需要增加物Shll和GSP氣化爐需要補充更多的能量來滿足變化處理的手段。因此在環(huán)保指標(biāo)上,Lurg氣化爐換的要求。處于劣勢。另外,從氣化技術(shù)與煤制天然氣項目的流程34經(jīng)濟指標(biāo)匹配性來看,GSP煤氣化技術(shù)采用水冷壁和冷激、顯然,對于相同規(guī)模的煤制天然氣的項目,洗滌除塵流程; Shell煤氣化首先用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)由于選用不同氣化工藝,氣化爐投資存在較大差異。電,追求更高的熱效率,因此采用廢熱鍋爐回收但由于不同氣化工藝產(chǎn)生的粗合成氣品質(zhì)差異煤氣余熱。對于煤制天然氣項目,為調(diào)整合成氣造成后續(xù)的工藝裝置的投資差異也很大。采用不中C/H比,合成氣中大量的cO需進行水煤氣變同氣化技術(shù)煤制天然氣工程造價見圖5。圖5給換。由于不同氣化技術(shù)的工藝流程不同,GSP與出了20億m3/a規(guī)模煤制天然氣工程造價。rgi氣化島出口合成氣含大量水蒸汽,完全滿足CO變換所需,在變換環(huán)節(jié)不再需要新增加水蒸汽。由于She'化島出口合成氣含水蒸汽量低,需要外加水蒸汽以滿足反應(yīng)需求,這部分水蒸汽取自廢鍋。3.2副產(chǎn)物不同的氣化方式產(chǎn)生的副產(chǎn)品存在差異。 Shell氣化爐和GSP氣化爐的主要副產(chǎn)品為硫磺,而污水處理;■熱電站;口甲烷化;口凈化;■空分;口氣化lurgi氣化由于采用固定床的氣化方式,伴生大量焦油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品。若以20億m}/a圖5采用不同氣化技術(shù)煤制天然氣工程造價煤制天然氣項目為例,焦油等副產(chǎn)品的產(chǎn)量為總從圖5可知,對于同規(guī)模的煤制天然氣工藝投煤量(以收到基計)的3.5%,初步估算其副產(chǎn)系統(tǒng),采用廢鍋流程的Shel!氣化爐總造價最高,品焦油、粗輕油、粗酚總產(chǎn)量,約為22萬ta。其次為GSP氣化工藝, Lurgi氣化工藝總投資最如果不考慮同等規(guī)模煤制天然氣由于選用不同技少。對于 Shell氣化技術(shù),配備的空分設(shè)備、下游術(shù)造成的投煤量差異,按市場價格估算20億m/a的凈化設(shè)備和甲烷化設(shè)備的容量和投資較高,但的煤制天然氣項目副產(chǎn)品價值,Lurg氣化技術(shù)的動力電站)和污水處理設(shè)備的投資較低刷產(chǎn)品較其余兩種氣化技術(shù)多至少5億元/a的經(jīng)對中國煤化工資低于she氣濟價值?；癄tCNMHG甲烷化設(shè)備的規(guī)33環(huán)保指標(biāo)模及投資與She化工藝相當(dāng)。對于Lui氣化對于煤制天然氣項目,三種氣化技術(shù)的耗水(下轉(zhuǎn)第14頁144CHEMICAL INDUSTRY010年第28卷Review of World n-Butanol and Octanol MarketCHENG Li-hong(Research Institute of Industrial Economics of China National Chemical Information Center, Beijing 100029, China)Abstract: To analyze the market supply and demand situation of n-butanol and octanol in China. To predict that the production capacityof n-butanol and octanol in China in 2012 will increase 1 240 kt annually and with oversupply riskKeywords: n-butanol; octanol; market demand analysis; prediction(上接第10頁)技術(shù),對煤的粒徑以及煤的熱穩(wěn)定性有一定要求2)除硫磺外, Lurgi氣化技術(shù)會產(chǎn)生大量焦某些熱穩(wěn)定性差的煤種可能需要在氣化爐前增加油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品,如果能充分利用副煤成型的裝置,但總投資在三種工藝中最低。由產(chǎn)品的經(jīng)濟價值將會大大提高煤制天然氣項目的于 Lurgi氣化技術(shù)的氧耗比較低,因此配備的空分經(jīng)濟性系統(tǒng)容量相對較小,造價在三者中最低。此外,(3)從環(huán)保指標(biāo)來看,Shel氣化工藝與GSPLupg氣化技術(shù)由于甲烷化裝置中較小的處理氣量化工藝有較好的環(huán)保指標(biāo), Lurgi氣化廢水量而使甲烷化裝置投資優(yōu)于She氣化工藝與GSP大,而且處理困難,廢水處理實施難度大。氣化工藝,但其熱電站投資及污水處理投資均較(4)比較三種氣化工藝的經(jīng)濟性, Lurgi氣化She'化和GSP氣化工藝要高。投資最低,其次為GSP氣化工藝,Shl氣化工藝除設(shè)備造價外,運行維護也是影響項目經(jīng)濟投資最高。但由于Iug氣化爐單臺投煤量小,對效益的重要方面。由于Lumg氣化爐單臺投煤量于大型的煤制天然氣項目需要氣化爐的臺數(shù)多,小,對于大型煤制天然氣項目來說需要的氣化應(yīng)從全項目周期考慮其經(jīng)濟性。爐臺數(shù)較多,也應(yīng)該從全項目周期來考慮其經(jīng)濟性。參考文獻4結(jié)論[1]熊志建,鄧蜀平,蔣云峰,等煤制天然氣產(chǎn)業(yè)風(fēng)險評估及對策研究[J].河南化工,2010,(4):211) Lurgi碎煤加壓氣化工藝粗合成氣成分中[2]楊春生煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析[J中外能源CH4含量最高,對煤制天然氣項目中占有一定優(yōu)2010,(7):36.勢,但Shel氣化工藝和GsP氣化工藝粗合成氣[3]崔意華,袁善錄,cSP加壓氣流床氣化技術(shù)工藝分析溫度和壓力更有利于下游CO變換進行。[J煤炭轉(zhuǎn)換,2008,(1):94The Analysis of Gasification Technology in Coal Based SNG ProjectLIU Jiang, SU Feng-ming, LING FengChina Power Complete Equipment Co, LTD, Beijing 100011, China)Abstract: In thimance parameters of Shell, GSP and Lurgi gasification technologies in coal based SNGprojects are analyzed. Composition of syngas, gasification by-products, environmental protection behaviors and economic benefits ofthose three gasification technologies are compared. The data and results can中國煤化工 ection of gasificationtechnologies in coal based SNGCNMHGKeywords: coal based SNG plant; gasification; technical economical comparison