煤制天然氣項目氣化技術(shù)選擇

化學(xué)工業(yè)第28卷第11期●8.CHEMICAL 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(中國電能成套設備有限公司,北京10011)摘要: 分析了Shell氣化工藝，GSP氣化工藝與Lurgi氣化工藝在煤制天然氣項目參數、粗合成氣成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標以及經(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。關(guān)鍵詞:煤氣化廠(chǎng);煤氣化;技術(shù)經(jīng)濟對比文章編號: 1673- 9647 (2010) 1-0008-04中圖分類(lèi)號: TQ54文獻標識碼: A隨著(zhù)可持續發(fā)展戰略和加強環(huán)保等政策的實(shí)成分、主要副產(chǎn)品產(chǎn)量、環(huán)保指標以及經(jīng)濟性的施，國內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(chǎng)經(jīng)濟研究所研究報告預計,2015年參考和依據。我國天然氣消費量將增長(cháng)至1500億m', 2020年1煤制天然氣工藝簡(jiǎn)介增長(cháng)至3 000億m'。而與此同時(shí)，我國天然氣產(chǎn)煤制天然氣流程見(jiàn)圖1。如圖1所示，煤制天量將分別為1 400億m2、1 500億m23左右，因此然氣包括以下幾大部分:空分、煤氣化,凈化(CO我國未來(lái)天然氣的供需將出現很大的缺口1。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(chǎng)及強勁的增長(cháng)趨勢,壓縮、干燥)及硫回收等裝置2。氣化爐是源頭設許多大型能源企業(yè)相繼開(kāi)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(diǎn)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。針對項目實(shí)際情況，正確選擇煤氣于天然氣合成，為滿(mǎn)足甲烷化的需要，需通過(guò)部化技術(shù)，對于整個(gè)項目的成敗至關(guān)重要。本文分析分CO變換，調整合成氣中H/C比。在變換工藝了Shell 氣化工藝、GSP氣化工藝與Lurgi氣化工后，脫除酸性氣體中H$S及CO2等,然后再通過(guò)藝在煤制天然氣工藝中的重要性能參數及對系統甲烷化及干燥，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)?！?空分裝置謀然|粗煤氣l變換適宜的脫硫脫碳.潔凈的甲烷化天熱干燥煤一化|C0/H2比H2S合成氣網(wǎng)碗回收+硫或硫酸圖1煤制天然氣流程2氣化技術(shù)加熱到- -定溫度后，與中壓蒸汽混合,經(jīng)工藝噴2.1 Shell 氣化技術(shù)嘴送人爐內。煤粉與氧氣在4.0 MPa表壓下，發(fā)Shell氣化(廢鍋流程)是一種氣流床加壓氣生部分氧化反應，轉化為高有效氣體含量的粗合化工藝。氣化用的原料煤(粒度≤30 mm)由原成氣，夾帶著(zhù)飛灰，自下而上從氣化爐頂排出。煤貯運系統的皮帶式輸送機送人碎煤倉中，經(jīng)過(guò)收稿日期: 2010-10-08破碎、磨煤及干燥過(guò)程后,由N2或CO2輸送進(jìn)入作者簡(jiǎn)介:劉江(1962-), 男，北京人，副總經(jīng)理,從事專(zhuān)業(yè)氣化爐噴嘴;而來(lái)自空分的氧氣，經(jīng)氧氣預熱器熱能動(dòng)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●9●氣化爐頂部的煤氣溫度約1600 C，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900C左右進(jìn)人廢鍋回收熱Lurgi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5~50 mm,氣化劑采用水蒸汽與純氧;原料煤從氣化爐上部加入，在爐內從上至下依次經(jīng)過(guò)干燥、干餾、半焦氣化、殘焦燃十高壓蒸汽燒、灰渣排出等物理化學(xué)過(guò)程。氣化溫度為700~1 100 C，氣化壓力為3.0~4.0 MPa。Lurgji碎煤加T壓氣化爐如圖4所示。