煤制天然氣工藝的研究與應用

第31卷第11期企業(yè)技術(shù)開(kāi)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用李積強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.青海省化工設計研究院有限公司,青海西寧810000;3.山東正信安全評價(jià)有限責任公司,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)建設大型煤制天然氣項目,闡述了研究和開(kāi)發(fā)煤氣化技術(shù)的重要意義,詳細介紹了目前國內外主流煤氣化技術(shù)的進(jìn)展及應用，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)提出了詳細的方案。關(guān)鍵詞:煤氣化;氣化爐;碎煤加壓;應用中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A .文章編號: 1006- 8937 (2012)11-0169-03我國煤炭資源較豐富,近年來(lái)煤化工行業(yè)發(fā)展迅速,游一體化發(fā)展,有效帶動(dòng)了大型煤制甲醇裝置的建設。在煤化工行業(yè)中最為關(guān)鍵和重要的是通過(guò)潔凈、高效的1.3 煤制烯烴技術(shù)將煤炭轉化為合成氣(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(guò)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)的先導性技術(shù)和核心技術(shù)。在的主要問(wèn)題不在工藝上，而在催化劑上。目前,催化劑的長(cháng)周期運轉的數據并沒(méi)有出來(lái),催化劑的單程轉化率、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(guò)化學(xué)加工使煤轉化為氣定 額、催化劑衰減的特性曲線(xiàn)、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(guò)程。煤化工分為傳統催化劑制備的污水組成和數量、整個(gè)裝置單程和年連續煤化工和現代煤化工，傳統煤化工產(chǎn)品主要包括合成氨、運行的時(shí)間 、廢液廢氣的排放等多項重要數據目前沒(méi)有甲醇、焦炭和電石等。目前，我國現代煤化工明確了把煤公布。因此,大規模工業(yè)化尚需時(shí)日。制油、煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制天然氣、煤制乙二醇作2天然氣的消費量為現代煤化工的代表。1.1 煤炭氣化天然氣是埋在地下的古生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的高溫和高煤炭氣化是指煤在特定的設備內，在一-定溫度及壓壓作用下形成的可燃氣體。天然氣的主要成份是甲烷,是力下使煤中有機質(zhì)與氣化劑(如蒸汽1空氣或氧氣等)發(fā)最簡(jiǎn) 單的烷烴,也是有機物中最簡(jiǎn)單的穩定化合物。是一生一系列化學(xué)反應,將固體煤轉化為含有CO、H、CH4等種無(wú)色 、無(wú)味、無(wú)毒、可燃氣體、潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源。微可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過(guò)程。氣化過(guò)程發(fā)生溶于水、乙醇、乙醚等有機溶劑。的反應包括煤的熱解、氣化和燃燒反應。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(guò)程供熱方式等分類(lèi),常用的是按水 合物氣四種。油田氣是石油烴類(lèi)天然氣,煤層氣是成煤氣化爐內煤料與氣化劑的接觸方式區分，主要有固定床過(guò)程中有機質(zhì)產(chǎn)生的甲烷氣，生物氣是有機質(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(shí)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(cháng)的一種技術(shù),但仍然存在許多問(wèn)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。種的適應性、轉化率裝置穩定運行等。表1詳細的說(shuō)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(cháng)了6倍，天然氣的生產(chǎn)量滿(mǎn)煤制甲醇即以煤為原料生產(chǎn)甲醇。我國利用高硫、劣足不了消費量?？梢?jiàn)要用先進(jìn)的工藝技術(shù)來(lái)滿(mǎn)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(lái)源穩定可及生活需求天然氣。天然氣按用途分類(lèi),可分成燃料和化靠,已初步形成了4 000萬(wàn)ta的生產(chǎn)能力。工兩大類(lèi),其中燃料包括燃氣發(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(dòng)我國甲醇消費量快速增車(chē)用燃料等，從圖1中可以看出隨著(zhù)我國天然氣利用政長(cháng)。隨著(zhù)甲醇下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和甲基叔丁基醚(MTBE)、策的出臺,以及能源價(jià)格改革方案的推進(jìn),天然氣利用結農藥、醋酸、聚甲醛等新裝置的建設,以及甲醇燃料的推構正在由化工、發(fā)電為主逐漸轉向城市燃氣用氣比例的廣和應用，甲醇的需求市場(chǎng)進(jìn)- - 步擴張。國內煤炭企業(yè)為提高。增強核心競爭力、調整產(chǎn)品結構延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈,注重上下3煤氣化工藝技術(shù)作者簡(jiǎn)介:李積強(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(kāi)發(fā)2012年4月表1我國天然氣產(chǎn)量和消費量統計煤,副產(chǎn)焦油少,碳利用率低。年份生產(chǎn)消費流床氣化爐如圖2(c)所示,將粉煤與氣化劑(氧氣和產(chǎn)量,億m增長(cháng)率，%消費量,億m'增長(cháng)率，%水蒸氣)一起從噴嘴 高速吹人爐內迅速氣化。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(zhù)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(chǎng)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(chǎng)2011 113011.21179.419.92化爐塊煤為原料尤中甲烷含量河南煤氣集團義馬其適應褐煤,碳高，焦油和苯氣化廠(chǎng)我國天然氣消費結構及需求預測(單位:%)轉化率高,調節酚等液狀物較山西潞安煤基合成14.6%0.2%2%負荷方便。多，生產(chǎn)流程油有限公司34.6%長(cháng)投機大,結新疆廣匯新能源有13.9%構復雜，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，設備云南云天化股份有圖1我國天然氣消費結構預測化爐種適應廣 ,碳轉造價(jià)過(guò)高，建限公司化率高，甲烷含設周期較長(cháng);湖北雙環(huán)化工集團量少，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、冷用合成公司運轉周期長(cháng),氣氣加壓所需的天津渤?；ぜ瘓F化效率高，氣化功耗較大。天津堿廠(chǎng)過(guò)程無(wú)廢氣排神華集團寧夏分公。司灰分德士古水煤漿進(jìn)料,對耗氧量大,投安徽淮化集團有限氣化爐煤種的適應較資大，技術(shù)費公司K贏(yíng)氣寬,單爐生產(chǎn)能用高。神華集團包頭分公(四)固定床(b) 謊化床(心) 氣窕床(四)熔敬床力大,碳轉化率高，煤氣質(zhì)量陜西渭化煤化集團圖2各種煤氣化爐模式圖好，甲烷含量山東魯南化肥廠(chǎng)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大型工業(yè)化運行的煤氣化技術(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雜多樣，目前世界上還沒(méi)有當實(shí)際沒(méi)應用開(kāi)發(fā),各種煤氣化爐的模式見(jiàn)圖2。煤氣化萬(wàn) 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(chēng)煤氣發(fā)生爐(gas producer )典型的工業(yè)化煤氣化爐一定的適應范圍,因此,在煤氣化工藝選型時(shí),要結合實(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(cháng)焰煤,無(wú)粘結性,采用魯奇固定床氣化爐是最早開(kāi)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(shuō)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)現工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)，國內已有多套生子的下部供入，因而氣固間是逆向流動(dòng)的。特點(diǎn)是爐內煤產(chǎn)裝置?！棒斊妗痹谶@里已緊緊是個(gè)代號,代表了加壓固定處理量小,大規?；щy。床這一煤氣化技術(shù),該技術(shù)的工藝設計、設備制造、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(shí)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)權問(wèn)題。第31卷第11期李積強,等:煤制天然氣工藝的研究與應用17灰鎖組成并與氣化爐相聯(lián)接。氣化用煤經(jīng)過(guò)破碎及篩分，保護 。