中壓蒸汽煳料煤、合成氣爐渣圖2 Shell氣化爐工藝旋轉爐篦氣化劑2.2 GSP 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(jìn)行破碎、磨煤灰資和干燥，干燥后的煤粉用高壓N2 (高于氣化壓力約1 MPa)或CO2 (做甲醇時(shí)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瞬間(≈10s)完成反應，反應溫度為1 400~1 600 C,3不同氣化工藝主要技術(shù)參數對比氣化壓力通常為2.5~4.0 MPal);反應后的氣體進(jìn)3.1爐參數和粗合成 氣成分人反應室下部的激冷室進(jìn)行激冷,液態(tài)渣也流人比較三種氣化工藝主要參數和所產(chǎn)粗合成氣.激冷室凝固,通過(guò)灰鎖排入渣池。GSP 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 參數和所產(chǎn)粗合成氣成分干煤粉| 純氧項目Shell 氣化GSP氣化Lurgi氣化參數:?氣化壓力MPa4.23-4.0低壓蒸汽氣化溫度/C 1 300-1 7001 350-1 750 700-1 100純氧純氧+水蒸汽純氧+水蒸汽出口合成氣170220溫度/C粗合成氣摩爾合成氣去下游分數/%55-5665-~7516-28灰水處理H235-~3620-2838-40CO27~7.54~-527-32↓爐渣CH4+C2 .7~120.8~1.10.8-1.10.5~2圖3 GSP 氣化爐工藝化學(xué)工業(yè)●10.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別,溫度比較低，溫度范圍控制在700~1 100 C之間,有必要進(jìn)行對比分析。因此其合成氣中CH,摩爾分數能到7%~12%，遠由于Shell氣化為干法氣流床氣化，而且選擇高于Shell及GSP氣化技術(shù)的0.05%。粗合成氣中廢鍋流程，因此在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水最少。較高的CH4含量能夠有效控制后續裝置的規模及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(guò)程消耗,有利于降低煤制天然氣項目略多于Shell氣化爐。在三種氣化技術(shù)中，Lurgi 氣工程造價(jià)及運行成本?；に嚠a(chǎn)生的廢水量最多。據測算,同等規模氣此外, Lurgi 氣化爐內存在干餾區,溫度不到化工程,Lurgi氣化工藝產(chǎn)生的廢水量約為Shell1 000 C。干餾部分會(huì )產(chǎn)生焦油和輕油，需設洗滌氣化工藝和GSP氣化工藝的10倍左右。此外,裝置進(jìn)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。一般送出界區的溫度約為氨氮等組分，無(wú)法直接進(jìn)污水處理裝置，需要先40C,而Shell和GSP氣化爐的出口合成氣溫度相進(jìn)行酚、氨回收。經(jīng)回收后的排放污水中COD。、對較高，分別為170C與220 C。煤制天然氣下BODs、酚、氨氮、油等各類(lèi)污染物質(zhì)濃度仍很游變換溫度約為260 C,因此Lurgi氣化爐相比于高,僅靠生化處理無(wú)法達標排放,還需要增加物Shell和GSP氣化爐需要補充更多的能量來(lái)滿(mǎn)足變化處理的手段。因此在環(huán)保指標上, Lurgi 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3.4經(jīng)濟指標匹配性來(lái)看，GSP 煤氣化技術(shù)采用水冷壁和冷激、顯然，對于相同規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,為調整合成氣造成后續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(jìn)行水煤氣變同氣化技術(shù)煤制天然氣工程造價(jià)見(jiàn)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m/a規模煤制天然氣工程造價(jià)。Lurgi氣化島出口合成氣含大量水蒸汽,完全滿(mǎn)足140CO變換所需，在變換環(huán)節不再需要新增加水蒸120汽。由于Shell氣化島出口合成氣含水蒸汽量低,100需要外加水蒸汽以滿(mǎn)足反應需求，這部分水蒸汽日80i 60取自廢鍋。離40+3.2副產(chǎn)物0t不同的氣化方式產(chǎn)生的副產(chǎn)品存在差異。ShellShellLurgi氣化爐和CSP氣化爐的主要副產(chǎn)品為硫磺，而口污水處理;■熱電站;口甲烷化;口凈化;■空分:日氣化Lurgi氣化由于采用固定床的氣化方式，伴生大量圖5采用不同氣化技 術(shù)煤制天然氣工程造價(jià)焦油、粗輕油、粗酚等副產(chǎn)品。