在這些城市及周邊地區,煤炭的使用和機動(dòng)車(chē)的迅裝置運行時(shí),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(wèn)題，這個(gè)問(wèn)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(zhù) 中國大部分的人口。由于這是政府優(yōu)先要解決的問(wèn)煤之后,煤鎖再卸壓至常壓，以便開(kāi)始下-一個(gè)加煤循環(huán)過(guò)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(lái)自煤氣冷卻裝置的粗煤氣和來(lái)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)廢氣對不堪負重的大氣污染,其需求并由煤鎖氣壓縮機送往變換冷卻工號。減壓后,留在煤鎖將 十分強勁,天然氣市場(chǎng)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)分離器除去內管道天然氣需求量約1200億Nm',而國內生產(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',天然氣供應缺口將達200億Nm';氣化爐下部的旋轉爐篦進(jìn)人灰渣層,氣化劑溫度提高,灰、2015 年中國天然氣需求將達1700億Nm3 ,而國內生產(chǎn)能渣溫度降低。在燃燒區燃燒-部分煤 ,為吸熱的氣化反應提供的只有 1200 億Nm',天然氣供應缺口將達500億提供所需的熱。在氣化爐的上段，剛加進(jìn)來(lái)的煤向下移Nm';到2020年將達到2000億Nm'以上,占我國能源消動(dòng),與向上流動(dòng)的氣流逆流接觸。在此過(guò)程中，煤經(jīng)過(guò)干費 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1000億Nm'。殘留下來(lái),灰由氣化爐中經(jīng)旋轉爐篦排入灰鎖,再經(jīng)灰斗我國正在加快引進(jìn)國際天然氣資源,是21世紀中國排至水力排渣系統。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)濟的重點(diǎn)之- -，是中國21世紀重大的夾套內產(chǎn)生,從而減少了中壓蒸汽的需求,為此向氣化爐能源戰略?，F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,中亞天然氣管道預計2009年底實(shí)現液分離器送往氣化劑系統，蒸汽1氧氣在此按比例混合第一 期工程單線(xiàn)通 氣，將從中亞向中國輸送約300 億好噴射入氣化爐。離開(kāi)氣化爐的粗煤氣以CO、H2、CH、Nm2? 的天然氣, 2010年第二期實(shí)現雙線(xiàn)通氣,新增300億H20和CO2為主要組分。離開(kāi)氣化爐的煤氣首先進(jìn)入洗Nm'。從 2011年開(kāi)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(guò)生產(chǎn)0.5 MPa(g)低壓蒸汽來(lái)綜上所述我國燃氣十分緊缺，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(jià)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(kāi)氣化工段的粗煤氣在能源安全供應是在引進(jìn)國外氣源是必須重視的問(wèn)題。煤壓力3910 kPa(g)、溫度185C飽和狀況下,通過(guò)粗煤氣制天然 氣立足國內，可以減輕對國外的依賴(lài)，具有長(cháng)遠的總管進(jìn)入煤氣變換、煤氣冷卻工段。煤鎖氣回收系統供所戰略意義。有氣化爐系列所用。參考文獻:5煤制天然氣應用前景我國目前是世界上天然氣需求增長(cháng)最快的國家之[1]藺華林,李克健,趙利軍煤制合成天然氣現狀及其發(fā)展[J].一,我國87%以上的天然氣用于化工、城市燃氣和發(fā)電等上?；?2010,35(9):25- -32.工業(yè)部門(mén)，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).消費總量中所占11%。隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設持續穩定發(fā)展，2010,19(6):1-6. .對天然氣的需求量將繼續增加,城市燃氣、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)展電等消費需求都將快速增長(cháng)。[].化工進(jìn)展.2011,(30):388- -392.我國城鎮的發(fā)展導致了天然氣需求的增長(cháng)。在經(jīng)濟[4]錢(qián)衛,黃于益煤制天然氣(SNG)技術(shù)現狀[J].轉化利用,2011,17(1):26-32.高速增長(cháng)的今天,隨著(zhù)廣東珠江三角洲、上海長(cháng)江三角洲[5]藺華林,李克健,趙利軍.煤制合成天然氣現狀及其發(fā)展[J].地區、環(huán)渤海地區城市的發(fā)展已率先進(jìn)人了工業(yè)化時(shí)代，化工時(shí)刊1.2010,35(9):25-35.也率先進(jìn)入了城市天然氣時(shí)代。中國大城市人口的聚集和小城市的增加以及經(jīng)濟的增長(cháng)日益敦促人們重視環(huán)境