若以20億m/a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，采用廢鍋流程的Shell氣化爐總造價(jià)最高,品焦油、粗輕油、粗酚總產(chǎn)量,約為22萬(wàn)Vao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)，配備的空分設備、下游術(shù)造成的投煤量差異,按市場(chǎng)價(jià)格估算20億m/a的凈化設備和甲烷化設備的容量和投資較高，但的煤制天然氣項目副產(chǎn)品價(jià)值，Lurgi 氣化技術(shù)的動(dòng)力島(或熱電站)和污水處理設備的投資較低。副產(chǎn)品較其余兩種氣化技術(shù)多至少5億元/a的經(jīng)對于CSP氣化工藝，氣化爐的投資低于Shell 氣濟價(jià)值?；癄t，但空分設備、凈化設備與甲烷化設備的規3.3環(huán)保指標模及投資與Shell氣化工藝相當。對于Lurgi氣化對于煤制天然氣項目，三種氣化技術(shù)的耗水(下轉第14頁(yè))化學(xué)工業(yè)CHEMICAL INDUSTRY2010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 I 240 kt annally and with oversupply risk.Keywords: n-butanol; octanol; market demand analysis; prediction(上接第10頁(yè))技術(shù)，對煤的粒徑以及煤的熱穩定性有一-定要求,(2)除硫磺外, Lurgi 氣化技術(shù)會(huì )產(chǎn)生大量焦某些熱穩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(jià)值將會(huì )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。系統容量相對較小，造價(jià)在三者中最低。此外，(3)從環(huán)保指標來(lái)看, Shell 氣化工藝與GSPLurgi氣化技術(shù)由于甲烷化裝置中較小的處理氣量氣化工藝有較好的環(huán)保指標，Lurgi 氣化廢水量而使甲烷化裝置投資優(yōu)于Shell氣化工藝與GSP大，而且處理困難，廢水處理實(shí)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Shell氣化和CSP氣化工藝要高。投資最低，其次為GSP氣化工藝，Shell 氣化工藝除設備造價(jià)外，運行維護也是影響項目經(jīng)濟投資最高。但由于Lurgi氣化爐單臺投煤量小，對效益的重要方面。由于Lurgi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多,小，對于大型煤制天然氣項目來(lái)說(shuō)需要的氣化應從全項目周期考慮其經(jīng)濟性。爐臺數較多，也應該從全項目周期來(lái)考慮其經(jīng)參考文獻:濟性。[1]熊志建，鄧蜀平，蔣云峰，等.煤制天然氣產(chǎn)業(yè)風(fēng)險4結論評估及對策研究[J].河南化工, 2010, (4): 21.(1) 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，CH,含量最高，對煤制天然氣項目中占有一定優(yōu)2010，(7): 36.勢，但Shell氣化工藝和CSP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(jìn)行。[J].煤炭轉換, 2008, (1); 94.The Analysis of Gaification Technology in Coal Based SNG ProjectLIU Jiang, SU Feng-ming, LING Feng(China Power Complete Equipment Co., LTD, Beiig 10010 China)Abstract: In this paper, the important performance 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 gasifcation technologies are compared. The data and results can be taken as a reference for the selection of gasificationtechnologies in coal based SNG.Keywords: coal based SNG plant; gasification; technical economical comparison